我國智能電驅(qū)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

許 磊，羅榮鋒

（明陽智慧能源集團(tuán)股份公司，廣東中山 528400）

0 引言

隨著全球傳統(tǒng)能源的逐漸匱乏及環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，動(dòng)力系統(tǒng)電驅(qū)化成為能源結(jié)構(gòu)升級變革的大勢所趨，智能電驅(qū)系統(tǒng)的研究及應(yīng)用也越來越受到國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)的關(guān)注。與化石燃料驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)等傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式相比，電力驅(qū)動(dòng)環(huán)保無污染，動(dòng)力傳遞結(jié)構(gòu)更加簡單直接，損耗小響應(yīng)快，有望逐步取代傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式成為動(dòng)力系統(tǒng)的主流驅(qū)動(dòng)形式。

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展與推廣，電驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛和深入，智能電驅(qū)系統(tǒng)便是其多元化發(fā)展的產(chǎn)物。智能電驅(qū)系統(tǒng)是將電機(jī)、變速傳動(dòng)系統(tǒng)、變流電控系統(tǒng)等核心部件高度集成的“動(dòng)力總成”，如圖1所示，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小型化和輕量化以降低成本，減少冗余結(jié)構(gòu)以減小能量損耗，提升驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率，啟動(dòng)時(shí)即可輸出最大扭矩，同時(shí)也可以簡化主機(jī)廠裝配，提高產(chǎn)品的合格率。

圖1 智能電驅(qū)系統(tǒng)

得益于其高度集成、智能控制、高效節(jié)能的先天優(yōu)勢，智能電驅(qū)系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用，根據(jù)目前智能電驅(qū)系統(tǒng)的市場份額，智能交通運(yùn)輸、智能機(jī)器人及以新能源設(shè)備為代表的其他專業(yè)領(lǐng)域成為智能電驅(qū)應(yīng)用最為廣泛的三大領(lǐng)域。

圖2 主要應(yīng)用領(lǐng)域

中國電驅(qū)系統(tǒng)起步較晚，雖然近年來受益于國家政策支持和強(qiáng)大市場推動(dòng)取得了長足進(jìn)步，已經(jīng)形成包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、變速器、電驅(qū)動(dòng)總成、主要關(guān)鍵材料和關(guān)鍵器件在內(nèi)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，但整體發(fā)展水平仍在追趕態(tài)勢，整體產(chǎn)業(yè)仍處于價(jià)值鏈下游，核心零部件依存性高、核心技術(shù)差距大且認(rèn)可性低等問題嚴(yán)重制約著智能電驅(qū)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

1 智能交通運(yùn)輸領(lǐng)域

近年來，在國家政策的大力扶持和清潔能源、綠色出行觀念深入人心的大背景下，替代內(nèi)燃機(jī)開啟電驅(qū)新時(shí)代成為行業(yè)潮流，以電動(dòng)車、電動(dòng)船舶為代表的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅猛。

1.1 電動(dòng)車領(lǐng)域

以電動(dòng)車市場為例，按照2017年4月工信部、發(fā)改委和科技部聯(lián)合印發(fā)的《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，預(yù)計(jì)2020年新能源汽車產(chǎn)銷量將達(dá)到200萬輛（累計(jì)產(chǎn)銷量超過500萬輛），作為核心零部件的電驅(qū)動(dòng)市場規(guī)模將達(dá)到295億元[1]。而在新能源汽車領(lǐng)域，國外品牌僅占比不到8%，北汽新能源（自配）、比亞迪（自配）、精進(jìn)電動(dòng)、上海電驅(qū)動(dòng)等10家企業(yè)占據(jù)國內(nèi)超75%的電驅(qū)動(dòng)市場份額[2]，作為電動(dòng)汽車整車廠，比亞迪和北汽新能源在電動(dòng)車電驅(qū)動(dòng)市場占據(jù)第一、第二份額；在第三方機(jī)電企業(yè)中，國內(nèi)主要競爭對手有精進(jìn)動(dòng)力、大洋電機(jī)、大地和、福工動(dòng)力、天津松正、蘇州綠控、上海電驅(qū)動(dòng)等，但目前國內(nèi)廠商核心技術(shù)仍然來自國外，競爭策略多為低價(jià)與引入電動(dòng)車運(yùn)營的戰(zhàn)略性合作伙伴，并且合資品牌和國外品牌占據(jù)的份額正在逐年增多，因此發(fā)揮頂層設(shè)計(jì)優(yōu)勢、加快技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新成為國內(nèi)企業(yè)必須做出的選擇。

就技術(shù)層面而言，中國自主研發(fā)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)系列化產(chǎn)品功率范圍已經(jīng)基本滿足250 kW以下各類新能源汽車的需求，在關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面，中國驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率密度、效率與國際水平基本相當(dāng)，目前電驅(qū)系統(tǒng)的集成化仍是諸多發(fā)展方向中的重點(diǎn)，“三合一”“五合一”的智能電驅(qū)系統(tǒng)仍是業(yè)內(nèi)的主流產(chǎn)品。

1.2 電動(dòng)船舶領(lǐng)域

傳統(tǒng)船舶多以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，由此所帶來的污染問題在倡導(dǎo)清潔綠色的今天顯得非常突出，船舶動(dòng)力的電驅(qū)化成為整治船舶污染的主要解決方向。

與傳統(tǒng)動(dòng)力船舶相比，電動(dòng)船舶在控制廢棄物排放、噪聲等方面擁有先天的基因優(yōu)勢。近年來為整治船舶污染，短途客運(yùn)、輪渡及景區(qū)游覽船舶等電動(dòng)化趨勢明顯，有國外機(jī)構(gòu)預(yù)測，電動(dòng)船舶市場（包括水上及水下），將從2013年的26億美元（約合人民幣161.4億元）快速增長到2024年的73億美元（約合人民幣453.1億元）[3]。

目前全球有多家企業(yè)提供船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的集成服務(wù)，如瑞士ABB、美國GE、德國SAM、荷蘭IMTECH、俄羅斯蕾克洛夫國家研究中心等，但整體來看，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仍然呈現(xiàn)高度集中特點(diǎn)，ABB、西門子、GE三大公司占據(jù)了全球90%左右份額。其中ABB市場份額最高，憑借在吊艙推進(jìn)器領(lǐng)域的絕對優(yōu)勢積極推廣集成供貨服務(wù)，占據(jù)了全球電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)50%左右的市場份額。電力推進(jìn)船舶關(guān)鍵部分包含原動(dòng)機(jī)、變頻器、推進(jìn)器及控制管理模塊。ABB、GE、西門子具備了除了原動(dòng)機(jī)外的全套船舶電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的獨(dú)立研發(fā)能力。

長久以來，國外企業(yè)在船舶電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有絕對競爭優(yōu)勢，中國在船舶全電集成系統(tǒng)的制造能力尚未形成，但近幾年，國內(nèi)廠商加大研發(fā)力度正在迎頭趕上，相關(guān)企業(yè)已經(jīng)有電驅(qū)動(dòng)船舶產(chǎn)品下水運(yùn)行，例如中國南車株洲所自主研制的船舶電力推進(jìn)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成功應(yīng)用在被譽(yù)為“海上叉車大力神”的5萬t半潛船上，玉柴能源有限公司開發(fā)建造的LNG（液化天然氣）動(dòng)力示范船“運(yùn)河之星2000e”搭載了自主研發(fā)的“銀河動(dòng)力EYS249-2”動(dòng)力系統(tǒng)。

2 智能機(jī)器人領(lǐng)域

世界機(jī)器人市場化程度仍處于起步階段，但受簡單勞動(dòng)力不足及老齡化等剛性驅(qū)動(dòng)和科技發(fā)展促進(jìn)的影響增長很快，智能機(jī)器人是未來各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有力支柱之一，國家也在不斷提高對機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的重視度，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)大有燎原之勢，2017年中國工業(yè)機(jī)器人銷量達(dá)到14.1萬臺(tái)，為全球第一大應(yīng)用市場，與韓國、日本、美國、德國占據(jù)了全球3/4的市場，到2020年中國機(jī)器人需求將占到全球需求的40%[4]。另根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)給出的消息，到2020年，世界上將有170萬個(gè)新工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到世界各地工廠中，將獲得更高效和靈活的生產(chǎn)[5]。

中國機(jī)器人需求巨大，但四大機(jī)器人家族約占據(jù)中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)70%以上的市場份額，接近壟斷機(jī)器人制造、焊接等高端領(lǐng)域，國內(nèi)機(jī)器人生產(chǎn)廠商壓力巨大，只能在剩余30%的市場份額中爭搶，高端領(lǐng)域國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的份額不到5%。

中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)處于大變革時(shí)代，需要快速創(chuàng)新整合，而要大力發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，作為機(jī)器人核心零部件之一的電驅(qū)系統(tǒng)自然成了許多企業(yè)競相布局的熱門領(lǐng)域。目前國內(nèi)機(jī)器人電驅(qū)市場中，前三名松下、三菱、安川均為日系品牌，總份額達(dá)到45%，西門子、博世、施耐德等歐系品牌主要占據(jù)高端市場，市場份額在30%左右，國內(nèi)企業(yè)整體份額低于10%[6]。

目前基于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能機(jī)器人市場對于中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)來說，核心技術(shù)缺失是面臨的最大問題。人形機(jī)器人產(chǎn)品近50%的成本集中在控制系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制零部件上，而現(xiàn)如今在硬件上無論是伺服舵機(jī)、減速器、仿生控制等這些關(guān)鍵硬件與國外相比都還存在一定的差距，這就促使高精度的齒輪和小電機(jī)都需要從國外進(jìn)口。

國內(nèi)企業(yè)市場份額低、核心技術(shù)及關(guān)鍵零部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口，這既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。國內(nèi)機(jī)器人行業(yè)具有代表性的企業(yè)有新松、埃斯頓、埃夫特、廣州數(shù)控、新時(shí)達(dá)、拓斯達(dá)、巨星科技、華昌達(dá)等，這些公司已在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈中游和上游進(jìn)行拓展，通過自主研發(fā)或收購等方式掌握零部件和本體的研制技術(shù)，結(jié)合本土系統(tǒng)集成的服務(wù)優(yōu)勢，已經(jīng)具備一定的競爭力，未來有望實(shí)現(xiàn)對國外品牌的進(jìn)口替代[7]。

3 新能源設(shè)備領(lǐng)域

從國家政策儲(chǔ)備上看，分散式發(fā)電作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新風(fēng)向，不斷被強(qiáng)化和強(qiáng)調(diào)，在宏觀政策的推動(dòng)下，分散式發(fā)電產(chǎn)業(yè)近年來開始蓬勃發(fā)展，作為其技術(shù)核心的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，技術(shù)上在向著智能化方向發(fā)展，民營資本越來越活躍。

以小型風(fēng)電為例，小型風(fēng)電機(jī)組一般應(yīng)用于離網(wǎng)型風(fēng)電、分散式發(fā)電、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，其市場尚未完全起步，市場前景較為廣闊，目前小型分散式發(fā)電設(shè)備為代表的民用發(fā)電設(shè)備國內(nèi)普及率極低，離網(wǎng)型分散式電驅(qū)動(dòng)市場有較大的發(fā)展空間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國尚有2.8萬個(gè)村，700萬戶計(jì)2 800萬人口沒有用上電，且分散居住在邊遠(yuǎn)山區(qū)、農(nóng)牧區(qū)，常規(guī)電網(wǎng)很難到達(dá)，應(yīng)用小型風(fēng)力發(fā)電或風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電可以完美解決用電需求，而目前小型家用風(fēng)機(jī)國內(nèi)的年產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于需求。參照國外的發(fā)展，中國分散式小型風(fēng)電產(chǎn)業(yè)按保守的增長率估計(jì)到2020年，其累計(jì)裝機(jī)容量可達(dá)到2 955 MW。到2020年小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的累計(jì)產(chǎn)量占大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的1.97%。如果在強(qiáng)力政策的激勵(lì)下，中國小型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)能按最高年增長55%（年增長率遞減5%）的速度發(fā)展，則到2020年，中國小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的累計(jì)裝機(jī)容量可達(dá)到100 38 MW，占大風(fēng)機(jī)的6.69%[8]。

目前小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商均為規(guī)模較小的公司，如青島安華新元風(fēng)能股份有限公司，青島恒風(fēng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)公司，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組覆蓋150 W～20 kW小功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)。涉及領(lǐng)域?yàn)槎喙δ芪⒀a(bǔ)電網(wǎng)，分散式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及城市建設(shè)中的風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)等。然而在國外市場，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)進(jìn)入家庭市場多年，目前有至少25家廠商制造30余種品牌，其中Jacobs為此領(lǐng)域的先驅(qū)，致力于小型發(fā)電領(lǐng)域30余年，在2001年被德國Repower合并。Acolian Energy、Bergey Windpower等公司已經(jīng)在20世紀(jì)90年代推出千瓦級別小型家用風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)進(jìn)入美國市場。

離網(wǎng)型能源系統(tǒng)作為一個(gè)尚未完全起步的領(lǐng)域，不僅有著廣闊的市場前景和政策支持，還不會(huì)與現(xiàn)有電力市場機(jī)制相矛盾，不存在對傳統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)造成沖擊等弊端，智能電驅(qū)系統(tǒng)可以完全依托離網(wǎng)型能源系統(tǒng)得到大力發(fā)展，融入城市建設(shè)中。

4 結(jié)束語

電驅(qū)系統(tǒng)是大勢所趨，作為國家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)布局重點(diǎn)以及各項(xiàng)利好加持，市場廣闊，發(fā)展空間巨大，但同時(shí)由于中國起步較晚，核心技術(shù)及關(guān)鍵零部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口，國外廠家在技術(shù)水平及口碑品牌上具有絕對優(yōu)勢，擁有穩(wěn)定的客戶群及供應(yīng)鏈，因此必須堅(jiān)持走“技工貿(mào)”路線，實(shí)現(xiàn)核心零部件的國產(chǎn)化和非標(biāo)定制化，憑借產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)體系牢牢占據(jù)市場。