中国工程院院士干勇：到2030年碱性电解槽的需求可以达到1.13万亿元，2050年可以达到5万亿

　　第七届中国制造强国论坛于2022年12月23日-26日在河北保定举办，主题为：补短板·锻长板·固底板。中国工程院院士、原副院长，国家新材料产业发展专家咨询委员会主任干勇发表演讲。

　　干勇在演讲中指出，监测产业体系，整个过程就是产业升级的过程，就是技术进步与消费升级共同作用的进程，也是制造强国建设的重要进程。它的特点，第一是产业附加值高，高档或者高端产品所占比例高，且产业处于全球价值链的中高端，所以不管是新兴产业还是传统产业，如果只是生产一些中低端产品，这就不叫现代产业体系。不论是传统的还是新兴的，只要能够具有附加值高的特征，就应该属于现代产业体系的范畴。

　　第二是自主可控，不能受制于人，有较强的主导权控制力，根据自身的意志和需求来推进产业发展。但关注产业自身是不够的，要产业链自主可控，包括整个原材料零部件制造装备和软件体系等高附加值的环节，具有主导权的控制力。

　　第三是产业绿色低碳，是由粗放型向资源节约型与资源生态和谐共处，贯彻绿色生产，绿色石油和资源的节约理念，支撑可持续发展的产业。但中国正处于从旧的产业体系向新的产业体系过渡时期，所以目前许多传统产通过几十年的发展，特别制造强国建设以来，已经处于国际先进水平。比如石化、钢铁冶金、建材仿制，都属于国际上的一流方阵。

　　干勇坦言，中国的战略性新兴产业的高端领域跟国外有一定差距，产业链环境从原材料的材料元器件到先进工艺的制造装备和高端软件检测控制表征，还不能完全实现自主可控，产业基础能力相对薄弱，所以需要加速布局。

　　第一，全球经济化一体的背景下，要以新型创新体系来支撑现代产业体系的发展。工程院做了一系列的战略咨询的研究，因为现在国家之间的竞争由企业之间、产业之间的竞争逐渐演变为产业集群和产业生态系统之间的竞争，产业制造业的集聚化，这是产业发展的规律，是制造业结构调整和转型升级的必由之路。10年前，先进制造业产业集群的新方向，欧美发达国家先发优势明显，他们率先推出的集群计划，占领培育先进制造业的集群先机。

　　第二是参与战略新兴产业的崛起，成为先进制造业继续发展的布局新重心。进入21世纪以来，第一轮信息技术革命与产业融合，信息技术成为强国建设的基础，是实现各国培育先进，实现企业先进企业集团的基础和重要方向。

　　第三是创新能力和先进制造业集群的核心竞争力。科技战略提出中国的创新战略，是引领现代产业体系发展的坚实基础和推动力。我们的技术优势来源于正逐渐从市场规模产业集聚向技术创新发展，特别是重大技术的突破和规模的技术外溢，产业目前的创新能力还是很强的，发展的速度也是较快的，这是一个重要特征。

　　干勇指出，光伏电池和稀土磁体是中国的长板，半导体是中国的短板，还要努力。这两个长板是非常重要的，保定的光伏发展得也非常好，新能源、稀土永磁中国占了全世界85%。所以中国制造业不能单打独斗，必须要展开联合创新。

　　他指出，需要关键技术联合攻关与系统创新，公司资源整合和培育创新大企业来克服小散落的特征，这个任务已经非常迫切地摆在我们面前。要调整科技结构方向，突出企业的创新主体地位，这是非常重要的。要保证产业链安全，要用新型创新组织整合资源，培育创新联合体，培育大企业集团，培育产业集群，形成制造强国建设的三种创新模式；同时补短板，依靠企业的技术创新主体作用，联合大学研究机构共同形成大的创新链条。要调整方向，特别是基础研究短板。

　　干勇总结，我国关键产业中高端发展得不错，但是还面临很多困难。

　　一个是大型企业，创新能力很强，但有的获得国家资源以后缺乏战略眼光，技术处于封闭状态，认为这样好像能保住企业的创竞争力。其实恰恰相反，必须开放互利共赢。如果只是以盈利为目的，眼光短缺，只追求规模扩张，追求短平快，就会导致创新动力不足，难以继续长期的战略目标。

　　原有的创新组织模式较松散，资源整合能力很弱，所以项目基地的人才、基金数据是割裂的。协同性一定要加强。中小企业创新动力好，有创新激情，事关生死存亡。要探索一条新的创新道路，要以信息创新体系来支撑现代体系的发展，集聚重点产业领域来短长板补短板，整合项目基地人才、基金、创新资源，实现技术聚集效应最大化。创新理念，创新战略，创新模式，创新网络，实现全链条的技术创新。具体可以分为两条线，一是材料零部件系统装备应用，这是装备；从信息技术本身、半导体材料、芯片模组、应用系统等等在全链条的创新路线。

　　二是在建设创新联合体，实际上国有企业占了很大的资产量，完全可以形成大的联合体，把产业链全部打通，特别是卡脖子的技术和重要领域。

　　第三是培育大企业集团，非常重要。特别是信息技术的大企业集团，中国的大企业集团是不少，但是基础产业技术能力还有待提升，要培育产业集群，而且要通过产业集群模式，要培育一批辐射的专精特新的小巨人企业。

　　进入中后期，制造业迈入深水区域和产业集群。中国的产业集群越来越强大，头两批是25家，长三角、珠三角、环渤海、中部地区、西部地区。上海、江苏、浙江、安徽、长三角是占优的，然后第三轮又评选了20家，保定市的电力和氢能源高端装备集群进入了国家的优胜者名单，包括在45家进入了竞争最强的八大集群，制造业重要的标志发展就是制造强国建设的标志。

　　干勇进一步提出对集群建设的路径建议。

　　第一是对基础产业，包括钢铁石化、有色建材仿制，大部分已经处于国际先进水平，基础产业很厉害，上百多种产品的规模在全世界占据第一个的超过50%。所以要提高行业集中度为主线的巩固技术创新体系，改变原有的低水平同质化竞争和高能耗高污染的发展模式，特别是产业集中度，产业的产能过剩。巩固技术创新的体系，依托龙头产业，引导企业在战略资源研发、研发、采购、销售、物流方面充分发挥协同效应，统筹协调，还有发挥企业资源整合之后的人才技术资本优势。

　　在绿色制造智能化方面上整个领域实现了新的突破。要提升产业集群的智能化，打造平台经济体。这个平台经济体非常重要，要共同建立共同经营，有的产业集中度不高的领域，互相恶性竞争，我们要共同来分享资源，共享效益，这个是下一步强国建设很重要的标志。加入平台经济体的企业通过互相参股，有些联合的方式形成利益共同体。

　　还可以互相参股，有效联合，把上亿吨的民营企业变成一个大的平台，叫做钢铁产能联合体，共同在一个平台上进行物流统一生产，统一指挥，统一销售，这样对外可以把矿石价格压下来，对内保持钢铁的基本价，不像以前互相恶性竞争，最终出现白菜价，大家都受到很大损失。第二是关键战略产业集群，这个非常重要。关键战略新兴产业的发展标志着制造强国最后的成败。

　　在以高端制造、新的信息、新能源、生物医药，包括新能源汽车、光伏、移动互联网、国际通讯、航空航天、高档数控机床等领域，技术含量高的战略，在产业链处于价值链高端，产业链占据核心地位，这是非常重要的。

　　所以干勇认为，第一，建设前沿技术创新平台，打造高校和科研院所的创新生态圈，和企业一起围绕企业产业发展需求来形成这个生态圈。二是加强新技术的实验验证与示范应用，以应用促进前沿技术产业集群的建设。第三是前沿技术的产业集群，未来我们也在布局，包括人工智能光子技术、量子可控变核聚变、深海深空、深海生命科学，包括合成生物学等等，所以通过创新平台的建设吸引科技人才，也可以在区域内集聚，也可以在国家大平台上集聚。

　　一是建设前沿技术的创新平台，打造一个新的生态圈，这是高端技术最高端，比如说中国科技大学的量子技术，潘建伟团队在预先布局等等，必须包括光子技术，包括深空深海核磁生物学也非常重要。二是加强新技术的实验验证与示范应用，以应用促进前沿技术产业集群的建设。三是在宣传目标下，科技支撑能源现代产业体系的发展。

　　谈及双碳目标，干勇指出，化石燃料时代向绿色能源时代的发展是两个转变，一是化石能源消耗型，绿色能源再生型，二是碳氢燃料中的高碳燃料向低碳燃料转变。

　　“看看国家电网做的模型，碳达峰目标下的各类电源发展，2030年我们的供电光伏装机容量可能达到16.2亿千瓦，按现在的计划国家能源局要求不低于12亿千瓦，现在看来发展很快，16亿千瓦挡不住。”

　　“整个发电光电和风光伏和风电就可以达到2.5万亿度电。现在全社会目前我们总的发电量目前是8万多亿度电，2060年就不得了了，风电光伏可能装机容量更大，达到1018亿千瓦。现在我们总的装机容量我估计是23亿到24亿，所以届时光风电光伏在2050年60年，就是现在整个发电量的一倍以上。它的发电大概是在8万亿度电，等于现在的全部用电量。超过了2030年5.4万亿，这个是很不得了的。”干勇说。

　　干勇表示，中国距离碳达峰不到10年了，要形成以非化石能源为主体，安全可持续的能源供应体系，大力控制化石能源消费，制定了一系列的政策，包括煤炭减量联控煤电要逐步走，要一步步地稳妥前进。要控制石油的消费增速，要加快实施和再生能源的替代，积极构建以新能源主体的新型电力系统等。

　　他肯定，中国的电力装备产业是不得了的，煤电是世界领先，水电是世界领先。核电世界先进，供电先进，太阳能已经在领先，特高压、超高压都是领先，优先。只有在用气发电方面还属于一般。100万千伏的水压机出来了，在白鹤滩的百万千瓦水轮发电机组，还有华龙一号三代核电工程，东方电气的水轮机发电机组设备。中国的燃煤技术水平已经很高了，到了将近3亿千瓦的超临界。特高压110万伏的交流，120万伏的交流，100万伏到120万伏的直流。还有大气的核电站、核电的压力容器这些，中国已经很多实现了国产化，关键技术对内构建。

　　干勇指出，中国有些环节还对外有依赖度，但是差距原因还是上下游的产业链联动较弱，重大能源技术装备研发投入还有限，整体工业基础有待加强。未来发展是系统技术的变革，新能源站的高配的电力系统安全稳定运行，需要出口的灵活性资源，所以要推动产品升级，向智能化、低碳环保、机要化、高端化方向发展。

　　要推动产业加强基础能力，包括材料、工艺、软件、标准认证体系来推动生产优化升级与数字化，这是肯定的。需要发挥市场和政府两个优势。

　　干勇进一步谈到光伏产业。包括高效光伏中的大指数碳纤维等等，汽轮机高效智能焊接，光伏是可再生能源的重中之重。2021年底全球光伏组件产能增长了45.4%，主要是中国的贡献。

　　他介绍，光伏产业为全球市场供应87%的多晶硅，98.1%的硅片，85%的电池片，70%的组件，发展迅猛。所以光伏到了2021年底已达到3.6亿千瓦左右，占了全球的70%，产能占全球77.2%。所以分布式光伏发电支撑了用户车的快速发展。以后的分布式发电不间断，电源电动汽车用户测能储能的滤电光伏产业链，有了绿电就好办了。中国光伏已经做到了完全引领全世界，而且规模巨大的一个强大的光伏产业。

　　干勇指出，中国的光伏产业还要进一步的发展，包括晶硅电池专用的PC设备以及核心装备，国产的光伏产业的安全材料。要注意研发高效的硅基光伏电池，高效稳定的钙钛矿电池的发展，新硅太阳能电池的薄膜太阳能电池，重点突破高效光伏电池，效益转化效率现在如果达到28%-30%，光伏发电的成本完全可以降到一毛钱一度电。

　　谈到风力发电，干勇表示，中国的风电发展得也非常快。2021年底全国风电累计装机3.3亿千瓦，这在全世界稳居第一。风电机组发展得非常漂亮，预期技术是国际领跑，保定做了重大贡献。风电部分的关键零部件工业软件，还有地方受制于人。特别是主轴承环节，90%以上依赖进口，还有主轴的工业设计软件和风电专用的核心设计软件等，还有存储技术，包括空气的压缩储能，电池储能，分类储能。

　　“最近我们听到一个好消息，国内风电的组织过程中，6个兆瓦级的悬浮轴承出来了，原来风机有一半大概是永磁电机，现在是永磁力产生的悬浮组织轴承。减少了很多摩擦，在同样的风力下效率更高，有的地区风力不够，现在就够了。悬浮轴承需要的阻力大大减少，所以达到超低功耗的损耗，提高风电设备的发电效率，这是中国人完全自主开发的知识产权技术。”干勇说。

　　他表示，无人机技术发展更加快了，2021年上半年同比增长600%。风电光伏上来以后，储能为了电网的稳定，就要大力发展，以后的分布式发电用电对储能提出了非常迫切的需求，这个市场是超大的，所以要保证可再生能源消纳的关键技术。

　　电网接入调控和储能是势在必行。“我们正在突破一些新的储能技术，研究锂空电池、锂二氧化碳电池，包括压缩空气储能、飞轮储能、液态和固态锂离子电子储能和拉锂离子电子储能、液流、全方液流电子储能等，也有应用的梯级电站大型储能，特别是废弃矿井研学出冷出热以及安全技术，包括分布式的发电技术、高温固体养护燃料电池发展也很快。”

　　干勇介绍，氢能体系，是构建协同互补的终端能源结构的重要环节。氢作为能源，它是储能，具有大规模长周期的优势，可以永久储存，也可以随便非常灵活地运往各地。它的空间转移能有效提升能源供给质量，再生能源的消纳利用水平都可以大大提高。以后的风电光伏的装机容量很大，电网的稳定和储能可以进行保护。在燃料电池汽车、分布式热电联供，深海潜水器和无人机等领域可以大量应用。

　　干勇进一步提到，氢能与燃料电池的重要特点和锂电池不一样，重在远续航里程600公里到1000公里，很适合大型的重载卡车，包括大的深海潜水无人机，包括高铁的备用电源。氢燃料电池，锂动力电池在乘用车上有它的优势，在重型大型的柴油卡车这些物流方面比较固定式的应用在路线上，氢能优势很大，当然它有三个，用风、电、绿色能源进行电解水制氢，碱性炼浆水是非常成功的，但没有电不行，必须保证不能低于30%的电来保证碱性电解槽的寿命，而且不发生爆炸。它的缺陷是大量使用质子交换膜，催化剂中用的贵金属量增加，也存在卡脖子的问题。

　　他表示，固体氧化物燃料电池能克服这两个缺点，但现在还没有完全大工程化。到2030年碱性电解槽的需求就可以达到1.13万亿元，2050年可以达到5万亿，到2050年达到7万亿的光是电解槽的需求。

　　干勇表示，根据我国国际能源署的预测，到了2050年要实现碳达峰碳中和的目的，估计要有5万亿美元的投资总额流入才能实现，而且光是生产氢，到2030年底要翻倍增长，要达到2500亿美元，2050年底要突破1万亿美元，光是全球氢能的生产，总的市场容量不可忽视。要形成10万亿的氢能规模，这是一个大的产业领域。

　　最后，干勇提到，分布式发电和新型清洁能源体系的未来发展重点。包括新能源发电技术，要研发百米以上的高空风电机组，5兆瓦以上的海上风电。海上风电去年发展得非常好，占了全世界80%，新增的海上风电装机非常厉害。要研发高可靠性低成本的太阳能，热发电与热联供转化效率可以提到70%以上，研发具有高压线性、多用途、小型模块式的冷水冷堆等。此外还有热发电、海洋能发电、生物质发电，还有智能电网技术，研发大规模可再生能源的并网和电网安全高效运行技术，特别随着可再生能源的比例提升更加重要。

　　干勇还提到电力的另外一个问题也很重要：要在新能源中提升到一个最高水平，是离不开先进的半导体技术。化合物的关键半导体是为了先进能源发展的核心技术。值得注意的是，我们集成电路和国外的差距是比较大的，如果现在马上改善，追赶上国外大概还需要两代时间，时间比较长。

　　“22-28纳米的技术，已经基本成熟，足够工业化应用。但是到了14纳米、7纳米以下，我们有困难。包括光刻机、ETA的设计软件、架构。但是化合物半导体（三代半导体），我们和国外差距是不大的，大概也就差了3-5年，而且限宽要求也就在90纳米左右，我们完全能达到。”干勇说。

　　干勇表示，现在的小散乱布局太多，所以三代半导体可能需要河北省或者是一个领域，一个地区，甚至是国家来做一个大的控股平台。要把产业链连起来，进行高端人才引进、顶层设计、任务分解、组织管理、成果转化，不要自由发展，但这样的投资成本过高。所以这个技术需要实现材料芯片与应用验证，反复迭代联动研发机制。

　　另外要发挥第三方组织协调作用，以细分领域的应用龙头企业为主，来联合优势企业供应链的共同组建，所以政府的作用要进行资源的整合，以新型的研发平台和科研平台为依托，需要更好的研究平台，更大更高端的研究团队，而且要集聚，而不是分散。

　　在输变电领域上，碳化硅是目前已知的可达万伏等级唯一的功率半导体产业，可实现电力电子装置的小型化、模块化。体积减小40%，能量损耗减少50%，所以发展三代半导体材料的高效电能转换刻不容缓。

　　轨道交通采用全碳化硅的模块代替现有的IGBT模块，使系统的体系减少20%以上，重量也是20%，系统损耗20%，这非常重要，打破了国外垄断。

　　5G通讯宽带，要求覆盖毫米波的频段，至少10倍于世纪的峰值速率。氮化镓，是目前能够实现高频高效大功率的唯一材料。硅基材料已经达到极限，包括二代半导体。所以氮化镓出现了。

　　新能源汽车的三大核心技术：电子、电控、电机。功率半导体是核心的元器件。在新能源整车半导体用到了80%，成本也很高。国际上进入了碳化硅、氮化镓为代表的半导体时代。特斯拉现在已经开始了。所以我们的市场巨大，有超大的新能源汽车市场，我们的企业一定能把半导体发展起来，现在已经进入爆发期了。

　　最后干勇提到建设现代产业体系的评价表征平台，它一定是一个统一共享的科学严谨的研发流程，所以它的平台要形成：研发、制造、验证，再研发再制造的这种反复迭代，高效率的新型的中试基地要建设。

　　另外全生命周期的综合评价的科技设施，表征的科技设施要出来，我们有这么多的大的科技设施都可以利用。材料的全生命周期的研究，可以搞一个大的联合实验平台，而不只是分段的，只靠某一种机械性能，都是分割的数据。

　　所以要打造多主体、多要素、全链条、系统化、大兵团、高强度，跨区域的持续的科技电网、系统机构等等，构建高水平、高质量、创新链完整的现代化的研发体系。而且要通过国家级创新平台注入国家信用，实现资本链和研发链的产融结合，探索新的国家创新体系。

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