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陈海生:跨越从科研到产业化的“死亡之谷”——以压缩空气储能为例

   日期:2019-07-02     来源:中科创星    浏览:1215    评论:0    
中国科学院工程热物理所副所长陈海生在2019硬科技生态战略发布会上的讲话,以下内容根据现场速记整理。


组委会让我讲一讲跨越从科研到产业化的“死亡之谷”,实际上这个题目很大,我只能从自身的理解和我们所经历的一种储能技术——压缩空气储能,跟大家分享一下我的体会。

从科研到产业化的“死亡之谷”▲▲▲

首先我们来了解一下什么是科研到产业化的“死亡之谷”。我们以科学和技术来开始。我们经常讲科技,科技实际上是由科学和技术组成,但科学和技术是两个不同的概念。

科学是关于自然界、人类社会和人自身的规律的事实、原理、方法和观念的知识体系以及创建这个知识体系的社会活动。科学的任务是发现规律,提出理论,认识世界,解释世界。

技术是根据生产实践或科学原理而发展成的各种工艺操作方法和技能,以及相应的材料、设备、工艺流程等等。技术的任务是发展或开发出新的方法、手段、措施或途径。

所以根据科学和技术的不同,我们的科研工作一般分成三类。一是基础研究,它没有特定的商业目标,是一种以探索规律,发展原理,提出理论为目的的科学发现活动;二是技术研究,是把科研成果应用到生产上、工程上的技术创新活动;三是应用研究,是以工程为目标,探索新知识新技术的应用。

现在科研工作的评价机制的关注点往往是文章、专利、获奖、项目和经费,但是科研工作的目的根本不是这些。

文章和专利是科研工作的副产品,项目和经费是对科研工作的投入,荣誉和获奖是科研工作的品牌,这些都不是科研工作的目的。


基础研究的目的是,发现新现象、总结新规律、提出新理论;技术研究的目的是,发明创造、在国家重大需求和重要产业中得到应用;应用研究的目的是,实现技术推广和产业化,创造生产力。

接下来,我们来了解一下产业化工作是什么。产业化主要指科技成果转移转化,是为提高生产力水平而对科技成果所进行的后续试验、开发、应用、推广直至形成新技术、新工艺、新材料、新产品,发展新产业等活动。所以,产业化是将科技成果转化为实体产业,最终要生产出产品,体现科技成果的经济效益和社会效益。

我们思考科研跟产业化之间存在的根本区别,主要体现在以下几个方面:

第一是目的不同。科研工作的目的是发现、发明,产业化的目的是创造经济和社会效益。

第二是对象不同。科研工作的对象是面向“思场”,要得出新理论和新技术,但是产业化面向的是“市场”。可以说“思场”比“市场”要简单,而“市场”更为复杂,它要面对政策、金融、产业等等,当然也包括科技。

第三是风险不同。科研工作如果有1%的可能,就可以付出100%的努力去探索;而产业化只有经过100%的论证,才可以投入实施,所以两者对风险的要求不同。

第四是投入不同。科研工作投入的是经费,而产业化投入的是投资。科研经费投入之后,完成目的和任务就可以了,甚至是可以宽容失败的;但是产业化的目的是要创造效益,它有投资回报的要求。

第五是产出不同。科研工作的产出是新理论、新技术,不一定赚钱,也不一定是成熟的产品;产业化要求必须产出产品,以产品作为载体,为投资产生效益。

所以从某种意义上讲,产业化更难,成熟度要求更高,面向的对象更加复杂,对管控风险的要求更高。


科研到产业化的“死亡之谷”,讲的就是科学技术通向产业化的过程当中,它们之间存在难以逾越的鸿沟。新的科研成果如果不能跨越这个鸿沟,就无法走向市场,无法转化为生产力。特别是硬科技,需要长期投入,而且一般会经历一个较长期的投入多于产出的阶段。而只有过了死亡之谷,到达收益快速增长阶段,才能成功实现产业化。

而且科研要跨越产业化的“死亡之谷”,不仅需要转化为产品,而且还需要提升和跨越。科研相对产业化来讲,面向的环境相对简单,这就是为什么大部分的技术无法跨越这个死亡之谷,而仅仅停留在科研成果的层面,不能成为产业。

那么我们为什么一定要去做产业化呢?这是因为,产业化是科学研究到应用推广过程的重要环节,也是促进国家科技发展和社会进步的有效手段。中科院提出的“三个面向”,不光面向国家重大需求和面向科技前沿,同时要面向国民经济主战场,这是我们中科院和研究所的重要发展方针。而且通过产业化,可以反哺科研,成为团队科研工作可持续发展有效保障;还可以提高科研人员的收入,为最终实现财务自由提供有效的途径。

跨越“死亡之谷”:压缩空气储能技术的产业化发展路径▲▲▲

下面我以我们团队的压缩空气储能技术的发展过程为例,同大家分享我们的产业化经历。储能行业大家都比较熟悉,它被称为第三次工业革命的支撑技术,最近十年呈爆发性增长,要归因于三大驱动力。

第一是移动电子设备大规模的应用,以前使用的都是固定终端,如PC,现在我们都是使用移动终端,如手机、pad,原来的互联网发展为现在的移动互联网,这些变化导致对移动能源的需求大幅度增加;

第二,交通电气化的发展,电动自行车、电动汽车等,引发了驱动能源储能的需求大幅度增长;

第三,固定式或者是规模化的储能技术的发展,这也是我们团队主要研究的领域。大力发展可再生能源是国家的重大需求,但由于可再生能源具有间歇性、不稳定性,迫切需要把这种不可控的能源,变成可控能源,对储能提出了巨大的市场需求。

在里夫金的《第三次工业革命》这本书中,作者提出了第三次工业革命的五大支柱产业,在这五大支柱产业当中,储能都是他们的关键支撑技术,因此储能被称为能源革命的支撑技术。储能也被列入了我国的国民经济和社会发展的十三五规划,是国家的战略性新兴产业,是典型的硬科技。在过去的十年,全球除抽水蓄能外的新型储能技术的装机增长了55倍。根据国际能源署的预测,到2050年,储能装机数量上还要再增长10倍。市场需求巨大而迫切。

我们研究的压缩空气储能,是一种适合大规模应用的储能技术。在用电低谷时,把高压空气存储在储能装置当中;在用电高峰时,再将高压空气释放,驱动透平做功发电。压缩空气储能系统具有规模大、建设成本低、寿命长、储能条件不受限制的优势。

传统的压缩空气储能技术存在三个技术瓶颈,第一是依赖大型的储能洞穴,受地理条件限制;第二是效率相对较低;第三是依赖化石燃料。

我们研究的新型压缩空气储能技术通过高效压缩、膨胀、蓄热、换热、集成优化等方法来提高系统的效率;将空气以液态或者高压气态进行储存,摆脱对大型储气洞穴的依赖;通过压缩热回收再利用,摆脱对化石燃料的依赖。

压缩空气储能技术复杂,牵扯到多个行业,甚至受政府政策的影响,是一个典型的需要长期投入的硬科技,其通过死亡之谷的难度非常大。

01

我们要跨越科研到产业化的死亡之谷,首先要跨越技术成熟度的难题。从提出新型压缩空气储能概念到完成基础研究,再完成关键技术突破,最后通过示范,一步一步跨越死亡之谷。压缩空气储能是一个多学科交叉的系统工程,我们针对压缩空气储能整个系统的复杂性,重点开展了三个关键科研问题研究:首先是压缩机和膨胀机内部流动的问题,第二是超临界蓄热蓄冷技术,最后是全工况的系统设计技术。

02

跨越了技术成熟度的难题,面对产业化复杂的环境,同时也需要多方面的投入。我们要建立规模相对比较大的压缩空气储能系统,要有团队、平台和投资来支撑科技成果的转移转化。首先我们建立了100余人的压缩空气储能专业团队,这也是目前国际最大的压缩空气储能团队,真正承担起发展压缩空气储能这个相对复杂的硬科技的重担。第二是建立平台,建立完整的研发体系。我们建成了针对各种部件的测试平台和集成验证平台,成为国际上唯一具备10-100MW级的部件实验和系统集成测试能力的研发平台。第三是吸引投资。不仅获得经费支持,我们还通过与投资人之间的相互学习、促进,能够更加贴近产业化和市场,促进技术研发。

03

最后,我们还需要降低科研到产业化的风险,要保证从胜利走向胜利。我们从小到大,一步一步来做。我们先做1.5MW,再到10MW,最后到100MW。通过不断的跨越,实现产业化。通过不断的跨越,性能也不断的提高,规模提高2个量级,效率提高了20%,成本大幅度下降。为我们产业化提供了更好的经济指标和性能指标。

这是我们2013年建成的1.5MW示范系统和2016年建成的10MW压缩空气储能示范系统。我们从2017年初启动了100MW压缩空气储能技术研发和示范工作。

回顾我们的发展历程,基本上走过了基础研究到关键技术再到产业化到应用的过程。我们过程中的感受和体会是,一是在做产业化的过程中,可以进一步明确科研工作的方向——面向应用的科学与技术研究;二是科研和产业化可以相互促进,不仅科研可以促进产业化,我们实现产业化的过程当中,我们也建立了压缩空气储能的新理论,在压缩空气储能领域发表的论文数量在全球是第一名,申请的压缩空气储能专利数量也达到全球第一。

下一步我们将继续坚定研发压缩空气储能技术,不断地推进技术成熟和产业化,为压缩空气储能技术的发展,乃至中国的储能事业和能源革命,贡献我们绵薄之力。这是我们的梦想,我们的使命,也是我们的责任。 
 

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