能源
——科技創(chuàng)新的下一個堡壘

頁巖氣的沖擊

過去的十年間，技術(shù)創(chuàng)新已經(jīng)改寫了能源行業(yè)，首先要提的是頁巖油氣革命。從2005年起，隨著水平鉆探和水力壓裂（也叫液壓破碎法）兩項新技術(shù)的應(yīng)用，石油公司能夠從頁巖盆地開采頁巖氣和頁巖油，給石油市場增加了新的供給。

工程師開始是垂直鉆孔，然后將鉆頭沿著頁巖接縫向側(cè)面鉆探，再注入高壓力的水、沙子與化學(xué)物質(zhì)將頁巖層壓裂從而撬動巖石注入碳氫化合物。這項新技術(shù)促使油價從2008年7月歷史最高價的每桶145美元降低到今天不到當年價格的三分之一，也讓石油的供給更加靈活地反應(yīng)了市場的需求，更導(dǎo)致世界主要石油輸出國組織歐佩克OPEC對全球原油價格的影響日漸式微。

這一切只是剛剛開始。復(fù)雜系統(tǒng)的智能管理、大數(shù)據(jù)分析、自動化技術(shù)正在重塑能源行業(yè)，并極大地促進了能源公司的生產(chǎn)力與靈活性的提高。這些變革不僅發(fā)生在油氣行業(yè)，也悄然給電力生產(chǎn)和運輸企業(yè)帶來改變。一個新的電力產(chǎn)業(yè)正在出現(xiàn)——既能實現(xiàn)分散管理與用戶友好，還能將不同來源的電流整合進高度安全可靠的電網(wǎng)中。未來幾年，這些新趨勢會促進能源豐沛、低價的態(tài)勢，能源供給的效率與對市場的響應(yīng)比歷史上任何時代都更高效、靈活。

這場變革不會是一帆風(fēng)順的，所帶來的好處也不會讓所有國家和從業(yè)人員雨露均沾。主要產(chǎn)油國、經(jīng)濟收入幾乎依賴傳統(tǒng)能源的國家將受到沉重打擊；面對自動化技術(shù)的沖擊，低技能工人的工作機會也危在旦夕。更為重要的是，人們會更傾向于使用低廉的化石能源，這使得遏制全球變暖、實現(xiàn)大幅減排的目標難上加難。

復(fù)雜的智能管理

基于復(fù)雜系統(tǒng)的智能管理，油氣生產(chǎn)企業(yè)才能在復(fù)雜地形環(huán)境下更加有效地進行油氣開采。大約15年前，借助影像工程學(xué)的發(fā)展，油氣公司可以輕松地在墨西哥灣、巴西沿海地區(qū)的深水區(qū)發(fā)現(xiàn)石油礦藏。當石油公司蜂擁而至要來開發(fā)這些資源時，深水作業(yè)以及穿透厚重的沉淀層與基層巖的技術(shù)要求又抬高了成本。到2014年，新的深水項目耗資巨大，只有油價達到每桶100美元時才能實現(xiàn)盈虧平衡；當油價從2014年初的100多美元/桶一路下滑到2015年1月不到50元/桶時，很多項目不得不停產(chǎn)。2016年年初，由于40%的部分屬于深水資源，一個預(yù)計日產(chǎn)四百萬桶石油的大型項目也被束之高閣。

當鉆探項目停止時，急于削減成本的油氣企業(yè)開始重新思考他們所用到的復(fù)雜系統(tǒng)。深水開采活動頻率降低，意味著曾經(jīng)緊俏的關(guān)鍵設(shè)備和服務(wù)現(xiàn)在處于閑置狀態(tài)，以石油鉆機每天的租價為例，現(xiàn)在降到過去的一半；企業(yè)通過改良基礎(chǔ)生產(chǎn)力，也能降低成本提高效率，例如鉆井平臺與采油平臺的標準化設(shè)計易于批量生產(chǎn)、降低成本，在生產(chǎn)中也不容易產(chǎn)生致命的延期與超量生產(chǎn)問題；油氣企業(yè)還在全行業(yè)內(nèi)分享自己的經(jīng)驗教訓(xùn)，殼牌公司最近宣布將陸地頁巖油氣開采的技術(shù)——水平井鉆井以及注水技術(shù)，用于成熟的深水項目來增加生產(chǎn)力。

正是基于上述創(chuàng)新，新上深水項目的平均盈虧平衡點急劇下降，墨西哥灣項目已經(jīng)降到40～50美元/桶，這也讓墨西哥灣項目成為全球深水項目的領(lǐng)頭羊，其產(chǎn)量變化牽動著國際油價的漲跌。盡管石油價格持續(xù)低迷，但投資熱情卻再度回升，僅2016年全年和2017年上半年，就有十個深水項目通過投資審批。

復(fù)雜系統(tǒng)的智能管理也在重塑電力行業(yè)。幾十年來，電力行業(yè)都是由煤電、核電、大型水電之類集中式、帶基本負荷的發(fā)電廠主導(dǎo)。過去20年間，政府開始補貼風(fēng)能與太陽能發(fā)電并將其納入電力系統(tǒng)，來豐富自己國家的能源結(jié)構(gòu)、創(chuàng)造新的就業(yè)機會，并減少溫室氣體排放。然而這些新能源在能源總盤子里所占比重太輕，難以對整個能源系統(tǒng)產(chǎn)生實質(zhì)性的影響。

如今可再生能源的成本已經(jīng)直線下降，在電力供應(yīng)中的份額大幅上升，開始改寫電力市場的格局。德國的風(fēng)能與太陽能占全國能源總量的30%；美國夏威夷占到了四分之一，而這一局面讓傳統(tǒng)公用事業(yè)公司倍感糾結(jié)。2017年3月，由于電網(wǎng)承受不起太陽能在下午產(chǎn)生的巨量電流，美國加州電網(wǎng)企業(yè)不得不關(guān)閉80千兆瓦時的加州可再生能源電廠，如果不盡快擴大電力存儲能力，此類的情況還要發(fā)生。在美國德克薩斯州的很多地方，當大風(fēng)呼嘯而人們此時并不需要用電時，電價有時會是負數(shù)——換言之，電廠要花錢請客讓大家用他們發(fā)的電。沒有提前布局應(yīng)對可再生能源沖擊的公用事業(yè)公司舉步維艱，德國四大公用事業(yè)公司的市場估值只有十年前的三分之一，雖然政府為可再生能源提供了很多的補貼，但這些企業(yè)購買傳統(tǒng)電力系統(tǒng)設(shè)備的巨額成本依然難以消化。

可再生能源只是這場變革的一部分。在未來幾年，公用事業(yè)公司將實實在在地面臨更加小型化、分散化的“微電網(wǎng)”能源系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。由消費者需求驅(qū)動，微電網(wǎng)十多年前開始出現(xiàn)，客戶主要是美國軍方這些財大氣粗但將電網(wǎng)的可靠性置于首位的客戶——即使大型電網(wǎng)突發(fā)停電事故，軍事基地也需要足夠的電力保持正常運轉(zhuǎn)。微電網(wǎng)的早期用戶也包括遠離傳統(tǒng)電網(wǎng)覆蓋區(qū)域、居住在偏遠地區(qū)的社區(qū)居民，例如阿拉斯加的居民。現(xiàn)如今，微電網(wǎng)已經(jīng)普及到了大學(xué)校園和醫(yī)院，既能提供可靠的電力供應(yīng)，還能利用多余的電力為建筑供熱或供冷，替用戶省錢。

燃料電池、電池存儲系統(tǒng)（存儲可再生能源生產(chǎn)的多余電量），再加上精細化的軟件，這些新科技催生了愈加微小的能源系統(tǒng)——納微網(wǎng)，沃爾瑪之類的大型商超已經(jīng)在引進這個系統(tǒng)。能源系統(tǒng)下一步的發(fā)展方向是更加細微的兆微網(wǎng)。雖然人們?nèi)匀贿B接在傳統(tǒng)電網(wǎng)上確保穩(wěn)定性，但對于傳統(tǒng)電網(wǎng)提供電力的需求逐漸減少，這將促使政策制訂者制訂新的監(jiān)管體系、營運企業(yè)創(chuàng)造新的商業(yè)模式。美國紐約州在積極地擁抱這個新趨勢，為投資分散式能源系統(tǒng)的公司提供大量的優(yōu)惠政策，然而到目前為止還沒有研發(fā)出新電網(wǎng)如何與傳統(tǒng)電網(wǎng)融合的具體計劃。

大數(shù)據(jù)與自動化

創(chuàng)新的第二個主要因素是更加完美的大數(shù)據(jù)分析。通過使用復(fù)雜的演算法來分析海量數(shù)據(jù)，石油公司更容易找到油氣礦藏并進行生產(chǎn)管理。正是基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，以前需要一年時間進行分析的數(shù)據(jù)現(xiàn)在幾周內(nèi)就可以完成，英國石油公司（BP）2017年4月宣布，在墨西哥灣現(xiàn)有采場又發(fā)現(xiàn)了另一個2億桶儲量的油礦。

云處理系統(tǒng)更是如虎添翼，可以為規(guī)劃石油采掘場創(chuàng)建數(shù)百萬個場景方案提供選擇，石油公司通過評估優(yōu)化方案可以提高5%的生產(chǎn)力并節(jié)約30%的投資成本。

石油行業(yè)還將大數(shù)據(jù)分析用于“可預(yù)見性維護”，通過分析歷史數(shù)據(jù)預(yù)測設(shè)備疲勞程度并給予及時的保養(yǎng)維護，減少意外停機的時間和損失?？深A(yù)見性維護最初是應(yīng)用在航空發(fā)動機企業(yè)，通過監(jiān)測并及時保養(yǎng)壓縮機和其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備，極大地減少了這些機器停機對油氣鉆探帶來的巨額損失。

第三個也是最重要的因素是自動化技術(shù)。機器人已經(jīng)在海上油田從事危險的工作，比如在鉆探操作時連接管道，這項工作此前都是由業(yè)務(wù)能力非常全面的工人完成。很快智能化自動控制系統(tǒng)將實現(xiàn)遠程鉆探，幾個高級技工坐在數(shù)百英里外的陸上控制室就能完全地操控；能夠長時間停留在海底檢查石油管道與水下設(shè)備的機器人也在研發(fā)之中。一個海上石油鉆井平臺一般會雇傭100～200個工人，隨著新技術(shù)的發(fā)展，雇傭人數(shù)會逐漸下降。雖然在關(guān)鍵時刻需要人類進行決策，但不可否認的是，自動化技術(shù)將改寫石油行業(yè)的勞動力需求。根據(jù)麥肯錫公司的調(diào)查，10年之內(nèi)，油氣公司雇傭的擁有博士學(xué)位的數(shù)據(jù)科學(xué)家將超過地質(zhì)學(xué)家的數(shù)量。

自動化技術(shù)也改變了電力行業(yè)，智能電表已完全淘汰了人工抄表。未來的自動化技術(shù)與完善的大數(shù)據(jù)分析一起，可以更好地管理使用風(fēng)能、太陽能這些可再生能源以及分散型電網(wǎng)帶來的電力供應(yīng)波動，并讓電網(wǎng)更加安全可靠。自動化技術(shù)與改良的人機交互還可以讓大范圍停電的概率越來越低。

當然創(chuàng)新也會帶來新的問題。由于能源行業(yè)的自動化，政府越來越難發(fā)揮安全規(guī)范方面的傳統(tǒng)功能。當技術(shù)革新在鉆探設(shè)備、采油平臺、電網(wǎng)改造上慢慢發(fā)生時，政府應(yīng)該跟上技術(shù)發(fā)展的步伐，加強學(xué)習(xí)，并從偶爾發(fā)生的監(jiān)管失靈中汲取經(jīng)驗教訓(xùn)。當今世界，高度自動化系統(tǒng)的復(fù)雜性使得對其進行監(jiān)管與預(yù)測難上加難，因此政府需要與企業(yè)同步發(fā)展適應(yīng)變化，研究早期預(yù)警系統(tǒng)，啟動監(jiān)督機制。各國各級政府可以相互學(xué)習(xí)借鑒，例如挪威海上油氣監(jiān)管機構(gòu)非常擅長對高風(fēng)險的海上企業(yè)進行管理；美國民用核能企業(yè)的經(jīng)驗也值得借鑒，他們在行業(yè)內(nèi)實現(xiàn)了通過同行評審對工廠的管理狀況進行評價。

能源革命的贏家與輸家

對全世界來說，能源行業(yè)革命帶來的絕大多數(shù)是好消息，然而隨著這場變革向縱深發(fā)展，將極大地改變政治、經(jīng)濟與環(huán)境生態(tài)，政策制定者和商業(yè)領(lǐng)袖必須要小心應(yīng)對。

首先，持續(xù)低迷的能源價格削弱了長期控制世界幾乎所有石油資源的主要產(chǎn)油國的經(jīng)濟與地緣政治影響力。一些產(chǎn)油國已經(jīng)做出相應(yīng)的改變。沙特阿拉伯2016年啟動“2030遠見”項目，降低國家對石油的依賴并提高經(jīng)濟結(jié)構(gòu)多樣性。政府宣布明年將沙特阿美石油公司—沙特最大的國有石油企業(yè)5%的股份，通過首次公開募股上市，促進公司提高效率。這些姍姍來遲的改革舉措充滿希望，但也遭遇到了頑強的抵制和反對，改革的成效需要時間來證明。

俄羅斯的改革也需要繼續(xù)深入。十年前，俄羅斯政府只能在油價達到100美元/桶時才能實現(xiàn)收支平衡。展望未來，雖然俄羅斯政府收入的35%仍然來源于碳氫化合物，即使2019年油價跌到40美元/桶，政府也能實現(xiàn)預(yù)算平衡。這一過程仍伴隨著不穩(wěn)定因素，所以莫斯科必須不斷地削減開支。安哥拉與尼日利亞卻沒有實施足夠的改革舉措，能源價格下跌加劇了國內(nèi)的動蕩。謹慎的財政政策加上吸引外國投資者的穩(wěn)定環(huán)境，可以幫助當?shù)啬茉雌髽I(yè)獲得最新的科技并參與國際能源市場的競爭。

不僅是創(chuàng)造更多工作機會、促進經(jīng)濟增長，能源革命催生的廉價能源給美國帶來的是更加深遠的影響。就電力行業(yè)來講，天然氣與可再生能源發(fā)電越來越受消費者青睞，雖然煤電2007年在美國電力供應(yīng)中占據(jù)半壁江山，2016年仍然占到30%，然而不管政治家們?nèi)绾喂拇担弘娨呀?jīng)很難與天然氣、可再生能源競爭，大多數(shù)煤電行業(yè)的工作機會已經(jīng)一去不復(fù)返。

美國至今還沒有就新經(jīng)濟轉(zhuǎn)型框架下人力資源需求狀況的轉(zhuǎn)變進行過大型論證，但能源行業(yè)已經(jīng)直接感受到了這一巨大的沖擊，也為即將到來的勞動力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型做好了充分準備。很多能源公司正在幫助職工保持并延長自己的職業(yè)生涯，如提高發(fā)電廠控制室工人與采油平臺工人的專業(yè)技能，讓他們能夠從事自動控制系統(tǒng)的監(jiān)測工作。這也導(dǎo)致了教育與培訓(xùn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，美國德克薩斯農(nóng)工大學(xué)就新開設(shè)了專門為油氣行業(yè)從業(yè)人員量身定做的地理空間技術(shù)碩士學(xué)位。

這場變革給全球應(yīng)對氣候變化提出了最嚴峻的挑戰(zhàn)。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化委員會（IPCC）最新的評估報告，如果要減緩并最終停止全球升溫的趨勢，全世界要減少80%的溫室氣體排放。從過去20多年的氣候峰會與磋商情況來看，要實現(xiàn)這個目標非常不容易?；茉瓷a(chǎn)的革命使得碳基能源價格相比低排放的能源更具競爭力，讓減排目標的實現(xiàn)難上加難。破解困局的方案之一是加大對創(chuàng)新的投入，因此2015年底在巴黎氣候大會上，大國政要們紛紛承諾要在能源研發(fā)上進行雙倍的投資，然而到目前為止，這些承諾并沒有兌現(xiàn)。私營企業(yè)在能源研發(fā)上的投入呈上升趨勢，但工業(yè)化國家過去四十多年間在能源研發(fā)的政府投入上一直沒有起色。

消費者在能源技術(shù)革命中獲得了很大的實惠。全世界每天需要消耗9200萬桶原油，隨著技術(shù)進步、產(chǎn)能提高、價格下降，跟十年前的油價相比，同樣數(shù)量的原油每年可以節(jié)約2萬億美元。能源革命也助力了美國經(jīng)濟的持續(xù)增長：2008年至2014年，低油價每年平均為每戶居民節(jié)約700美元。美國以前的原材料供給安全性政策——著眼于如何獲得原油、煤與天然氣等原材料的時代，已經(jīng)終結(jié)；今天的政治家更需要轉(zhuǎn)換思路，深入研究如何有效管理這個能源豐沛、廉價的新世界。