群星闪耀创新路——2014年国家科技奖获奖项目巡礼
 
群星闪耀创新路——2014年国家科技奖获奖项目巡礼
发布时间:2015-01-14 15:51    栏目类别:媒体聚焦

  

  图①:我国首座超深水半潜式钻井平台。中海油供图

  图②:宁波禾元180万吨甲醇制40万吨聚丙烯、50万吨乙二醇项目。大连化物所供图

  图③:国家超级计算长沙中心机房内的“天河一号”主机系统。新华社发

  1月9日,党中央国务院在北京人民大会堂隆重举行2014年国家科学技术奖励大会,又一批在科技创新中做出突出贡献的科技工作者登上国家最高科技领奖台。

  2014年国家科技奖共授奖318项成果,包括自然科学奖、技术发明奖、科技进步奖三大类。无论是揭示自然奥秘的自然科学奖,还是创造新手段的技术发明奖、促进生产力提升的科技进步奖,每项获奖成果从立项到结题平均历时10年以上,凝聚着科学家潜心探索、奋勇攀登的智慧和汗水。根据国家科技奖励工作办公室的推荐,我们选取部分获奖项目陆续进行报道,与读者分享创新英雄们的精彩故事。——编 者

  国家科技进步特等奖“超深水钻井平台”

  石油开采走向深海

  喻思娈 吴沫涵

  按照国际惯例,一般将水深超过300米海域的油气资源定义为深水油气,1500米水深以上称为超深水。超深水半潜式钻井平台出现之前,我国海洋石油工业勘探开发的海上油田水深普遍小于300米,它的应用一举将我国油气资源开采提升到3000米。“超深水半潜式钻井平台研发与应用”,因其实现了我国海洋石油工业从浅水走向深水的历史性跨越,获得2014年国家科学技术进步特等奖。

  我国南海是世界四大海洋油气聚集中心之一,占我国油气总资源量的1/3,但其中70%蕴藏在深水区。深水油气勘探高投入、高风险,加上没有超深水钻井的一系列核心技术,使我们面对这块财富,只能望而却步。

  为尽快开发南海油气资源,中国海洋石油总公司(以下简称“中海油”)决定研制自己的超深水钻井平台。从2006年起,中海油先后组织了国内百余家单位5000余人进行研究、设计、建造、调试和运营。近6年的攻关,研究团队成功研制了具有世界先进水平超深水半潜式钻井平台,我国成为继美国、挪威之后第三个具备超深水半潜式钻井平台设计、建造、调试、使用一体化综合能力的国家。

  这是我国首座自主设计、整合全球一流设计理念和一流装备的超深水半潜式钻井平台。该平台最大作业水深3000米,钻井深度可达万米,瞄准了油气资源丰富而勘探难度高的深水海域;平台自重超过3万吨,自动化水平极高,超越其他同类平台标准;平台可变载荷9000吨,为全球同类平台最大的可变载荷,大大提高了平台的远海作业能力,解决了平台在深海区作业远离陆地的补给困难。

  超深水钻井平台和浅水的技术点完全不一样。虽然我国在浅水石油开采技术已经达到世界先进水平,但该平台启动研制之时,研究团队没有任何经验借鉴。更大的困难是南海的自然环境。南海是世界上台风繁多的地区之一,恶劣的自然环境对钻井平台提出苛刻的要求,很多设计都需要为南海海况“量身定做”。比如,为抗击南海海况,研究团队就研制世界上强度最高的R5级海洋工程系泊链,强度较R4级提高了16%。

  该平台创造了多个世界首次:首次采用南海200年一遇的环境参数作为设计条件、首次采用3000米水深范围DP3动力定位和1500米水深范围锚泊定位的组合定位系统、首次突破半潜式平台可变载荷9000吨,为世界半潜式平台之最……平台的建成,不仅标志着我国在海洋工程装备领域具备了自主研发能力和国际竞争能力,也带动了海洋工程、船舶、机电制造业等行业的技术进步和产业升级。

  编辑点评

  海油人对此或许记忆犹新:去年8月18日,中海油在南海陵水17—2测试获得高产油气流,创造了我国海油自营气井测试日产量最高纪录。陵水17—2气田平均作业水深达1500米,能在南海如此深的海域勘探气田,我国首座超深水半潜式钻井平台可谓功不可没。

  海洋油气资源非常丰富,约占全部油气储量的34%。近年来,全球获得的重大勘探发现中,一半来自海洋,且主要在深水海域。业界普遍认为,深海将成为全球油气勘探开发的重要接替区域。我国南海蕴含着丰富的海洋油气资源,但长期以来,深水石油勘探开采技术,仅为少数国家掌握。我们不能依赖别人的技术开采自己的资源,该钻井平台的建成,将深海石油勘探的自主权掌握在我们自己手中。

  平台投入两年来,钻井17口、完井4口。在取得经济效益的同时,一个更长远的意义是提高了我国海洋工程装备能力。装备制造是进军海洋的重要支撑,相信这些在平台建设中诞生的技术将在我国未来海洋工程装备制造上大显身手。

  国家科技进步特等奖“天河一号”

  站上世界超算之巅

  赵展慧 王握文 于冬阳

  冬日的阳光下,在位于天津滨海新区的国家超级计算天津中心,由国防科技大学计算机学院研制的我国首台千万亿次超级计算机系统——天河一号正在高速运转,指示灯频频闪烁,发出繁忙运算的蜂鸣声。

  “天河一号应用水平已经进入世界先进行列。”中心主任刘光明说,天河一号目前有重点用户600多家,每天有1000多个计算任务在天河一号上运行,平均利用率达到82%。

  2007年,这个项目才刚起步——国防科大计算机学院成功申报了“千万亿次高效能计算机系统研制”国家“863”计划重大项目。经科技部批复,国防科大与天津滨海新区达成科技合作协议,联合建设以千万亿次计算机为业务主机的国家超级计算天津中心。国防科大积极展开千万亿次级超级计算机系统的基础研究与技术攻关,相继突破了一系列核心关键技术。2009年10月,天河一号横空出世,比预计时间提前了一年。它的研制成功,实现了我国自主研制超级计算机能力从百万亿次到千万亿次的跨越,使我国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机系统的国家。

  2010年11月17日,落户国家超级计算天津中心的天河一号,以优异的计算性能在第三十六届国际超级计算机500强排行榜上位居世界第一,这是我国高性能计算机首次登上世界超算之巅,标志着我国高性能计算机研制技术跨入了国际领先行列。

  支撑这一“中国速度”的是中国创造。天河一号在国际上首创“CPU+GPU”相结合的异构融合计算体系结构,部分采用了该校自主研制的“飞腾—1000”芯片,在体系结构、互连通信、并行操作系统和高性能微处理器等多个领域实现了一系列关键技术突破。

  天河一号研制成功后,迅速在国家超级计算天津中心、长沙中心和广州中心投入运行,广泛应用于大科学、大工程以及产业升级和信息化建设,在石油勘探、生命基因、脑科学、新材料、高端装备制造、互联网金融等20多个领域获得成功应用,取得显著经济和社会效益。中石油东方物探公司在天河一号成功进行了世界领先的高密度勘探数据处理,极大提升了我国石油勘探企业生产效率,提高了“找油找气”能力;中科院上海药物研究所在天河一号实现了微秒尺度的大规模分子动力学模拟,有力支撑了我国药物研究和医药产业由仿制为主到创制为主的转变;北京大学牵头的研究团队运用天河一号进行高压、低温条件下的全量子化计算模拟,在国际上首次验证高压低温量子液态氢这一奇特物质的存在。天津超算中心与有关部门合作,在天河一号上构建的雾霾预警业务系统,已形成了72小时雾霾预警预报能力。

  去年8月28日,我国首个以超级计算机为平台,集建筑规划、三维设计、造价精算、模拟分析、施工管理、运行维护等于一体的建筑信息模型(BIM)产业园,在国家超级计算天津中心揭牌,天河建筑信息云平台同时发布,此举对提升建筑行业信息化水平、促进智慧城市建设具有变革性的重要作用,标志着天河超级计算机推广应用迈上一个新台阶。

  编辑点评

  “天河一号”创造的不仅仅是速度,还创造了超算领域的融合创新样本。军民融合式的发展创新模式促进了研发与应用的融合,该模式的成功也体现在天河二号的研制上。截至目前,天河二号已构建了六大应用服务平台,为国内外220多家用户提供了高性能计算和云计算服务。

  计算速度并不是超级计算机的唯一追求。虽然融合创新模式推动了天河一号的实际应用,但是与世界最先进超级计算机相比,真正的差距在于缺少应用需求。毕竟,超级计算机在中国的发展历程不长,国内科学界和工业界尚未具备成熟运用超级计算机的能力。过去20年,中国高性能计算实现了从无到有、从有到优的巨大跨越,以这样的发展速度,人们有理由相信:随着应用需求的日渐庞大和细分,未来20年我国超级计算机将能解开更多应用的实际命题。

  国家技术发明一等奖“甲醇制烯烃”

  煤炭高效利用探新途

  记者 蒋建科

  “为实现DMTO的技术突破和产业化,大连化物所的四代人整整干了30多年,黑发人干成了白发人。”面对记者,中科院大连化学物理研究所研究员刘中民忍不住感慨。

  DMTO是大连化物所自主研发的甲醇制烯烃技术,是煤制烯烃的核心步骤。烯烃是化学工业中最重要的基础原料,之前一直从石油中提炼。上世纪70年代石油危机爆发后,发达国家相继启动了煤代油攻关计划,先用煤制甲醇,然后用甲醇制取烯烃。

  1981年,甲醇制取低碳烯烃被列为中国科学院的重点课题,大连化物所临危受命,成立了以陈国权、梁娟为正副组长的研究小组。经过几年努力,该小组在国内首先合成了ZSM—5型沸石分子筛,并对其合成规律、反应性能调变、改性及表征等进行了系统研究,为我国实现以煤代油的战略目标迈出了第一步。

  之后,大连化物所的研究人员乘胜前进,先后完成了3吨/年规模沸石放大合成、4—5吨/年规模的催化剂放大设备,以及日处理量1吨甲醇规模的MTO(甲醇制烯烃)固定床反应系统和全部外围设备,并在1991年4月完成了中试。

  进入20世纪90年代,以蔡光宇研究员为组长的团队继续创新,提出了采用新型分子筛的甲醇制烯烃流化床工艺。新一代学术带头人刘中民带领研究组,对甲醇制取低碳烯烃开展更加深入的基础研究和应用研究,形成了具有自主知识产权的整套技术。1995年,他们完成了流化床MTO过程的中试运转,被业内专家评为国际先进水平。1996年,这一成果获得了中科院的科技进步奖特等奖。

  “那年我们申请的是一等奖,中科院却给我们颁发了特等奖。这在以往的科技评奖中是不多见的,足见评委们对我们成果的高度认可。”刘中民告诉记者,“我27岁担任研究组副组长,成为研究组长时31岁,获奖时也只有32岁。”

  煤代油因油价攀升而热,也因油价暴跌而冷。令刘中民没有想到的是,其后油价一路下跌,他们的技术也因经济上不划算而少人问津。直到2005年,国际油价回升,国内又燃起了煤制烯烃的热情。煤炭大省陕西省计划在榆林开展煤制烯烃,就派专家到大连化物所实地考察,并与刘中民研究小组签了合作合同。陕西省政府专门成立了陕西新兴煤化工科技公司(即后来的新兴能源科技有限公司),划拨8300万元试验经费。经过双方的共同努力,世界首次甲醇制烯烃工业性试验于2006年5月宣告成功,每天可以转化甲醇75吨,在世界上遥遥领先——国外1天的制造量还不到1吨。

  2010年8月,神华集团采用刘中民研究组的DMTO技术,在包头建设的180万吨煤基甲醇制取60万吨烯烃装置,投料试车一次成功,成为世界首套甲醇制烯烃工业示范装置。

  据介绍,如今DMTO技术工业装置实施技术许可合同已签了20套,烯烃总规模1126万吨/年。

  刘中民告诉记者,在DMTO大规模产业化的同时,他们又研发出新一代甲醇制烯烃技术(DMTO—II),申请国际专利29件,并完成了工业性试验,使中国的DMTO技术在国际上持续领先。

  据介绍,采用DMTO—II,每吨烯烃甲醇消耗降低10%以上,使原料成本大幅度降低。“我国是煤炭大国,目前石油对外依存度已接近60%,DMTO—II技术产业化的意义不言而喻。”

  编辑点评

  刘中民团队的“30年磨一剑”,不禁让人想起国家最高科技奖获得者李振声院士多年前一个创新案例报告的题目——“30年干好一件事”。李振声院士刚好也是用了30年时间,攻克了小麦远缘杂交育种世界性难题,该项目同样也获得过国家技术发明一等奖。这两个看似偶然的例子说明,科学研究在瞄准目标后,要耐得住寂寞、经得起挫折,不可轻言放弃。

  实施创新驱动发展战略,就是要瞄准国家需求,把创新成果转化为实实在在的新技术、新产品、新产业。这不仅需要SCI论文,更需要像甲醇制烯烃、小麦远缘杂交这样既具有国际领先水平、又能对经济社会产生重大影响的科技成果。这类成果的产出,需要科学家有“板凳坐得十年冷”的定力,同时相关部门也应创造良好条件和宽松环境,让科学家能够潜心研究、长期攻关。

  国家自然科学一等奖“网络计算”

  引领下一个计算时代

  记者 余建斌

  继自然科学一等奖去年终结此前连续3年的空缺之后,这一代表基础研究重大突破的奖项,今年再次没有让人失望——中南大学校长张尧学院士和他领导的团队摘得这一桂冠。

  “网络计算的模式及其理论研究”,一项计算机领域的突破能获得自然科学一等奖青睐,让人惊讶。要知道,自电脑诞生以来,尽管运算速度一日千里,但能够算得上“基础研究重大突破”的创新可谓凤毛麟角,计算机基础体系理论始终难以撼动。究竟是怎样的成果,让我们这个一直在计算机领域“奋力赶超”的国家扬眉吐气了一把呢?

  对张尧学获奖项目中首提的透明计算,国际同行形容是“先于云计算、包含云计算”。不少评论认为,这是首个由中国人推动的计算技术。芯片巨头英特尔的专家则评价:“今后的十年,将是透明计算的十年。”

  “创新不是忽悠”,至今还挂着清华大学教授头衔的张尧学看上去有些严肃。“自己只是比别人幸运一些。”对于获奖,张尧学说:“现在,透明计算已经在行业形成一种共识,很多年轻人、学者都在往这个方向做。从这点来看,我们的研究算是取得了一些成果。”

  让人觉得“也蛮拼的”是,突破以现代计算机发明者冯·诺依曼命名的体系结构的局限,研制出具有独立知识产权的超级操作系统,贡献出一系列具有原创性与系统性的重大创新成果,他和科研团队经过了20余年的潜心研究。只是说起这些,张尧学的语气显得风轻云淡。“当初压根儿也没想过要获这个奖。平时大家说‘只问耕耘,不问收获’,我们是连‘耕耘’都没多想,就那么做了。”

  透明计算是什么?张尧学解释说,这里的“透明”,是指这个跨平台的运算过程一般用户看不到,也不用在意硬件、软件在哪里和怎么运行管理,就像用水时只需打开水龙头接水,而不用管水是从哪里来。“对用户来说,重要的是获得了什么服务,满足了什么需求,而不是买了什么样的产品。”

  张尧学说,人们熟知的冯·诺依曼结构,就是一台计算机带有存储器和计算处理器,一个管存储,一个管计算,然后拿个“管子”连起来,也就是总线。随着互联网高速发展,这种传统结构的局限性日益凸显——网络安全性低,计算机产业链在操作系统、芯片等多个环节易被钳制,用户也很难在同一个终端上实现跨平台操作。

  几经思考,早年就研究网络并研制出中国第一台路由器的张尧学,脑海里出现了一幅新的图景:将冯·诺依曼结构进行扩展,将网络带宽看成虚拟的计算机总线,网络中的所有计算机都看成是资源,一个独立的网络就可以组合成一台“超级计算机”,由网络超级操作系统来管理。这个新的网络计算模式,能够提高计算机的安全性、可操作性、跨平台性,降低成本与功耗。

  “对个人用户来说,用智能手机等终端设备访问这台‘超级计算机’,就能轻松获得所需服务,用小马拉动大车。”张尧学说,原来的存储计算也由流式计算代替,通过流式计算,操作系统和应用程序都能变成用户随时随地获取的服务,无需用户预先安装,就像欣赏网络视频,内容是“流”到用户终端上。

  目前,透明计算已有多个成功应用案例,包括医疗大数据系统和国内大型冶金企业的工控系统与工程设计部门。“透明计算,最终就是把选择权交还给用户,以用户为中心,而不是让人成为机器的奴隶。”张尧学说。

  编辑点评

  张尧学既是科学家,又是大学校长,他对科研活动特别是基础研究的艰难深有感触。

  在科研活动中,目前真正的原始创新相对较少,很多时候科研人员都是跟着别人在做。但如果长期缺乏独有的技术,既不能跟世界强国共享产业链,也很难支撑起国家的长期发展。基础研究是创新驱动发展的源头,当前我国基础研究开始进入从跟踪国外到与发达国家并行发展的转型期,日趋激烈的国际竞争环境更凸显了具有产生突破性或颠覆性产业创新潜力的基础研究的重要性。而一些基础研究领域往往投入周期长、失败风险高,更需要国家与社会给予长期稳定的支持,为科研人员营造一个持之以恒,勇于创新的环境。

  就像张尧学所说,应该给科研人员提供宽松的环境,而不是给予太多指标性的限制。大的突破,往往是给方向比给钱更重要,也往往来自科研人员长期积累后的灵光一闪。

  以下是该媒体报道地址:http://tech.gmw.cn/2015-01/12/content_14485486.htm

 
     
Copyright © 2014-2018. 中国科学院大连化学物理研究所 版权所有 All Rights Reserved. 网站管理