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请问赛先生|康鹏举:机器得做到像人一样智能

澎湃新闻记者 柴宗盛
2015-01-06 11:38
来源:澎湃新闻
澎湃研究所 >
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        康鹏举:曾获得澳大利亚昆士兰科技大学电气工程博士、美国仁斯利尔理工大学工商管理(MBA)。从2001年到2010年,康鹏举在康明斯联合技术公司任职,涉及的研发领域包括混合动力控制系统设计、直升飞机主控系统等,2010年3月加入GE,2011年6月被任命为GE中国研发中心电气领域(含电力系统、电力电子、控制与电子系统)研发总监。

        长久以来,关心中国制造的国人气不得舒,虽为制造大国,但高端制造一直不争气,甚至翻身希望也渺茫。最近,工业4.0被炒得大热,但有人说美、德、日这些老牌强国不带中国玩,中国没有机会参与工业4.0。不过,最近马云说了一句牛气的话,技术不算啥,有钱、有市场就能解决。但互联网大佬的话能用来指点制造业吗?

        12月9日,我们对GE(通用电气) 中国研发中心电气系统研发技术总监康鹏举博士做了专访,给出了他的答案:“尽管我是搞研发的,我认为技术是核心但不是最关键的因素,最关键的还是市场,有了市场需求,技术问题可以迎刃而解。”

中国智能电网还要继续追赶

        澎湃新闻:中国智能电网的进展如何?

        康鹏举:智能电网在美国和中国有着不同的表述方式:美国叫智能电网;中国叫坚强智能电网。这源自美国跟中国的关注点不同。美国主要是关注配电网络及其优化,不大规模增加基础设备投资,通过优化控制想办法满足日益增加的能源需求。美国电网设备相对比较陈旧,设备更新换代非常困难。原因是大部分配电公司都是私有的,很难统一协调。所以建设分布式能源是美国智能电网的一个侧重点, 在用户端就地建电厂,以燃气为主,包括太阳能、风能等。鼓励分布式能源进入电网, 通过优化控制调配,试图不增加对能源基础设施投资,最大化现有设备的负荷率以满足不断增加的需求。

        美国主要从用户端入手,通过各种方式鼓励用户节能和改变用电方式。比如有些地方实施24小时电价浮动,用户可以根据实时电价调整用电策略。这项技术叫做用户侧响应。技术关键是在用户端加装智能电表,数据可以在供电公司和用户之间双向传输,用户通过手机或能量管理终端可以看到当前电价,以便实时决策。用户的用电情况对供电部门也是透明的,供电公司在用户许可的情况下直接控制智能家电或工业用电设备,帮组用户节能。因此将信息网络和传统的电力网络融合是智能电网的关键。

        中国的主要能源及发电中心都分布在西北、西南、华北等地区,需要远距离把电送到东部及东南部负荷中心。坚强智能电网就是高压、特高电压远距离能源输送。在这方面中国领先于世界,电压等级最高、容量最大的高电压传输技术都在中国得到充分应用,大多数高压、特高电压远距离能源输送项目都在中国实施过。在系统集成、项目实施、资源整合、技术使用上,中国是世界领先的。在元器件方面,如电子元件及电力开关元器件方面,中国正在追赶国外先进水平的道路上。

        澎湃新闻:现在中国的风电技术怎么样?

        康鹏举:中国风电技术这几年有了长足的进步。从发电成本的角度来看,风电的度电成本最近已经到每千瓦时4美分,接近煤电价格了。从可利用率来看,GE风机能达到98%以上,国产风机虽然略低于90%,但进步非常快。考虑到综合社会效益,完全可以和传统电力竞争。中国风电资源非常丰富,除了传统“三北”风电基地,还有高原、海上风电陆续得到开发。如果风电输送问题解决了,规模相当可观。从制造技术上来看,中国制造的风机跟其他国家并没有什么区别,事实上世界上绝大多数风机整机厂都是在中国采购或制造部件的,例如叶片、齿轮箱、塔桶等。但从风机的设计方面来看,国产风机设计和国际水平还存在一定的差距。其中最大的区别在于控制系统,即怎么从传统控制过渡到现代控制、高性能的控制,从而实现发电量的提升和抑制系统成本的增加。

        澎湃新闻:风电不稳定对电网冲击大的情况有无改变?

        康鹏举:风能是间歇式的,用工业互联网技术,能将所有风机、风场以及传统的水电和火电联网,可以统一调度,减少间歇式能源对电网的冲击。比如这个风场的风不足了,可以通知另一个风场或其他电厂增发进行补偿。也可以外加装储能装置,使风电输出平滑化,甚至在电力潮流拥堵时储存电力,时机合适时再释放。还可以同时加入控制,在风场接入点进行有功、无功补偿,提供辅助服务,帮助稳定系统频率和电压。从电力系统来看,区域风场发电是恒定的,和传统电厂一样受控。 广域上多种发电是可以协调的,乃至自洽和自组织的。这不是简单地将传统电力控制用于风电,而是通过工业互联网平台和大数据分析,跨领域重新整合信息技术、发电控制技术、电力调度技术、空气动力技术、电力电子技术、储能技术等形成的解决方案。简单来说就是风机风场设备智能化,区域可调度化,广域协调自主化,服务灵活化,最终达到用户效益最大化。短期内,中国更多关注如何通过坚强的高电压电力走廊把电送出来,而从长期来看,完全可以从工业互联网这个方向获得更大的提升空间和新的增长点。这不是概念炒作,GE已经把它做成实例,GE和意大利E.ON公司的合作使得GE风机年发电量增长了4%。

        澎湃新闻:储能技术现在能满足要求吗?

        康鹏举:储能技术发展到今天为我们提供了多种选择,但各有利弊。抽水储能是目前唯一一种实现大规模应用的大容量储能技术,不仅在美欧日,而且在我国也获得较大规模应用,如上海附近的天荒坪抽水蓄能电站,但是,由于建设抽水储能电站需要特殊的地理条件,同时,效率仅有70%左右,建设周期长达8-10年等因素,它的发展也受到了一定制约。压缩空气储能电站建设投资和发电成本均低于抽水储能电站,其储气库漏气开裂可能性极小,安全系数高,寿命长,可以冷启动、黑启动,响应速度快,目前美欧日都有小规模应用。不过,建设压缩空气发电厂并非易事。建设的首要任务就是必须找到一个支持空气压缩存储的地质空间,但这需要占用大面积土地,因此,选址成为制约其发展的决定性因素之一。此外其能量密度低,并受岩层等地形条件的限制也影响了这种技术的大规模应用。中国可再生能源主要分布在西北等地,其地理条件和地质构造并不太适合大规模发展以上两种储能系统。电池储能和蓄热储能目前在美欧日包括国内也有小规模应用和试运行,但成本依旧较高,储能能力也比较有限,商业上还没有找到比较成熟的方案/模式。为了解决这些问题,包括GE在内的许多公司也在不断地研发新型电池和储能方式,例如GE正在探索在风机中安装采用新型电池的小型储能系统用以增强风电并网能力。另一种思路是发展分布式发电结合小/微型储能系统。好比大家都走高速公路,肯定要拥挤。要想办法让大家不要出门就把问题解决,所以要把电站建在用户终端,不再远距离输送。分布式发电主要是楼顶铺设光伏,另外用燃气,在有天然气管道的小区装一兆瓦到五兆瓦这种级别机组,一个小区就够了。再结合较小的储能系统就能实现区域内的最优能源管理,获得最低的使用成本。这就是分布式电网,还能同时热电联产,既发电又供热或制冷。

2020年动力电池或取代锂电池

        澎湃新闻:新能源汽车使用的动力电池的技术进展如何?中国积累较多的磷酸铁锂技术的前景怎样?

        康鹏举:目前每个主要工业国家都在大力投入新型动力电池的研发,但这不仅需要新材料、新理论创新,而且在生产工艺上也要做出相应改进。很多产品都是材料没有问题,技术也解决了,但是生产工艺很难实现或控制,因此必须要能大规模自动化生产才能满足需要。目前国产磷酸铁锂电池单体一致性还有待改善,这导致电池包的能量密度大大低于电池单体的能量密度,下一代动力电池的生产工艺和成本必须克服这一局限才能更好地推动新能源汽车的广泛应用。希望在2020年左右,下一代的动力电池可能取代锂电池,或者锂电池更上一个台阶。就目前而言磷酸铁锂电池本体的安全性较好,但钴酸锂电池配合良好的电池管理系统也能在特斯拉电动车上获得不错的效果。三元锂电池在安全性和能量密度方面也获得了不错的平衡点。预计未来空气锂电池能达到近似化石能源的能量密度,具有很大的吸引力。

        澎湃新闻:低油价对电动汽车的负面影响有多大?

        康鹏举:今年来国际油价经历了不小的波动,不仅对世界上一些国家的政治经济造成了冲击,同时也对汽车行业造成了影响。低油价会使得燃油车主获得额外惊喜,但为了遏制高能耗消费,政府提高了燃油税。在国内,影响人们购买新能源汽车的最大的因素并不是油价,各级政府政策上的优惠和汽车本身性能的影响更大。同时油价不会一直维持在低位,相信未来随着油价的上升,新能源汽车在能源费用上的优势也会越来越明显。此外在初始购车成本相同的情况下,电动汽车在养车、用车成本方面优于普通燃油车。但充电设施的普及程度会影响用车的便利性。

将所有的机器和人互联

        澎湃新闻:关于工业互联网有人认为中国机会不多,你如何看?

        康鹏举:工业4.0主要针对制造企业,其核心是工厂数字化、信息化、全方位自动化以及智能机器人的应用。大量使用智能传感器,将车间每一个需要监控的地方全部监控起来。同时还要有高端的分析能力,将大量数据整合分析提取有用信息更好地控制生产环节和供应链。以一个工厂为例,首先车间的所有机器设备要实现全方位的数字化,其次这些数字化的机器设备通过实时工控网互联互通,最后在信息的层面上实现人和工厂的无缝交流。比如说制造一套零件之前,先是在虚拟的环境下设计并完成测试,无须制作实体样机,然后直接下载到数字化生产线开工制造。

        GE提出“工业互联网”,跟德国的工业4.0不一样,德国强调制造企业的信息化、数字化、自动化、智能化。GE提出的工业互联网是实现所有机器互联,而不仅仅是制造工厂的机器设备,最终实现机器与机器的融合、人与机器的融合。预计在2025年左右大概有五百亿台的机器能够联网,相应的经济规模和效益相当可观。人与人联网之后,对整个人类社会产生了巨大的冲击:人类获取信息的能力、互相合作的能力和生产力都获得了极大的提升。工业互联网目标是让所有机器联入网络。但连接起来的机器必须是智能机器才能充分发挥工业互联网作用。GE讲的工业互联网有三个层面:第一是智慧机器;第二是有统一、开放的网络、工业大数据平台,将所有的智慧机器连接起来;第三,将联网后产生的大量工业数据转为信息,实现实时反馈使每一个机器的能力都发挥到极致,提升整个工业系统的效率。人联网后能产生那么大的效益是因为人知道获取什么信息,如何搜取信息,如何利用信息,如何合作。从长远看,要想机器联网后达到人联网类似的效应,机器得做到像人一样智能。

        澎湃新闻:这毕竟是未来的技术,目前机器联网能做什么?

        康鹏举:智能机器能够进行思考、预测,能够针对环境变化作出相应调整。以一个风场为例,一台风机预测到来风将要减小,它会告诉相邻的风机,我这里风小,风大地方的风机要多发一点电。其余的风机就会相互协调自身的发电输出,保证风场发电量不变。使机器实现这种自协作能力,是人类长远的目标。短期内我们可以做这些:第一,让机器有自我意识并能发挥其最大潜能。第二,机器能够意识到自身或环境问题,并发送相关信息给相关人员。智慧机器还应当有这个能力:能向别的机器分享经过处理的有用信息。而不仅仅是原始数据的分享。换言之,机器通信应该言简意赅。

        澎湃新闻:中国在这方面的机会和困难各是什么?

        康鹏举:首先,技术不是最关键的,最关键的是市场。有了市场需求,技术难关可以一一克服。中国工业体系对工业互联网这种高效的技术是有需求的。人口红利的时代即将结束,本地企业也在主动或被动地进行转型升级。工业互联网可以帮助本土企业实现升级目标。其次就是要有很好的创新机制,帮助拓展工业互联网的创新空间,让技术能够顺利地输送到市场中发挥相应的效应。

        经过几十年的发展,中国在基础设施的建设、知识的积累、人才的积累和创新能力都已经具备一定的规模。现在最关键的就是怎样把资源有效地整合起来,通过市场驱动,调动研发创新的积极性,让企业和人才全部参与进来,没有什么不可逾越的障碍。我们可按中国的实际情况开发出符合中国需求的工业互联网的技术。用开放的心态,积极整合全世界的资源,开发出有自主创新的核心技术。

        澎湃新闻:汽车市场那么大,需求那么强,咱们这么多年也没有赶上,有什么不一样吗?

        康鹏举:汽车技术需要长期积累,很难跨越式的发展,需要长期的投入和研发。国内许多汽车企业在零部件及整车领域在全力追赶。中国企业尽管从低端市场入手,但往往从低端做起来后劲更大。比如华为,先占据低端市场,逐步积累到一定的实力后,大胆地投资技术、人才,开发出中高端产品,以低成本的优势进入高端领域竞争。这是中国企业独特的一种创新模式,我称之为渗透式创新。目前一些汽车民企正在沿着这条道路前进。

未来科技与趋势

        澎湃新闻:请预计一下,接下来有哪些可以改变世界的技术?

        康鹏举:GE未来做这几样事情:第一,极端环境下作业的机器。如深海采油、采气设备。机器在三千米水下作业可以做到40年免维修。采油/气设备、供电设备、管道、控制系统全部都布放在海底。第二,用于极端环境的超级材料。第三,工业互联网,将所有的机器和人联网并接入云端,让整个产业链、人类社会的效率提高一个档次。第四,绘制大脑,目前我们在做高端的核磁共振,把大脑绘制出来,让生物学家和计算机科学家把大脑的原理搞清楚,实现真正意义的人工智能。第五,智慧工厂:互联工厂、产业互联、设计虚拟化、智能机器人和3D打印广泛应用。第六,分布式能源,实现能源无处不在。

        澎湃新闻:看好哪个国家的科技前景?

        康鹏举:中国已有相当的技术积累、知识储备,并且已经到了可以迸发的阶段了。我们所要做的就是怎么把这些资源利用好,怎么样以市场为导向,设计一种良性循环的机制。

        澎湃新闻:你觉得上海可以做些什么?

        康鹏举:上海非常开放,基础设施齐全,很多五百强企业都在上海有研发中心,有人才优势、地域优势,与国际接轨,很多东西跟国外同步。特别是在工业互联网时代,应该是有所作为的。

        上海更适合做一些智能设备和大系统的研发。上海积累的人才的能量是极大的,怎么把这些人才整合起来,和国际大公司合作也好,和本土企业合作也好,总之要能够创造一种合作的平台。比如GE在电动汽车领域有多年积累,我们很愿意就这方面的技术跟中国企业合作。GE在工业互联网领域也希望和国内企业加强合作。

        澎湃新闻:上海要建具有全球影响力的科技创新中心,依据自身条件,可以在哪些方面发力?

        康鹏举:第一,上海在研发方面有一定的实力。比如上海电气已能制造世界上最大的火电机组。第二,人才层次分布合理,有做基础设施的、信息的、半导体的,有制造大设备、做大系统集成的,非常适合成立科技创新中心。第三,上海集中了大批外企研发中心,具有全球化的思维和视野。需要解决的是怎么通过市场导向建立合作平台,让科学和技术走向市场,快速将科学技术转化为生产力,建立一个有机的创新生态系统。

        

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