能源―科技创新的下一个堡垒 —— 文章正文2017-12-21

 　　技术革命袭来，颠覆了从零售到生产再到运输的众多行业。如今网购成为许多人的每日必修课，而使用软件叫车更是让人觉得温暖。不过，技术带来的颠覆远比人们想象的更为深远，特别是当它发生在诸如石油、天然气和电力这些传统行业时。
　　复杂系统的智能管理、精细化的大数据分析和自动化技术三极驱动的智能化趋势极有可能攻占能源领域这个新的堡垒。
　　1.页岩气的冲击
　　过去的十年间，技术创新已经改写了能源行业，首先要提的是页岩油气革命。从2005年起，随着水平钻探和水力压裂（也叫液压破碎法）两项新技术的应用，石油公司能够从页岩盆地开采页岩气和页岩油，给石油市场增加了新的供给。
　　工程师开始是垂直钻孔，然后将钻头沿着页岩接缝向侧面钻探，再注入高压力的水、沙子与化学物质将页岩层压裂从而撬动岩石注入碳氢化合物。这项新技术促使油价从2008年7月历史最高价的每桶145美元降低到今天不到当年价格的三分之一，也让石油的供给更加灵活地反应了市场的需求，更导致世界主要石油输出国组织欧佩克OPEC对全球原油价格的影响日渐式微。
　　这一切只是刚刚开始。复杂系统的智能管理、大数据分析、自动化技术正在重塑能源行业，并极大地促进了能源公司的生产力与灵活性的提高。这些变革不仅发生在油气行业，也悄然给电力生产和运输企业带来改变。一个新的电力产业正在出现――既能实现分散管理与用户友好，还能将不同来源的电流整合进高度安全可靠的电网中。未来几年，这些新趋势会促进能源丰沛、低价的态势，能源供给的效率与对市场的响应比历史上任何时代都更高效、灵活。
　　这场变革不会是一帆风顺的，所带来的好处也不会让所有国家和从业人员雨露均沾。主要产油国、经济收入几乎依赖传统能源的国家将受到沉重打击；面对自动化技术的冲击，低技能工人的工作机会也危在旦夕。更为重要的是，人们会更倾向于使用低廉的化石能源，这使得遏制全球变暖、实现大幅减排的目标难上加难。
　　2.复杂的智能管理
　　基于复杂系统的智能管理，油气生产企业才能在复杂地形环境下更加有效地进行油气开采。大约15年前，借助影像工程学的发展，油气公司可以轻松地在墨西哥湾、巴西沿海地区的深水区发现石油矿藏。当石油公司蜂拥而至要来开发这些资源时，深水作业以及穿透厚重的沉淀层与基层岩的技术要求又抬高了成本。到2014年，新的深水项目耗资巨大，只有油价达到每桶100美元时才能实现盈亏平衡；当油价从2014年初的100多美元/桶一路下滑到2015年1月不到50元/桶时，很多项目不得不停产。2016年年初，由于40%的部分属于深水资源，一个预计日产四百万桶石油的大型项目也被束之高阁。
　　当钻探项目停止时，急于削减成本的油气企业开始重新思考他们所用到的复杂系统。深水开采活动频率降低，意味着曾经紧俏的关键设备和服务现在处于闲置状态，以石油钻机每天的租价为例，现在降到过去的一半；企业通过改良基础生产力，也能降低成本提高效率，例如钻井平台与采油平台的标准化设计易于批量生产、降低成本，在生产中也不容易产生致命的延期与超量生产问题；油气企业还在全行业内分享自己的经验教训，壳牌公司最近宣布将陆地页岩油气开采的技术――水平井钻井以及注水技术，用于成熟的深水项目来增加生产力。
　　正是基于上述创新，新上深水项目的平均盈亏平衡点急剧下降，墨西哥湾项目已经降到40～50美元/桶，这也让墨西哥湾项目成为全球深水项目的领头羊，其产量变化牵动着国际油价的涨跌。尽管石油价格持续低迷，但投资热情却再度回升，仅2016年全年和2017年上半年，就有十个深水项目通过投资审批。
　　复杂系统的智能管理也在重塑电力行业。几十年来，电力行业都是由煤电、核电、大型水电之类集中式、带基本负荷的发电厂主导。过去20年间，政府开始补贴风能与太阳能发电并将其纳入电力系统，来丰富自己国家的能源结构、创造新的就业机会，并减少温室气体排放。然而这些新能源在能源总盘子里所占比重太轻，难以对整个能源系统产生实质性的影响。
　　如今可再生能源的成本已经直线下降，在电力供应中的份额大幅上升，开始改写电力市场的格局。德国的风能与太阳能占全国能源总量的30%；美国夏威夷占到了四分之一，而这一局面让传统公用事业公司倍感纠结。今年3月，由于电网承受不起太阳能在下午产生的巨量电流，美国加州电网企业不得不关闭80千兆瓦时的加州可再生能源电厂，如果不尽快扩大电力存储能力，此类的情况还要发生。在美国德克萨斯州的很多地方，当大风呼啸而人们此时并不需要用电时，电价有时会是负数――换言之，电厂要花钱请客让大家用他们发的电。没有提前布局应对可再生能源冲击的公用事业公司举步维艰，德国四大公用事业公司的市场估值只有十年前的三分之一，虽然政府为可再生能源提供了很多的补贴，但这些企业购买传统电力系统设备的巨额成本依然难以消化。
　　可再生能源只是这场变革的一部分。在未来几年，公用事业公司将实实在在地面临更加小型化、分散化的“微电网”能源系统的挑战。由消费者需求驱动，微电网十多年前开始出现，客户主要是美国军方这些财大气粗但将电网的可靠性置于首位的客户――即使大型电网突发停电事故，军事基地也需要足够的电力保持正常运转。微电网的早期用户也包括远离传统电网覆盖区域、居住在偏远地区的社区居民，例如阿拉斯加的居民。现如今，微电网已经普及到了大学校园和医院，既能提供可靠的电力供应，还能利用多余的电力为建筑供热或供冷，替用户省钱。
　　燃料电池、电池存储系统（存储可再生能源生产的多余电量），再加上精细化的软件，这些新科技催生了愈加微小的能源系统――纳微网，沃尔玛之类的大型商超已经在引进这个系统。能源系统下一步的发展方向是更加细微的兆微网。虽然人们仍然连接在传统电网上确保稳定性，但对于传统电网提供电力的需求逐渐减少，这将促使政策制订者制订新的监管体系、营运企业创造新的商业模式。美国纽约州在积极地拥抱这个新趋势，为投资分散式能源系统的公司提供大量的优惠政策，然而到目前为止还没有研发出新电网如何与传统电网融合的具体计划。
　　3.大数据与自动化
　　创新的第二个主要因素是更加完美的大数据分析。通过使用复杂的演算法来分析海量数据，石油公司更容易找到油气矿藏并进行生产管理。正是基于大数据分析技术，以前需要一年时间进行分析的数据现在几周内就可以完成，英国石油公司（BP）2017年4月宣布，在墨西哥湾现有采场又发现了另一个2亿桶储量的油矿。
　　云处理系统更是如虎添翼，可以为规划石油采掘场创建数百万个场景方案提供选择，石油公司通过评估优化方案可以提高5%的生产力并节约30%的投资成本。
　　石油行业还将大数据分析用于“可预见性维护”，通过分析历史数据预测设备疲劳程度并给予及时的保养维护，减少意外停机的时间和损失。可预见性维护最初是应用在航空发动机企业，通过监测并及时保养压缩机和其他旋转设备，极大地减少了这些机器停机对油气钻探带来的巨额损失。
　　第三个也是最重要的因素是自动化技术。机器人已经在海上油田从事危险的工作，比如在钻探操作时连接管道，这项工作此前都是由业务能力非常全面的工人完成。很快智能化自动控制系统将实现远程钻探，几个高级技工坐在数百英里外的陆上控制室就能完全地操控；能够长时间停留在海底检查石油管道与水下设备的机器人也在研发之中。一个海上石油钻井平台一般会雇佣100~200个工人，随着新技术的发展，雇佣人数会逐渐下降。虽然在关键时刻需要人类进行决策，但不可否认的是，自动化技术将改写石油行业的劳动力需求。根据麦肯锡公司的调查，10年之内，油气公司雇佣的拥有博士学位的数据科学家将超过地质学家的数量。
　　自动化技术也改变了电力行业，智能电表已完全淘汰了人工抄表。未来的自动化技术与完善的大数据分析一起，可以更好地管理使用风能、太阳能这些可再生能源以及分散型电网带来的电力供应波动，并让电网更加安全可靠。自动化技术与改良的人机交互还可以让大范围停电的概率越来越低。
　　当然创新也会带来新的问题。由于能源行业的自动化，政府越来越难发挥安全规范方面的传统功能。当技术革新在钻探设备、采油平台、电网改造上慢慢发生时，政府应该跟上技术发展的步伐，加强学习，并从偶尔发生的监管失灵中汲取经验教训。当今世界，高度自动化系统的复杂性使得对其进行监管与预测难上加难，因此政府需要与企业同步发展适应变化，研究早期预警系统，启动监督机制。各国各级政府可以相互学习借鉴，例如挪威海上油气监管机构非常擅长对高风险的海上企业进行管理；美国民用核能企业的经验也值得借鉴，他们在行业内实现了通过同行评审对工厂的管理状况进行评价。
　　4.能源革命的赢家与输家
　　对全世界来说，能源行业革命带来的绝大多数是好消息，然而随着这场变革向纵深发展，将极大地改变政治、经济与环境生态，政策制定者和商业领袖必须要小心应对。
　　首先，持续低迷的能源价格削弱了长期控制世界几乎所有石油资源的主要产油国的经济与地缘政治影响力。一些产油国已经做出相应的改变。沙特阿拉伯去年启动“2030远见”项目，降低国家对石油的依赖并提高经济结构多样性。政府宣布明年将沙特阿美石油公司―沙特最大的国有石油企业5%的股份，通过首次公开募股上市，促进公司提高效率。这些姗姗来迟的改革举措充满希望，但也遭遇到了顽强的抵制和反对，改革的成效需要时间来证明。
　　俄罗斯的改革也需要继续深入。十年前，俄罗斯政府只能在油价达到100美元/桶时才能实现收支平衡。展望未来，虽然俄罗斯政府收入的35%仍然来源于碳氢化合物，即使2019年油价跌到40美元/桶，政府也能实现预算平衡。这一过程仍伴随着不稳定因素，所以莫斯科必须不断地削减开支。安哥拉与尼日利亚却没有实施足够的改革举措，能源价格下跌加剧了国内的动荡。谨慎的财政政策加上吸引外国投资者的稳定环境，可以帮助当地能源企业获得最新的科技并参与国际能源市场的竞争。
　　不仅是创造更多工作机会、促进经济增长，能源革命催生的廉价能源给美国带来的是更加深远的影响。就电力行业来讲，天然气与可再生能源发电越来越受消费者青睐，虽然煤电2007年在美国电力供应中占据半壁江山，2016年仍然占到30%，然而不管政治家们如何鼓吹，煤电已经很难与天然气、可再生能源竞争，大多数煤电行业的工作机会已经一去不复返。
　　美国至今还没有就新经济转型框架下人力资源需求状况的转变进行过大型论证，但能源行业已经直接感受到了这一巨大的冲击，也为即将到来的劳动力结构转型做好了充分准备。很多能源公司正在帮助职工保持并延长自己的职业生涯，如提高发电厂控制室工人与采油平台工人的专业技能，让他们能够从事自动控制系统的监测工作。这也导致了教育与培训系统的转变，美国德克萨斯农工大学就新开设了专门为油气行业从业人员量身定做的地理空间技术硕士学位。
　　这场变革给全球应对气候变化提出了最严峻的挑战。根据联合国政府间气候变化委员会（IPCC）最新的评估报告，如果要减缓并最终停止全球升温的趋势，全世界要减少80%的温室气体排放。从过去20多年的气候峰会与磋商情况来看，要实现这个目标非常不容易。化石能源生产的革命使得碳基能源价格相比低排放的能源更具竞争力，让减排目标的实现难上加难。破解困局的方案之一是加大对创新的投入，因此2015年底在巴黎气候大会上，大国政要们纷纷承诺要在能源研发上进行双倍的投资，然而到目前为止，这些承诺并没有兑现。私营企业在能源研发上的投入呈上升趋势，但工业化国家过去四十多年间在能源研发的政府投入上一直没有起色。
　　消费者在能源技术革命中获得了很大的实惠。全世界每天需要消耗9200万桶原油，随着技术进步、产能提高、价格下降，跟十年前的油价相比，同样数量的原油每年可以节约2万亿美元。能源革命也助力了美国经济的持续增长：2008年至2014年，低油价每年平均为每户居民节约700美元。美国以前的原材料供给安全性政策――着眼于如何获得原油、煤与天然气等原材料的时代，已经终结；今天的政治家更需要转换思路，深入研究如何有效管理这个能源丰沛、廉价的新世界。