就像三體人投放到地球用于鎖死地球科技的“智子”一般,發(fā)達國家對中國的科技封鎖也同樣不遺余力。
據(jù)路透社5月31日(當?shù)貢r間)報道,美商務(wù)部正在考慮將更多的中企納入經(jīng)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(tǒng)計,2018年至今納入美商務(wù)部“實體清單”的中國企業(yè)達到130多個。被納入名單的多數(shù)是科技企業(yè)、電子公司、通信企業(yè)、大學(xué)的國家實驗室,以及包含風電在內(nèi)的少數(shù)中國電力企業(yè)和制造企業(yè)。
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(yīng)用掀起軒然大波,在現(xiàn)代制造業(yè)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(nèi)工程圈都扼腕嘆息。
實事求是地說,作為我國高端工業(yè)領(lǐng)域的風電制造業(yè),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(shè)計軟件上,當前國內(nèi)企業(yè)使用的軟件如風機載荷仿真分析、風資源數(shù)據(jù)分析、翼型氣動設(shè)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(fā)之路已迫在眉睫。
造不如買,買不如租?
我們在工業(yè)領(lǐng)域聽到過一句話:在中國制造業(yè)突飛猛進的四十年,也是國產(chǎn)工業(yè)軟件日益凋零的四十年。一方面在于產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期我國對知識產(chǎn)權(quán)、軟件付費等相關(guān)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(diào)滯后了國產(chǎn)軟件自主化的進程。
風電行業(yè)也是如此,早期我國風電發(fā)展過程中對于設(shè)計研發(fā)的忽視,是造成了專業(yè)軟件國產(chǎn)化緩慢原因之一;另一方面,風電制造業(yè)屬于工業(yè)細分領(lǐng)域,受制于有限的市場規(guī)模,專業(yè)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(yè)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(nèi)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(fā)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(shè)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(dǎo)致國內(nèi)研發(fā)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(yè)將產(chǎn)生極大影響。
而且,由于國內(nèi)外自然環(huán)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(huán)境、設(shè)備制造等需求。而當理論模型與實際參數(shù)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(yōu)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(shè)計所用到的仿真計算流體力學(xué)軟件(CFD)和數(shù)據(jù)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(yè)水平且?guī)缀鯄艛嗍袌龅氖欠▏鳰eteodyn 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(shè)計軟件WAsP、美國UL開發(fā)的Windographer風資源數(shù)據(jù)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(fā)展的階段,不菲的授權(quán)費用將給整機企業(yè)帶來更高的成本壓力。
可能有人會問,用工業(yè)通用的設(shè)計軟件不能滿足風電設(shè)計需求嗎?
還真不能。
在風電設(shè)計領(lǐng)域,“動力仿真”是基礎(chǔ)。而大工業(yè)領(lǐng)域通用的、達到風機載荷分析應(yīng)用標準的動力學(xué)仿真軟件,如德國INTEC Gmbh公司開發(fā)的針對機械/機電系統(tǒng)運動學(xué)/動力學(xué)仿真分析的多體動力學(xué)分析軟件SIMPACK,以及美國機械動力公司研發(fā)的機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析軟件Adams,授權(quán)形式多為軟件包形式。
曾有業(yè)內(nèi)專家向筆者表示:風機從設(shè)計到安裝的工況多達幾萬種,倘若每一種假設(shè)都依賴通用軟件去仿真的話,授權(quán)費用將達到天文數(shù)字。所以說,對于風電企業(yè)來說,購買通用工業(yè)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(quán)和自研這兩條路可以走。然而隨著我國風電進入高質(zhì)量、精益化發(fā)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(nèi)整機商對于軟件自主研發(fā)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(yīng)該怎么做?
其實,伴隨著中國風電三十余年的發(fā)展,國產(chǎn)風電專業(yè)軟件并非原地踏步。在低成本精益化設(shè)計、數(shù)字化智能化發(fā)展等一系列市場需求推動下,一些風電整機企業(yè)已經(jīng)走上了專用軟件自主研發(fā)之路。
5月25日,金風科技具有自主知識產(chǎn)權(quán)的整機仿真軟件GTSim獲得國際認證機構(gòu)TüV NROD權(quán)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(shè)計軟件也獲得中國首個風機設(shè)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(shè)計,才能效率最高又不發(fā)生碰撞?在打車系統(tǒng)中當乘客發(fā)出要車請求,應(yīng)該以什么方式把乘客分配給司機才能做到最優(yōu)匹配?
這里所需要的“最優(yōu)設(shè)計”就是依靠求解器就是這樣的一個計算系統(tǒng)來實現(xiàn)的,且數(shù)據(jù)越大、要求越專業(yè),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(nèi)首個風電求解器Enfast橫空出世,依托海量運行數(shù)據(jù)建立了從設(shè)計到測試,最終反哺設(shè)計的路徑,實現(xiàn)了對風機應(yīng)用場景的快速迭代。
兩款自研風機設(shè)計軟件的落地,使我國風電整機制造打開了風機設(shè)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(shù)的新一輪突破。而且,如今最明顯的一個趨勢是,開發(fā)商對于風電全生命周期的建設(shè)及數(shù)字化運營已經(jīng)越來越依賴整機制造企業(yè)。
這也是近年來真正敦促我國主流風電企業(yè)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(fā)、打造自身核心競爭力的強勁驅(qū)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(fā)電裝備的核心功率器件,即便近年來風光產(chǎn)業(yè)鏈幾乎全部國產(chǎn)化,但IGBT對外依存度達90%。
數(shù)據(jù)顯示,國內(nèi)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(fā)電,占比8%。而據(jù)BloombergNEF預(yù)測,到2025年,全球風電光伏發(fā)電市場對應(yīng)的IGBT全球需求量級在12-15億美元。
核心技術(shù)的缺失,倒逼國內(nèi)企業(yè)走上自主研發(fā)的道路。2022年1月一則消息顯示,中國中車IGBT模塊產(chǎn)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(chǎn)業(yè)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(lǐng)先成為經(jīng)濟發(fā)展最大助力的今天,攀爬自己的科技樹已成為產(chǎn)業(yè)高端發(fā)展的唯一路徑。
可以說,未來經(jīng)濟發(fā)展是由科技和數(shù)據(jù)驅(qū)動,風電作為先進生產(chǎn)力,整體提升設(shè)計軟件、關(guān)鍵大部件生產(chǎn)以及數(shù)據(jù)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(shù)的缺失而限制了自身的高端發(fā)展道路。
讓我們?nèi)袠I(yè)共勉。
責任編輯: 李穎