加西亚·亚诺赛克:新的能源革命

——高科技创新的希望与风险
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加西亚·亚诺赛克  

  

   加西亚·亚诺赛克,加利福尼亚大学圣迭戈分校全球政策与战略学教授、布鲁金斯学会能源与气候计划部联合主任戴维·维克托、麦肯锡公司全球能源与材料应用部联系合伙人

   来源:美国《外交》杂志网站6月13日

   翻译:尹宏毅,清华大学公共政策兼职研究员

  

   技术革命已经改造了从零售到制造业以及交通运输的一个又一个产业。然而,其最深远的影响可能正在最不可能的地方,即石油、天然气和电力等传统产业中展现。

  

   在过去十年中,创新使能源产业得到了发展。首先到来的是页岩革命。大约从2005年开始,各家公司从地下页岩层源源不断地开采大量新的天然气,然后还有石油,利用两种新技术:水平钻井和水力压裂。工程师们研究出如何垂直钻孔,然后将钻头横过来,沿着页岩缝钻探;然后他们用高压水、沙子和化学药品将页岩打碎,以撬开岩石,使油气资源得以流出。这些技术促使油价从2008年7月的每桶145美元的历史高位回落到今天不到这一价格的1/3。供应对市场状况的反应已经变的积极得多,因而削弱了欧佩克影响全球油价的能力。

  

   这只是开始。今天,复杂系统的更为智能化的管理、数据分析和自动化正在再一次改变能源产业,从而提升了能源公司的生产率和灵活性。这些变化已经开始不仅转变生产石油和天然气等初级产品的产业,而且改变公司发电和供应电力的方式。一个新的电力产业正在出现——该产业更为分散化,更对消费者友好,并能把种种不同的电力来源融合成为十分可靠的电网。未来几年,这些趋势很可能会使能源保持廉价和丰富,使之对市场状况做出积极反应,并且比以往任何时候都更有效率。

  

   但这种转变并不简单。这样一来可能会破坏一些国家的稳定,因为这些国家的经济依赖来自传统能源来源的收入,如俄罗斯、波斯湾产油大国和委内瑞拉等。这可能会损害低技术工人的利益,因为他们的饭碗容易遭受自动化的影响。廉价的化石燃料会使制止全球变暖所需的大幅降低排放量难度增大。


聪明点

  

   推动新能源革命的有三个趋势:复杂系统的更为智能化的管理、更先进的数据分析和自动化。第一个趋势使公司的效率大大提高,同时得以在日益复杂的地质环境中钻探石油和天然气。例如,从大约十五年前开始,成像技术领域中的进展使公司更容易在墨西哥湾和巴西近海等深海水域找到石油储藏。但是,由于石油和天然气公司急于开采这些资源,在深海水域并透过厚厚的沉积物和基岩进行作业的技术要求使成本上升。到2014年,新的深水项目的成本非常高,因而许多项目只有在油价接近每桶100美元的时候才盈亏相抵。随着油价从2014年初每桶超过100美元暴跌到2015年1月的不到50美元,许多项目陷于停产。到2016年初,各家公司叫停了新的日产石油当中的大约400万桶,其中40%来自深海来源。

  

   随着钻井停滞,急于削减成本的石油和天然气经营者开始重新考虑自己所使用的复杂系统。一些成本节约方法很容易找到:活动的减少意味着,一度稀缺的关键设备和劳务现在处于闲置状态。例如,租用石油钻机的日常成本下降了一半。但石油产业还通过生产率的根本提高削减成本并提高绩效。更简单、更标准化的设计使钻井和生产平台更容易复制、成本更低,遭受成本高昂的误工和建设工期过长损害的可能性也更小。各家公司正在使自己所汲取的经验教训在整个行业传播。例如,壳牌公司最近宣布,它正在把来源于陆上页岩作业技术,如水平钻井和对其注水应用于增加深水熟田的产量。

  

   今天,由于这些创新,所以新的深水项目的平均盈亏相抵价格已经下降,在墨西哥湾降到每桶只有40至50美元——该地区是全球石油产业的重要领头羊,因为它是世界上对市场行情的变化反应最灵敏的地区之一。尽管油价保持低迷(业内许多人也预计其将继续保持低位),但投资再次增加。仅2016年和2017年上半年就有10个深水项目的投资获得批准。

  

   复杂系统的智能化管理也正在重塑电力行业。几十年来,集中式的基础负荷能源发电机——主要是火电、核能和大型水力发电电站——占主导地位。但在过去二十年中,各国政府一直为风能和太阳能提供补贴,并推动其进入电力系统,以期实现本国能源的多样化,创造新的就业机会和减少排放量。到最近为止,这些新的能源来源规模都太小,因而对整个系统没有太大的影响。

  

   然而今天,由于可再生能源的成本大幅下滑,其在电力供应中所占比重不断上升,所以这些来源已经开始使电力市场发生变化。在德国,风电和太阳能发电占电力组合的近30%,在夏威夷约占1/4。传统的公用事业公司正在努力适应情况的变化。今年3月,加利福尼亚的电网运营商关闭了该州可再生能源电力当中的80千兆瓦小时,因为该电网无法应对每天下午太阳能发电的激增。由于没有更大的电力存储能力,所以更大幅度的削减将会发生。在德克萨斯州等许多地方,刮大风时,电价偶尔呈负数,但人们不需要过多的电力——换言之,企业为了顾客使用其所发的电而向顾客付款。未能预见到这些变化的一些公用事业公司已经倒闭。德国四大公用事业公司的市场估值现在约为十年前水平的1/3,主要因为它们陷入旧的电力系统成本的困境,尽管政府对可再生能源慷慨相助。

  

   可再生能源只是这一转变的一部分。未来几年,公用事业公司可能会面临称为“微电网”的规模较小的分散式能源系统所构成的存在挑战。微电网最先出现于几十年前,受到美国军方等客户的推动,因为他们最为珍视的是可靠性,并不介意为其支付更多的钱:军事基地必须保持运转,即使大批量的电网失灵。早期的采用者还包括远离常规电网的阿拉斯加等边远地区的社区。但现在,微电网却正在发展到大学校园和医院等其他地方,因为它们的发电是可靠的,并且常常是为了通过利用垃圾能源来为楼房供暖并制冷,从而节省资金。

  

   燃料电池和蓄电池系统等新技术(用于存储可再生能源所生产的额外电力),以及更先进的软件,带来称为“纳米电网”的更小的系统。沃尔玛等超大型商场已经开始加以采用。“微微电网”可能是下一个。随着越来越多的人越来越不依靠传统电网供电(尽管他们仍然与之互连,以确保可靠性),政策制定者和企业将需要创建新的监管系统和商业模式。纽约等一些州积极欢迎这些变化,大力倡导分散式发电,奖励投资于开发分散式系统的企业。但是,还没有任何人制定有关如何使新电网与传统电力系统相融合的详细计划。

  

嗨,机器人

  

   创新的第二个主要来源就是更好的数据分析。例如,石油公司已经开始利用复杂的算法来分析大量数据,从而更容易找到石油和天然气并管理生产。例如,2017年4月,英国石油公司宣布,它已经利用这些方法,在墨西哥湾的一处现有油田又发现了2亿桶石油。据该公司说,过去要用一年时间的数据处理现在只需几个星期。云处理可以产生数百万个有关开发油田的场景。企业如果可以评估更多的选择,那么油田的产量就可以增加5%,钻井和开始生产石油所需的投资就会减少30%。该行业还开始利用数据分析进行“预测性维护”,通过分析历史数据来赶在设备故障发生前加以预测,从而减少非计划的停机时间。这种飞机发动机等行业所开创的做法,正在帮助降低石油和天然气钻机的成本,因为在那里,压缩机等旋转设备在发生故障时会导致代价高昂的中断。

  

   第三个,也是最重要的趋势是自动化。在远海油田,机器人已经开始执行危险任务,例如在钻井作业中连接管道。这项工作传统上是由称为“四处转悠的工人”的多才多艺的工人进行的。不久后,智能自动化系统就会实现远程钻井。这种钻井几乎完全由少数位于数百英里外的陆上数据室中的高科技工作者控制。公司正在开发能够在海底生存并检查海上管线和水下设备的机器人。目前,海上石油钻机通常耗用100-200名员工。这个数字可能会下降。虽然对于发挥需要复杂决策的关键安全作用来说,人力仍然是不可或缺的,但自动化将使该行业的劳动力得到改造。据麦肯锡公司的一项研究报告说,在十年之内,石油和天然气公司就可能会雇用更多拥有博士学位的数据科学家,而不是地质学家。

  

   自动化已经改变了电力行业,因为智能电表已经使手动查电表的方法近乎灭绝。未来,自动化以及更好的数据分析,将使管理使用可再生能源(如风能和太阳能)以及更复杂的分散式电网所带来的供应变化更为容易。这也可以使电网更可靠。在许多次停电中,电网运营商无法实时了解所发生的事情是一大原因。自动化和人机交互的改善能够使停电大大减少。

  

   然而,创新也可能会带来新的问题。例如,能源行业中的自动化可能会使政府更难履行其部分传统职能,如安全监管。当钻机、生产平台和电网的技术变革缓慢进展时,监管者就能保持工作进度,从偶尔的失败中学习和借鉴。今天,高度自动化系统的复杂性本身就使观察和预测其行为的难度大大增加。因此,监管者需要与产业同样迅速地发展,并研制出预警系统,以识别需要监管的地方。他们需要更迅速地彼此学习。例如,其他国家的监管者可以研究一下挪威近海石油和天然气监管机构,因为该机构在应对近海油气产业中固有的严重不确定性方面正在变得很娴熟,他们也可以借鉴美国的核工业,因为美国的核工业已经学会如何在业内利用同行评审来判断工厂的管理。

  

赢家和输家

  

   能源产业即将到来的改造对世界来说基本上是好消息。但是,随着这场革命的展开,它会深刻改变政治、经济和环境。政策制定者和商业领袖需要谨慎行事。

  

首先,能源价格的持续低迷可能会削弱许多大型石油供应国的经济和地缘政治影响力,因为它们在太长时间里一直依靠自己对世界上几乎所有廉价石油资源的控制权。(点击此处阅读下一页)

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