电力行业还剩哪些没有“国产化”的高地

       中国的电力系统是全球最大的能源巨兽。2019年，中国全社会用电量72255亿千瓦时，比排名第二的美国高出了64%。
       作为根本性支柱行业，电力对整个国家安全、发展都绝对重要。如果电力行业关键技术掌握在外国手里，就卡住了我国能源电力的“脖子”。
       经过数十年的发展，我国电力行业绝大部分装备和技术已经实现国产，但仍有部分掌握在国外手中。笔者通过采访高校、设备企业、研究院、电网公司等企业相关人员，对电力行业那些没有“国产化”的高地进行了梳理。
（来源：北极星电力网 作者：宋辞 本文系投稿，本文观点不代表北极星电力网观点。）
硬件一：燃气发电机组
       燃气轮机被称为制造业的王冠，是生产最复杂最困难的少数几种工业产品之一，特别是作为发电机组的重型燃机。
       据上海电气集团相关负责人介绍，近几年，我国加快燃气轮机引进，但由于没有掌握核心技术、不具备产品的自主研发和设计能力以及热端部件的制造和维修能力，无法与国外企业竞争。全球仅有GE、西门子、三菱日立、安萨尔多能够生产最高水平的H级燃气轮机。上海电气通过与安萨尔多合作，逐渐实现了E级、F级的国产化，并于2019年底与其合作建设H级燃机电站，但这台H级燃机仍然由安萨尔多生产。
硬件二：风电主控系统
       根据国家能源局数据，“十三五”以来，我国风电装机容量增长近一倍。
       风电主控系统是风机的重要组成部分，它承担着风机监控、自动调节、实现最大风能捕获等重要任务。我国在这一技术领域的起步较晚，尤其是对兆瓦级以上大功率机组变速恒频控制技术的研究，更是最近几年的事情，这比风机技术先进国家要落后二十年时间。目前，国产风机控制系统相比进口产品存在一定差距，对国外品牌的依赖仍然较大。
硬件三：风电变流器
        风电变流器是双馈风力发电机中加在转子侧的励磁装置，能够使定子侧能向电网输入恒频电。
        根据前瞻产业研究院研究报告显示，目前我国风电变流器市场主要由国外品牌占据。由于技术复杂，门槛较高，内资企业中仅有一些实力较强和技术积淀深厚的企业在研制。近几年，海上风电支持政策相继出台。由于海上环境复杂，防腐防锈等附加需求更多，对于产品可靠性要求更高，国内能够参与竞争的玩家寥寥无几。
硬件四：光伏发电生产线设备
        在常规光伏电池生产线上，我国已基本实现装备的国产化替代。但新型电池生产线国产化仍需加快。以HIT电池生产过程中所用到的低压化学气相沉积设备为例，目前主要以进口为主，包括日本松下、瑞士Meyerburger、应用材料等企业。
        2019年底，五部委联合发布关于调整重大技术装备进口税收政策有关目录的通知，侧面体现了光伏设备国产化难点。其中，低压化学气相沉积设备等四项设备榜上有名。
硬件五：超超临界燃煤发电设备
        超超临界燃煤发电技术是一种先进、高效的发电技术，每度电只需燃烧270克煤左右，远低于常规燃煤发电机组330克水平。
        东方电气集团一名技术负责人告诉笔者，目前我国的超超临界技术是在引进的基础上研发的，设备生产还是受限于材料，耐高温高压的材料很多都还是依赖进口，管道、阀门、泵等很多关键配套件还不能完全实现国产化。
硬件六：电力专用芯片
        电力专用芯片属于芯片行业中的工业级芯片。大众所熟知的华为、紫光等企业以研发消费级芯片为主，电力专用芯片在作时长、温度适应区间、可靠性方面的要求明显不同。
        南京一家继电保护制造企业负责人告诉笔者，电力专用芯片对外依存度高，存在信息安全风险、供货周期无法保证等问题。在用电环节之外，国产化率依旧停留在较低水平。到2018年，配电环节的国产化率约10%，输变电及调度环节的国产化率低于5%。
硬件七：柔性直流输电系列设备
      柔性直流输电在多个输电场景下具有较强的技术优势，是大电网发展的方向之一。
        大容量压接型IGBT是柔性直流输电的核心元件。目前，只有欧洲、日本等少数厂家拥有相关技术。功率模块直流支撑电容器是IGBT的必要配套器件。目前国内已经建成的示范工程中支撑电容器全部使用国外产品，价格十分昂贵。此外，用于柔性直流输电的FPGA、CPLD、DSP、ARM等控制芯片依然未实现国产化。
硬件八：大规模化学储能设备
        储能是近年来电力系统发展的新热点，锂电池是目前最流行的储能介质。
        中天科技锂电池研究院靳承轴博士表示，锂电产业链绝大部分材料都已实现国产化，而铝塑膜国产化进程最慢。铝塑膜对电池轻量化起到关键作用。国内铝塑膜市场基本被日本厂商占据，国产率仅为5%，无法满足中高端需求。靳承轴还告诉笔者，在新能源车领域三元电池已经成为主流之一，而国内三元电池中正极材料NCA国产化进程偏低，一直是日韩垄断国际市场。
软件一：AutoCAD等电力领域常用设计软件
       AutoCAD由Autodesk公司开发的工程辅助设计软件，目前是电力设计领域最重要的工程软件。在高端3D的CAD领域，国产软件几乎全军覆没，在中低端还有一些幸存的奋斗者。武汉中南电力设计院相关负责人告诉笔者，国产CAD难以与AutoCAD竞争，原因在于AutoCAD确立了CAD软件的标准，兼容性一直是国产CAD最大的困扰。此外，还有AutoCAD的姊妹软件EPLAN，该软件由德国企业开发，在国内依然具有无可替代的竞争优势。
软件二：Cplex、Gurobi等优化软件
        Cplex和Gurobi是两款国外商业数学求解器，在数学优化求解领域处于遥遥领先地位。目前电网中的机组组合优化，调度优化，综合能源运行，现货市场出清的核心算法基本都采用以上求解器驱动。
        国网南瑞集团相关负责人介绍，市场上成熟的商业求解器技术均掌握在IBM等企业手中，目前，国内仅有开源优化求解器，和国外的商业求解器差距还是十分巨大的，总体性能差距在10倍左右，使得国内电力系统不得不使用以上求解器。
软件三：ANSYS等有限元类仿真软件
        有限元分析是基于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。国内一家龙头变压器企业研发负责人介绍，目前知名企业包括ABAQUS、ANSYS、MSC，在电力设备设计领域具有不可替代的作用。目前，国产化软件处于起步阶段，还无法形成有效竞争力。
软件四：EDA芯片设计软件
        从事电力芯片设计的多位技术人员告诉笔者，EDA软件是国产电力芯片的命门之一，因为在集成电路设计领域都离不开EDA软件。目前，设计的高端软件EDA工具仍然基本上由Cadence、Synopsys、Mentor三家美国公司垄断。而在中国市场，这三家EDA软件公司更是占据了95%的市场份额。国产EDA的市场份额不到5%。
软件五：DSP等嵌入式控制系统软件
        DSP、FPGA、ARM等嵌入式系统是电子信息产业的基础，在电力系统中发挥越来越大的作用。
        武汉一位从事嵌入式开发创业企业负责人告诉笔者，以FPGA为例，没有一家只做单一FPGA芯片的公司，要做就必须做整个生态系统，所以做FPGA是一个需要长期积累的过程。目前国内企业大多是反向研究，自主研发的比较少，还未形成有效竞争力。
软件六：Matlab等工程软件
        2020年6月，哈工大、哈工程两所院校被禁止使用正版软件MATLAB的新闻登上热搜。Matlab是美国MathWorks公司出品的商业数学以及科学计算仿真软件，被称为工科生必备神器。对于电力专业研究人员来讲，该软件是必不可少的工具，而目前国内没有可用的替代软件。