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中國電源產業的發展與分析

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  “電源”包括電子電源和化學物理電源,本文介紹的主要是電子電源。“電子電源”位于電網(市電)與負載之間,對由電網獲取的電能進行變換和控制,向負載(電子計算機、程控交換機、儀器儀表、軍工器械等)提供優質電能的供電設備。它涉及的范圍有多大,業內人士說法不一,本文對此不作討論,重點介紹中小功率的電源設備。為了敘述方便,以下簡稱電源。

  由于電源產品應用的廣泛性,電源市場的統計比較困難。國外有的利用功率器件的生產情況推算電源的產量。在中國銷售的功率器件以及電源產品相當一部分從國外進口,而且銷售渠道很多,因此國內電源市場的統計更加困難,本文提供的情況僅供參考。

  1、中國電源產業的發展歷史

  中國電源產業的發展可分三個階段,根據原電子工業部統計的數據和資料[3],可以勾畫出大致的發展輪廓。

  第一階段為1976年以前,是中國電源產業發展的初期階段。

  解放以前,我國的電源產業基本上是空白,僅有制造蓄電池、干電池的小型企業。50年代一大批國有企業的建立,隨著電子工業原材料、元器件和整機產業的發展,電源產品從無到有。1959年有二廠一校生產五種規格1600多臺電源。經過17年的發展到1976年,已有26個工廠,34個品種,52種規格,33000多臺電源。生產單位增長8.7倍,品種規格增長10.4倍,產量增長20.2倍。

  第一階段從無到有,雖然增長速度較快,但是電源產業的規模還是很小。

  第二階段是1977-1989年,是中國電源產業初步壯大時期。

  這一階段是我國改革開放的初期,經濟建設步伐逐步加快,電源產業也逐步進入快速增長期。1989年電源生產廠已發展到171家,產品規格340多種,年產電源54萬多臺。生產企業數量比1976年增長6.6倍,品種增長10倍,產品增長16.4倍。

  在這一階段,隨著電源產業的快速發展,廣大的電源科技工作者急需打破原來的封閉狀態,了解外部世界。自70年代中期開始,電源科技人員自發組織技術交流,1978年召開了第一次全國電源技術交流會,1983年成立了中國電源學會,1986年得到原國家科委的批準。

  第三階段是1990年至今,是中國電源產業的大發展時期。

  這一階段,除原電子工業部系統外,機械工業部、郵電部、國防科工委所屬系統等都參與了電源的開發和生產,特別是鄉鎮企業和民營企業大量涌現,全國電源生產廠有上千家,幾乎遍布全國。在這10年之中,大量的國外產品和企業進入我國,并占據了相當份額,加劇了市場競爭。這部分情況,后面詳細敘述。

  上面是中國電源產業發展的三個階段,電源技術的發展大致也可分為以下幾個階段。

  50年代是電源整機的創建和仿制時期,主要是仿蘇的電子管直流電源、磁飽和交流電源和仿美、仿歐的電子或磁放大式交流穩壓電源,并逐漸實現了國產化。這個時期的電源體積大、耗能高、效率低,技術水平相當于國際30~50年代的水平。

  隨著晶閘管、晶體管制造技術和應用技術的發展,電子管直流電源,磁飽和式交流電源逐漸被淘汰,晶閘管電源、晶體管電源、磁放大式交流穩壓電源得到迅速發展,占據了電源市場的統治地位。如1976年生產的33000多臺電源產品中,電子管直流電源只有2個規格800多臺,分別占直流電源品種的4.1%,規格的5.6%,產量的4%。

  全控功率器件的出現促進了電源技術的進一步發展。GTO可使兆瓦級的逆變電源設計簡化,可取代需要強迫換流的晶閘管,目前仍在電源中廣泛應用。功率MOSFET的出現,構成了高頻電力電子技術,開關頻率可達100kHz以上,并可并聯大電流輸出。IGBT是MOS輸入、雙極型輸出的復合型功率器件,工作頻率與GTR相當,其電壓定額較高。

  隨著新型功率器件的出現,脈寬調制(PWM)電路、各種各樣的零點壓、零電流開關或變換的拓撲電路得到廣泛應用,使電源產品更加小型化、集成化、智能化,并且提高了效率和可靠性。

  2、中國電源產業的發展現狀

  近10年來中國電源產業無論是電源技術,還是產業的規模,都發展到前所未有的階段,成為社會各界關注的一個行業。

  2.1中國電源產業發展的推動力

  電源是各種用電設備的動力裝置,是電子工業的基礎產品。經濟建設和社會生活各個方面的發展都會促進電源產業的發展,特別是以下幾個方面更是起到了推動作用。

  (1)信息產業的發展

  近十年來中國的信息產業以其他行業三倍的速度快速發展,“九五”期間,中國對電子工業的投資比重由過去五年的2.2%提高到5.4%,總投資規模達到4293億元,比過去五年增長近12倍,因此成為電源產業發展的強大推動力。詳見表1、表2.

表1幾年來計算機市場銷售情況(萬臺)

年份 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 銷售量 45.0 71.8 115.0 210.0 350.0 420.0 500.0 增長速度 80% 59.6% 60.2% 82.6% 66.7% 20.0% 19.0%

表2幾年來程控交換機市場(萬線)

年份 1995 1996 1997 1998 1999 程控交換機  1104 1386 2659 3325 4023 增長率 25.54% 91.85% 25.05% 20.99% 局用交換機  749 990 1725 3096 3700 增長率 32.18% 74.24% 79.48% 19.51%

  移動通信,幾年來成為發展熱點,例如:1987-1997十年間發展1000萬戶,1998年一年就發展1000萬戶,1999年發展近2000萬戶,增長100%。

  計算機行業的發展直接帶動了計算機開關電源和UPS的發展及應用;通信行業的發展帶動了通信用高頻開關電源及相關電源的發展,僅通信用高頻開關電源每年銷售額就有30億元以上,1999年僅移動通信就配套電源15億元。

  最近幾年各種信息網絡大發展,如國際互聯網、通信網、廣播電視網、金融信息網,就連鐵路、民航售票也形成網絡,被人稱為網絡時代。各種網絡的正常運行,必須要有可靠的電源系統作保障。例如1997年4月24日上午11時,香港最大的兩家銀行匯豐和恒生由于UPS電源發生故障,導致中樞電腦系統停頓,兩家銀行800多臺自動柜員機停機兩小時,兩家銀行的電話理財服務暫停,兩家銀行的柜臺電腦不能操作。網絡經濟的發展,進一步帶動了電源市場的發展。

  (2)傳統工業的改造

  國民經濟經過20多年的快速發展,許多傳統工業系統要進行改造,設備需要更新換代,大量先進的電子技術和設備被采用,這不僅對供電質量提出了更高的要求,而且要求電源產品小型化、智能化、高效率、高可靠、無人值守等,一些老的配套電源產品已不符合要求,將逐漸被淘汰。例如最近幾年國家投資幾千億元進行電網改造,一些老的晶閘管電力操作電源逐漸被新的開關電源所取代;鐵路要全面提速,要電氣化,國家也投巨資進行鐵路系統的改造,鐵路通信、信號系統等要配套大量的電源產品;通信系統原來配套的相控電源,逐漸被高頻開關電源所取代,最近幾年,每年的更新數量達幾億元。

  (3)節約能源

  隨著經濟的發展和科學技術的進步,節約能源、保護環境已被社會各界所重視。電源是節約能源的重要環節,經過電力電子和電源技術處理之后的電力供應,節能效果明顯。例如,家用電器的待機損耗,人們往往不重視,耗電相當驚人。據美國統計,在美國這種損耗每年有35~54億美元,德國環保機構調查,在德國這種損耗每年有23億美元,超過柏林全年用電總和。采用新的節能芯片之后,可把(5~10)W的待機損耗降低到(1~2)W,甚至(0.1~0.5)W.電子鎮流器是個很小的產品,不但中國的內地很多單位研究,香港、臺灣,甚至一些國外機構都在研究,由于它應用范圍廣闊,一旦好的產品推出之后,就會產生很大的節能效果和經濟效益。變頻調速也得到廣泛應用,近年來變頻空調發展很快,變頻空調不僅能帶來舒適的生活環境,而且節電30%以上。

  節約電力,就減少了不可再生的一次能源(如煤炭、石油)的消耗,而且減少了大氣污染。電源產品的小型化還可以節約大量的銅、鐵等原材料。所以,電力電子變頻技術的發展是一個國家技術進步的重要標志。有的專家預言:人類未來的福祉將經由能源電子技術的突破而實現。

  2.2中國電源產業的規模

  (1)中國電源市場有多大

  ①開關電源

  開關電源最大的應用場所是在通信領域,首先分析通信電源[2].

  近十年來通信事業快速發展,通信電源也同步增長。1991年國內通信電源投資額為人民幣0.8億元,到1995年增加到10億元,到1998年增加到30億元,1999年全國通信電源市場容量為35億元以上。從1991年到1999年通信電源增長43倍多。

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