中国变压器产业即将被颠覆
近日，工业和信息化部、 国家市场监管总局、国家能源局联合印发《变压器能效提升计划（2021-2023年）》，提出禁止未达到能效标准要求的变压器接入电网，自2021年6月起，新采购变压器应为高效节能变压器。到2023年，逐步淘汰不符合国家能效标准要求的变压器，高效节能变压器在网运行比例提高10%，当年新增高效节能变压器占比达到75%以上。
能效提升计划的出台，意味着中国变压器产业即将发生颠覆性改变。高效节能变压器技术革命的到来，革的是传统低效高能耗变压器的命。以立体卷铁心为代表的高效节能变压器迎来攻城略地的黄金发展期。
▲截止2020年底在网运行变压器及市场占比
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那什么是立体卷铁心？相对于传统叠铁心，他又有什么优势？节能变压器的未来将走向何方？
01
何为立体卷铁心变压器？
铁心是变压器的“心脏”部位，其质量好坏直接影响着整个变压器的最终质量。
立体卷铁心主要由若干不同尺寸的梯形料带依次连续卷绕而成，得到截面为近似半圆形、几何尺寸完全相同的３个矩形铁心框，将３个铁心框的同一边两两拼接，拼合后铁心的３个心柱呈等边三角形立体排列，铁心心柱的横截面接近圆形，３个铁心磁路长度一致，且铁轭长度均最短。
▲立体卷铁心
与传统的叠铁心变压器相比，立体卷铁心变压器具有节能、节材、噪音小、性能稳定等诸多优点。立体卷铁心变压器磁路中无空气隙，卷绕更紧密，无废料加工，材料利用率接近100%，可节省硅钢片量25%-30%、铜用量5%-8%整个生产制造过程比传统叠铁心变压器减少5-6道工序。
▲立体卷铁心vs叠铁心
立体卷铁心变压器是我国自主独创的新型变压器产品，拥有自主知识产权，目前生产技术处于世界领先地位。目前国内具有领先立体卷铁心制造技术的厂家有：广东海鸿电气、河北高晶、江西大族等，生产能力不断扩大及技术水平也不断提高，预计目前全国立体卷铁心变压器生产能力在30万台左右。
非晶合金立体卷铁心油浸式变压器（左）
敞开式立体卷铁心干式变压器（右）
此外，还有近70家企业能够外购卷铁心生产节能变压器。大客户如国网、南网也已将立体卷心变压器列入新技术目录。近两年在国网的变压器招标中，立体卷铁心变压器已达近5万台，约占采购总量的8%。
▲南方电网公司2021年新技术目录
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02
从年产30万到年产300万的市场
升能效，降能耗是未来5年到15年内实现碳达峰碳中和的主要途径。
变压器损耗约占输配电电力损耗的40%，以目前全国发电总量7万亿千瓦时左右计算，全国配电变压器电能损耗约2300亿千瓦时，相当于三峡全年发电总量（2020年约1118亿千瓦时）的2倍左右，电能损耗严重。变压器节能潜力巨大。
以立体卷铁心为代表的节能变压器有多大的市场需求？
在国际上许多国家都在力争实行变压器一级能效标准的时候，我国从2012年起，要求使用二级能效以上标准的变压器。然截止目前，全国三级能效及三级能效以下的变压器大约为1100万台左右，使用时间长，普遍铁损高、噪音大，有的对环境造成污染，不符合我国即将实行的新变压器能效标准。
▲目前主流市场的传统叠心变压器
按照配电变压器使用年限和寿命，若要分期分批对已在网上运行时间较长的三级能效以下的变压器进行升级换代，如使用立体卷铁心变压器，每年约需更新变压器近200万台以上，加上每年需新增变压器近百万台，估计每年需要生产300万台左右。等于当前市场30万台产量的10倍。立体卷铁心变压器颇具市场潜力，值得投资。
除了内需，具有自主知识产权的立体卷铁心变压器还有出口优势，可利用这种变压器扩大出口贸易，用于“一带一路”沿线国家使用，促进我国变压器的产品和技术加快走向国际市场。
03
变压器产业竞争格局
当前，中国变压器企业可以分为四大阵营，而立体卷铁心变压器厂家主要集中在第三阵营。
第一阵营：
由ABB、AREVA、西门子、东芝等几大跨国集团公司组成，以专利技术、资产和管理等优势，占据了20%-30%的市场份额，且仍在不断扩大。
第二阵营：
由保变电气、特变电工、西电西变、山东电工等国内大型企业组成，背靠央企和地方，加上不断提升产品技术水平和等级，占据了30%—40%的市场份额，也是电网的主要供应商。产品多为超高压、特高压变压器。
第三阵营：
由广东海鸿、河北高晶、顺特电气、山东达驰等民营制造企业组成。通过提高生产力和核心技术攻克等提高竞争力，争夺市场份额，产品多为中高压变压器。未来也有可能登陆资本市场，通过融资进一步提高品牌影响力。
第四阵营：
不少民营企业由于经营机制灵活，没有非生产性的负担，也形成了一定的市场份额，形成第四阵营。但因为规模不大，核心竞争力较弱。
目前受限于技术，立体卷铁心变压器产品多为220KV以下电压，其中，第三阵营民营制造企业有广东海鸿、河北高晶、江西大族等，相关产品如下：
2015年2月15日，特变电工衡阳变压器有限公司与广东海鸿公司合作研制的世界首台最高电压等级、最大容量的40000千伏安、110千伏三相有载调压立体卷铁心电力变压器一次试验成功，实现了立体卷铁心技术在110千伏电力变压器领域应用的一次突破。
拥有核心技术的第三阵营企业与拥有超高压、特高压等技术储备的第二阵营企业协同合作，为立体卷铁心技术向更高电压等级突破提供了可能性。或许，未来两大阵营的合作将会更加紧密。
04
变压器的未来趋势
能效提升计划提出在新兴领域如可再生能源、轨道交通、数据中心等场合提升使用高效节能变压器的比例。这意味着基于大功率的电力电子变压器、直流变压器、电容变压器、柔性变压器、新能源变压器等是未来新型高效节能变压器的发展技术方向。
▲新基建对变压器提出新要求
这些技术的快速发展一方面可以进一步降低变压器的损耗，另一方面会改变变压器功能属性，打破以电磁感应理论为基础的变压器基本原理，实现很多新的或综合性功能。如直流直接变换、变压器自带快速保护功能、输出特性与负荷的连续无极调整等等，甚至会彻底改变变压器产业发展结构，变压器制造模式也将发生颠覆性改变。
除了技术方向，新兴市场也为立体卷铁心变压器的发展带来更多的可能。当前各行各业入局的综合能源服务市场，更需要依托用户侧、网络侧、电源侧对能源结构改善有一定优势的新型设备才得以展开。通过这样设备的布点以及后续更大规模的硬件投入，综合能源服务才能真正将产业发展起来。这也给高效节能变压器带来发展机遇。
▲综合能源服务硬件要求为新型设备提供市场
05
结语
30·60碳达峰碳中和目标下，能源结构的变革倒逼电力系统去改变适应高比例的新能源装机量。与此同时，是变压器行业适应电力系统的变革将发生颠覆性改变。更数字化、更智能化的电网，要求传统变压器升级改造技术，变压器产业已站在高效节能的革命风口。
需要警惕的是，当前推广高性能产品应用的评价机制尚未成熟。实践的结果是供货的总是性能最底线的产品，而不是最合理、最具性价比优势、最先进的产品。
在变压器能效升级的前提下，变压器铁心制造技术是一个永恒的话题，我们要有二次革命的觉悟和准备。