北極星火力發電網訊:中國的電力系統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，電力對整個國家安全、發展都絕對重要。如果電力行業關鍵技術掌握在外國手里，就卡住了我國能源電力的“脖子”。
經過數十年的發展，我國電力行業絕大部分裝備和技術已經實現國產，但仍有部分掌握在國外手中。筆者通過采訪高校、設備企業、研究院、電網公司等企業相關人員，對電力行業那些沒有“國產化”的高地進行了梳理。
（來源：北極星電力網 作者：宋辭 本文系投稿，本文觀點不代表北極星電力網觀點。）
硬件一：燃氣發電機組
燃氣輪機被稱為制造業的王冠，是生產最復雜最困難的少數幾種工業產品之一，特別是作為發電機組的重型燃機。
據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、不具備產品的自主研發和設計能力以及熱端部件的制造和維修能力，無法與國外企業競爭。全球僅有GE、西門子、三菱日立、安薩爾多能夠生產最高水平的H級燃氣輪機。上海電氣通過與安薩爾多合作，逐漸實現了E級、F級的國產化，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。
硬件二：風電主控系統
根據國家能源局數據，“十三五”以來，我國風電裝機容量增長近一倍。
風電主控系統是風機的重要組成部分，它承擔著風機監控、自動調節、實現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，國產風機控制系統相比進口產品存在一定差距，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電機中加在轉子側的勵磁裝置，能夠使定子側能向電網輸入恒頻電。
根據前瞻產業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。由于技術復雜，門檻較高，內資企業中僅有一些實力較強和技術積淀深厚的企業在研制。近幾年，海上風電支持政策相繼出臺。由于海上環境復雜，防腐防銹等附加需求更多，對于產品可靠性要求更高，國內能夠參與競爭的玩家寥寥無幾。
硬件四：光伏發電生產線設備
在常規光伏電池生產線上，我國已基本實現裝備的國產化替代。但新型電池生產線國產化仍需加快。以HIT電池生產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。
2019年底，五部委聯合發布關于調整重大技術裝備進口稅收政策有關目錄的通知，側面體現了光伏設備國產化難點。其中，低壓化學氣相沉積設備等四項設備榜上有名。
硬件五：超超臨界燃煤發電設備
超超臨界燃煤發電技術是一種先進、高效的發電技術，每度電只需燃燒270克煤左右，遠低于常規燃煤發電機組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的，設備生產還是受限于材料，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國產化。
硬件六：電力專用芯片
電力專用芯片屬于芯片行業中的工業級芯片。大眾所熟知的華為、紫光等企業以研發消費級芯片為主，電力專用芯片在作時長、溫度適應區間、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。在用電環節之外，國產化率依舊停留在較低水平。到2018年，配電環節的國產化率約10%，輸變電及調度環節的國產化率低于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勢，是大電網發展的方向之一。
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。目前國內已經建成的示范工程中支撐電容器全部使用國外產品，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國產化。
硬件八：大規模化學儲能設備
儲能是近年來電力系統發展的新熱點，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，鋰電產業鏈絕大部分材料都已實現國產化，而鋁塑膜國產化進程最慢。鋁塑膜對電池輕量化起到關鍵作用。國內鋁塑膜市場基本被日本廠商占據，國產率僅為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成為主流之一，而國內三元電池中正極材料NCA國產化進程偏低，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，該軟件由德國企業開發，在國內依然具有無可替代的競爭優勢。
軟件二：Cplex、Gurobi等優化軟件
Cplex和Gurobi是兩款國外商業數學求解器，在數學優化求解領域處于遙遙領先地位。目前電網中的機組組合優化，調度優化，綜合能源運行，現貨市場出清的核心算法基本都采用以上求解器驅動。
國網南瑞集團相關負責人介紹，市場上成熟的商業求解器技術均掌握在IBM等企業手中，目前，國內僅有開源優化求解器，和國外的商業求解器差距還是十分巨大的，總體性能差距在10倍左右，使得國內電力系統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展起來的一種現代計算方法。它廣泛的應用于求解熱傳導、電磁場、流體力學等連續性問題。國內一家龍頭變壓器企業研發負責人介紹，目前知名企業包括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軟件公司更是占據了95%的市場份額。國產EDA的市場份額不到5%。
軟件五：DSP等嵌入式控制系統軟件
DSP、FPGA、ARM等嵌入式系統是電子信息產業的基礎，在電力系統中發揮越來越大的作用。
武漢一位從事嵌入式開發創業企業負責人告訴筆者，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系統，所以做FPGA是一個需要長期積累的過程。目前國內企業大多是反向研究，自主研發的比較少，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公司出品的商業數學以及科學計算仿真軟件，被稱為工科生必備神器。對于電力專業研究人員來講，該軟件是必不可少的工具，而目前國內沒有可用的替代軟件。
