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拒絕“卡脖子”,國產風電軟件回擊!

2022-06-09 08:36:44 北極星風力發電網   作者: 冉小冉  

就像三體人投放到地球用于鎖死地球科技的“智子”一般,發達國家對中國的科技封鎖也同樣不遺余力。

據路透社5月31日(當地時間)報道,美商務部正在考慮將更多的中企納入經濟制裁名單,這些被列入“實體清單”的中企將遭到美方的出口管制。

有媒體統計,2018年至今納入美商務部“實體清單”的中國企業達到130多個。被納入名單的多數是科技企業、電子公司、通信企業、大學的國家實驗室,以及包含風電在內的少數中國電力企業和制造企業。

2020年知名軟件MATLAB被禁事件仍然歷歷在目,該軟件被禁止在“實體清單”中升級和應用掀起軒然大波,在現代制造業對軟件日益依賴的當下,這個操作無異于釜底抽薪,讓整個國內工程圈都扼腕嘆息。

實事求是地說,作為我國高端工業領域的風電制造業,同樣也面臨著專用軟件自主化程度不高的困境。尤其是風電專用核心設計軟件上,當前國內企業使用的軟件如風機載荷仿真分析、風資源數據分析、翼型氣動設計軟件等基本都來自美、德以及丹麥等幾個國家。為了擺脫被“卡脖子”的被動和隱憂,我國風電專用軟件的自主研發之路已迫在眉睫。

造不如買,買不如租?

我們在工業領域聽到過一句話:在中國制造業突飛猛進的四十年,也是國產工業軟件日益凋零的四十年。一方面在于產業發展初期我國對知識產權、軟件付費等相關法律的不完善,另一方面也在于早期“造不如買,買不如租”的論調滯后了國產軟件自主化的進程。

風電行業也是如此,早期我國風電發展過程中對于設計研發的忽視,是造成了專業軟件國產化緩慢原因之一;另一方面,風電制造業屬于工業細分領域,受制于有限的市場規模,專業軟件的商用性不是很廣泛,甚至可以用較小來形容。

也正是因為風電的小眾屬性,專業軟件具有固有的市場局限性。當前,挪威DNV GL公司的Bladed幾乎是壟斷全球的風機整機載荷仿真軟件,也是國內整機商使用最為廣泛的載荷仿真軟件,丹麥HAWC2軟件位居其次,由美國國家能源實驗室開發的FAST,也是當前三種主流風機載荷仿真軟件中唯一個開源的軟件設計工具。

但其弊端就如上文我們所說的MATLAB一樣,一旦軟件使用和升級受限,輕則無法更新導致國內研發人員無法對理論模型進行修正,重則無法使用,對我國整機企業將產生極大影響。

而且,由于國內外自然環境差異,風資源、地形地勢、運行場景不盡相同,進口軟件無法滿足中國的全部地理環境、設備制造等需求。而當理論模型與實際參數不一致時,就需要對軟件進行邊界條件的定制,以及對理論模型進行修訂或優化,這些不可忽視的條件,往小了說是本土化需求,往大了說,對項目最終運行水平影響深遠。

我們再以風電場設計所用到的仿真計算流體力學軟件(CFD)和數據處理軟件為例,CFD是用于流場模擬和風資源評估的通用軟件,當前達到專業水平且幾乎壟斷市場的是法國Meteodyn WT和挪威的WindSim軟件工具。

像來自丹麥國家實驗室的風資源評估與風場設計軟件WAsP、美國UL開發的Windographer風資源數據分析軟件,均需要付費使用。在我國風電進入平價甚至低價發展的階段,不菲的授權費用將給整機企業帶來更高的成本壓力。

可能有人會問,用工業通用的設計軟件不能滿足風電設計需求嗎?

還真不能。

在風電設計領域,“動力仿真”是基礎。而大工業領域通用的、達到風機載荷分析應用標準的動力學仿真軟件,如德國INTEC Gmbh公司開發的針對機械/機電系統運動學/動力學仿真分析的多體動力學分析軟件SIMPACK,以及美國機械動力公司研發的機械系統動力學自動分析軟件Adams,授權形式多為軟件包形式。

曾有業內專家向筆者表示:風機從設計到安裝的工況多達幾萬種,倘若每一種假設都依賴通用軟件去仿真的話,授權費用將達到天文數字。所以說,對于風電企業來說,購買通用工業軟件成本會是難以想象之高。

通用軟件這條路走不通,我們就只剩授權和自研這兩條路可以走。然而隨著我國風電進入高質量、精益化發展階段,無論從成本還是適用性方面來看,進口軟件的缺陷和弊端逐漸凸顯,使得國內整機商對于軟件自主研發的必要性形成了共識。

有時候,沒有選擇,反而是更好的選擇。

我們應該怎么做?

其實,伴隨著中國風電三十余年的發展,國產風電專業軟件并非原地踏步。在低成本精益化設計、數字化智能化發展等一系列市場需求推動下,一些風電整機企業已經走上了專用軟件自主研發之路。

5月25日,金風科技具有自主知識產權的整機仿真軟件GTSim獲得國際認證機構TüV NROD權威認證。這個從2016年開始著手項目,終于其堅持下聽到了回響。

而在此之前的2021年10月,遠景自研ENfast整機載荷仿真設計軟件也獲得中國首個風機設計軟件認證,打開了風機自研求解器模型和算法的黑匣子。

在展開敘述之前,我們先了解什么是“求解器”。

舉個例子:幾百個物流機器人的行進路線該如何實時設計,才能效率最高又不發生碰撞?在打車系統中當乘客發出要車請求,應該以什么方式把乘客分配給司機才能做到最優匹配?

這里所需要的“最優設計”就是依靠求解器就是這樣的一個計算系統來實現的,且數據越大、要求越專業,核心算法就越依賴求解器。

通用求解器一直都是我國的短板。可喜的是,遠景自研國內首個風電求解器Enfast橫空出世,依托海量運行數據建立了從設計到測試,最終反哺設計的路徑,實現了對風機應用場景的快速迭代。

兩款自研風機設計軟件的落地,使我國風電整機制造打開了風機設計“黑匣子”,真正做到了“知其然更知其所以然”。

如今,我國風電累計裝機已達3.4億千瓦,全球風電每年增量的一半來自中國,正是如此大的體量帶來了我國風電技術的新一輪突破。而且,如今最明顯的一個趨勢是,開發商對于風電全生命周期的建設及數字化運營已經越來越依賴整機制造企業。

這也是近年來真正敦促我國主流風電企業如金風科技、遠景能源、明陽智能以及中國中車、中國海裝開始走向自主研發、打造自身核心競爭力的強勁驅動。

十多年前,IGBT對中國禁售,尤其是購買高端IGBT用來造新能源汽車被明令禁止。

十多年后,IGBT仍然是風光發電裝備的核心功率器件,即便近年來風光產業鏈幾乎全部國產化,但IGBT對外依存度達90%。

數據顯示,國內IGBT下游市場新能源汽車占比12%,緊隨其后的就是風光可再生能源發電,占比8%。而據BloombergNEF預測,到2025年,全球風電光伏發電市場對應的IGBT全球需求量級在12-15億美元。

核心技術的缺失,倒逼國內企業走上自主研發的道路。2022年1月一則消息顯示,中國中車IGBT模塊產品已為部分新能源車企批量供貨,車用IGBT模塊采用自主芯片。

如今,市場格局正在改變。在疫情下全球產業鏈的斷裂、重建過程中,不斷升級實體名單僅是美對中科技圍剿日益收緊的一個縮影,其折射出的真相是:在科技領先成為經濟發展最大助力的今天,攀爬自己的科技樹已成為產業高端發展的唯一路徑。

可以說,未來經濟發展是由科技和數據驅動,風電作為先進生產力,整體提升設計軟件、關鍵大部件生產以及數據分析等方面的自主化水平,擺脫進口依賴,才不會被“卡脖子”,才不會囿于技術的缺失而限制了自身的高端發展道路。

讓我們全行業共勉。




責任編輯: 李穎