電力行業(yè)還剩哪些沒有“國產(chǎn)化”的高地

       中國的電力系統(tǒng)是全球最大的能源巨獸。2019年，中國全社會用電量72255億千瓦時，比排名第二的美國高出了64%。
       作為根本性支柱行業(yè)，電力對整個國家安全、發(fā)展都絕對重要。如果電力行業(yè)關鍵技術掌握在外國手里，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已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)，但仍有部分掌握在國外手中。筆者通過采訪高校、設備企業(yè)、研究院、電網(wǎng)公司等企業(yè)相關人員，對電力行業(yè)那些沒有“國產(chǎn)化”的高地進行了梳理。
（來源：北極星電力網(wǎng) 作者：宋辭 本文系投稿，本文觀點不代表北極星電力網(wǎng)觀點。）
硬件一：燃氣發(fā)電機組
       燃氣輪機被稱為制造業(yè)的王冠，是生產(chǎn)最復雜最困難的少數(shù)幾種工業(yè)產(chǎn)品之一，特別是作為發(fā)電機組的重型燃機。
       據(jù)上海電氣集團相關負責人介紹，近幾年，我國加快燃氣輪機引進，但由于沒有掌握核心技術、不具備產(chǎn)品的自主研發(fā)和設計能力以及熱端部件的制造和維修能力，無法與國外企業(yè)競爭。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級燃氣輪機。上海電氣通過與安薩爾多合作，逐漸實現(xiàn)了E級、F級的國產(chǎn)化，并于2019年底與其合作建設H級燃機電站，但這臺H級燃機仍然由安薩爾多生產(chǎn)。
硬件二：風電主控系統(tǒng)
       根據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)，“十三五”以來，我國風電裝機容量增長近一倍。
       風電主控系統(tǒng)是風機的重要組成部分，它承擔著風機監(jiān)控、自動調節(jié)、實現(xiàn)最大風能捕獲等重要任務。我國在這一技術領域的起步較晚，尤其是對兆瓦級以上大功率機組變速恒頻控制技術的研究，更是最近幾年的事情，這比風機技術先進國家要落后二十年時間。目前，國產(chǎn)風機控制系統(tǒng)相比進口產(chǎn)品存在一定差距，對國外品牌的依賴仍然較大。
硬件三：風電變流器
        風電變流器是雙饋風力發(fā)電機中加在轉子側的勵磁裝置，能夠使定子側能向電網(wǎng)輸入恒頻電。
        根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院研究報告顯示，目前我國風電變流器市場主要由國外品牌占據(jù)。由于技術復雜，門檻較高，內(nèi)資企業(yè)中僅有一些實力較強和技術積淀深厚的企業(yè)在研制。近幾年，海上風電支持政策相繼出臺。由于海上環(huán)境復雜，防腐防銹等附加需求更多，對于產(chǎn)品可靠性要求更高，國內(nèi)能夠參與競爭的玩家寥寥無幾。
硬件四：光伏發(fā)電生產(chǎn)線設備
        在常規(guī)光伏電池生產(chǎn)線上，我國已基本實現(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氣相沉積設備為例，目前主要以進口為主，包括日本松下、瑞士Meyerburger、應用材料等企業(yè)。
        2019年底，五部委聯(lián)合發(fā)布關于調整重大技術裝備進口稅收政策有關目錄的通知，側面體現(xiàn)了光伏設備國產(chǎn)化難點。其中，低壓化學氣相沉積設備等四項設備榜上有名。
硬件五：超超臨界燃煤發(fā)電設備
        超超臨界燃煤發(fā)電技術是一種先進、高效的發(fā)電技術，每度電只需燃燒270克煤左右，遠低于常規(guī)燃煤發(fā)電機組330克水平。
        東方電氣集團一名技術負責人告訴筆者，目前我國的超超臨界技術是在引進的基礎上研發(fā)的，設備生產(chǎn)還是受限于材料，耐高溫高壓的材料很多都還是依賴進口，管道、閥門、泵等很多關鍵配套件還不能完全實現(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)級芯片。大眾所熟知的華為、紫光等企業(yè)以研發(fā)消費級芯片為主，電力專用芯片在作時長、溫度適應區(qū)間、可靠性方面的要求明顯不同。
        南京一家繼電保護制造企業(yè)負責人告訴筆者，電力專用芯片對外依存度高，存在信息安全風險、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備
      柔性直流輸電在多個輸電場景下具有較強的技術優(yōu)勢，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)廠家擁有相關技術。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現(xiàn)國產(chǎn)化。
硬件八：大規(guī)�；瘜W儲能設備
        儲能是近年來電力系統(tǒng)發(fā)展的新熱點，鋰電池是目前最流行的儲能介質。
        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現(xiàn)國產(chǎn)化，而鋁塑膜國產(chǎn)化進程最慢。鋁塑膜對電池輕量化起到關鍵作用。國內(nèi)鋁塑膜市場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)化進程偏低，一直是日韓壟斷國際市場。
軟件一：AutoCAD等電力領域常用設計軟件
       AutoCAD由Autodesk公司開發(fā)的工程輔助設計軟件，目前是電力設計領域最重要的工程軟件。在高端3D的CAD領域，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。武漢中南電力設計院相關負責人告訴筆者，國產(chǎn)CAD難以與AutoCAD競爭，原因在于AutoCAD確立了CAD軟件的標準，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爭優(yōu)勢。
軟件二：Cplex、Gurobi等優(yōu)化軟件
        Cplex和Gurobi是兩款國外商業(yè)數(shù)學求解器，在數(shù)學優(yōu)化求解領域處于遙遙領先地位。目前電網(wǎng)中的機組組合優(yōu)化，調度優(yōu)化，綜合能源運行，現(xiàn)貨市場出清的核心算法基本都采用以上求解器驅動。
        國網(wǎng)南瑞集團相關負責人介紹，市場上成熟的商業(yè)求解器技術均掌握在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構力學分析迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計算方法。它廣泛的應用于求解熱傳導、電磁場、流體力學等連續(xù)性問題。國內(nèi)一家龍頭變壓器企業(yè)研發(fā)負責人介紹，目前知名企業(yè)包括ABAQUS、ANSYS、MSC，在電力設備設計領域具有不可替代的作用。目前，國產(chǎn)化軟件處于起步階段，還無法形成有效競爭力。
軟件四：EDA芯片設計軟件
        從事電力芯片設計的多位技術人員告訴筆者，EDA軟件是國產(chǎn)電力芯片的命門之一，因為在集成電路設計領域都離不開EDA軟件。目前，設計的高端軟件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，這三家EDA軟件公司更是占據(jù)了95%的市場份額。國產(chǎn)EDA的市場份額不到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，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)負責人告訴筆者，以FPGA為例，沒有一家只做單一FPGA芯片的公司，要做就必須做整個生態(tài)系統(tǒng)，所以做FPGA是一個需要長期積累的過程。目前國內(nèi)企業(yè)大多是反向研究，自主研發(fā)的比較少，還未形成有效競爭力。
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)學以及科學計算仿真軟件，被稱為工科生必備神器。對于電力專業(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。