中央提出加强新型基础设施建设后,新基建的内涵不断被拓展和丰富,新的时代背景之下,新基建被赋予了新的意义,提供了新的机遇。5G使我们的生活更加智能化,万物互联成为未来的风向标,特高压打通了偏远地区的输电渠道。什么是新基建?新基建“新”在哪里?工业互联网怎么帮助我们提高效率?未来发展的趋势和前景如何?你不知道的,想知道的,都在这里!
有一个非常火的词叫“新基建”。早在2018年年底,中央经济工作会议已经就其中的5G建设等元素进行了部署,给新基建搭好了一个架子。时至今日,新基建的外延不断被扩充,现在有了不同版本的解读。其中来自工信部的一个版本是:新基建涵盖5G、大数据中心的建设、工业互联网、人工智能、城市高铁、城市内部的轨道交通、特高压输电和新能源充电桩。实际上,新基建不仅仅是这7项,还包括很多不同的内容。
“新基建”是新型的基础设施建设,所谓“新”主要体现在它的创新内涵上。一方面,它用新的技术进行赋能;另一方面,它在未来数字化、网络化、智能化的经济形态之下与基础设施结合,使未来的经济发展迈向一个新的台阶。基础设施是经济发展的基石,基础设施强大时,经济一定是高效发展的。基础设施是一个平台,在平台上可以衍生出很多新的产业链和价值链。
全球正在快速地进入数字化世界,比如5G、数据中心和算力、人工智能,可以在数字化的世界里更精准地感知和测量人类的生活。国家是出于战略性的考虑,在人类快速进入数字化时代的关键点上,抓住机遇,将最新的ICT技术和传统的基础设施、生产生活结合起来,改善环境、提升生产管理的效率、改变我们的生活。
基础设施的战略意义非常强,在当前全球疫情经济处于困局的状态之下,我们提出用强大的基础设施建设拉动经济发展这一战略,能够使我们率先走出目前的经济困境。
前段时间,马云在演讲中讲到,很多企业都知道要走数字化的道路,但是究竟该怎么去走数字化道路?疫情的到来使很多企业和商户不得不迈入数字化。因为疫情期间,大家不能出门,很多问题需要通过物流、网络采买的方式解决。您刚才提到,现在全球进入了数字化的大背景中,这个背景究竟和人们有什么关系?
5G是第5代移动通信技术的简称,它有三个基本特点。第一,它的带宽更大,比如手机可以看更高清的视频。第二,传感器连接的量越来越大,采集信息的覆盖面更广。第三,低延迟,智能交通、智能驾驶,信息之间的互动延迟需要非常小,如果延迟时间太长,可能就会出现交通事故。从这些特点中,我们可以看出,5G对未来的生活方式、工业生产以及其他新业态非常关键,它是大数据采集和传输的一种新手段。
从普通老百姓的角度来讲,现在我们有4G,基本的生活需求和高质量的网络视频传输都能够实现。网速再快一点或者更快一点,对于个人而言影响并不是很大。欧洲、非洲的很多国家用3G就很好。但是,基础设施有引领作用,它的发展可能会让我们的生活发生一种革命性的变化。这种变化是什么?目前还不知道。但是,我们要抓住这个机会。
从中国互联网的发展来看,中国抓住了机会。
80年代末期,美国军方开始做网络实验,后来,在美国NSF建立了一个全球互联的网络。中国最早在1994年的时候,推动和实现了全功能互联网的接入,带动了中国互联网的发展。国内现在有非常多伟大的互联网公司,阿里巴巴、百度、抖音、微信都是具有引领性的。现在去欧洲有一个很明显的感觉,欧洲互联网用的Google,全都是美国的软件。所以,基础设施做好以后,会带动整个产业的发展,未来的威力是无穷的。
5G基站的建设是一个全局性的工作,一定是全国统一部署的通讯的网络。5G不是简单的速度变快了,而是有更多的人连接在大平台中。我国在互联网发展的浪潮中,每一步都踩对了节奏,也诞生了很多伟大的公司,引领世界互联网的潮流。但是,我们也不得不说,在互联网的基础架构层面,CPU和操作系统,我们还是遇到了一些卡脖子的问题。您觉得在新基建的建设过程中,这些问题可以得到解决吗?
从发展角度来讲,以互联网为代表的技术我们做的都非常好,但是在一些关键的核心技术上,确实是“拿来主义”,比如芯片、操作系统。但是,我们只是在那个时间点上没有把握住机会,实际上我们是有基础的。在芯片方面,中国科学院的计算所有很好的传统,104机是计算所的老师自己研发的,还有很多做芯片设计的团队,包括胡为武老师的“龙芯”团队,还在继续坚持。
在操作系统方面,中国科学院软件所也出过红旗Linux的版本,但是由于各种原因,没有能够在产业界与英特尔和AMD竞争的态势。
这个问题非常复杂。新的国际形势和国家提出的新基建战略,也许能够在新基建产生的新的服务场景、应用场景、新业态下找到中国人自己的解决方案,这时,我们可能会重新站到ICT技术最核心的技术前沿区。
举个例子,我们不需要第二次发明轮子,而是需要去打造一套新的交通工具。
从卡脖子技术方面来讲,现在工业系统也有一些关键的原部件受限于国外的公司。国家电网特高压有一种部件叫做“套管”,由德国和瑞士生产。我们一直是引进来使用的,就受限于国外。所以在新基建的实施过程中,我们自主研发了特高压套管。我们不是不能干,而是要集中力量去干。对于工控的芯片,我们也在做国产化研究。中国的经济已经不是追赶型经济了,我们现在没必要去补作业,让新作业落下。
我们的制度优势就是集中精力办大事、集中资源补短板,我相信这些卡脖子问题,靠集中突破、不断发展和融合促进,一定能够得到解决。
5G就像一片新开垦的农田,需要把基础工作做好,把土里的肥施够。未来是万物互联的时代,为什么要万物互联?因为工业要进入数字化生产的时代,工业的元素、元器件等各环节全部都要变成数字来进行互联。上一代通讯不能达到这个目标,所以将5G作为一种基础设施是非常必要的。
人工智能在50年代发展起来,三起两落,这是为什么?因为算力不支持,计算做的不够,所以人工智能做不起来。物联网也是如此,网络不够,万物连不起来,不能进行有效的互动。所以,在未来5G的应用中,to B的业务和大连接的物联业务连接起来后,威力可能就会出来了。
工业互联网是指基于工业元素和工业体系全面数字化进行在线感知,把人和大脑、电脑以及未来的用户需求全面连接,在在线形成一种协同统一的工业生产系统。
能源互联网是国家电网公司提出来的战略。中国的能源有三大问题,第一大问题是能源的短缺,我们的能源主要靠化石、煤、油和天然气,这些能源是短缺的,储量也非常有限,开采的年限最多是三十几年,有的还不到二十年。我国石油现在主要以进口为主,天然气也有一部分是进口。我们国家是一个煤炭大国,这也不够吗?
煤炭的开采年限也是三十几年。
可是有一个问题,如果我们把煤用于加工高级能源,就会带来资源的消耗,包括开采、运输、排放等。石油的对外依存度已经高达70%左右,这意味着能源安全存在风险。中国能源的第二大问题是排放,能源的使用、排放已经占到碳排放量的88%,环境污染占比是非常大的。我们的用能方式、经济聚焦比较差。上半年,习总书记调研山西太原和吉林四平,谈到了粮食和能源重要性的问题,“六保”也要求确保粮食和农业。
所以,能源和粮食并提,作为一个有14亿人口的大国,吃饭问题是第一位的。能源是工业的粮食,没有它,我们什么都做不成,包括新基建。什么项目能离开电?包括新基建项目,通通都是高耗能的。现在有一个说法:新基建唱戏,电力搭台。
我国的风、光、水资源十分丰富,利用这些资源去替代化石资源,是解决能源问题的根本出路。问题是,新能源就是风和光,它有一个天然的特点,就是随机波动,不听话。
风来了,风车就转了;风小了,它的功率就会下降;云彩来了,光伏功率也会下降。而电力的物理特性是要求电源和负荷的实时消耗功率和发电功率平衡。这就给我们带来了一个巨大的挑战,需要在技术、能源结构上发生变革。其中一个变革就是要进行数字化赋能,把这些随机变化的要素,通过在线感知和人工智能进行分析,并实时处理。靠观测感知进行气候预测,用人工智能算法解决问题。
比如,光伏电站来了一片云,可以通过风力发电和火力发电的方式,进行互补调解。这样就能够保证电网在输出时,从输入端来看是平衡的,输出的也是平衡的。
随着新能源大规模的发展,需要调节的东西越来越多。未来要更全面地感知,就要靠数字化、网络全程的在线和感知,形成一种互动。基于能源的网络,我们把它叫做“能源互联网”,它是电网的一种新形态。工业互联网有很多内涵,能源互联网只是其中一个。
能源互联网在工业互联网中,究竟表现为什么样的业态?工业互联网还包括什么内容?我想到一个概念:数字孪生。在数字世界里,有一个同样的虚拟化世界,和数字世界一模一样,通过精准的测量,在这套系统里,用户端可以通过数字系统交互,反过来控制工业的系统。有了5G和新的基础设施后,“数字孪生”是可以发生的。
5G解决采集和传输的问题,大数据中心解决数据的形成和管理,加上人工智能算法,最终的描述是:我们每天生活的物理世界,还有一个孪生的数字世界,他们之间是互动的。所以,我们可以做更精细化的管理测量、资源调度,包括互动。将来会产生什么样的前景也可以想象。
能源互联网和电力数字化建设就是孪生理论。总的来说,未来是以数字化为基础的,全面感知数字化并用网络化将它再现,再用智能化形成智能决策和计算,指挥这种工业系统,从而达到高效率、高效能和智慧化。
未来是一个数字化的世界,孪生世界放在哪里?它的归属在哪里?就在数据中心、在云端。所以,亮点就是未来云高效的处理能力。作为卖电者,电网希望能够多卖电,但是我们最大的愿望还是降低能耗、激活用能。
计算机现在面临的一个问题,就是能耗问题。据我了解,一年电费就不止一两亿。我们中心有一台机器是几百个P,如果全开,差不多一年就是两个亿的成本,所以要降低能耗。第二个方式采集到的数据怎么存?怎么算?算完以后怎么去分析?它是一个数字化世界里的技术,我们离这条路还有一些距离。数据要实现充分共享或共用,并且能够有效地治理,目前来讲还是一个非常大的问题。
比如,王院长的电子数据和银行的数据去共享做分析,银行就不一定会给,这是涉及到很多细节的事。所以大数据产生价值,一定要把各种数据放在一起做分析。共享别人的数据,是一个很难的问题,其中有政策和技术的因素。
人工智能,这两年在图像识别、无人驾驶和智能计算等方面,已经有了非常快的发展速度,它已经超过了人类的能力。人工智能是在数据支持的之下,通过模型的建立进行的识别,人需要用数据教它。但是现在,它不知道围棋棋谱,也可以下棋了。人工智能有一些需要突破的问题,比如可解释性不强,有些东西不能解释,但人工智能未来的发展速度是绝不可忽视的。
发改委专门提到了创新基础设施,人工智能未来的发展还是要取决于基础科学的认知。新的生物学技术、大脑的构建、运行的模式究竟是什么?一定要有基础的理论指导,它才能发展好。我国提出了创新基础设施,这可能是我们国家在这个时代,快速在世界科技领域占领前沿位置的战略性布局。根据发改委的规划,截至2020年底,在建设和运行的国家重大基础设施已经有55个了。
国家重大科技技术是55个,科学院可能占60%以上,30多个在建设的基础设施的主要目的,就是让大家能够去做更前沿的、更未知的研究。
比如FAST天眼望远镜,天眼在贵州的山里建了一个“锅”,通过射电最大的望远镜来观察天体的变化,找到脉冲星,发现新的现象。比如蛋白质的结构,蛋白质的基础设施怎么做?还有光源,光源实际上是产生更好、更精确的激光,让人们能更好地测量、分析微观世界。基础设施会为未来基础科学的发展、科技的创新,提供新的能力。
新基建的目录当中有特高压输电、高铁、城市轨道交通的建设和新能源充电桩,这几项新基建都和ICT领域有关系,王院长也说到,ICT领域很重要的是能源与电有关系。
什么是特高压?800千伏以上电压等级的输电线路叫做特高压。它担负的使命是远距离、大规模的输送,这就需要它的损耗小,否则能量经过远距离,都消耗在路上了。我们为什么需要特高压输电?因为我国的能源资源禀赋有它本身的特点。
西部是能源产生地,但是能源使用复合的密集区都在东部。把西部的能源运送到东部来,通过铁路、港口转运到内地,去发电厂直接把煤运过来,到内地发电、用电。这一次把“输煤”变成“输电”,特高压线路长距离传输,最长从新疆到安徽,3400公里,这是世界之最。
特高压在大规模的能源输送中,提高了效率,减少了排放,所以把它作为基础设施建设的重要性在于,可以将西部的能源以比较高的效率传送到东部。
用的电也变得更加清洁了。据我了解,特高压现在已经有很多应用了。特高压是新基建在电网作为坚强网站建设目标之下的一个重要建设领域。今年大概投运了特高压和超高压的40多条线路,比如从张北到北京的柔性直流,是500千伏的高压线路。有媒体说:张家口的风点亮北京的灯,这是一种绿色的发展。未来,据预算,整个北京24%的电可能由张家口供给,这是一个非常大的新能源突破,2022年冬奥会用的电全都是新能源。
我们从张家口又到雄安投运了特高压直流,还投运了青海到河南的线路等等,其中有一条线路是阿里线路。阿里是西藏一个非常边远的地区,也是目前中国大陆唯一没有连入大电网的区域。老百姓用电很困难,工厂停电是常态。电灯像萤火虫,电视又看不稳,37万农牧民用电问题亟待解决。但是,这个地方建设输电线路极其困难,平均海拔4500米,修建一条线路长达1700公里,施工难度非常大。
施工人员要冒着随时肺水肿、脑水肿的高原疾病风险,顶风冒雪,从去年到现在一年多的时间,把这条线路建成了,创造了世界电力建设史的艰难之最。后来牧民们用上了电,不仅量增加了,工厂还可以充分生产,电视看得稳,还能骑上电动摩托。
这条线路的建设,把用电费用每平米12元降低到每平米2.4元,烧牛粪的孩子们用上了电来取暖,这就是我们的理念,让老百姓用得上、用得好、用得起。
把公路上的交通改为用电,和我们刚才谈的数字化布局一样,也是一个始端到末端的全面布局。新基建的部署开始后,电网自身已经接入了70万辆电动汽车,同时还有电动汽车的车联网。大家随时都想看到充电桩,就像路灯一样。如果真像修路灯那么多的充电桩,可能还要挑着用,有些就用不着。但是在一公里的范围之内,七八百米有一个桩,应该是没有问题的。
还有充电速度的问题,充得快,就给大电流。
但是电网就要提供很大的富余容量,而又不一直用,几分钟就用完了,电网的资源如果是普遍配置,一定是不合理的。第一个方面,要解决由于充电桩和充电汽车多了以后,对电网带来的容量要求和扰动冲击的影响。通过技术创新,扩展变压器的容量,在家庭中可以享受每人一桩、每车一桩。可以用互联网的方法来指导或引导电动汽车有序地充电。如何引导?
类似大众点评APP,在APP上就可以看到离你最近的充电桩、充电的价格、哪里可以提供快充。还有一种就是换电池的办法,开车过来后直接把充满电的电池换上,把没电的电池留下,反正都不要钱。现在很多汽车公司都同意这种办法,换电过程5分钟就能完成,比加油还快。
刚才聊到新基建的基础架构,还提到了高铁和城市轨道交通,这应该也和能源,尤其是电力能源息息相关。
高铁和城市轨道交通要想进一步提高物流与人流的效率,毫无疑问,都要用电来驱动。总而言之,电的供应是走在前面的,绝不能耽误。新基建,从这三大方面来讲,基本框架就已经涵盖得很全面了。在三大领域,一些具体的或扩展性的项目,都可能纳入到里面来。未来机遇性很强的领域都有哪些?我看好,新能源和储能、传感芯片和物联终端、人工智能和应用。无论是从新基建建设还是从未来发展机遇来看,它们都是比较强的领域。
相对来讲,它表面上和老百姓普通的生活距离比较远。但是,从国家未来创新能力的建设和国家长远的发展来讲,国家重大科教基础设施加上产业创新的技术融合以后,能够让科研基础设施更好地发挥效率、提升科研的能力和水平。作为普通老百姓,过去的4G时代、3G时代,互联网的发展给我们创造了外卖、快递,还给我们带来了抖音等短视频平台。5G时代又会给我们带来什么?我有很多期待和畅想。
这一趟时代快车已经发车,我们非常幸运地上了这辆车,沿途能给我们带来什么样的美好风景?新基建绝对不止我们今天探讨的这7项,未来还会有很多内容加入到新基建中,而且会在很大程度上改变我们的生活,让我们拭目以待!