全球軌道交通將掀“永磁革命” 中國南車或可一馬當先？

文|本刊記者 張乃琳

如疾風驟雨，又撲朔迷離。紛紛擾擾數(shù)十年的軌道交通市場，從沒有像現(xiàn)在這樣引來無數(shù)遐想與猜測。是的，正是永磁技術的大發(fā)展，推動著全球軌道交通產業(yè)進入一個全新的時代。那么，誰將成為這個新時代的領軍者？

“能不能再通俗點兒解釋，永磁技術會給軌道交通領域帶來怎樣的變化？”一個記者拋出的問題略顯急促，他迫切想得到一個最言簡意賅的答案。

“給你打個形象的比喻吧，我們的永磁同步牽引系統(tǒng)就像一根金箍棒，既節(jié)能，又能改變機車的空間結構?！敝袊宪囍曛匏A與平臺研發(fā)中心副主任許俊峰雙手一攤，無奈地笑了笑。其實在場的每一位科研人員都心領神會，十多年的科研成果哪能一兩句話就說得清……

軌道交通即將進入“永磁時代”，這塊難以量化的新市場在給人們帶來極大想象空間的同時，也讓巨頭間的競爭變得尤為激烈。市場即將爆發(fā)，會不會引來行業(yè)的一場大洗牌？而誰又將拔得頭籌？

空氣中充滿著火藥味兒，然而，對于中國南車來說，這場角逐卻更像是一次千載難逢的機會！

厚積薄發(fā)

角逐已經持續(xù)到了第十個年頭。

很長時間，南車株洲電力機車研究所有限公司（簡稱中國南車株洲所）一直扮演著“追逐者”的角色。

能不能攆得上？什么時候能超越對手？……對于這些問題，從來沒有人能給出一個確定的答案，畢竟針對永磁同步牽引系統(tǒng)的研發(fā)，中國南車株洲所從起步階段就已經落后外國近十年的時間?！拔覀兊暮芏嗪诵募夹g，包括相關配套產業(yè)，確實是落后西方太多了，之前的狀態(tài)可以說是全面落后！”許俊峰說。

對于任何一位科研人員來講，全面落后無疑是一種莫大的恥辱。在軌道交通領域，且不說我國全面引進第一代直流牽引系統(tǒng)，直到21世紀初，我國才真正實現(xiàn)批量應用第二代異步牽引系統(tǒng)，而國外早在20世紀80年代就可以成熟應用。在牽引系統(tǒng)方面，中國比外國落后了20年左右的時間！然而，這就像一場惡性循環(huán)，中國險些再一次與新時代失之交臂。

上世紀90年代，當人們探討軌道交通下一步的發(fā)展方向時，一名龐巴迪的工程師這樣說道：上世紀七、八十年代，異步牽引系統(tǒng)大規(guī)模替代了直流牽引系統(tǒng)，現(xiàn)在，永磁同步牽引系統(tǒng)正逐步取代異步牽引系統(tǒng)成為下一代牽引系統(tǒng)！盡管這個頗具前瞻性的預言引起了業(yè)內人士的高度重視，但遺憾的是，國人當時還在奮力研發(fā)異步牽引系統(tǒng)，如何利用永磁，還是一個遙不可及的夢。

直到2003年，曾創(chuàng)立過國內第一支軌道交通交流傳動控制團隊的馮江華參加了一場國外的學術會議，一位國外專家發(fā)表了關于“永磁同步牽引系統(tǒng)是下一代軌道交通牽引系統(tǒng)技術趨勢”的演講，“永磁”概念再一次引起了關注。馮江華敏銳地意識到，中國南車株洲所必須要抓住這次機會奮起直追，這或許是中國在牽引系統(tǒng)方面唯一一次趕超歐美的機會！回國后，馮江華當即著手組建了國內一支專業(yè)技術團隊，開展永磁同步牽引系統(tǒng)的基礎研究。那時，全球軌道交通行業(yè)五大巨頭：西門子、三菱、龐巴迪、阿爾斯通、ABB 早在南車之前就開始了對永磁同步牽引系統(tǒng)長達十幾年的研發(fā)，盡管還沒有實現(xiàn)商業(yè)化運作，但毫無疑問，南車與他們存在著巨大的差距。但馮江華知道，如果能在全面商業(yè)化之前趕超歐美，南車完全有可能在“牽引系統(tǒng)新時代”與國外巨頭并駕齊驅！

留給中國南車株洲所的時間不多了。彼時，國內關于永磁電機的相關資料寥寥無幾，各發(fā)達國家在加快研發(fā)進度的同時，對外實行技術封鎖，我國根本無法引進重大裝備技術。中國南車株洲所的一些離退休老科研人員、一些即將畢業(yè)的博士生都紛紛自愿加入到研發(fā)隊伍中來，他們下定決心，無論吃多少苦也要把技術拿下！經過一年的奮戰(zhàn)，設計方案和圖紙終于做出來了，可到了永磁電機制造工藝這一環(huán)節(jié)，團隊實在太缺乏經驗了。尤其是永磁體嵌裝技術方面，因永磁體磁性大，稍不留神就會貼附在電機鐵心表面，起初他們連永磁體是怎么裝進去的都不知道。有一名研發(fā)人員每天在車間里與工藝人員討論制作流程和加工方法，第一臺永磁電機樣機上的永磁體就是他一塊一塊親手嵌裝完成的。

盡管條件艱苦，永磁電機設計團隊還是逐漸成熟起來。2005年，他們爭取來第一個項目——串聯(lián)式混合動力車用永磁電機，并在一年后設計出了第一臺真正意義上的永磁電機產品——JD150。與傳統(tǒng)的異步電動機相比，這臺永磁電機具有轉速穩(wěn)、效率高、體積小、重量輕、噪聲低、可靠性高等諸多特點，節(jié)能可達10%以上。其優(yōu)越的性能，更是給汽車轉向架的設計提供了很多空間，使車型設計更完美。2008年，JD150 成功裝車，打響了永磁團隊的“第一槍”！

沒有什么能比后續(xù)上千臺電動汽車用永磁電機的訂單接踵而至更激動人心。雖然當時南車的產品只覆蓋了電動大巴和電動小轎車兩大車型，但在一年之內3000 多臺套的銷售業(yè)績，令南車強烈意識到，無論是永磁電機、還是以永磁電機為核心的牽引傳動系統(tǒng)，將來一定會有廣闊的市場空間。

相比于電動汽車，軌道交通領域的永磁同步牽引系統(tǒng)，將挑戰(zhàn)上升到了新的高度。業(yè)內人士都知道，曲線磨耗、輪軌曲線噪聲和曲線波浪磨耗，是嚴重影響地鐵經濟和安全運行的三大關鍵因素。解決這一問題最好的辦法就是取消齒輪箱，改成直驅模式?！叭∠X輪箱以后，不僅可以降低機車的重量、提高適應線路的不平順的能力、增加安全性以外，還可以柔性設計機車的轉向架，增加徑向調節(jié)能力。”許俊峰解釋說，“這就要求在功率不變的情況下，盡量縮小電機的體積。目前來看，若在軌道交通領域實現(xiàn)直驅，只有永磁可以實現(xiàn)?！弊鳛橛来磐綘恳龍F隊的領軍人物，許俊峰明白，整個軌道交通系統(tǒng)都將迎來一次革命性的變化，若要真正實現(xiàn)與國外巨頭并駕齊驅，一定要在軌道交通領域實現(xiàn)突破！

2009年4月，中國南車株洲所立項開展190kW 地鐵永磁同步電機牽引系統(tǒng)的開發(fā)。這是中國南車株洲所第一次真正在軌道交通領域開展樣機試制，意義可想而知。但如何提升牽引系統(tǒng)功力？如何實現(xiàn)直驅？磁路怎么設計……這些問題不斷挑戰(zhàn)著永磁團隊。歷經幾個月的奮戰(zhàn)，同年11月樣機竟順利出廠了！2011年，南車研制的永磁同步牽引系統(tǒng)在沈陽地鐵二號線成功實現(xiàn)了國內軌道交通領域的首次應用，結束了中國鐵路沒有永磁同步牽引系統(tǒng)的歷史。兩年之后，國內首條裝載永磁同步牽引系統(tǒng)的地鐵，順利完成了6 萬公里的載客運營！

輝煌仍在繼續(xù)。繼為沈陽地鐵公司配套永磁同步牽引系統(tǒng)之后，中國南車株洲所又為長沙地鐵公司開發(fā)了230kW 國內地鐵領域功率密度最大的牽引電機。同時，它又將科研領域延伸到高速列車行業(yè)，承擔了“863”重大專項高速列車永磁同步牽引系統(tǒng)子課題的研究，開發(fā)了690kW 國內最大功率高速動車組用永磁同步牽引系統(tǒng)。盡管高速列車的永磁同步牽引系統(tǒng)還沒有裝車試運行，但實驗室的數(shù)據(jù)已足夠說明一切：與國外對比，國外在軌道交通方面的永磁同步牽引系統(tǒng)功率最高可以做到700kw，南車能做到690kw；在功率密度方面，國外可以做到700kw/700 公斤，南車能做到690kw/680 公斤。而在應用狀態(tài)上，國外巨頭和南車一樣，依然還處于技術儲備階段，一些工程化、商業(yè)化的應用也基本都在本國進行，直到2013年東芝才第一次在新加坡拿到海外永磁訂單……毫無疑問，中國南車株洲所已經用最短的時間和國外巨頭站在了同一條起跑線上，我國成為了世界上少數(shù)幾個掌握高鐵永磁牽引系統(tǒng)技術的國家，我國高鐵動力技術真正進入到了“永磁時代”！

為什么是株洲所？

深居中國內陸的中國南車株洲所，向來不如沿海省份的大企業(yè)惹眼。正是永磁技術的突破，讓人們注意到了中國南車株洲所這個“后起之秀”。

翻閱中國南車株洲所的歷史數(shù)據(jù)，人們驚訝地發(fā)現(xiàn)，2008年，中國南車株洲所的年銷售額只有38 億元，隨著2009年基礎設施建設高潮的到來，中國南車株洲所不僅搭上了順風車，還一躍成為全國唯一一家規(guī)模破百億的研究所，2013年的銷售額竟達到了164 億元！“如果一切順利的話，2014年中國南車株洲所的銷售額將突破200 億元！”中國南車株洲所副總經理馮江華對《中國機電工業(yè)》說。

這份出色的成績單令所有人都瞠目結舌。全國大大小小的研究所不下數(shù)千家，為什么中國南車株洲所會脫穎而出？

其實在很久以前，隸屬于鐵道部的株洲所只是一家純事業(yè)性研究機構。盡管“科技是第一生產力”的號召始終縈繞在耳畔，但每年的上級撥款，只夠維持全所員人的正常工資，科研成果也只是當作“貢品”擺在實驗室。1984年，這個被后人稱作“中國公司元年”的時間點，恰恰讓株洲所迎來了第一次轉折。當年，為激發(fā)國有企事業(yè)單位的活力，國家出臺了一系列鼓勵政策。為了擺脫株洲所長期以來“有技術無市場”的尷尬境地，時任株洲所所長的丁愛國果斷地向上級提出“不要國家事業(yè)經費、擴大經營自主權”的報告，從人事制度和科研管理經濟責任制兩方面在全所實施改革。這種“打破鐵飯碗，打破鐵交椅，打破大鍋飯”的舉措迫使株洲所必須要針對市場做研發(fā)，把產品賣出去。那一年，通過主動出擊，株洲所的銷售額高達714 萬元，全所職工一次性就發(fā)了400多元的獎金，轟動全國。

這只是院所改制的第一步。盡管當時株洲所的產品能基本滿足國家的訂單項目，但株洲所并沒有安于現(xiàn)狀，即使身處三線城市，株洲所每年都保持800 人次出國交流考察，學習新的技術。正是這種全球化的視野，沒有讓株洲所輕易放過任何一次機會。上世紀80年代，中國跟西方國家經常會有技術交流合作項目，當時美國GE 和歐洲50Hz 集團正巧有一些技術需要中國的研究所來承接、學習，但國內的很多研究所并沒有學習的動力，甚至會有一種恐懼感，只有株洲所“挺身而出”把這個機會奪了過來。在鐵道部的指導下，1985年，株洲所在與歐洲50Hz 集團簽訂了8K 型電力機車技術轉讓和合作生產電子部件協(xié)議之后，又從美國GE 集團引進了ND5 內燃機車。“8K 型電力機車本來是法國的一款淘汰產品，但機車上的電子技術，大大促進了我們本來很落后的技術水平，沒想到撿了一個寶貝！中國電力機車從此走向電子時代！”馮江華說。在引進消化吸收的基礎上，1988年由株洲所和株機廠聯(lián)合研制的SS4 型電力機車誕生，這款產品陸續(xù)獲得鐵道部科技進步一等獎和國家科技進步一等獎。

從那以后，株洲所開創(chuàng)了一個以科研為后盾、以生產為手段、以效益為中心的新型企業(yè)運作模式，踏上了“科研-生產-效益-科研”的良性循環(huán)道路。1992年，株洲時代集團公司成立。步入集團化運作軌道的株洲所，開始對牽引電傳動系統(tǒng)核心技術進行系統(tǒng)性攻關，先后參加和主導了一系列重大科技項目的研制，奠定了株洲所在軌道交通電傳動技術領域的領先地位。8年時間里，株洲所的銷售收入由1991年的7037 萬元增長為1999年的3.27 億元，增長了4.6 倍。

在2000年株洲所并入南車集團以后，在新一任領導班子的帶領下，中國南車株洲所正式轉變成具有現(xiàn)代企業(yè)管理體制的企業(yè)實體。在產業(yè)結構上，實行“同心多元化”的發(fā)展思路，即主營業(yè)務是軌道交通，但應用領域卻延伸到生活的各方各面。在高速列車永磁同步牽引系統(tǒng)正式研制之前，中國南車株洲所研制的高速永磁同步變頻調速電機就已在格力成功下線了。在相同工況條件下，這臺電機比普通離心式冷水機組節(jié)能40%以上，機組效率提升65%以上，是中國南車株洲所與格力一起推出的當今世界上最節(jié)能的大型中央空調?！拔覀儗嵸|上是一個葡萄狀的產業(yè)模式，摘下一兩顆不會影響主線的生長。反過來說，主線生長好了，會不斷結出新的葡萄，這也是我們科技成果產業(yè)化率能達到85%的主要原因?！瘪T江華說。目前，中國南車株洲所圍繞軌道交通領域已完成“電氣傳動與自動化、高分子復合材料應用、新能源裝備、電力電子（基礎）器件”四大產業(yè)板塊、九大業(yè)務主體的布局。但是在中國南車株洲所的所有產業(yè)中，基礎研發(fā)永遠是最核心的。

南車的機會

自從中國南車株洲所跨越進入“永磁時代”以后，外界便對南車寄予了無限的期待。這是中國在牽引系統(tǒng)方面第一次與國外巨頭站在同一條起跑線上，人們很想知道，一旦市場爆發(fā)，南車是否會搶占先機？

“與其他巨頭相比，南車具有得天獨厚的優(yōu)勢，那就是稀土材料，這有可能會成為最終決定勝負的‘殺手锏’！”馮江華對《中國機電工業(yè)》說。

得稀土者，得天下。作為綜合性能最高的一種永磁材料，稀土永磁材料比上世紀九十年代使用的磁鋼的磁性能高100 多倍，比鐵氧體、鋁鎳鈷性能優(yōu)越得多，比昂貴的鉑鈷合金的磁性能還高一倍，是永磁同步牽引系統(tǒng)的核心材料。據(jù)勘探，我國擁有全球一半以上的稀土儲量，而湖南省可用于工業(yè)生產的稀土礦種幾乎都能找到。其中，褐釔鈮礦為湖南特有，保有儲量居全國首位；離子吸附型稀土礦儲量居全國第四位；輕稀土礦儲量居全國第五位。這就意味著，深處湖南中部的中國南車株洲所能比其他國家競爭對手更方便地就地取材，極大地降低了生產成本。雖然目前國外競爭對手的成本情況還不太透明，但我國稀土占據(jù)了全球90%的市場份額卻是毫無疑問的，目前很多外國企業(yè)已經表示出到中國開設工廠的意愿，一方面是為了中國的稀土，另一方面則是為了中國的市場。

中國工程院院士丁榮軍與青年科技工作者在一起

世界經濟的不景氣，早已讓一些軌道交通巨頭惴惴不安。自2011年以來，因德國鐵路公司的訂單延誤，導致上億歐元的費用擱淺，西門子的運輸業(yè)務就成為了西門子集團盈利的負擔。三年之后，這家歐洲最大的工程公司試圖將其處境不佳的鐵路業(yè)務與阿爾斯通的運輸業(yè)務合并，怎奈法國阿爾斯通也正面臨本土市場緊控公共開支的狀況，并不愿意接盤。冷淡的國際市場迫使他們必須盡快打開局面，他們紛紛把目光投向了欣欣向榮的中國。

根據(jù)國務院下發(fā)的《“十二五”綜合交通運輸體系規(guī)劃》，“十二五”期間，我國要初步形成以“五縱五橫”為主骨架的，總里程達 490 萬公里的綜合交通運輸網(wǎng)絡，其中快速鐵路的建設要達到4 萬公里以上。據(jù)業(yè)內人士分析，到2015年前后，全國將建設96 條城市軌道交通線路。一條線按20 列6 輛編組進行計算，永磁同步牽引系統(tǒng)銷售額按照每輛車100 萬元計算，則一條線路永磁同步牽引系統(tǒng)將產生1.2 億元的產值。如果96 條線路全部采用永磁同步牽引系統(tǒng)，預期的產值將達到驚人的115 億元！是的，這僅僅是中國一年的市場容量，毫無疑問，軌道交通產品需求的第二個景氣周期即將到來，占盡地緣優(yōu)勢的南車早已迫不及待地要把市場全部收入囊中！■