【产业分析】关于我国深海科技发展的全面分析

发布时间: 2025-04-03

2025312日,新华社发布的《政府工作报告》中,首次将“深海科技”列入国家未来新兴产业发展重点,这标志着我国对海洋强国战略的进一步深化,体现了国家高层对深海科技领域的高度重视。深海科技作为我国战略性新兴产业的重要组成部分,其发展对于推动我国经济社会发展、保障国家安全以及提升我国在全球海洋领域的影响力具有重大意义。

一、深海科技概述

(一)深海的定义与特征

地球表面约71%被海洋覆盖,然而长期以来,人类对海洋的认知主要集中在200米水深以上的海洋上层区域,即光合作用带,这里是大多数海洋生物的栖息地。而水深超过200米的海域则被称为深海,其具有以下显著特征:高压环境,每加深10米海水压力便增加一个大气压,深海区域的水压可达数百甚至上千个大气压;底层水流缓慢,与海洋上层的活跃水体运动形成鲜明对比;无光,阳光无法穿透至深海区域,导致该区域缺乏光合作用,生态系统与浅海截然不同;水温低,通常接近冰点,部分地区甚至更低;盐度高,海水中的盐分含量相对较高;沉积物丰富,大量的海洋生物残骸、陆地侵蚀物质等在此沉积积累。全球海洋的平均水深为3795米,这意味着约95%的海洋空间属于深海范畴,深海中蕴藏着极为丰富的能源、矿产、生物等各类资源,同时在军事战略方面也占据着极为重要的地位。

(二)深海科技的关键技术 ——“三深”

深海科技的发展离不开“三深”技术,即深潜、深钻和深网,这三项技术是人类进入深海、认识深海以及开发利用深海的关键支撑。

深潜技术:深潜是实现深海探索的基础手段。由于深海环境的高压特性,人类无法凭借自身能力直接下潜至深海区域,必须借助专业的载人或无人深潜器。其中,遥控水下机器人(Remote Operated VehicleROV)和无人水下潜航器(Unmanned Underwater VehicleUUV)是深潜技术的典型代表。在军事领域,深潜技术可用于水下侦察、反潜作战、布雷排雷等关键任务,为维护国家海洋安全提供重要支持;在民用方面,深潜器则广泛应用于深海救援行动以及海洋生物资源的考察研究,帮助人类更好地了解深海生态系统和生物多样性。

深钻技术:深钻技术主要涉及从海底向下进行科学钻探,其应用范围广泛,包括资源勘探、科学研究以及海底基地建设等多个方面。通过深钻技术,科学家能够获取海底岩石、沉积物等样本,进而深入研究地球内部结构特征、大洋底部矿产资源分布以及油气资源的开发潜力等重要课题,为人类进一步认识地球和开发利用海洋资源提供关键数据支持。

深网技术:深网技术是指将各类传感器布放至海底,构建起庞大的海底观测网络,通过光电缆连接的海底观测系统以及水下移动观测装置,实现对深海环境的全天候、实时动态联网观测和研究。该技术能够为天然气等海洋资源的开发提供精准的数据支撑,助力优化资源开发方案;在军事活动方面,深网技术可用于监测敌方水下动态,保障军事行动的安全性;同时,通过对深海环境参数的长期监测,深网技术还能够为天气灾害预警提供重要依据,帮助人类提前防范海洋自然灾害,减少损失。

二、深海科技产业链剖析

深海科技产业链是一个涵盖基础材料研发、核心部件制造、高端装备制造、系统集成以及资源开发与服务等环节的完整产业体系,具有技术壁垒高、部分关键环节依赖进口等特点。

图表1:深海科技产业链

(一)上游:基础材料与核心部件

1、特种材料

1)耐压材料:深海环境压力巨大,要承受万米级水压110MPa以上,需要兼顾高强度、耐腐蚀的轻量级材料。钛合金是关键材料之一。

2)密封材料:深海设备需要可靠的密封技术以防止水压损坏内部结构。国内企业如派克新材已突破超高压密封技术,达到国际先进水平。

3)特种材料:包括高强度纤维、高强度钢(如HY-100)、陶瓷复合材料(用于潜水器壳体、耐压舱)等,用于制造深海缆绳、浮力材料等。巨力索具是国内领先的高强度纤维缆绳制造商,其产品耐腐蚀性超越国际同类产品。

目前的痛点是:钛合金焊接工艺壁垒比较高,尤其是电子束焊比较难、深海腐蚀防护涂层技术。钛合金焊接工艺被俄罗斯VSMPO-AVISMA、美国Timet垄断,国内成品率较低。深海陶瓷复合材料(如氮化硅)依赖日本东芝、京瓷等。 

2、传感器与电子器件: 

深海探测的核心器件是:光纤水听器、光纤陀螺仪、水下通信模块、深海压力传感器、高精度惯性导航模块等。

在深海通讯中,声呐通信带宽低(仅kbps级)、延迟高;激光/蓝绿光通信也容易受悬浮物干扰。深海传感器需要在高压环境下,保持传感器稳定性、抗干扰能力,其难度非常大。 

另外,在精确定位上,GPS信号无法穿透海水,需依赖惯性导航+声学信标组,解决误差累积问题,保证定位的精准。

目前痛点是 高精度光纤陀螺仪(FOG)被美国霍尼韦尔、法国iXblue垄断,国产化率不足20%;深海声呐核心芯片(如FPGA)受制于美国赛灵思、英特尔,国内厂商还需努力。 

3、能源与动力系统: 

1)目前卡点:

①续航与稳定性:传统锂电池在低温高压下性能骤降,电池寿命衰减,燃料电池需解决氢气存储难题。 

②无线充电技术:深海装备能源补给依赖水面母船,自主充电技术尚未成熟。

2)主流方案:

采用高能量密度的200Wh/kg半固态和全固态锂离子电池方案、燃料电池(氢氧反应效率优化)、利用海底热液温差发电,解决燃料和动力问题。

4、其它零部件制造:

液压系统:是一种利用液体传递能量的技术,也叫液压传动,因为深海的压力非常大,就是把海深的压力引到液压系统里面来进行压力补偿,不进行补偿,深海设备难以承受高压,没法正常工作。液压系统广泛应用于水下设备,深海机器人和装备需要高性能的液压系统。

目前,万米级水下机器人ROV的液压动力单元被挪威Kongsberg、美国Oceaneering垄断,国内仿制品寿命仅进口的1/3;邵阳液压是国内首家深海机器人液压控制系统供应商,其技术突破了国外专利壁垒。

连接件:深海装备的连接件主要采用深海水密接插件,这些接插件是实现深海装备在深海环境中进行电力配电、信号传输和通信交流的关键技术。深海水密接插件需要承受极端的深海环境,包括高压、腐蚀、低温等,因此其材料和结构设计都非常关键。

中航光电的深海装备连接器通过了15000次插拔测试,为全球少数具备万米级产品供应能力企业。

(二)中游:装备制造与系统集成

图表2:深海装备体系架构

目前,全球已形成由载人潜水器、ROVAUV、自主/遥控混合型潜水器(Autonomous & Remotely Operated Vehicle, ARV)、水下滑翔机(Autonomous Underwater Glider, AUG)及其关键系统设备等所构成的深海探测作业通用装备体系。而大功率、长周期、可于海底长期驻停和运行的超大型载人深潜装备,万米级、高性能载人潜水装备,多功能、实用化、高续航、高智能的无人潜水装备等已成为国际发展重点。

1、装备制造

1)深海探测装备:包括载人/无人深潜器、水下机器人、海底钻探船等。

2)深海作业装备:深海钻探机、机械臂、采矿机器人、深海养殖装备、深海油气开采设备等。海兰信、东方海洋等企业在深海养殖装备方面有显著优势。

其中智能机械臂技术是难点:包括耐高压密封与结构设计、高精度定位与环境补偿、液压伺服系统与传动部件、多学科集成与自主作业等技术。目前国产机械臂在耐高压密封寿命、定位精度、液压系统稳定性、多系统协同控制(导航+通信+机械臂操作)方面与国际先进水平存在差距。

2、系统集成

1)通信导航系统:

深海通信和导航是关键环节,水声通信技术是核心。中国海防等企业在水声通信系统集成方面具有较强实力。

2)软件与算法: 

 海洋仿真软件(如ANSYS AQWA)依赖欧美企业,国产替代,如中船重工702所,尚在起步。 AUV的智能避障算法需处理声呐点云数据,国内算法实时性较MIT方案延迟30%

(三)下游:应用与服务

1、资源开发:海底矿产,如多金属结核(含镍、钴)、稀土泥、可燃冰、油气勘探、深海生物基因资源。 

2、海洋观测:气候监测、地震预警、生态系统研究。 

3、国防与安全:水下通信网络、潜艇技术支持、海底基础设施防护。

总的来说,深海科技产业链的“卡脖子”环节集中在高端材料、精密传感器、核心算法三大领域,需通过“产学研用”协同实现技术突围。

三、国内龙头企业

(一)上游基础材料等龙头企业

西部材料:202310月,公司投资1.92亿元用于 “海洋工程用大规格低成本钛合金生产线技改项目”,致力于提升我国深海工程用钛合金材料的自主供应能力,降低生产成本,推动我国深海科技产业的发展。

宝钛股份:公司研制的4500米载人潜水器 “深海勇士号” 钛合金载人球壳达到国际先进水平,标志着我国在深海钛合金材料应用方面取得了重大突破,为我国深海载人潜水器的国产化和性能提升提供了有力保障。

金天钛业:其高端钛及钛合金产品广泛应用于舰船领域,为我国海洋装备的高性能化和轻量化发展提供了重要支持,提升了我国海洋装备的整体性能和竞争力。

派克新材:作为国内少数可供应舰船用高端环形锻件的专业化厂商,其产品在深海装备的关键部件制造中发挥了重要作用,为我国深海装备的结构强度和可靠性提供了有力支撑。

宝色股份:作为非标特材装备专业供应商,公司参与了“蛟龙号”载人潜水器多项配套零部件的制造,为我国深海载人潜水器的成功研制和应用做出了重要贡献,提升了我国深海装备的国产化水平。

东方电缆:作为国内唯一实现海洋脐带缆产业化的企业,公司独创17项核心技术,打破了国外在该领域的长期垄断,为我国深海装备的电力和信号传输提供了可靠的解决方案,保障了我国深海探测和作业的顺利进行。

长盈通:作为光纤环领域的龙头企业,同时也是光通讯器件的龙头企业,公司在深海通信和导航领域具有重要影响力,为我国深海装备的通信导航系统提供了高性能的光纤环等关键器件,提升了我国深海通信导航系统的自主化水平。

(二)中游装备制造商

中国重工:作为我国深海装备维修与改装的龙头企业,中国重工在船舶制造和海洋科技领域具有强大的综合实力。公司不仅为我国深海装备的维修和改装提供了可靠的技术保障,还积极参与深海装备的研发和制造,推动我国深海装备产业的发展。

中国船舶:作为全球最大的造船集团,中国船舶在深海装备总装领域具有垄断地位,其业务覆盖了科考船、资源开发平台等全产业链。公司通过技术创新和产业升级,不断提升我国深海装备的整体性能和竞争力,为我国海洋强国建设提供了重要的装备支持。

中船防务:公司在军船、民船、海工等业务建造技术指标方面已达到国内领先水平,其在深海装备领域的技术积累和产业布局为我国深海科技产业的发展提供了有力支撑,推动我国深海装备产业向高端化、智能化方向发展。

中国动力:专注于高端动力装备的研发和制造,为我国航母、潜艇、驱逐舰、海底数据中心等提供高性能的发电机等动力设备。公司的产品和技术为我国深海装备的动力系统提供了可靠保障,确保我国深海装备在复杂环境下的稳定运行。

中集集团:作为全球海工装备龙头企业,中集集团在深水半潜式平台领域市占率高达40%,并积极参与国家深海空间站项目。公司的技术和产品为我国深海资源开发和海洋工程提供了重要支持,推动我国海工装备产业的发展。

(三)下游应用与服务商

中海油:作为我国深海油气开发的龙头企业,中海油在深海油气勘探、开发和生产方面具有强大的技术实力和丰富的实践经验。公司通过技术创新和产业升级,不断提升我国深海油气开发的整体水平,保障我国能源安全,推动我国海洋油气产业的发展。

东方海洋:作为深海生物资源开发的领头企业,东方海洋在深海生物资源的养殖、加工和利用方面具有显著的技术优势和产业基础。公司通过技术创新和产品升级,不断提升我国深海生物资源开发的水平和效益,推动我国海洋渔业向深海化、智能化方向发展。

海油工程:作为亚洲深海油气开发的龙头企业,海油工程具备1500米水深作业能力,是海洋石油工程EPCI(设计、采办、建造、安装)总承包商。公司通过技术创新和产业升级,不断提升我国深海油气开发工程的整体水平和竞争力,为我国深海油气开发产业的发展提供了重要的技术支持和工程保障。

海默科技:公司自主研发的水下3000米多相流量计解决了我国海下石油钻采计量设备长期受制于欧美的“卡脖子”问题,为我国深海油气开发提供了重要的技术支持,提升了我国深海油气开发装备的自主化水平和性能。

四、总结与展望

深海科技作为我国战略性新兴产业的重要组成部分,其发展对于推动我国经济社会发展、保障国家安全以及提升我国在全球海洋领域的影响力具有重大意义。我国深海科技从早期的探索起步,到如今在载人潜水器、无人潜水器、深海观测、深海考古等领域取得一系列重大突破,实现了从无到有、从弱到强的跨越发展。目前,我国在深海科技领域已处于世界领先水平,为全球海洋科学研究和资源开发贡献了重要力量。然而,我们也应清醒地认识到,我国深海科技产业链仍存在一些薄弱环节,部分关键技术和核心部件依赖进口,这在一定程度上制约了我国深海科技产业的自主发展和进一步提升。在上游基础材料和核心部件领域,我国在钛合金焊接工艺、深海陶瓷复合材料、高精度光纤陀螺仪、深海声呐核心芯片等方面仍面临国外技术垄断和技术瓶颈;在中游装备制造和系统集成领域,我国虽然在深海装备总装方面具有较强实力,但在部分关键零部件和系统集成技术方面与国际先进水平仍存在一定差距;在下游应用与服务领域,我国在深海资源开发、海洋观测、国防与安全等方面虽然取得了一定进展,但与发达国家相比,在资源开发效率、海洋观测数据应用深度、国防安全保障能力等方面仍需进一步提升。

未来,我国应继续加大在深海科技领域的研发投入,集中力量攻克关键核心技术瓶颈。充分发挥政策引导作用,鼓励社会资本参与深海科技产业的发展,培育壮大一批具有国际竞争力的深海科技企业,推动我国深海科技产业向高端化、智能化、集群化方向发展。同时,应参与国际深海科技合作,加强与世界各国在深海科学研究、资源开发、技术创新等方面的合作与交流。通过参与国际海洋科学计划、开展双边或多边合作项目,提升我国深海科技的国际化水平。