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陈清泉教授:涵养科学精神,能源、汽车、商业革命的 四网四流融合 | ICB新视野观点实录
Back10 Jan 2024 | 深度观点
很高兴来到香港大学中国商业学院(港大ICB)的智见分享栏目【ICB新视野】和大家交流。港大ICB在Marketing Interdiscipline Education方面做了很多的工作,我很高兴受邀进行分享。今天交流的题目是“涵养科学精神”。
什么是科学?什么是科学的方法?什么是科学的精神?什么是科学家的声明?科学和工程有什么关系?了解科学精神和工程哲学之后,我会进一步分析当前能源革命、汽车革命、商业革命的融合。我提出了“四网四流”融合的概念,这里的“四网”指的是能源网、信息网、交通网、人文网,“四流”指的是能源流、信息流、物质流、价值流,我认为只有“四网四流”融合,才能够取得更大的经济效益和环保效益。
“四网四流”的顶层哲学就是三个世界Three World的融合。即人文世界Humanistic World、物理世界Physics World、信息世界Cyber World,只有这三个世界融合,我们的思路才可以是一个Holistic Thinking。我会从我自己讲起,简单回顾和展望我的历程。
回顾与展望 Review and Outlook
我是一名华侨,在印尼出生,当时印尼还是荷兰的殖民地。我经历过印尼的日本占领时期及印尼独立运动时期,1953年,我从印尼回国,就读于北京矿业学院,图左上是1957年北京矿业学院毕业照。我因学术前景很好得以留校任教,我们要办新的专业,就把我保送到清华大学读研,图左中是清华大学读书期间拍摄。1959年研究生毕业后,我回到矿业学院就任新课程的老师,图左下是我辅导同学在电机实验室做实验。1976年,我到香港大学攻读博士,同时在香港理工大学教书,1982年取得香港大学博士学位。1994年,我有幸回到母校参加校庆,向母校做出汇报。我在清华大学读书期间,我们的体育老师马约翰要求清华大学的每一位毕业生一定要为祖国健康服务50周年,我向母校汇报说:这一要求我已经超额完成。
我曾到各个名校担任客座教授。图左上是我1989年在伯克利留影。伯克利右侧是1995年我在MIT做客座教授留影,今年我又回去了,在同样的地方拍照,我背后的树原来很小,现在长大了,我人变老了,十年树木,百年树人。我在MIT的同时也到过哈佛,因为哈佛跟MIT很近,1995年我在哈佛的时候还年轻,两个月前我再次回到哈佛,要花点时间才能找到原来的地方,一看树也长大了,人也变老了。我还有幸在剑桥大学、斯坦福大学、加州理工院等地做过客座教授,其中印象最深的就是哈佛大学,我现在还戴了哈佛的校徽,哈佛的校徽是Truth,Veritas,即追求真理,科学家的使命就是追求真理。另外哈佛有一句名言:让进入哈佛的每一颗金子都发光。每位学子进入哈佛,为什么都会像金子一样发光?因为经过哈佛的熏陶,你的潜力得到发挥,每一个人都是金子,但可能金子尚未发光;每一个人都是火种,但可能火种尚未燃烧,经过哈佛的熏陶后,你的火种燃烧,潜力得以发挥。
另外剑桥也有一个very popular motto,即:Freedom of Inquiry。今天我们要创新,Freedom of Inquiry就是科学的精神,在斯坦福和加州理工院,我也受到很多熏陶,加州理工院是个很小的学校,但出了很多诺奖,就是因为科学精神的熏陶。
今天,我跟大家分享的第一部分就是:什么是科学?什么是工程?科学和工程怎么推动经济?
第二部分我会讲一讲目前我们的“双碳”目标,第三部分讲能源革命,能源革命的核心是什么?时间关系不能多展开,我只能讲他最主要的核心,第四部分讲出行革命,也就是汽车革命,它的核心内容是什么,我们现在处在什么阶段。第五部分讲一讲我提倡的“四网四流”融合。
科学、工程、经济
Science, Engineering,Economy
什么是科学?科学是发现、是知识、是真理。为什么科学是真理?因为放之四海而皆准。1+1=2在美国、在中国、在俄罗斯、在巴勒斯坦、在以色列都是一样的,因为它是真理。我们科学家的使命就是把自然界的规律找出来,造福全人类。
什么是工程?科学要回答的问题是“为什么(WHY)”,而工程要讲科学、技术、管理集成,要解决实际问题,使世界更美好。所以工程要回答的问题是“怎么做(HOW)”。
什么是技术?技术是技巧、工匠精神、精益求精。Technology is SKILL.
纵观人类历史,人类生产力发展有赖于三个要素:第一是科学发现,科学发现进一步推动科技革命,然后建立产业革命。科学发展,科技革命、产业革命这三个要素的互动,推动了人类的文明史,也推动了我们人类的社会生产力发展。
多维度思维
我们要创新,最主要的是思维方法,我提倡多维度思维,Multidimensional Thinking。一个问题有很多维度,首先我们要环形的看问题,英文叫Holistic Thinking,Holistic Thinking可以用中华民族的易经来解释,易经的圆里半黑半白,或者半红半蓝,但它的分界线是弯曲的,黑中有白、白中有黑,黑变成白、白也可以变成黑,我们看问题一定要全面、环形地看待,英文就叫Holistic Thinking,这是创新最主要的思维方法。
除此之外,我们今天不仅要会用数学模型,也要使用大数据和区块链。不仅能够分析因果关系,也要分析相关关系。我们要不断地停止闭环,停止闭环思维就是停止反馈,还要有循环经济、循环思维。
工程哲学
刚才讲了科学,也讲了工程,工程是解答“How to do”?就是要把科学、技术和管理集成在一起。工程一定要会管理,因为要落地。我提倡工程哲学,什么是“工程哲学”?工程哲学的核心就是系统的集成优化,System Integration。搞工程一定要产学研结合,通过产(企业),学(学校)、研(研究)的结合,能够起到系统的作用,所以我们搞工程要有目标,因为要落地,这跟科学不一样,科学家往往出于好奇心把自然界的规律找出来,但是我们搞工程一定要有目标、还要有思想、还有要方法、还要会执行。
我归纳出工程的六条内容。第1要有目标,有了目标之后,2)、3)、4)与思想有关。首先要有整体的思想、闭环的思想、循环思维的思想;要了解因果关系,也要了解相关关系;还要有创造性的思想;还要能够遵守科学程序,包括有时候分而治之,有时候合而攻之。1)是目标,2)、3)、4)是你的思想,你要执行,要调动大家的积极性,所以第5步要考虑人的因素。第6步要有团队的精神,所以搞科学有目标、有思想、有方法可以执行。另外工程和科学相比有两个特点:工程需要经验,工程需要实践,Experience & Practice。
农业经济-工业经济-数字经济
刚才讲了人类文明历史和经济发展是通过科学发展、科技革命跟产业革命三个要素。我们人类的经济已经经历了从农业经济到工业经济、再到数字经济的过程。
农业经济的核心竞争力是个体。农民经济是靠个体的,所以它的核心就是人、牛、马。
工业经济则是一种社会化大生产,工业1.0是大机器生产,工业2.0是流水线生产,工业3.0是规模化生产,工业4.0更是大规模和定制化。工业经济的特点是大生产,它的核心竞争力是机械化、电气化、自动化。
今天,我们进入了数字经济,因为数字可以赋能,数字可以复制,数字可以产生价值。数字经济的核心竞争力是算力。进入数字经济更需要创新,而创新需要培养创新型的人才。
创新型人才特征
创新型人才要有几个特征。第一要有扎实的基础,包括数理化的基础和人文的基础。第二要有敏锐的观察力,你要观察到人家观察不到的。第三要有深入的分析能力,如果你基础好,观察到就可以分析;如果基础不好,观察到也不能够分析。希望你的分析能力非常深入,深入到进入无人区,分析到别人没有做过的。第四是发挥质疑精神,要勇于进入无人区。最后,你发现了创新以后,要勇于发表创新的观点。当你还年轻的时候,发现新的问题并发表观点难免被人讥笑甚至被人谩骂,你不要怕,你的底线是没有违反物理规律,只要没有违反物理规律,你就有底气,勇于发表你的创新观点。
成功创新的重要元素
我认为创新有三个特征。首先创新是唯一性的,创新不是靠忽悠,首先你的创新是唯一的,跟别人不一样。第二是颠覆性的;第三是最佳性的。我们要创新,科学家要把自然界规律造出来之后要造福全人类。
创新科技发展之科技的生态链:四要素
科学通过工程化,把你发明发现的理论变成技术,再变成产品、再变成商品。所以我们搞科技创新一定要有生态链。生态链有四个要素:首先是基础研究,第二是应用研究,第三要有高科技的企业,第四要有金融的支持。这是完整的生态链。
经济和能源的转型
经济和能源今天正处在转型期,转型期给我们带来了新的机遇。人类发展历史已经从农业经济转型到工业经济,再转型到今天的数字经济。从能源的转型来看,以前靠木材,第一次工业革命瓦特发明蒸汽机,木材无法满足能源需求,我们就靠煤炭,英国发现了很多煤炭。随着电气化时代到来,美国发现了很多油田、气田,所以能源从煤炭转型到石油和天然气,但这些都是化石能源,化石能源是不可持续的。现在我们要从化石能源进入可再生能源,可再生能源主要靠太阳能、风能,因为太阳能、风能是可持续的、没有污染的,清洁又是可再生的。但是很可惜,太阳能和风能不稳定。比如太阳能很好,又清洁又低碳,但只有白天有,晚上没有。不鲁棒有时候不靠谱,不鲁棒很脆弱,给我们很大的挑战,怎么利用太阳能,一方面达到清洁低碳的目的,另一方面使他可靠、安全?这就需要加以储能和协调。利用“四网四流”的理论,通过多能互补,能源的生产、出售跟应用要互相协调,同时实现新能源的应用和安全可靠。在这个转型期,有很多颇具挑战性的题目,谁能够在这个转型期占领制高点,谁就能成为前沿领域的领导者。
屏幕前的很多观众,以及港大ICB的很多校友都是成功的企业家,这个转型期能够给你们很大的机会,施展你们的才能,我们正在参与一个对我们社会的未来和子孙后代的福祉产生重大影响的计划,这是非常令人兴奋的。我们都应该为自己能够对新能源、对新能源汽车、对全球科学性发展,对人和自然和谐共生做出的贡献而感到自豪,因为这影响到我们的子子孙孙!
什么是商业革命?
商业革命是从欧洲的中世纪到工业化之间的一段历史时期,兴盛期一直持续到十八世纪初。由于新航线的发现,欧洲和东方建立了直接联系,香港就是很好的一个港口,英国人发现香港非常有用,所以想让它成为融合东西的桥梁。新航线发现了美洲,英国、西班牙、葡萄牙、法国开启了海外殖民,这就是商品流动的贡献。因为新的商品发明以后,要流动起来,一定要通过做生意,通过流动进一步扩大商品交换的规模。所以商品非常重要,没有商品的交换,规模不能很大,全世界通过商品的交换,进而引发了金融、保险、投资方面的变革,和出现了新的经济理论,商品经济逐步取代自然经济成为社会经济的主导。商业革命是欧洲革命的前提,我认为工业革命和商业革命是相辅相成的。
“一带一路”
我们很早就开启了丝绸之路经济带,开始通过中国丝绸之路走向欧洲,而今天,除了陆地上,还有海上的丝绸之路,所以我们提出“一带一路”。今年刚庆祝“一带一路”十周年,“一带一路”要走向成功,就要做到政策沟通、民心相通、货币流通、道路联通、贸易畅通。香港要发挥自己的优势,因为香港实行“一国两制”,在“一国”的前提下发挥“两制”的好处,香港希望做到背靠祖国、联通世界。香港怎么充分发挥到香港原有的中心功能?首先是贸易中心;香港开埠的时候以做生意为主,所以香港也是商业中心;然后成为航运中心,又成为金融中心;但现在香港要增加两个中心,一个是科技创新中心,一个是中西文化交流的中心,香港怎么能够充分发挥到这些中心的作用,背靠祖国、联通世界?
“双碳”目标 Dual Carbon Target
人与自然要和谐共生。现在我们面临的障碍是灾害越来越多,因为二氧化碳排放量越来越大。第一次工业革命后就开始用煤、用油、用汽油,这些能源一燃烧就产生二氧化碳,温室气体产生很多灾害,如水灾、风灾等等,所以联合国号召我们一定要做到“碳中和”,各国都提出了“双碳”目标的行动。
可持续发展+全球化
的科学家的使命就是把自然界规律造出来,造福全人类。Rachel · Carson几十年前写了一本书,叫《Silent Spring》(寂静的春天》,她提出:为什么伦敦以前有雾霾?就是因为人与自然不和谐,过分应用了化石原料。而我们要实现可持续发展,一定要通过全球化,因为应对气候变化不是靠一个国家、一个地区能做到的,一定要通过全球化来实现,所以Josephe · Stiglitz教授也提出:Making Globalization Work,可持续发展和全球化一定要联手。
“双碳”目标
欧洲的环保意识诞生较早,在上世纪80年代已经达到了“碳达峰”,他的目标是2050“碳中和”。美国也在2007年达到“碳达峰”,日本在2008年达到“碳达峰”,他们的目标都是2050“碳中和”。但中国还在发展,并且发展的很快,中国现在已经是全球第二经济大国,那么多的发展都需要能源,中国现在的二氧化碳排放还在继续提升,达成世界各国最高排放量。我们要到2030才实现“碳达峰”,到2060才实现“碳中和”,我们从“碳达峰”到“碳中和”只有30年时间,而欧洲有70年的时间,所以中国更加依靠创新,中国更需要创新型的人才。
香港要发挥好背靠祖国、联动世界的作用,在“双碳”目标里充分发挥作用。香港已经实现“碳达峰”,我们的目标也是2050年实现“碳中和”。
能源革命 Energy Revolution
要达到“双碳”目标,首当其冲是能源,因为实现“碳达峰”首先要改造能源,原来我们的电力烧煤、烧油,现在我们的电力要以太阳能、风能为主。交通也是一样,以前我们的汽车是烧汽油、柴油,现在我们的汽车要电动化。建筑也是一样的,以后的建筑是BIPV(Building Integrated Photovoltaics 光伏建筑一体化),建筑里面的材料就是光伏板。一个建筑就相当于发电厂,并且现在出现不同材质的光伏。能源、交通、建筑,还有一些工业,比如钢铁工业、水泥工业这些耗能比较大的工业,我们都要改造,改变原来消耗能源排放量大的问题,把它清洁化。所以能源革命首当其冲就是能源发电的改造,我们能源革命的核心要做到可持续、可靠性又能够可负担,方案就是低碳化、智能化、终端能源的电气化跟氢能化。
首先要构建新型电力系统。新型电力系统以风能、太阳能为主,风能、太阳能是清洁的、低碳的,但也要走到安全高效,所以我们要能够做到多源互补,源、网、荷、储协同。“源”就是能源;“网”就是发电网,就是电网输送;“荷”就是负荷用电单位;“储”就是储能,用太阳能、风能一定要储能,因为太阳能、风能是随机的,有时候有,有时候没有,所以必须储能。储能在整个电力系统当中越来越重要,不光在发电侧,在输配电侧、在用电侧都要实现储能。另外,今天的输配电多了一个分布式能源,以前只靠发电厂发电,现在家家户户都可以装太阳能、风能,这就是分布式能源。用户也发生了变化,以前用户都要交电费,因为他消耗电,但以后的用户可以不交电费,因为他自己装太阳能、风能,From Consumer to Non-customer,然后是Prosumer,还可以给邻居发电赚钱。
汽车也是一样,中国现在的电动汽车保有量,我估计这个月已经达到1900万辆,两年以后达到5000万辆。所有的电动汽车都是移动的储能,这些电动汽车的电池,在没有用的时候,在停车场停着的时候,就可以给家里充电、给邻居充电,这种模式叫做V2X(vehicle to everything),以后的充电是双向充电,电网可以给你充电,你也可以反充给电网,整个关系发生了变化,而这个变化最主要的关键点就是源、网、荷、储要协调,要灵活智能,这样在随机波动的时候才能够保持供需的平衡。
能源革命的目的是做到清洁的能源、低碳化的能源、智慧的能源,终端能源要利用电力或者氢气,因为电力最高效。你自己家里就有,你比一下在家里用火炉、用电和用煤气,用电既安全可靠,又效率高。
汽车革命 Automotive Revolution
什么是汽车革命?汽车革命的内涵首先是电动化,把原来的内燃机改造成电动机,动力改造以后的粮食也改变了,原来用的内燃机,粮食就是柴油;现在有了电动化,用的是电动机,粮食是电,电哪里来的?有两个方法,一个是使用电动电池;一个是使用燃料电池,用氢能。氢实现了电动化还不够,现在汽车革命越来越深入,电动化以后要智能化,还要网联化,汽车要装芯片,要装操作系统,变成智能网联汽车,电动化、智能化、网联化、共享化。变成智能网联汽车以后,汽车的塑性发生了变化,因为汽车不仅仅是一个交通工具,它是一个交通、能源和信息的耦合。
正如我们今天使用的手机,它被称为“手提电话”,但你今天真正用手机打电话有多少?很少,为什么?他的属性发生了变化,手机里面装了芯片,还能够联网,它帮助你生活和工作。智能网联汽车跟有四个轮子的手机一样,它还带着能源,在今天这样一个数字经济时代,数字经济的数字赋能改变了我们的工业,也改变了我们的生活。
中国在新能源汽车方面已经引领世界,中国今年新能源汽车的产销量是世界的一半以上。中国汽车工业协会最新统计显示,2022年我国新能源汽车持续爆发式增长,产销分别完成705.8万辆和688.7万辆,同比分别增长96.9%和93.4%,连续8年保持全球第一。截至2022年底,全国新能源汽车保有量达1310万辆,占汽车总量的4.10%,扣除报废注销量比2021年增加526万辆,增长67.13%。其中,纯电动汽车保有量1045万辆,占新能源汽车总量的79.78%。上图是最近流行的十款电动汽车,除乘用车外,还有商用车,包括巴士、中卡、物流车等,现在也都电动化了。
新能源汽车快速健康发展的四点规律
我归纳出新能源汽车快速健康发展的四点“陈清泉规律”:一要创新驱动。二要“两轮”驱动,社会“两轮”驱动就是政策驱动和市场驱动,一开始一定要政策驱动,美国、中国、欧洲都如是,因为市场还担负不起;当市场起来以后,就要放手给市场,所以要“两轮”驱动,政策驱动和市场驱动。三要“三好”,不单要有好的产品,还要有好的基础设施,充电基础设施非常重要,使大家不焦虑续航历程,容易充电、容易交费、容易使用。好的基础设施要有好的商业模式,交费也容易,“三好”就是指好的产品、好的基础设施和好的商业模式。第四要“四网”融合,交通网、能源网、信息网、人文网要融合。
新能源汽车关键技术
新能源汽车有哪些关键技术?轻量化的车体、动力总成一体化、高性能的安全电池包、智能充电、智能制造、智能网联汽车、智能网联汽车的芯片还有智能网联汽车的操作系统。
首先是动力总成,动力总成是电动汽车的心脏,所谓动力总成就是电机、电控、减速器。我在二十年间开发电动汽车概念时就提出:电极、电控、减速器要一体化,这叫动力总成的一体化,通过一体化降低成本、减少体积、增加可靠性。二十年前我提出来的“三合一”已经做到多合一,不管是电机、电控、集成化之类,还有OBC(On Board Controller)、车载充电机、DCAC直流交流变换机、PDU(Power Distribution Unit分配电力分流),所有这些集成一体,不仅成分降低、体积减少,而且性能增加。比如噪音减少了,因为融合不仅是物理上的融合,性能上也发生了融合,使它的噪音减少。
动力总成是控制器,控制器一定要有功率半导体。今天的功率半导体一般有两个流派,一个是有IGBT,但是IGBT的性能、频率、效率要进一步提高,就进入了第三代的电力电池,即碳化硅SiC。上图左边是各种各样不同功率等级的电动车所使用的功率半导体,可以看出越来越多汽车选用碳化硅,因为碳化硅可以做到高效率,它的最大特点是能够高频工作,效率高了以后体积减少、重量减轻,在同样的能源下可以跑的更远。
从动力总成讲到电力电池,再进一步就是要有芯片,汽车要智能化就要放芯片。现在一辆汽车里大概有二三十个芯片,性能越好的汽车芯片越多,你的驾驶、你的座椅、你的座舱、你的控制都要有芯片来操作,相当于我们的手机,但是比手机还要复杂。上图是第二代的中央计算架构,是一个案例。
电动汽车与动力电池发展历程
电动汽车的能源来自电池,电池有一百多年的历史,铅酸电池发明得最早,但铅酸电池功率密度低,所以虽然电动汽车的历史比内燃机还早,先有电动机,才有内燃机,但后来电动机死亡了,因为它跑不远,就是电池功率不够的原因。上世纪出现了镍氢,本世纪开始有锂电池,是突破性的能量密度提高。
第一代的锂电池是锰酸锂,第二代的锂电池有两个流派:一个是磷酸铁锂,一个是三元,磷酸铁锂比较安全,成本比较低,但是能量密度、功率密度不够高,跑不远。三元则面临成本高、安全性能差的问题,所以现在又从三元走向两元没有钴。第一代是锰酸锂,第二代是三元,现在第三代要做到无钴,没有钴的生锂、低镍、高锰,能够做到安全可靠,成本低,性能又得到提高,这是正极材料的改造。负极材料的改造则是从原来的酸锰做到合金;电解质的改造是从原来的液态液体电解质做到固态电解质。我们的方向是做到高密度、高安全的电池。
车、网友好互动
EV - Grid Friendly Interact
汽车联网很重要,汽车跟电网怎么友好互动?我们利用数字技术怎么把慢速充电、中速充电、快速充电、无线充电、换电、以及各种换电方式融合,使汽车和电网能够友好互动?所以提出了V2X。
汽车可以跟任何东西互联,汽车和你的其他负载、汽车和汽车、汽车和你的家庭、汽车和你的建筑、汽车和维网固网都能够互动,因为今天充电是双向流动,电网可以给你储能,你也可以反充。充电在今天是一个很大的行业,最近华为提出两个口号:一个口号是“一杯咖啡充满电”,喝一杯咖啡就充满了,用250千瓦的充电器实现。还有更厉害的“一秒一公里”,充电一秒续航一公里,可以跟汽油车媲美,但是一秒需要很大的电网,电网要能够承受,所以充电非常重要,保证汽车和电网能够友好互动。还有人、车、云很重要,要有很好的信号实现人车云一体化,保证你的通行可靠、安全,不被黑客袭击。
超级充电桩—商业革命案例
有个案例是超级充电桩,由于新能源汽车爆发式增长,加速建设高质量充电基础设施是实现国家新能源汽车战略的最重要一环,现在我们有一千九百万辆的汽车,怎么让他们充电容易,消除充电难、续航焦虑等等?充电很重要,所以国家最近提出了很多措施,要搞好我国新能源充电的基础设施。什么是高质量的充电设施?要有很好的体验,能够充的上、充的好、充的快,有路的地方就有超充,还要有很好的体验,高可用度、长生命周期,要支持面向未来的持续演进,还有投资回报要好。
电动汽车的新属性
New Attributes of Electric Vehicles
今天的电动汽车已经有了新属性,智能网联汽车不是简单的交通工具,是物联网的节点、大数据的源泉,宽带移动的智能终端。智能网联汽车本身既是移动的计算机,又是移动的储能。
智能网联汽车的定义和特征
智能网联汽车的核心有三:第一,要有很好的感知系统来取代我们的耳朵和眼睛;第二,有很好的决策系统取代我们的大脑;第三,要有很好的执行系统来取代我们的脚和手。
智能汽车、车联网的深远意义
智能网联汽车已经从传统的交通工具转变为智能移动空间,其赢利模式不一样,核心技术不一样,供应链不一样,所以我们从智能汽车到车联网,从车联网到智慧交通,从智慧交通到智慧城市,从智慧城市到智慧学习。它的核心和目标就是以人为本,人和自然和谐共生,可持续发展;它的底座就是我提出来的“四网四流”融合;它的理论基础、哲学思想就是三个世界——人文世界、信息世界和物理世界的融合。
三个“革命”与四个“融合”
今天我们已经进入数字经济时代,通过数字技术赋能,我们可以把汽车革命、能源革命跟信息革命结合,或者叫做人、机、物的结合。“人”就是人文世界;“机”是计算机、信息世界;“物”是物理世界。通过人、机、物融合,首先,在信息世界里可以很清楚看出物理世界的东西,你就可以通过数据孪生把数据变信息。其次,要通过人文世界的帮忙,能够从信息变知识;再次,你的知识要不断更新,从知识变成认知。知识和认知有什么不同?认知可以发挥、可以发展、可以想,能够把无序变有序,善用理论,将人工智能应用在能源领域,就可以把没有用的能源变成有用的能源。最后就体现在操作系统,你可以把没有用的变成有用的。举例来说,你有太多的太阳能、风能,因为太阳能、风能是随机的,一下子风很大,一下子太阳很浓烈,这个时候你不能马上跟电网连接,要不然电网会受不了崩溃,所以你要加储能,怎么办?把它转化,利用太阳能、风能来制氢,把能源流变成物质流,变成制氢。需要的时候,氢气和氧气结合,通过燃料电池又可以发电,利用“四网四流”,把无序变有序,目的就是把原来被废弃的能源变成有用的能源,并且在这个过程中能够促进“碳中和”。所以我提出“四网四流”。
通过四网四流融合推进智慧能源
利用我的四网四流理论,能够破解四个矛盾:化石能源和可再生能源的矛盾,集中能源和分布式能源的矛盾,一次能源和二次能源的矛盾,电力能源和化工能源的矛盾。发电有很多方式,可以用太阳能、风能、传统能源等,当你的风能和太阳能太多,电网不能够接受的时候,能源可以变成变成物质流制氢,需要电的时候,氢气跟氧气结合又可以发电。通过我的“四网四流”理论,把废弃的能源变成有用的能源,而且我可以创造绿色化工,氢气将在绿色化工发挥很大作用。以后还要不要用煤炭?还要,但以后煤炭不是白白燃烧,将作为化工的原料。
智慧交通系统
通过我的“四网四流”融合,能源流跟物质流能够融合,能够把废弃的能源变为有用的能源,另外能够破解四个矛盾。同样的道理,利用“四网四流”理论,也可以做到智慧交通系统,把无序变有序。原来叫无序,现在通过智能化以后交通有序。交通有序体现在既能够低碳、安全、高效、舒适,又做到车、路、城的协同,通过交通、能源、信息集成,还可以促进“碳中和”。我的英文著作刚由世界顶级出版社出版,欢迎大家批评指正。
第一次至第五次工业革命
通过“四网四流”理论,可以推动从目前的第四次工业革命演化到第五次工业革命。第一次工业革命是蒸汽机的发明,第二次工业革命是电力的发明,第三次工业革命是计算机的发明,第四次工业革命很厉害,是人工智能的发明,但人工智能再厉害,如果没有人文的帮忙也很危险,因为人工智能可以破坏世界。所以我们现在正在从第四次工业革命演化到第五次工业革命,在人工智能的基础上要加人文、要加环境,要可持续。
欧盟工业5.0和日本社会5.0
欧洲已经提出欧盟工业5.0,也是在德国工业4.0的基础上提出来的,欧盟工业5.0的特点是以人为本,可持续、高韧性。同样,日本提出日本社会5.0,也是以人为本。我最近创办的国际院士科创中心,其理念就是要团结全世界的院士、科学家,造福全人类;愿景是创新驱动、跨界融合、科技强国、造福人类。其特点是跨界融合,学术上是多学科基础的融合,商业模式上则是多种商业模式和多重研发体制的融合,要团结全社会的科学家,造福全人类。中心包括研发板块、产业板块跟基金板块,已经在世界各国设立了中心,获得了土耳其、韩国、德国、加拿大、瑞典、以色列等国的中国大使馆特别是科技展馆、国家部长级工业科技和企业领袖的支持。我们已经和联合国的UNDP生成协议,要在南沙做零碳示范区,另外我们跟我UNIDO有合作,希望在全世界推广智能制造。最近更是在深圳市建立基地,帮助深圳打造超级总部,中国将成为智慧的市区,因为有智慧的能源、智慧的充电、智慧的交通、智慧的秩序。
最后给大家一个勉励。我们一定要有六个眼睛,第一你要把眼睛放在前面,就是要有前瞻性的思维。第二个要把眼睛放在后面,要吸取历史教训。第三要把眼睛放在上面,要有综合思维Comprehensive thinking。第四要把眼睛放在脚底下,能够脚踏实地。第五要把眼睛放在右边,看看欧洲和美国,第一次工业革命在英国,第二三次在美国,文艺复兴在欧洲发生,我们要借鉴他们的经验。最后一个眼睛要放在我们的隔壁,日本跟韩国,日本的明治维新也有很多好的经验,这样能够知道无处不晓、无所不知,不能固步自封。英文眼睛里面叫Eye,发音跟“I”一样,有了Inspiration激情就有Imagination想象力;有了Imagination就有Innovation创新;今天我特别强调一定要Integration,跨界非常重要,因为跨界可以1+1大于2;你才可以Implementation实现,同时我们要Investment投资,这是香港大学中国商业学院的长处,工业革命跟商业革命要联手就需要投资,这是商业学院的专场。谢谢大家。
Q&A
袁启亮先生:非常感谢陈院士的分享,非常精彩,从高层次帮助大家前瞻性理解“四网四流”融合的模型,我觉得非常庞大,很有前瞻性。另外感谢您最后对我们学院的肯定,我们一直强调要产学研融合,过去一年,我们在双创大赛中充分坚持和贯彻这一理念,希望将来有更多机会向您请教,希望您不吝提供这方面的专业交流或指导。
在聆听讲座之前,我也看过您之前受访的资料,也深深体会到您作为科学家一直提倡的“涵养科学精神”您觉得什么是科学精神呢?如何培养科学精神?
陈清泉教授:好的。什么是科学?科学就是真理。什么是科学精神?质疑的精神就是科学精神?什么是科学方法?科学方法有三条:第一有逻辑思维,我们搞科学不能够胡扯乱扯,一定要有逻辑思维。第二逻辑性要能够验算、要能够计算。第三要能够验证。这就是科学的基本方法。我们要做创新型人才,首先要打好这些科学的基础,要追求科学的真理。
袁启亮先生:最近有一部好莱坞的电影《Oppenheimer》,讲的是原子弹之父奥本海默的故事,这也是科学精神的体现,我相信科学家都是奔着这个目标,寻找自然的真理和规律,透过逻辑分析、计算、认证,才能完整实现。我本身不是理科生,但我觉得很有启发,这种精神也配合我跨学科的学习。
陈清泉教授:搞科学的人跟搞文艺的人要互补,为什么?因为创新要靠创想力,学文学的人更有想象力、更抽象,但你要落地,不能够胡思乱讲,要理性、要搞科学,所以科学跟艺术的互补性是很强的。
袁启亮先生:刚才您回顾了整个大学时期的学习历程,您一直在全球顶尖的大学里面学习和教学,这是非常让我们敬佩的。我看过您的纪录片微电影,里面谈到您童年跟父亲的对话,您当时提出:如何可以制造一辆没有废气的汽车?我认为那也是科学精神开始的启发,您可以分享一下这段童年故事吗?
陈清泉教授:我认为做科学首先要培养好奇心,很多东西、很多科学发明都是从好奇开始的。传统汽车的内燃机是靠烧柴油、汽油产生动力,柴油、汽油的燃烧一定会冒烟,所以我感到很奇怪,问我的父亲:汽车要冒烟,可以发明不冒烟的汽车吗?那个时候的好奇心在脑海里镶嵌了印记,并且不断积极思考。
当我在矿业学院读大学的时候,有一门课叫《矿山电机车》,我的毕业设计就是做的矿山电机车。什么是矿山电机车?就是在煤矿井下的车,它不可以冒烟,因为井下冒烟会爆炸,在井下是不能使用明火的,所以井下用蓄电池,用电机。我就想:矿井下也可以用电动机,那为什么不可以用在马路上?后来我去翻了一些书,看到世界上100多年前就有了电动汽车的出现,比内燃机还要早,因为先有电动机才有内燃机。
内燃机汽车是谁发明的?是卡尔·弗里德里希·本茨。瓦特发明的是蒸汽机,蒸汽机可以用于火车但不能用于汽车,因为蒸汽机很大,我们叫它外燃机,即燃烧和动力分开。什么叫内燃机,即燃烧和动力在一块。本茨发明内燃机之前已经有了电动机,所以先有电动汽车,才有内燃机汽车,但电动车因为铅酸电池续航不足无法远行而死亡了。同时,我们进入工业大生产时代,福特发明了流水线生产,内燃机的成本大幅降低,超过了电动汽车的性价比,同时美国发现了大油田,油价很便宜,内燃机汽车的优越性彻底超越了电动汽车。电动汽车复兴于上世纪70年代初,因为石油危机,美国首先立法要开发电动汽车。
袁启亮先生:没错。我知道您很有远见。您在80年代创立了全球性电动汽车协会,担任创会主席。您是如何做到这样的高瞻远瞩?
陈清泉教授:因为科学家的使命是要造福全人类,造福全人类一定要从基础研究,把科学变技术,技术变产品,产品变商品。一定要实现产学研生态链。科学家不能够闭门造车,科学家要和工程师交朋友,实现生产力;和政治家交朋友,搞定政策制定者;和企业家和商业伙伴交朋友,要大家一起来。成立世界电动车协会,就是为了团结全世界搞电动汽车的人,把它们聚在这个大家庭里面。
袁启亮先生:非常好,提到和其他国家的科学家交朋友,您对咱们祖国现在在能源领域的国际合作有什么建议?如何加强和其他国家的合作,共同应对全球气候变化和能源的挑战?
陈清泉教授:这是一个很好的问题。因为面对气候变化一定要搞能源革命。搞能源革命也好,应对气候变化也好,不能够一个国家孤立进行。气候是全球性的问题,在气候变化方面,各国相对来说更容易有共同语言。讲到芯片和半导体,各国可能分歧很大,但气候一旦变暖,大家都会有影响。因为人与自然和谐共生。近期中国科协在深圳召开第五届世界科技发展大会,我作为这个大会的推广人,会在深圳市人民政府的新闻发布会上发表讲话。全世界的科学家一定要团结起来,没有交流、没有合作,怎么能够创新呢?创新要有唯一性、颠覆性、最佳性,没有合作、没有交流,你怎么颠覆呢?所以开放、合作、信任是全世界科学家和工程师应该有的态度,我相信全世界的科学家都有良心,为了全人类,为了人与自然和谐共生,全世界的科学家一定要加强交流,加强合作,互相信任。
袁启亮先生:您说的很对,要开放合作和信任,才能有创新的想法,非常好。我想问一下,谈到“碳中和”这个目标,不单车企,您对于企业和个人在实现“碳中和”方面有什么建议?个人或者企业应该如何参与到“碳中和”行动中来?
陈清泉教授:“碳中和”对每一个人,对每个企业都有好处。首先你要培养不浪费的习惯,随时关灯,能够走路就走路,能够走路就不要骑车,能够骑自行车就不要坐汽车,对身体健康也有好处,用个人行动来表示支持“碳中和”。从企业也是,企业上市和推广软件都需要ESG合规,大家都有要求。然后从城市,为什么从城市?因为城市是最集中的,能源最集中,污染也最集中。现在提出“零碳城市”的概念,我刚刚在第六届进博会的零碳城市论坛担任主讲人。城市是最重要的,怎么能做到“零碳城市”?我们要制定标准,一个城市首先要改造你的能源、交通、工业,要进行碳交易,要进行碳足迹的计算,那都要有标准,没有标准怎么计算碳足迹,怎么能够交易?所以这是一系列的,首先要明白道理,明白道理以后要抓住机遇,要奔腾,要执行。
袁启亮先生:非常好。我知道您的主要研究领域是电动汽车,结合能源流、信息流等等,还有高科技比如自动驾驶技术的发展。假如自动驾驶技术的发展需要关键的技术和创新去支持,比如高精度的地图、传感器的技术、计算平台、人工智能算法等等。您作为相关领域的技术专家,哪些技术和创新是您觉得不可或缺的?另外,刚才谈到的芯片、新能源电池和整个操作系统等等,哪些是绝对关键的技术?哪些技术维度或创新维度是现在车企要注意的?
陈清泉教授:首先要从宏观,汽车革命电动化、智能化、网联化,进一步就要做无人驾驶了。要做到无人驾驶,要做到人、车、路、云一体化,这也是中国提出的口号。从智能汽车到智慧交通,从智慧交通到智慧城市,从智慧城市到智慧时代,交通、能源、城市发展,人、车、路、云一体化。发展智能网联汽车不单单是汽车产业的责任,信息产业、能源产业要一起讲,所以是“四网四流”。这里面有些核心技术,比如芯片很重要,操作系统很重要。有两个核心:一个是芯片,现在好的芯片成本还比较高,但自从美国打压我们的芯片以后,这几年我们的芯片行业开始抬头。道理很简单,因为车企用的芯片不是最高档的,原来中国都是用美国的芯片,因为怕美国卡脖子,现在用自己的芯片,所以这几年中国汽车芯片发展的非常快。
袁启亮先生:这反而是个契机,发展自己的国产芯片?
陈清泉教授:一个汽车要有二三十个芯片,中国基本上都能做,因为汽车芯片不是最高档的,汽车芯片中国完全可以做,最近几年汽车芯片的国产化率大大增加,因为大家怕卡脖子,就用了国产芯片,所以芯片很重要,操作系统很重要。现在工信部也出了指引,中国要创造自己的安卓系统。
袁启亮先生:华为有鸿蒙。
陈清泉教授:对,到底用鸿蒙还是用什么,大家可以交流,但是一定要有一个国产的、自己的平台。除了汽车本身智能化,还有两个很重要的元素,一是汽车和电网的融合互动,二是汽车和网络,也就是人车云的一体化,一定要有安全可靠的信号。如果信号不可靠,无人驾驶最害怕有黑客打击,黑客一攻击马上就完蛋。
袁启亮先生:变成恐怖事件了。
陈清泉教授:对。还有芯片和传感器很重要。现在好的传感器价钱很贵,如果没有好的传感器,你没办法监测。智能网联汽车或者信息系统和物理系统要有好的传感器,天气好的时候没有问题,天气不好的时候,传感器不好就不安全。整个无人驾驶汽车要处理好安全和发展的平衡,一方面要发展,但是一方面要安全,这两个要平衡好。如果管的太死就不能发展,发展的太快可能不安全。还是要开放交流,体制创新,开放、交流、信任。
袁启亮先生:国产电动车的发展一日千里,过去八年产量连续世界第一,美国特斯拉也很厉害。您如何评价两者?对您来说,国产电动车和特斯拉的未来的发展趋势如何,您觉得它们的互相博弈会怎样?
陈清泉教授:中国现在的智能化汽车自主品牌很多,在中国马路上跑的大部分是国产汽车,蔚来也好、小鹏也好、理想也好。中国市场那么大,自主品牌的智能网联汽车一定有很大的发展空间。但是另一方面,我们也要向特斯拉学习,特斯拉也要向中国学习,两者需要互相学习。我认为特斯拉能够高速发展,因为前几年去过加州,那个时候特斯拉还是亏本的,我见过他们的市长,他说现在特斯拉还交不起税,还是亏本的,但现在特斯拉变成最赚钱的,原因之一就是到中国以后,中国在土地各方面给他很好优惠的政策,中国廉价的劳动力和零部件给了他很大的帮助。另外他到中国以后产品路线做了变化,除了原来的高端车,它还做了中高端车型,原来30万,到中国以后做20万,产量很大。另外特斯拉鼓励创新,他到中国以后的成功是靠中国的工程师,一开始是失败的,他很聪明,失败了不要紧,我给你钱你继续做,他鼓励创新,结果成功了。创新要允许失败,特斯拉很聪明,不怕失败,我们要学习特斯拉的创新精神。
实际上,从现在的常量来说,我们的比亚迪超过特斯拉。但在智能化方面,我们要学习特斯拉。中国市场那么大,中国也可以发展自己的智能网联汽车,世界上现在各种品牌都已经出来了。
袁启亮先生:非常好。因为时间关系,刚才是最后一个问题,我们今天晚上的活动圆满完结。再次感谢陈院士非常精彩的分享。希望对大家有启发,下期再见。
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PgDip in Strategic Human Resource Management (SHRM)