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创新海洋工程科技发展海洋新兴产业-李华军院士

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来源:中国挖掘机械网
发布时间:2021-04-15
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【摘要】目前世界各国非常重视海洋,海洋已经成为21世纪世界经济、政治、军事竞争的制高点,为了最大限度地开发、利用海洋,各国都制定了海洋发展战略,深海和南北两极已成为开发热点。
    海洋对人类的生存和发展至关重要,承载着全人类的希望和未来。据统计,全球约40%的人口居住在沿海地区,70%的经济活动发生在沿海地区,90%的国际贸易通过海洋完成。

  世界人口将会持续增长,海洋能否为人类提供足够的食物、能源、资源?人类又能否充分认识海洋、调控海洋,并且维护健康的海洋?

  在“第二十二届中国科协年会世界海洋科技论坛”中,中国工程院院士、中国海洋大学副校长李华军指出,人类活动和气候变化给海洋带来了很多负面的影响,比如海洋污染、海洋资源过度开发、海洋生态功能退化等。

  “中国海洋工程装备还存在着短板,如基础研究相对薄弱、缺乏核心技术,对新理论、新方法、新技术的研究深度不够等。”

  海洋新兴产业是重要经济增长点

  目前世界各国非常重视海洋,海洋已经成为21世纪世界经济、政治、军事竞争的制高点,为了最大限度地开发、利用海洋,各国都制定了海洋发展战略,深海和南北两极已成为开发热点。

  “海洋生态环保愈发被重视,开发模式也由粗放向精细化转型,国际海洋科技与装备发展迅猛。我们正从从沿海走向远海,从浅海走向深海。”李华军说。

  近年来,我国在海洋领域取得了长足进步,获得了很多里程碑式的成绩。海洋产业每年平均增长率为8.03%,2019年为6.2%,占当年全国GDP比重的0.29%。

  李华军指出,未来发展海洋新兴产业是我国非常重要的经济增长点。

  在2019年的全球十大港口中,中国就占据七个。“三十年前,我国港口在全世界的排名还是比较靠后的。近年来中国海洋油气发展得非常快,建成了一些里程碑式的装备。”

  于2008年4月28日开工建造的海洋石油981深水半潜式钻井平台,就是海洋油气产业中里程碑式的装备,作业水深3000米,最大钻井深度可达到10000米;半潜式钻井平台——蓝鲸号的最大作业水深为3658米,最大钻井深度达15240米。而在海洋探测技术与装备中,“蛟龙号”的下潜深度已经达到7000米。

  近年来中国海上风电领域发展迅猛,短短几年间总量已经跃升至全球第三、亚洲第一,并正在往深水区发展。

  开发海洋挑战不小存在不少技术短板

  不过,海洋开发利用也面临着许多挑战。人类活动和气候变化给海洋带来了很多负面的影响,比如海洋污染、海洋资源过度开发、海洋生态功能退化等。

  李华军以海洋生态功能退化举例,全球海洋中的红树林湿地、珊瑚礁等已损失了一半以上,有些区域甚至高达70%以上。“极地冰川溶化导致海平面上升以及极端海洋灾害增加,给海洋生态环境的可持续发展带来了巨大的危机。”

  在理念上,当前全球尚未形成全球海洋的治理体系,海洋资源开发仍处于各国各自为政的困境,缺乏科学开发与生态保护的理念,粗放式的开发造成了严重的生态环境灾难。

  李华军指出:“不同的行业部门对用海的理念是不一样的,缺少科学、合理的海洋空间规划,如何来兼容这些冲突?”

  而且当前对海洋的科学认知也严重不足,完全不能支撑科学合理的开发与利用海洋。如何评估和解决海洋资源开发与生态环境保护的矛盾,即短期经济效益和长期生存环境矛盾也是焦点之一。

  众所周知,海洋技术装备是开发海洋、利用海洋与认知海洋的重要基础保障,非常关键。李华军指出,目前中国的创新能力不足,需要研发新技术、新装备来支撑海洋新兴产业的发展。

  面对严酷的海洋环境和深远海的高风险挑战,目前我国的海洋工程科技还无法支撑。“我们应对提升海洋认知水平、创新海洋工程科技、转变海洋开发理念。”李华军说。

  海洋工程是高风险、高投入、高科技的行业,其环境复杂严酷且需持续作业,不确定性强。而且,由于海工设施水深不同,差异显著、复杂庞大,流固耦合作用强烈。因此,海上施工与运行风险极大,安全设计与防灾技术至关重要。

  李华军指出,中国海洋工程装备还存在着短板,如基础研究相对薄弱、缺乏核心技术,对新理论、新方法、新技术的研究深度不够。

  “如分析设计工具,目前我们就缺少国际认可、具有自主知识产权的设计分析管理工具。海工装备产业链不够完整,低端产能过剩、高端产能严重不足,整个产业链的配件、技术受制于人。”

  此外,动力与控制领域的绿色与智能技术发展也受到挑战,且精益生产水平不高。

  海洋工程科技发展机遇良多

  当前海洋工程科技的发展有着紧迫需求,发展机遇自然也不少。首先,在海洋认知领域我国提出“智慧海洋”、“透明海洋”,需要用传感器装备立体地采集海洋的信息,并传输处理信息以服务各行各业。李华军指出,其中一些装备和设施未来可发展成很大的产业,需要中国加大自主研发。

  在深海资源开发利用领域,据国家权威机构预计,未来几十年内石化能源仍将是全球使用的主要能源。

  李华军表示:“深海资源油气开发、矿产资源开发、可燃冰开发、可再生能源开发等,都是未来发展的产业。向深海发展面临更复杂、更多变的海洋环境,向深海拓展对技术、装备及工艺提出新需求,对环境保护也提出更高的要求。”

  以油气资源为例。在深海油气开发中,未来将发展为大型化、集成化与智能化。而海底矿产研发则需攻克高效采集、矿石水力提升、环境保护、系统风险防范等技术难题。在可燃冰开采领域,我国已经实现三次试开采,未来还将继续攻克一些技术难题,如稳定高效的开采原理、开采装备、安全储运技术与装备等。

  为了保证海洋的可持续发展以及实施生态保护,在海洋空间综合开发利用时要减少矛盾冲突,以平衡海洋的利用。

  李华军分析道:“这其中有许多问题值得研究,比如未来海洋空间规划的基本原则,应该先考虑基于生态优先的管理理念,并合理布局多功能的海岸与海洋空间利用,建立跨地区、跨部门的协调与管理机制。”

  此外还要提升对全球气候变化、海洋环境恶化适应与恢复能力的研究等。

  他进一步分析道,这些是从海洋工程视角下来看待海洋空间的规划和利用。

  美国墨西哥湾开采石油已经长达几十年,但现在几万个油井带来了很大的环境风险,未来我国在南海大量开采矿产、油气时,应该合理进行空间利用规划,从油气开发到系统设计建造、安装、生产运行到拆除的一系列问题都需要考虑。

  在推进“海上丝绸之路”的建设中,整个沿线的水温、气象非常复杂,给施工和运维带来很大的难题,要研究专用装备以提高施工效率。有时候风大浪大,一年可以施工的天数非常短。

  海洋生态环境危机应对也是发展机遇之一。人类活动和全球气候变化的加剧,使得海洋生态系统的可持续发展面临着前所未有的压力和挑战,如海洋污染治理、生态修复、生态海岛建设、蓝色海湾建设等都是待发展的重要领域。

  随着海洋工程装备与技术水平提升,未来装备将逐步向集成化、智能化、低碳化、深远化发展,特别是会聚焦深海两极,这应该都会是新的增长点。

  多管齐下提升海洋工程技术

  李华军指出,以前人们只关注安全、经济,现在还要关注智能、环保。“上述相关领域是重点的突破方向,特别是要突破‘卡脖子’的系列技术,全面提升我们认识海洋、开发海洋、保护海洋的综合能力。”

  要鼓励原始创新,推动科研成果产业化;强化主流海洋工程装备的核心竞争力,推进产品结构高端化转型;加大核心配套装备与技术的研发力度,实现自主可控,逐步突破海洋工程装备产业化困局;借助新一代智能技术发展机遇,突破智能装备技术创新,提升全球海洋综合治理能力。

  有鉴于此,海洋资源开发装备的基础理论和设计方法,包括大型海工装备在深海的水动力分析理论与方法;海洋开发管线结构物的关键技术,超大型浮式结构分析理论与设计方法;海工安装技术,包括大型平台组块安装、水下生产系统安装等,都是重要的发展方向。

  同时在海洋这种复杂的环境,安全监测、安全评估、振动控制等安全运维技术也非常重要。此外,高新技术也会推动海洋工程装备在设计建造、安装方面的信息化。

  “未来我们需要全球合作协同,增强对海洋的科学认知,促进海洋健康可持续发展;推动海洋科技革命带来产业的变革,促进海洋新兴产业发展。上个世纪船舶制造业、海洋油气发展比较快,这些成熟的经验和技术对新兴产业有很好的借鉴。”李华军总结道。

  他表示,高新技术对海洋工程装备的发展尤其是智能化有很大的帮助,此外创新海洋工程装备的检测、维修、安全防护等运维技术,要构建全球海洋科教合作网络,并促进海洋科技发展与人才培养。

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