北極星火力發(fā)電網(wǎng)訊:中國的電力系統(tǒng)是全球最大的能源巨獸。2019年，中國全社會(huì)用電量72255億千瓦時(shí)，比排名第二的美國高出了64%。
作為根本性支柱行業(yè)，電力對(duì)整個(gè)國家安全、發(fā)展都絕對(duì)重要。如果電力行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)掌握在外國手里，就卡住了我國能源電力的“脖子”。
經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，我國電力行業(yè)絕大部分裝備和技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)，但仍有部分掌握在國外手中。筆者通過采訪高校、設(shè)備企業(yè)、研究院、電網(wǎng)公司等企業(yè)相關(guān)人員，對(duì)電力行業(yè)那些沒有“國產(chǎn)化”的高地進(jìn)行了梳理。
（來源：北極星電力網(wǎng) 作者：宋辭 本文系投稿，本文觀點(diǎn)不代表北極星電力網(wǎng)觀點(diǎn)。）
硬件一：燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組
燃?xì)廨啓C(jī)被稱為制造業(yè)的王冠，是生產(chǎn)最復(fù)雜最困難的少數(shù)幾種工業(yè)產(chǎn)品之一，特別是作為發(fā)電機(jī)組的重型燃機(jī)。
據(jù)上海電氣集團(tuán)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，近幾年，我國加快燃?xì)廨啓C(jī)引進(jìn)，但由于沒有掌握核心技術(shù)、不具備產(chǎn)品的自主研發(fā)和設(shè)計(jì)能力以及熱端部件的制造和維修能力，無法與國外企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。全球僅有GE、西門子、三菱日立、安薩爾多能夠生產(chǎn)最高水平的H級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)。上海電氣通過與安薩爾多合作，逐漸實(shí)現(xiàn)了E級(jí)、F級(jí)的國產(chǎn)化，并于2019年底與其合作建設(shè)H級(jí)燃機(jī)電站，但這臺(tái)H級(jí)燃機(jī)仍然由安薩爾多生產(chǎn)。
硬件二：風(fēng)電主控系統(tǒng)
根據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，“十三五”以來，我國風(fēng)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)近一倍。
風(fēng)電主控系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)的重要組成部分，它承擔(dān)著風(fēng)機(jī)監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)、實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲等重要任務(wù)。我國在這一技術(shù)領(lǐng)域的起步較晚，尤其是對(duì)兆瓦級(jí)以上大功率機(jī)組變速恒頻控制技術(shù)的研究，更是最近幾年的事情，這比風(fēng)機(jī)技術(shù)先進(jìn)國家要落后二十年時(shí)間。目前，國產(chǎn)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)相比進(jìn)口產(chǎn)品存在一定差距，對(duì)國外品牌的依賴仍然較大。
硬件三：風(fēng)電變流器
風(fēng)電變流器是雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)中加在轉(zhuǎn)子側(cè)的勵(lì)磁裝置，能夠使定子側(cè)能向電網(wǎng)輸入恒頻電。
根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院研究報(bào)告顯示，目前我國風(fēng)電變流器市場(chǎng)主要由國外品牌占據(jù)。由于技術(shù)復(fù)雜，門檻較高，內(nèi)資企業(yè)中僅有一些實(shí)力較強(qiáng)和技術(shù)積淀深厚的企業(yè)在研制。近幾年，海上風(fēng)電支持政策相繼出臺(tái)。由于海上環(huán)境復(fù)雜，防腐防銹等附加需求更多，對(duì)于產(chǎn)品可靠性要求更高，國內(nèi)能夠參與競(jìng)爭(zhēng)的玩家寥寥無幾。
硬件四：光伏發(fā)電生產(chǎn)線設(shè)備
在常規(guī)光伏電池生產(chǎn)線上，我國已基本實(shí)現(xiàn)裝備的國產(chǎn)化替代。但新型電池生產(chǎn)線國產(chǎn)化仍需加快。以HIT電池生產(chǎn)過程中所用到的低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備為例，目前主要以進(jìn)口為主，包括日本松下、瑞士Meyerburger、應(yīng)用材料等企業(yè)。
2019年底，五部委聯(lián)合發(fā)布關(guān)于調(diào)整重大技術(shù)裝備進(jìn)口稅收政策有關(guān)目錄的通知，側(cè)面體現(xiàn)了光伏設(shè)備國產(chǎn)化難點(diǎn)。其中，低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備等四項(xiàng)設(shè)備榜上有名。
硬件五：超超臨界燃煤發(fā)電設(shè)備
超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)是一種先進(jìn)、高效的發(fā)電技術(shù)，每度電只需燃燒270克煤左右，遠(yuǎn)低于常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組330克水平。
東方電氣集團(tuán)一名技術(shù)負(fù)責(zé)人告訴筆者，目前我國的超超臨界技術(shù)是在引進(jìn)的基礎(chǔ)上研發(fā)的，設(shè)備生產(chǎn)還是受限于材料，耐高溫高壓的材料很多都還是依賴進(jìn)口，管道、閥門、泵等很多關(guān)鍵配套件還不能完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。
硬件六：電力專用芯片
電力專用芯片屬于芯片行業(yè)中的工業(yè)級(jí)芯片。大眾所熟知的華為、紫光等企業(yè)以研發(fā)消費(fèi)級(jí)芯片為主，電力專用芯片在作時(shí)長(zhǎng)、溫度適應(yīng)區(qū)間、可靠性方面的要求明顯不同。
南京一家繼電保護(hù)制造企業(yè)負(fù)責(zé)人告訴筆者，電力專用芯片對(duì)外依存度高，存在信息安全風(fēng)險(xiǎn)、供貨周期無法保證等問題。在用電環(huán)節(jié)之外，國產(chǎn)化率依舊停留在較低水平。到2018年，配電環(huán)節(jié)的國產(chǎn)化率約10%，輸變電及調(diào)度環(huán)節(jié)的國產(chǎn)化率低于5%。
硬件七：柔性直流輸電系列設(shè)備
柔性直流輸電在多個(gè)輸電場(chǎng)景下具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是大電網(wǎng)發(fā)展的方向之一。
大容量壓接型IGBT是柔性直流輸電的核心元件。目前，只有歐洲、日本等少數(shù)廠家擁有相關(guān)技術(shù)。功率模塊直流支撐電容器是IGBT的必要配套器件。目前國內(nèi)已經(jīng)建成的示范工程中支撐電容器全部使用國外產(chǎn)品，價(jià)格十分昂貴。此外，用于柔性直流輸電的FPGA、CPLD、DSP、ARM等控制芯片依然未實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。
硬件八：大規(guī)模化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備
儲(chǔ)能是近年來電力系統(tǒng)發(fā)展的新熱點(diǎn)，鋰電池是目前最流行的儲(chǔ)能介質(zhì)。
中天科技鋰電池研究院靳承軸博士表示，鋰電產(chǎn)業(yè)鏈絕大部分材料都已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，而鋁塑膜國產(chǎn)化進(jìn)程最慢。鋁塑膜對(duì)電池輕量化起到關(guān)鍵作用。國內(nèi)鋁塑膜市場(chǎng)基本被日本廠商占據(jù)，國產(chǎn)率僅為5%，無法滿足中高端需求。靳承軸還告訴筆者，在新能源車領(lǐng)域三元電池已經(jīng)成為主流之一，而國內(nèi)三元電池中正極材料NCA國產(chǎn)化進(jìn)程偏低，一直是日韓壟斷國際市場(chǎng)。
軟件一：AutoCAD等電力領(lǐng)域常用設(shè)計(jì)軟件
AutoCAD由Autodesk公司開發(fā)的工程輔助設(shè)計(jì)軟件，目前是電力設(shè)計(jì)領(lǐng)域最重要的工程軟件。在高端3D的CAD領(lǐng)域，國產(chǎn)軟件幾乎全軍覆沒，在中低端還有一些幸存的奮斗者。武漢中南電力設(shè)計(jì)院相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴筆者，國產(chǎn)CAD難以與AutoCAD競(jìng)爭(zhēng)，原因在于AutoCAD確立了CAD軟件的標(biāo)準(zhǔn)，兼容性一直是國產(chǎn)CAD最大的困擾。此外，還有AutoCAD的姊妹軟件EPLAN，該軟件由德國企業(yè)開發(fā)，在國內(nèi)依然具有無可替代的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
軟件二：Cplex、Gurobi等優(yōu)化軟件
Cplex和Gurobi是兩款國外商業(yè)數(shù)學(xué)求解器，在數(shù)學(xué)優(yōu)化求解領(lǐng)域處于遙遙領(lǐng)先地位。目前電網(wǎng)中的機(jī)組組合優(yōu)化，調(diào)度優(yōu)化，綜合能源運(yùn)行，現(xiàn)貨市場(chǎng)出清的核心算法基本都采用以上求解器驅(qū)動(dòng)。
國網(wǎng)南瑞集團(tuán)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，市場(chǎng)上成熟的商業(yè)求解器技術(shù)均掌握在IBM等企業(yè)手中，目前，國內(nèi)僅有開源優(yōu)化求解器，和國外的商業(yè)求解器差距還是十分巨大的，總體性能差距在10倍左右，使得國內(nèi)電力系統(tǒng)不得不使用以上求解器。
軟件三：ANSYS等有限元類仿真軟件
有限元分析是基于結(jié)構(gòu)力學(xué)分析迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計(jì)算方法。它廣泛的應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場(chǎng)、流體力學(xué)等連續(xù)性問題。國內(nèi)一家龍頭變壓器企業(yè)研發(fā)負(fù)責(zé)人介紹，目前知名企業(yè)包括ABAQUS、ANSYS、MSC，在電力設(shè)備設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有不可替代的作用。目前，國產(chǎn)化軟件處于起步階段，還無法形成有效競(jìng)爭(zhēng)力。
軟件四：EDA芯片設(shè)計(jì)軟件
從事電力芯片設(shè)計(jì)的多位技術(shù)人員告訴筆者，EDA軟件是國產(chǎn)電力芯片的命門之一，因?yàn)樵诩呻娐吩O(shè)計(jì)領(lǐng)域都離不開EDA軟件。目前，設(shè)計(jì)的高端軟件EDA工具仍然基本上由Cadence、Synopsys、Mentor三家美國公司壟斷。而在中國市場(chǎng)，這三家EDA軟件公司更是占據(jù)了95%的市場(chǎng)份額。國產(chǎn)EDA的市場(chǎng)份額不到5%。
軟件五：DSP等嵌入式控制系統(tǒng)軟件
DSP、FPGA、ARM等嵌入式系統(tǒng)是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮越來越大的作用。
武漢一位從事嵌入式開發(fā)創(chuàng)業(yè)企業(yè)負(fù)責(zé)人告訴筆者，以FPGA為例，沒有一家只做單一FPGA芯片的公司，要做就必須做整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，所以做FPGA是一個(gè)需要長(zhǎng)期積累的過程。目前國內(nèi)企業(yè)大多是反向研究，自主研發(fā)的比較少，還未形成有效競(jìng)爭(zhēng)力。
軟件六：Matlab等工程軟件
2020年6月，哈工大、哈工程兩所院校被禁止使用正版軟件MATLAB的新聞登上熱搜。Matlab是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)以及科學(xué)計(jì)算仿真軟件，被稱為工科生必備神器。對(duì)于電力專業(yè)研究人員來講，該軟件是必不可少的工具，而目前國內(nèi)沒有可用的替代軟件。
