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拒绝“卡脖子”,国产风电软件回击!

2022-06-09 08:36:44 北极星风力发电网   作者: 冉小冉  

就像三体人投放到地球用于锁死地球科技的“智子”一般,发达国家对中国的科技封锁也同样不遗余力。

据路透社5月31日(当地时间)报道,美商务部正在考虑将更多的中企纳入经济制裁名单,这些被列入“实体清单”的中企将遭到美方的出口管制。

有媒体统计,2018年至今纳入美商务部“实体清单”的中国企业达到130多个。被纳入名单的多数是科技企业、电子公司、通信企业、大学的国家实验室,以及包含风电在内的少数中国电力企业和制造企业。

2020年知名软件MATLAB被禁事件仍然历历在目,该软件被禁止在“实体清单”中升级和应用掀起轩然大波,在现代制造业对软件日益依赖的当下,这个操作无异于釜底抽薪,让整个国内工程圈都扼腕叹息。

实事求是地说,作为我国高端工业领域的风电制造业,同样也面临着专用软件自主化程度不高的困境。尤其是风电专用核心设计软件上,当前国内企业使用的软件如风机载荷仿真分析、风资源数据分析、翼型气动设计软件等基本都来自美、德以及丹麦等几个国家。为了摆脱被“卡脖子”的被动和隐忧,我国风电专用软件的自主研发之路已迫在眉睫。

造不如买,买不如租?

我们在工业领域听到过一句话:在中国制造业突飞猛进的四十年,也是国产工业软件日益凋零的四十年。一方面在于产业发展初期我国对知识产权、软件付费等相关法律的不完善,另一方面也在于早期“造不如买,买不如租”的论调滞后了国产软件自主化的进程。

风电行业也是如此,早期我国风电发展过程中对于设计研发的忽视,是造成了专业软件国产化缓慢原因之一;另一方面,风电制造业属于工业细分领域,受制于有限的市场规模,专业软件的商用性不是很广泛,甚至可以用较小来形容。

也正是因为风电的小众属性,专业软件具有固有的市场局限性。当前,挪威DNV GL公司的Bladed几乎是垄断全球的风机整机载荷仿真软件,也是国内整机商使用最为广泛的载荷仿真软件,丹麦HAWC2软件位居其次,由美国国家能源实验室开发的FAST,也是当前三种主流风机载荷仿真软件中唯一个开源的软件设计工具。

但其弊端就如上文我们所说的MATLAB一样,一旦软件使用和升级受限,轻则无法更新导致国内研发人员无法对理论模型进行修正,重则无法使用,对我国整机企业将产生极大影响。

而且,由于国内外自然环境差异,风资源、地形地势、运行场景不尽相同,进口软件无法满足中国的全部地理环境、设备制造等需求。而当理论模型与实际参数不一致时,就需要对软件进行边界条件的定制,以及对理论模型进行修订或优化,这些不可忽视的条件,往小了说是本土化需求,往大了说,对项目最终运行水平影响深远。

我们再以风电场设计所用到的仿真计算流体力学软件(CFD)和数据处理软件为例,CFD是用于流场模拟和风资源评估的通用软件,当前达到专业水平且几乎垄断市场的是法国Meteodyn WT和挪威的WindSim软件工具。

像来自丹麦国家实验室的风资源评估与风场设计软件WAsP、美国UL开发的Windographer风资源数据分析软件,均需要付费使用。在我国风电进入平价甚至低价发展的阶段,不菲的授权费用将给整机企业带来更高的成本压力。

可能有人会问,用工业通用的设计软件不能满足风电设计需求吗?

还真不能。

在风电设计领域,“动力仿真”是基础。而大工业领域通用的、达到风机载荷分析应用标准的动力学仿真软件,如德国INTEC Gmbh公司开发的针对机械/机电系统运动学/动力学仿真分析的多体动力学分析软件SIMPACK,以及美国机械动力公司研发的机械系统动力学自动分析软件Adams,授权形式多为软件包形式。

曾有业内专家向笔者表示:风机从设计到安装的工况多达几万种,倘若每一种假设都依赖通用软件去仿真的话,授权费用将达到天文数字。所以说,对于风电企业来说,购买通用工业软件成本会是难以想象之高。

通用软件这条路走不通,我们就只剩授权和自研这两条路可以走。然而随着我国风电进入高质量、精益化发展阶段,无论从成本还是适用性方面来看,进口软件的缺陷和弊端逐渐凸显,使得国内整机商对于软件自主研发的必要性形成了共识。

有时候,没有选择,反而是更好的选择。

我们应该怎么做?

其实,伴随着中国风电三十余年的发展,国产风电专业软件并非原地踏步。在低成本精益化设计、数字化智能化发展等一系列市场需求推动下,一些风电整机企业已经走上了专用软件自主研发之路。

5月25日,金风科技具有自主知识产权的整机仿真软件GTSim获得国际认证机构TüV NROD权威认证。这个从2016年开始着手项目,终于其坚持下听到了回响。

而在此之前的2021年10月,远景自研ENfast整机载荷仿真设计软件也获得中国首个风机设计软件认证,打开了风机自研求解器模型和算法的黑匣子。

在展开叙述之前,我们先了解什么是“求解器”。

举个例子:几百个物流机器人的行进路线该如何实时设计,才能效率最高又不发生碰撞?在打车系统中当乘客发出要车请求,应该以什么方式把乘客分配给司机才能做到最优匹配?

这里所需要的“最优设计”就是依靠求解器就是这样的一个计算系统来实现的,且数据越大、要求越专业,核心算法就越依赖求解器。

通用求解器一直都是我国的短板。可喜的是,远景自研国内首个风电求解器Enfast横空出世,依托海量运行数据建立了从设计到测试,最终反哺设计的路径,实现了对风机应用场景的快速迭代。

两款自研风机设计软件的落地,使我国风电整机制造打开了风机设计“黑匣子”,真正做到了“知其然更知其所以然”。

如今,我国风电累计装机已达3.4亿千瓦,全球风电每年增量的一半来自中国,正是如此大的体量带来了我国风电技术的新一轮突破。而且,如今最明显的一个趋势是,开发商对于风电全生命周期的建设及数字化运营已经越来越依赖整机制造企业。

这也是近年来真正敦促我国主流风电企业如金风科技、远景能源、明阳智能以及中国中车、中国海装开始走向自主研发、打造自身核心竞争力的强劲驱动。

十多年前,IGBT对中国禁售,尤其是购买高端IGBT用来造新能源汽车被明令禁止。

十多年后,IGBT仍然是风光发电装备的核心功率器件,即便近年来风光产业链几乎全部国产化,但IGBT对外依存度达90%。

数据显示,国内IGBT下游市场新能源汽车占比12%,紧随其后的就是风光可再生能源发电,占比8%。而据BloombergNEF预测,到2025年,全球风电光伏发电市场对应的IGBT全球需求量级在12-15亿美元。

核心技术的缺失,倒逼国内企业走上自主研发的道路。2022年1月一则消息显示,中国中车IGBT模块产品已为部分新能源车企批量供货,车用IGBT模块采用自主芯片。

如今,市场格局正在改变。在疫情下全球产业链的断裂、重建过程中,不断升级实体名单仅是美对中科技围剿日益收紧的一个缩影,其折射出的真相是:在科技领先成为经济发展最大助力的今天,攀爬自己的科技树已成为产业高端发展的唯一路径。

可以说,未来经济发展是由科技和数据驱动,风电作为先进生产力,整体提升设计软件、关键大部件生产以及数据分析等方面的自主化水平,摆脱进口依赖,才不会被“卡脖子”,才不会囿于技术的缺失而限制了自身的高端发展道路。

让我们全行业共勉。




责任编辑: 李颖

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