未來，中國以及全球的軌道交通的電氣系統(tǒng)將呈現(xiàn)高頻化、小型化、輕量化、集成化、大功率化、高功率密度化的典型趨勢，憑借著器件本身和拓撲結構等方面的優(yōu)勢，SiC功率器件在軌道交通中的應用前景光明且廣闊。

當前，全球主要國家和地區(qū)都已經宣布了“碳達峰”的時間表。在中國，這個時間節(jié)點是2030年之前。在具體實現(xiàn)的過程中，軌道交通將是一個重要領域。由于用能方式近乎100%為電能，且?guī)哟罅炕A設施建設，因此軌道交通的“碳達峰”雖然和工業(yè)的“碳達峰”路徑有差異，但總體實現(xiàn)時間將較為接近。

當然，“碳達峰”在每一個領域都有狹義和廣義的區(qū)分。比如在工業(yè)領域，一方面是重點企業(yè)自身通過節(jié)能+綠電的方式實現(xiàn)“碳達峰”；另一方面也需要圍繞重點企業(yè)的產業(yè)鏈上下游全面實現(xiàn)能耗降低。對于軌道交通也是如此，狹義層面是指軌交工具的“碳達峰”，廣義層面則是指所有配送電設施和其他基礎建設以及上下游產業(yè)鏈均需要實現(xiàn)“碳達峰”。

軌道交通：SiC 器件特性優(yōu)異，已在城軌系統(tǒng)中得到應用

在軌道交通領域，牽引變流器、輔助變流器、主輔一體變流器、電力電子變壓器、電源充電機等環(huán)節(jié)均可用到SiC功率器件。由于大型軌道交通工具對載貨載客等乘運能力需求較高，對牽引變流器、電力電子電壓器等提出了更高的要求。比如在軌道交通的電力牽引系統(tǒng)中，牽引變流器是其中的核心器件，相較于機車大功率交流傳動系統(tǒng)過往使用IGBT， SiC 器件具備禁帶寬度大、熱導率高、電子飽和遷移速率高和擊穿電場高、能量損耗更低、耐高溫的特性，并且 SiC 器件能有效減輕軌道交通的載重，推進更輕更快更高效的軌道交通系統(tǒng)建設，采用SiC功率器件替代后，整體方案得到顯著改善。并且，SiC功率器件可以在更高的頻率下切換，系統(tǒng)中的變壓器、電容、電感等無源器件的數(shù)量和體積明顯減小，改善了整體方案的體積和重量，提升軌交機車的能效水平。常用于牽引變流器中SiC 功率器件正逐漸滲透過往以硅基器件為主的軌道交通市場。

根據蘇州軌道交通官方的測試數(shù)據，蘇州軌交3號線0312號列車作為國內首個基于SiC變流技術的永磁直驅牽引系統(tǒng)項目，相較于過往使用IGBT逆變器、三相交流異步電機、車控牽引系統(tǒng)，新一代牽引系統(tǒng)可實現(xiàn)牽引節(jié)能20%，系統(tǒng)最大質量減小19%，對我國軌道交通的“碳達峰”進程，有巨大的借鑒和推動作用。

常見的軌道交通場景包括傳統(tǒng)鐵路、城際軌道以及城市軌道三大類別。根據世界鐵路聯(lián)盟 UIC 統(tǒng)計，截至 2021 年 6 月中國在運營的高速鐵路里程數(shù)達到3.8 萬公里，約占全球總數(shù)的 68%。全球在建設或者規(guī)劃中的高速鐵路里程 7.4 萬公里，中國建設及規(guī)劃里程為 2.6 萬公里，約占 36%。截至 2020 年，我國機車保有量為2.2 萬輛，我國鐵路動車組保有量共 3918 組，同比增長 6.9%。不斷增長的軌道里程以及存量交通工具器件替代預期是 SiC 切入軌道交通的主要契機。

目前 SiC 器件已在城市軌道交通系統(tǒng)中得以應用，在海外，日本在2021 年下半年推出搭載 SiC 車載設備的 E131 Series 500 系列列車；德國搭載SiC 牽引逆變器的Avenio有軌電車正式投入適用。在國內，2021 年中車株洲所與深圳地鐵集團聯(lián)合自主研發(fā)的國內首臺地鐵列車全 SiC 牽引逆變器；同年，時代電氣公告稱基于3300V 全SiC 器件的牽引變流器在深圳 1 號線載客運營，牽引能耗降低 10%。未來隨著SiC 器件容量的提升，SiC 模塊將在軌道交通領域發(fā)揮更大的作用。

當然，為了響應軌道交通，以及新能源汽車、儲能、光伏、電網等下游領域的發(fā)展趨勢，SiC功率器件也會持續(xù)得到優(yōu)化。未來，SiC功率器件的發(fā)展趨勢將分為兩個層面。在器件本身，SiC功率器件將繼續(xù)強化在高頻、高耐壓和高集成等方面的優(yōu)勢，提升器件在各行業(yè)中的滲透率；在產業(yè)層面，由于SiC器件的制造成本中，SiC襯底成本占比50%，因而提高襯底生產速率及良率將是后續(xù)產業(yè)的重中之重。隨著SiC功率器件的性能逐漸優(yōu)化，產能繼續(xù)爬坡，軌道交通、新能源汽車、儲能等下游領域將廣泛受益，為各產業(yè)實現(xiàn)“雙碳目標”提速。