《动力电池:未来企业比拼三方面能力要深入研究四大主材技术》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-12-01
  • 10月20日,国务院办公厅发布关于印发《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》的通知(以下简称《规划》)。根据这份文件,2025年,中国新能源汽车市场竞争力要明显增强,动力电池、驱动电机、车用操作系统等关键技术要取得重大突破,安全水平全面提升。为了达成目标,《规划》重点提出要提升产业基础能力,而由动力电池与管理系统、驱动电机与电力电子、网联化与智能化技术组成的“三横”,成为新能源汽车整车及配套零部件产业未来发展的重要发力点。
      在《规划》印发后,《中国汽车报》记者第一时间独家专访了分属“三横”领域的权威专家进行解读。
      动力电池:未来企业比拼三方面能力?要深入研究四大主材技术
      “汽车电动化趋势不可逆转,与之相应,动力电池产业前景非常乐观。”中国电科第十八研究所研究员肖成伟认为,“现在,我国新车年销量约为2500万~3000万辆规模,按照《规划》中2025年新能源汽车销量占比20%左右的目标,就是要达到500万~600万辆。这一体量对整个动力电池产业的推动作用将十分巨大。”他表示,这不仅仅意味着现包括宁德时代、比亚迪、LG化学等在内的国内外头部企业将迎来巨大的增长空间,行业其他竞争者也会拥有广阔的舞台。
      在远期市场目标的基础上,动力电池企业应把目光集中到产品安全性、一致性、经济性等现实问题上。
      肖成伟强调:“从技术角度来看,对动力电池性能的追求是永无止境的。”据他介绍,新能源汽车动力电池产业要想攻克难关,补齐短板,实现高强度、轻量化、高安全、低成本、长寿命的性能优化,少不了对正负极材料、电解液、隔膜四大主材核心技术的深入研究。“对于规模化生产的动力电池,在成本可接受和安全性得到保障的前提下,通过不断进行技术迭代,产品的比能量、比功率、充电倍率等技术指标,每年实现3%~5%的提升是可以预期的。现在,电池单体的能量密度普遍能达到220~250Wh/kg,系统可做到160Wh/kg左右。同时,对高比能电池的技术开发也在持续进行,目前电池单体达到了300Wh/kg,系统达到了200Wh/kg,取得了很好的进展。”他表示。
      “除新体系产品外,行业主流企业对规模化生产的动力电池材料体系的选择基本上趋同,同时它们通过采用向上下游延伸产业链的方式来进行战略布局,以期实现对成本的控制。这种背景下,企业之间比拼的是对产品安全性的把握,对产品经济性的控制,以及对产品制造能力的掌控。”肖成伟指出,“工艺技术的进步,生产线自动化制造水平的改善,能够提升电池产品的一致性和品质,从而为动力电池的安全性和使用寿命提供保障。”
      电驱动系统:改善电机失效问题成为关键?软硬件协同攻关提升竞争力
      “根据此前的规划,我国新能源汽车配套电机的比功率是要从2010年的1kW/kg升级到2020年的4kW/kg。‘十三五’规划的五年中,功率电子控制器功率密度(实际控制器产品)从6~8kW/L发展到超过20kW/L,装车样件功率密度突破30kW/L,SiC MOSFET基控制器功率密度突破40kW/kg,这个进展速度远超其他行业。”新能源汽车电驱动系统路线图组长、哈尔滨理工大学“头雁”教授蔡蔚表示,“但我国在材料和核心零部件(元器件)与世界先进水平的差距还相当大,不得不依赖进口,在产品竞争力上的差距也是有的,具有全球竞争力的电机系统和电驱动产品以及企业较少。其中,改善电机失效问题将是行业未来发展的关键。”
      蔡蔚介绍称,驱动电机50%甚至更高比例的失效源于绝缘性能,绝缘材料和相关工艺是行业“痛点”。电机向高频方向发展,对绝缘系统的耐压性、耐电晕、耐温、导热性能都提出了一系列的要求,需要追溯到上游绝缘材料、下游制造工艺等整个链条的协同研发。“电机、控制器及电驱总成的产业链需求,除了对功率芯片、封装模块、控制芯片、专有电路和电容等弱项产生挑战外,也提出了从设计仿真到控制算法和软件的迫切需求,要搭建自主可控的软件架构,展开软硬件协同攻关。”他认为。
      在蔡蔚看来,要实现我国汽车电驱动技术和产品的持续进步,必须调动全产业链的积极性,大力提升关键材料和核心零部件、元器件水平。而中国新能源汽车产业的世界级竞争力,要依靠电机系统和电驱动的核心研发供应能力。
      智能网联技术:跨领域融合意味生态系统重构?新安全议题值得业界高度关注
      在《规划》中,智能网联作为要攻关的核心技术被单独强调,意味着以新能源汽车为载体的智能互联网技术、信息物理系统架构设计、高精度地图与定位、车辆与车外其他设备间的无线通信(V2X)、线控执行系统等跨界协同融合技术正成为“三横”发展的另一个支点。
      “智能网联技术推动多个行业实现跨领域融合,意味着生态系统的重构。从这个角度来看,新能源汽车的智能化可探索多种技术路线,但最终的选择还是要以产品为导向,以市场为指针。”国汽智控(北京)科技有限公司总经理、首席技术官尚进认为,“在行业融合的特质下,智能网联汽车产业链上下游企业都应根据资源禀赋,明确自身所处的位置,形成自己的独特优势。其中,整车企业要抱持融合的心态,积极下沉,借助杠杆,有效地配置资源,快速形成适应于智能网联开发特点、有别于以往传统汽车领域中链式发包的整体架构。”
      对此,地平线市场拓展与战略规划副总裁李星宇表示认同:“在新的业态中,整车企业与智能网联汽车产业链上下游企业应形成一种拼图式的合作关系。智能汽车技术的发展则应遵循渐进式路线,直接从低等级自动驾驶跃升到高等级自动驾驶难度太大。企业可以通过打造数据迭代闭环,为高等级自动驾驶积累进化的养分。”
      此外,尚进与李星宇不约而同地强调了智能网联汽车技术和产品安全的重要性。“智能网联技术确实在走向‘专、精、尖’,也正因如此,汽车安全已超越传统的主动安全、被动安全范畴。功能安全、信息安全等随智能网联汽车技术出现的新安全议题,同样值得业内企业高度关注。”尚进称。

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    • 12月7日上午,在泰国罗勇府的暹罗东方工业园内的泰国国轩电池工厂内,当两名泰国工人拧紧最后2个螺丝,一个标有NVGOTION字样的动力电池包正式下线了。这在中国人看来早已司空见惯,但对泰国却具有里程碑的意义,这是泰国第一款本土生产的电池包。而这,是中国动力电池企业的出海样本——国轩高科近年来众多出海举措中的一个案例缩影。 公元前202年,从中国的西安出发一路向西,横贯亚欧大陆,远达北非,这条漫长而古老的道路网,两端直线长度相当于赤道的四分之一,绵延万里,延续两千多年,这就是历史上著名的古丝绸之路。 2013年,习近平总书记提出“重建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路”的合作倡议。到今年一带一路已经获得了全球150多个国家的加入与支持。 从2000多年前的老三样丝绸、茶叶和瓷器,到今天的21世纪一带一路的新三样新能源汽车、光伏、锂电池;中国一如既往地向世界输送着代表美好与和平的新事物。 2006年成立的国轩高科,深耕新能源锂电池领域18载,从安徽中部合肥发轫、发展,如今已经成长为中国动力电池领域的佼佼者、中国企业出海的样板和先行者。全球首个标准电芯工厂、泰国首个电池包、德国首个电池包、占据印度新能源市场最大份额,海外业务增速近300%...... 梳理其海外布局可发现,国轩高科的大部分海外布局都集中在一带一路辐射经济带上,而其中较早布局的东南亚市场目前已经率先实现赢利。国轩高科的“新丝路”探索有望成为公司未来最大的业务和收入增长极,更是给其他中国企业提供了绝佳的出海范本。 (一)海上风光无限 何不逐浪前行 根据国际能源署今年发布的《2023年全球电动汽车展望》报告,预计今年全球新能源汽车销量较上一年将增长35%,将达到1400万辆;而最新的销量数据显示,2023年1-9月,全球新能源汽车销量达到了940万辆,同比增长39%。而每年的第四季度,都是汽车销售旺季,照此推算,2023年全年新能源汽车销量极有可能突破1400万大关。这个数字,比2022年的1082.4万辆销量高出一大截。 在这个日益庞大的数据当中,有三点值得我们深思。第一,在1-9月的940万辆中,中国新能源汽车销量占全球份额超过60%,中国新能源汽车市场正在日趋成熟,而中国之外的其他欧非、美洲和亚太等区域的新能源汽车市场,还是一片亟待深度开发的市场。 第二,相比全球汽车的销量数据,新能源汽车的销量数据还有很大的增长预期。机构数据显示,2022年美洲市场、欧非市场、亚太市场的汽车销量数据基本在1800万辆上下,加上中国市场2,000多万辆,合计2022年全球有接近8,000 万辆的市场空间,且四个市场份额相对均衡。假设在不久的将来这些汽车都要迎来电动化转型,那么全球新能源汽车市场在未来相当长一段时间内,都将持续高增长态势。那对于拥有技术和产品双重优势的中国动力电池企业来说,没有理由不出海。 第三,对比新能源汽车的数据,我们再看对下储能市场的数据。国轩高科董事长李缜在最近的第六届彭博创新经济论坛上预言:“我们认为到2030年左右,储能领域对电池的需求量会达到1.5TWh,这是一个很重要的市场需求。”2030年全球对电池的总需求会达到6TWh,电化学储能按占比60%算,也就是3.6TWh左右,1.5TWh的储能市场需求占据了40%左右,储能市场需求不容忽视。除中国外,美欧两大经济体是全球新型储能的主要市场。彭博新能源财经认为亚太地区将在全球储能市场中占主导地位,预计到2030年将占所有新增储能系统总装机容量的47%。欧洲、中东和非洲(EMEA)地区将占24%,美洲将占18%份额。也就是说到2030年,除中国外,其余海外市场的储能份额预计占50%左右。 当然,我们不能只看到市场巨大而忽略背后的掣肘与壁垒。以美国新修订的IRA法案为例,补贴明显倾向美国本土企业,限制海外企业尤其是中资背景进入美国市场的意图非常明显。2022年中国出口至美国的锂电池金额超100亿美元,占总出口额近20%。因此可以预判法案的实施直接影响未来2-3年中国电池企业和其他产业链配套企业的出口业务,甚至会导致短期内中国企业失去美国市场部分订单。但一个显而易见的事实就是,美国市场需求不会因IRA政策限制而减少,客观上美国需要外部资源和力量来提高自身的技术水平和市场需求。欧盟也推出了新电池法案,对电池的供应链、碳足迹、电池护照和回收都提出了明确的要求。比如关键原材料法案对于战略性原材料提出了本地化的目标比例,同时规定了单一第三国的供应比例,这也倒逼具备实力的中国企业加快出海布局步伐,赶在政策收紧前提前谋划出海布局,提升全球市场份额。 全球汽车行业巨变深刻影响能源行业,到2030年,汽车电气化将使全球石油需求每日削减至少500万桶。国际能源署署长比罗尔表示,电动汽车不仅未全世界汽车制造业带来历史性变革,也驱动新的全球能源经济迅速兴起,“我们正在目睹的趋势对全球石油需求有重大影响。一个多世纪以来,内燃机没有竞争对手,但电动汽车正在改变现状。” 国轩高科董事长李缜也表达了类似的观点。他认为在传统化石能源时代培养了大批全球著名的汽车企业、石油大亨等。而现在我们已经进入第三次能源变革时代,在这个倡导可持续能源的时代,不仅我们的汽车轻量化技术要大踏步前进,我们的产业变革也会从金属时代逐步过渡到非金属时代,比如合金、铝合金、铝镁合金等轻量化技术,未来碳纤维、硅纤维、玻璃纤维以及植物纤维等会大规模应用到整个产业中来,所以与新能源相关的产业变革空间同样非常大。 在中国新能源产业抓紧超欧赶美的今天,另外一条中国特色的道路——一带一路也在深深地影响着世界。在世界多极化、经济全球化的今天,2013年中国率先倡导了重走一带一路的想法,由于多数“一带一路”共建国家处在发展初期,碳排放强度偏高的态势难以在短时间内逆转,排放总量仍将上升。有研究指出,如果延续历史上的高碳增长模式,到2050年,“一带一路”共建国家碳排放量全球占比将高达76%。由此,构建绿色“一带一路”为破解全球绿色发展难题和完善全球生态治理体系提供了新路径。 作为新能源汽车产业链的一份子,国轩高科在全球超过10个国家有业务布局,业务地域跨越亚洲欧洲和美洲,业务范围涵盖乘用车、商用车、专用车和储能业务等,已成中国动力电池企业的出“领头羊”,梳理其海外布局可以发现,其大部分的出海布局区域,如泰国、越南、印尼、新加坡、荷兰、瑞士、阿根廷、斯洛伐克等,与“一带一路”的覆盖区域高度重合。 (二)全球化是战略 一带一路是方向 我们把时钟拨回到18年前,看看当年的国轩高科做对了什么,才有了今天的走向世界。 千禧年前后,全球锂电产业尚在起步阶段,一名高高瘦瘦、总是面带笑容的斯斯文文的青年,放弃了人人羡慕的合肥市公务员身份,毅然辞职下海创业,年轻、能吃苦,不怕失败、有冲劲的他,在最初的几年里尝试过出租车、房地产等行业,且小有成就,合肥至少10个楼盘都出自他手。在了解到中国科学技术大学在做一种磷酸铁锂的储能技术时,他用开发房地产挣来的第一桶金想办法组织了一批懂行的“专家”去跟进交流电池研究。当年国家通过“863”计划和“十一五”等对高新技术产业持续支持和鼓励,7月,国内锂电技术取得突破,大容量磷酸铁锂电池问世。次年,这名青年便下定决心,创办了合肥国轩股份有限公司,也就是后来的中国动力电池上市第一股-国轩高科的前身。这一年,后来被业内称为是磷酸铁锂产业化的元年。这名青年,就是如今的国轩高科董事长李缜。 对于新技术的重视,自此深深刻在了国轩高科基因里,并播撒到了全球各地。2008年,国轩高科工程研究总院成立,在技术驱动型企业的战略定位下,把技术创新当作做企业的核心竞争力。2009年公司承担了国家“863”计划,2013年获批省级博士后科研工作站,次年又在美国硅谷成立了研发中心,巧合的是,2013年,中国开始第一次提出重走一带一路经济带的想法。此后国轩的布局的脚印开始逐步遍及全球,日本筑波、美国克利夫兰、新加坡南洋理工、印度浦那、中国上海、欧洲哥廷根等研发中心相继建立,使得国轩实现了集全球之智、走上全球研发的道路。去年年底,研发技术人数更是达到了总员工数的1/3,其中海外研发人员的数量正成倍增长。到今年三季度,全球专利申请数量达到7399个,累计授权专利数达到4843个,近两年的海外专利数量增幅均超过180%。 选对了赛道,瞅准了时机,还远远不够。对于企业而言,如何把领先的技术成果持续有效转化并应用到市场,才是生存发展的关键。国轩高科在这一点上也堪称业内典范,为其向全球市场进军打下坚实基础。2009年,国家多部委联合启动了“十城千辆”工程。作为新能源汽车应用试点项目,此举也成为了中国新能源汽车产业发展的重要里程碑。作为第一批试点城市,合肥政府将一整条公交线路——18路公交线作为试点。起点更是设在了当时的市中心市府广场,全程31个站点,近20公里。这条线路的公交车由合肥本地的安凯客车制造,成立才3年的国轩高科便成了安凯客车的独家电池供应商。2010年,这条世界首条纯电动公交线路正式投入使用。 国轩高科工程研究院副院长徐兴无在此前《三联生活周刊》的采访中回顾这段历史时表示,“时任合肥市委书记的孙金龙对这件事很重视,跟我们说,咱们要干,肯定就要干一票大的,而且不要怕冒险失败。他允许我们失败,说失败了由政府兜着,但我们必须做出影响力。18路车原本规划是用24辆大巴车,孙金龙开会又让多给了几辆,凑到30辆。”由此看来合肥“最牛风投”的案例集上,国轩高科是更早的浓墨重彩的一章。正是合肥给了国轩高科早期将技术市场化应用的土壤。此后的2011年,国轩高科配套江淮汽车,推出了585辆纯电动轿车,2012年又与江淮合作推出了3000辆iEV三代纯电轿车,均开启了中国纯电动汽车产业化先河,也为两家企业在日后的出口项目合作上奠定基础。 近年来,产业技术迭代速度加快,但国轩的磷酸铁锂新技术产业化能力却依然保持遥遥领先,从最初的电芯单体能量密度110Wh/kg 到如今 230Wh/kg实现量产。今年5月在合肥举办的第12届科技大会上,国轩高科发布的启晨电池在磷酸铁锂基础上,创新性地加入锰元素,打破了国内外对于磷酸铁锂能量密度的天花板的看法,引领全球锂电技术应用的新方向。 据《汽车商业评论》统计,2017年到2021年动力电池企业数量从102家缩减到58家,经历了一轮残酷的洗牌。国轩高科内部也把自己的发展分为四个阶段:2006年-2010年是公司的业务初创期;2011-2015年是快速发展期;2016-2020年则是公司的战略突破期,2021年开始是公司的全球化战略时期。如今,国轩高科已在全部布局有八大研发中心,二十大生产基地和配套的八大材料基地。 董事长李缜在2022年的公司新春致辞中表示:“成绩所得,一是习总书记,指明方向,民营企业,信心倍增干实业;二是同仁努力,务实创新,攻克艰难,提质增效求发展;三是国际伙伴,信任支持,守望相助,携手成长创未来。” 国轩高科最大的国际伙伴就是大众,2020年,大众战略投资国轩高科,目前股份占比24.77%,是第一大股东。李缜在多个场合都阐述了大众入股对于国轩高科近几年国际化战略布局的三大重要意义:大众给国轩带来的是,是资本、管理、市场的全面升级。如今,国轩高科不仅拿到了大众标准电芯的全球首个研发定点,和大众在德国电池工厂的技术合作,还在接下来两年中相继获得了大众标准电芯首个中国市场供货定点和首个海外市场的供货定点。今年10月,大众汽车监事会主席潘师(Hans Dieter Poetsch)、CEO奥博穆(Oliver Blume)等大众管理层,在实地考察了国轩高科新站标准电芯工厂后,更是盛赞该工厂是全球电池工厂中的“One of the Top”。 从国轩高科近年的成绩单来看,战略合作伙伴国际化比重持续加大。公司已向越南Vinfast、Ebusco、Tata和美国某大型上市车企持续供货;成功进入雷诺-日产-三菱联盟供应商体系;在储能领域携手Invenergy、JinKo、NextEra Energy、苏美达、日本Edison等开拓海外储能市场;与Ficosa、Idneo以及Pod Point等进一步在储能充电车、家用储能产品等方面探索开拓储能应用的场景;并与西门子、巴斯夫、ABB国际顶级技术创新企业在数字化生产、电池材料领域建立研发与创新合作。 据国轩高科2023年半年度财报,公司上半年总营收152.39亿元,同比增长76.42%。其中海外业务营收30.62亿元,同比增长296.74%,占公司总收入的比重从2022年上半年的8.94%提升至目前的20.09%。 (三) 坚定长期主义 “新丝路”催生新增长 2000年前,茶叶丝绸瓷器是中国献给世界的兼具实用与审美的礼物,且风靡世界;历史的神奇之处就在于,在2000年后的今天,依靠在新能源产业领域的独特的技术与产品优势,我们再一次向全世界输送着代表速度与激情的美好事物,即出海“新三样”:新能源汽车、光伏、锂电池。 是历史的惊人巧合,也是时代的独特机遇,国轩高科有幸成为“新三样”出海的一员。如上面所提及的数据,公司海外业务增速逐年加快,形成了国际业务已与中国业务并立的发展态势,并成为两大增长引擎。 国轩高科在“新三样”领域取得上述成绩,在掌舵人李缜看来,这得益于公司多年来始终坚持“长期主义”的结果,体现在资金投入、技术创新、产业链合作、国际化布局和可持续发展等方面提前谋划,积蓄力量,厚积薄发。 公开数据显示,2022年度,国轩高科研发投入费用达到 24.16 亿元,同比增长107.09%,连续4年占营收比例超过 10%,为行业领先。 全球八大研发中心,超过7000名研发技术人员,超过7000项的电池专利技术,是国轩高科技术进步的强力支撑。公司磷酸铁锂技术全球领先,磷酸铁锰锂和标准电芯的技术研发走在行业前列。尤其是今年以来提出的三代电芯战略,折射出其在技术方面的持续创新和进步。据国轩高科中国业务总裁王启岁博士在11月份的高工锂电年会上透露,国轩高科第一代电芯产品主要采用铁锂材料,容量从21Ah到30Ah不等,能量密度达到了160Wh/kg;第二代电芯仍以铁锂材料为主,但容量有所提升,并实现了标准化尺寸,主要型号包括52Ah、105Ah以及15Ah圆柱电芯,能量密度达到了180-190Wh/kg;而第三代电芯产品在能量密度和安全性有了进一步提升。这一代产品不仅涵盖了铁锂和三元电芯,还拓展了磷酸锰铁锂等新的化学体系,其产品品类也得到了进一步拓展,形成了九大产品系列,是公司未来3-5年核心竞争力重要组成部分。 拥有完整的全产业链,无疑将在竞争中具有先发优势。国轩高科垂直整合资源,打通了从矿产开采、材料生产、电池制造、产品应用,再到回收利用的产业链。在国内,公司在合肥庐江、肥东布局了电池四大主材,在中国宜春、南美阿根廷布局锂矿资源,在印度尼西亚开发镍钴矿资源等,在北非布局磷矿资源,再加上分散在亚太和欧洲的电池生产基地,国内国际双循环格局已经形成。 新能源电池行业作为全球“碳中和”目标的排头兵,坚持可持续发展是应有之义。国轩高科连续三年披露ESG报告,充分展示了公司最大限度使用绿电,降低生产过程中碳排放的良好表现和经验做法。国轩高科董事长李缜在第六届彭博创新经济论坛上交流表示,国轩高科在欧洲哥廷根、斯洛伐克启动的两个项目都规划建成零碳工厂,在项目建设及产品生产过程中,将大量采用太阳能、风能等新能源。其次,公司在欧洲规划了从材料到电芯,到产品,再电池回收的产业链条,全产业链都将使用绿色能源生产,实现零碳制造、良性循环,以及电池全生命周期的碳排量追踪。 能源领域的广泛合作,是当今中国与“一带一路”国家的强烈共识。当前,全球新能源市场主要是中国、欧非、亚太和美洲四大市场,电池企业要想谋求更大发展,出海是必然的选择。国轩高科算是先行者,早在2015年就在美国硅谷成立了研究院。2020年5月引入大众汽车战略投资,“配套大众、跟随出海”成为应有之义,国际和布局日益加速。截至目前,国轩高科在全球建立了八大研发中心、二十大电池制造基地和八大材料基地,产业布局已经基本成型。公司规划到2025年全球电池产能达到300 GWh左右,其中国内200 GWh,海外100 GWh。 其中,在欧洲,国轩高科已经走进英国、荷兰、德国、瑞士、斯洛伐克等国家,在亚太地区,美国、日本、越南、泰国、印尼、新加坡、印度等在列,南美则有阿根廷,非洲则有摩洛哥。这些国家中,加入“一带一路”的国家有11个,对国轩高科而言,这无疑是其广阔的新市场,也是全新的增长点。值得一提的是,近两年来,国轩高科在东南亚市场动作频频,供货塔塔汽车、Bajaj轻型车走进印度,牵手vinfast打造越南首座磷酸铁锂电池工厂,搭载五菱Air撬动印尼电动汽车市场,助力“泰国制造”的哪吒汽车产品下线,使得东南亚成为公司出海最大市场,还率先实现海外盈利。 “所有的企业,包括中国、美国、欧洲的企业都需要在全球分享各自的成果、产品、技术,这是全球化的经济基础;全球化已经有了良好的技术基础,比如信息交流系统、通讯体系、运输系统等,想要阻断已经不可能;谁也阻挡不了全球资源往效率更高的地方流动,这是必然的规律。”国轩高科董事长认为,有了良好的经济基础、技术基础、社会基础,全球化的步伐不可阻挡。国轩高科坚信, “新丝路”是历史潮流的延续,也是面向未来的正确选择,以路为轴、以地为纸、合作为笔,布局“一带一路”,就是布局未来。在这个过程中,只要坚定“长期主义”路线,就一定会拥有更广阔的空间,实现更大的发展。 当然,走出去只是第一步,后面还要经历产品获得本地认可,公司最终实现盈利等阶段。第一步已经走对的国轩高科,我们期待时间给我们更好的答案。
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    • 编译者:郭楷模
    • 发布时间:2025-04-15
    • 在人工智能技术日新月异的今天,生成式人工智能的代表——ChatGPT的横空出世,不仅在短时间内吸引了全世界关注的目光,更激发了各行业对大型预训练模型的无限遐想。油气行业作为国民经济的支柱之一,同样期待它能为油气勘探、开发带来新变革。尤其是随着国内油气资源品质逐步劣质化,油气勘探开发难度逐渐加大,亟须运用新技术提质增效。 油气大模型应用面临挑战 数据、算力和算法是大模型发展的核心要素。其中,数据是大模型应用的基石,算力是大模型应用的保障,算法是大模型应用的工具。由于油气行业具有特殊性,在上述三个层面,油气大模型开发都面临着诸多挑战。 在数据方面,油气大模型应用面临数据稀缺、复杂和安全性的挑战。一是油气行业的数据涵盖了地质勘探、钻井、生产和运输等多个环节,每个环节的数据采集都伴随高昂的成本,样本数量少且获取非常困难,采集回的数据还具有多解性和不可验证性的特点。二是油气行业的数据类型非常多样化,处理这些不同种类、不同版本、不同结构的数据本身就充满挑战。三是大模型需要学习海量数据,但油气行业对数据的安全性和保密性有着极高的要求,数据不能上传公有云,且必须防止泄露,因此普遍存在“数据孤岛”问题。这一现状使得如何在保障数据安全前提下,整合分散的数据并训练行业基础模型,成为油气行业大模型应用的关键难题。 在算力方面,油气大模型的训练和优化也面临着算力资源不足的挑战。大模型的训练和优化通常需要巨大的算力资源,这往往伴随着相当高的投入成本。自建算力中心需要巨额资金投入,而租赁算力又存在数据安全和隐私保护的问题。目前,国内油气行业仅具备有限的微调算力,普遍不具备训练行业基础模型所需的高水平算力。此外,由于各种原因,国内油气行业在短期内很难建立起满足大模型需求的算力资源。这一问题进一步加剧了算力资源的短缺,使得大模型的应用和发展受到严重制约。 在算法方面,油气大模型也面临版权纠纷等挑战。算法的优劣直接影响大模型的实际应用效果。相较于传统深度学习等算法,大模型的技术门槛更高,目前的发展主要依赖少数高端算法人才推动。尽管许多开源大模型算法可以作为研发基础,但它们可能缺乏必要的技术支持和安全保障,存在商业机密泄露的风险,且其能力往往不如闭源算法。此外,开源算法的版权协议中存在诸多限制条款,使得基于开源算法进行研发时可能面临版权纠纷。如果选择使用闭源算法,则难以实现核心算法的自主可控。 从数据、算力和算法入手推动大模型应用 油气大模型应用并非坦途,需要在数据、算力和算法等方面破局。 首先,数据之困需破冰。面对数据采集高成本与复杂性并存的挑战,破解数据之困,要以大模型应用为契机,推动数据治理,确保数据的全面性、准确性和时效性。油气行业在大模型方面的核心竞争力是“行业数据”,要做好“训练样本库”的基本功。油气企业必须强化数据全生命周期管理,从数据源头、数据采集、数据清洗、数据融合和匹配、数据完整性增强、数据标注等环节严格规范,建立高质量的训练样本库,提升数据治理能力,为模型提供坚实的数据基础。同时,应通过数据脱敏、数据加密、访问控制和审计、合规性审查等方式加强数据安全和隐私性保护。如设置合适的权限和用户角色,限制用户对数据库的访问和操作,保护数据的安全性。还需进行数据库的维护和优化工作,包括定期备份、数据清理、性能监控等。在此前提下,构建一批高质量开源数据集,推动油气大模型研发生态建设。 其次,算力建设应灵活。面对资金投入与隐私保护之间平衡的挑战,破解算力之困,应以油气大模型为契机,推动融合算力建设。可采取租赁与自建相结合的方式,注重智算能力建设的同时,加强数据安全与隐私保护。例如,企业应根据自身业务需求、成本预算和技术实力,灵活选择算力获取方式。对于常规的计算任务,可通过租赁公有云资源快速响应;而对于涉及敏感数据或需长期稳定运行的任务,则可考虑自建或合作共建数据中心,确保数据安全与算力的可持续供给。在算力设施规划上,应注重长远,实现通用计算、智能计算和高性能计算的融合布局,通用计算满足日常运营的基本计算需求,智能计算侧重于深度学习、机器学习等智能算法的高效执行,高性能计算则针对大规模科学计算和复杂模拟,满足不同场景的需求,显著提高算力资源的利用效率。 此外,算法创新勿盲从。面对大模型训练周期长与迭代速度快的双重考验,破解算法之困,应量身定做适合行业特性的算法模型,避免盲目跟风。应理性认识大模型的价值,优先实施场景模型和数据质量优良的L2行业基础模型,重点应放在微调和适配下游任务上,避免盲目投入通用基础模型的研发,确保技术栈的自主可控。油气行业应秉持资源优化配置的原则,聚焦油气主营业务,从投入成本、产出效益、技术成熟度,以及稳定性、行业聚焦、核心竞争力等方面慎重考虑。在岩心分析、地震资料处理解释、测井数据分析等特定领域,大模型能发挥显著作用,但不可过度依赖,应明确模型的适用范围。 为了推动大模型技术的自主可控,还需加强“AI+能源”复合团队的建设。训练、应用大模型不能闭门造车,要打破传统行业壁垒,注重联合研发生态的建设,例如推动油气行业与互联网企业、高校等的合作,促进跨学科人才整合,形成产学研用紧密结合的创新体系,为油气大模型应用构建可持续的人才保障。同时,可通过项目合作、人才培养、共建研发平台等方式加强大模型算法等方面的合作交流,并明确合作目标与分工,以及知识产权分配与管理、数据保密和隐私保护等制度和规范。 大模型必将推动油气行业新质生产力发展,未来可期,但道阻且长。油气行业要充分认识油气大模型的特殊性,从数据、算力、算法等方面做好工作,稳扎稳打,逐步推进,让AI成为推动油气行业转型升级的重要驱动力。 (作者系中国工程院院士、中国石油勘探开发研究院正高级工程师)