互联网+智慧能源将改变原有的能源行业分工

郑瑟

　　过去十年间，创新科技已经颠覆了能源行业。以页岩气革命为例，通过反复研究，工程师们逐渐掌握了——如何在垂直钻探的基础上，把钻头横向沿着页岩裂缝延伸，随后将压裂液注入裂缝进行液压碎裂——这一系列的技术。许多美国公司在2005年左右开始(借助水平钻井和水力压裂两种技术)大力开采，使得页岩气产量在天然气总量中的占比上升;页岩油的产量也大幅上升。技术手段的革新促进了油价的下降(从2008年7月的每桶145美元降至如今每桶约46美元)，而且储备量的上升使得油价变化更贴近市场，并削弱了欧佩克组织对全球油价的影响力。

　　如今，数据科学、自动化等新技术再一次重塑能源行业。这种转变不仅包括能源公司生产率方面的提升，还包括能源产品的输送方式。以电力公司为例，新的电力行业将变得去中心化、更加的“用户友好”，而且能够整合多种不同的能量来源，并将其转化输送到可靠性极高的电力网络中。在接下来的几年，能源储量将越发充足，价格将变得低廉，而且应用效率将极大提高。

　　但这条转型之路并非一帆风顺。对于经济十分依赖传统能源的国家(如俄罗斯、海湾国家、委内瑞拉)而言，国内局势会因为能源转型而产生动荡。自动化技术将取代绝大多数低技术水平劳动者。此外，廉价的化石燃料将使得控制碳排放以减缓全球变暖的努力难上加难。

　　新一轮的能源革命包括三种趋势：复杂系统的管理方法更加智慧、数据分析更加精妙以及自动化。

　　在第一种趋势下，能源公司面对复杂多变的地理环境依然能够保持高效的开采率。大约15年前，人们就在想象是否会出现能够探寻深层水域(如墨西哥湾)石油储量的新技术。石油、天然气公司急于开采这些资源，因此对上述技术的需求也日益强烈，然而新技术的成本居高不下。2014年左右，由于新的深层水域开采项目成本过于高昂，即便当时的油价接近100美元/桶，但仍有许多公司破产。截至2015年1月份，原油价格跌至每桶不到50美元。许多该类型的项目已经搁置。

　　开采项目搁置之后，石油、天然气公司想方设法削减开采成本，并重新思考了工程系统的管理模式。首先，针对工程设计进行精简化、标准化处理，使得整个钻探生产过程更易被复制，边际成本降低。其次，借鉴其他项目的成功经验。以壳牌石油公司为例，公司尝试把页岩开采过程中的水平钻井技术应用到深层水域开采项目。随着创新技术得到应用，新的深层水域开采项目的平均保本价已降至40～50美元/桶(墨西哥湾地区)。虽然油价保持较低水平，但针对项目的投资却再次增长。仅2016至2017年上半年就有10个深层水域开采项目得到批准。

　　不单单是石油行业，电力行业也受益于更加智慧的管理模式。过去几十年里，中心化的基载电厂占据行业的主流位置。而过去的二十年里，政府加大对风能、太阳能(6.220, -0.01, -0.16%)的补贴，并推动风力发电、太阳能发电项目。政府希望借此使国家能源结构变得更加多样化，创造更多的就业机会，同时减少碳排放量;但由于这些新能源项目的数量太少，其实际影响远未达到政府预期。

　　如今，随着新能源项目成本的大幅下降，其市场占比稳步上升，政府当初的设想有望成为现实。在德国，风能和太阳能的市场份额在能源结构中约占30%;在夏威夷，两者的份额达到近45%。但由于传统设备没有及时更新换代，许多新能源产生的电力被白白浪费。今年3月份，美国加州的电网运营商暂时停止部分新能源发电项目(相当于80千兆瓦时的电力)，因为原有的电力网络无法承担太阳能在下午时段的骤增。在得克萨斯州，当风力非常强的时节，电价偶尔会变为负值(即电力公司付钱让民众使用它们生产的电)，因为人们并不需要那么多的电。那些没有随这股浪潮改进自身的公司则前景堪忧。以现在德国市值排名前四的电力公司为例，这几家公司十年前的市值约为现在的三倍。这主要是因为陈旧电力系统成本支出变成了这些公司无法脱身的泥沼，而且政府对新能源的扶持过于慷慨。

　　新能源项目仅仅是这股转型浪潮中的一部分。在未来的几年中，电力公司还将面对另一挑战——“微电网”。这种去中心化的电力网络最早是由于用户(如美国军队)需要而诞生的。对于军队来说，可靠性高于一切。即使主力电网瘫痪，军队基地依然要维持正常运转。此外，微电网也将广泛应用在学校、医院等地方，在提供稳定电力能源的同时，还能利用发电过程中产生的废弃能源为建筑制冷(或保温)。

　　包括燃料电池和电池储存系统在内的新技术，在更精巧的软件支持下，逐步发展出一种更小范围的电力系统——“纳米电网”(nano-grids);“微微电网”(pico-grids)则可能是下一阶段。当越来越多的民众对传统电网的依赖程度不复往昔，政策制定者和电力公司需要设想新的监管体系与商业模式。美国纽约州政府已经积极投身这场转型浪潮，鼓励企业投资、研发去中心化的电力系统;但目前还没有详细的方案能够回答“如何将新的电力网络与传统能源系统整合到一起”这个问题。

　　第二项创新趋势是更加优化的数据分析。石油公司已经开始利用复杂的算法来分析处理大批量的数据，从而更有效地找寻石油、天然气资源，以及管理生产环节。2017年4月，英国石油公司发表声明称，借助数据分析手段，他们在墨西哥湾的现有油田中又探明了相当于200万桶原油的储量。过去需要一年时间才能处理完毕的数据现在仅需几周时间，再加上云计算，石油公司可以推演出一座油田上百万种的发展路径。摆在石油公司面前的选项越多，对于前期试探性开采的投资也就越少，成本大大节约。此外，石油，乃至整个能源行业还利用数据分析来预测设备是否临近养护期限。通过分析设备的历史数据，在其发生损坏之前就进行预处理。

　　第三项(也是最重要的)创新趋势是自动化。在那些位于深海区域的油田，机器人(21.900, -0.29, -1.31%)已经承担起许多危险任务，如在钻探开采期间连接管道。而且，不少公司正在研发能够长期处于海底的机器人，让它们可以时刻检测海底的管道和设备。尽管在某些关键岗位上，人力依然不可取代(如需要做出复杂的决策)，但自动化机器人足以胜任其余岗位。根据麦肯锡的一项研究，在未来十年里，石油与天然气公司将会雇用更多的数据学家，而不是地理学家。

　　在未来，更加优化的数据分析和自动化技术可以更有效地调度可再生能源。然而，这同样会产生新的问题：政府无法像过去一样履行其职能，比如安全监管。日趋复杂的系统让传统监管行为显得无比笨拙。因此，监管者需要努力追赶行业的进化速度。挪威的石油和天然气公司，或者美国核工业的监管体系都是很好的借鉴对象。

　　能源行业的转型对全世界来说是利好消息，但全球的政治、经济、环境各方面形势也都将发生深刻改变，政策制定者及商界领袖需要谨慎对待随之而来的冲击。

　　石油等传统能源的价格长期走低无疑将削弱出口国的经济、地缘政治影响力。这些国家无法对此坐视不理，纷纷主动出击。去年，沙特阿拉伯发布了《2030展望》，希望减少国家对石油的依赖，扩展经济多样性。例如，沙特政府计划在沙特阿美石油公司的首次公募(IPO)中出售约5%的股份，以期向多业态的全球工业集团转变。但这些举措面临重重阻碍，能否成功落实依然是个未知数。俄罗斯的改革之路也不平坦。大约十年前，只有当原油价格在100美元/桶的时候，俄罗斯政府才能平衡其预算。而从现在到2019年，俄罗斯政府希望实现当油价为40美元/桶时也能平衡预算的目标，即便目前政府35%的收益依然来自碳氢化合物。其他如安哥拉、尼日利亚等国家无法进行有效的改革，国际油价下跌也因此加剧了国家内部的动荡局势。不过，恰当的财政监管以及一个对外部投资更为友好的营商环境或许可以帮助这些国家接触到行业内最前沿的技术，并在国际能源市场上拥有一席之地。

　　在美国，能源革命将对就业及经济增长产生深远影响。以电力行业为例，其对天然气和其他可再生能源的依赖已经远非煤炭可比。2007～2016年，煤炭在电力生产中的占比从近50%降至30%左右，许多与煤炭相关的工作已经消失。美国社会还没有一场关于现代经济中就业情况如何变化的大讨论，但能源行业见证了这场转型，应对措施也十分到位。比如，能源公司积极探索对员工进行职业教育，让他们能够熟练操作自动化系统。得州农工大学(TexasA&MUniversity)特别为地理空间技术专业开设了硕士课程，为石油、天然气工种提供知识储备。

　　气候变化依然是需要集全球之力来应对的头等大事。根据最新的评估，全世界的碳排放量需要减少80%才能减缓，并最终阻止全球气温上升。而从近二十年的各种峰会和磋商的结果来看，这绝非易事。此外，与传统化石燃料相比，可再生能源的价格丝毫没有竞争优势，即便后者的碳排放量更低。问题的解决方案在于加大对创新技术的投资——近十几年，私人部门对能源技术的研发投资上升显著，但发达国家在这方面的表现一般。

　　纵观人类历史，每一次生产力的巨大飞跃和社会的重大进步都离不开能源变革。伴随新一轮工业革命，必然是能源革命。哪个国家能抓住新一轮能源革命与工业革命机遇，就能顺势崛起。

　　大国崛起规律：低廉能源优势是造就复合优势的基础

　　掌握能源就等于掌握了工业革命的命脉。美国环境史学家约翰·R·麦克尼尔在《能源帝国》中指出：500多年来，荷兰、英国和美国都拥有价格低廉的能源,这种低廉的能源优势直接转化成了经济、货币、军事和地缘政治优势。

　　(一)低廉泥炭优势与荷兰的工业、军事与商业资本复合优势。煤的前身是泥炭。16世纪，荷兰的强大与荷兰拥有丰富而低廉的泥炭资源是分不开的。泥炭资源推动了荷兰能源密集型产业的发展。从1560-1680年，荷兰在经济发展中持续利用了自己的廉价能源优势，使荷兰成为世界上第一个现代经济体。荷兰把泥炭优势转化成强大的军事实力，支撑不断提高的战争费用，并由此建立世界性的商业网络。17世纪，荷兰殖民据点遍布北美、南美、非洲和亚洲，开启了世界经济全球化进程。

　　(二)低廉的煤炭优势与英国产业、军事和货币复合优势。17-18世纪，荷兰和英国都面临能源转型的任务。荷兰因缺乏煤炭资源以及对泥炭的路径依赖，转型失败。而英国抓住机遇顺利地实现了从木材向煤炭转型。19世纪中叶，英国的煤炭产量已占到世界总产量的2/3左右，成为世界煤炭供给的主要来源地。从1780年到1880年，英国利用煤炭优势率先完成工业革命。基于煤炭优势的强大经济，英国建立了以蒸汽为动力的皇家海军。在19世纪,英国发展出了自己的军事和工业复合体，在全世界建立了“日不落帝国”殖民体系。也正是对能源的控制力，18世纪最后的25年中英镑代替了荷兰盾，成为世界关键货币。

　　(三)低廉的石油优势与美国称霸世界的综合优势。在从煤炭到石油的能源转型中，美国登上了称霸世界的舞台。英国因缺乏石油资源能源转型失败。美国成为这次能源转型的赢家，走了三个关键步骤：第一步，19世纪50年代后期至19世纪末，美国的煤炭生产和国际贸易超过英国。1910年，美国煤炭产量几乎等于英德两国产量之和。英国大国地位的衰落和金本位制的解体事实上也是在这段时间。第二步，19世纪末至20世纪中期，美国掌握世界原油产量。第二次世界大战后，美国一度掌握世界原油产量的2/3。美国迅速利用了石油的潜在优势,建立了能源密集的军事和工业复合体。石油成为美国建立世界霸权和美元成为关键货币的重要助推器。第三步，建立“石油—美元”计价体系。20世纪70年代，美元与黄金脱钩后，美国与沙特阿拉伯达成“不可动摇协议”，将美元确立为石油唯一计价货币，意味着美国能够有效地部分控制世界原油市场。

　　发达国家基于自身能源特点提出不同能源转型战略

　　奥巴马说“一个控制不了自己能源的国家也控制不了自己的未来。”为了控制自己的未来，欧美提出了各自的能源战略。

　　(一)欧洲能源革命的本质：意在推动能源真正转型。在这场能源革命中，真正希望并能够引领全球“去碳化”和能源转型的是欧洲。欧洲推动能源转型是基于这样的内在逻辑：一是基于自身能源结构特点——化石能源短缺，新能源占比全球最高。作为世界上最大的能源进口地，欧盟能源对外依存度高达53%，其中1/3的石油产品来自俄罗斯。但同时，近20年来，欧盟由于拥有清洁能源核心技术，新能源产业发展非常迅速。2001-2014年，欧盟新能源在总能源消费中的比重上升了63%，平均增长率为69%。二是通过能源转型使技术产业重新回到世界领先地位。工业革命以来，全球经济增长基因是传统的化石能源，在这种能源结构下，中国和美国这样碳排放大国，产业具有显著优势。如果将世界经济增长基因切换到清洁能源，依赖传统化石能源的产业必然失去竞争力，欧洲的“核心环境产业”将具有绝对竞争优势。因此，欧盟视全球绿色技术市场为巨大机遇。

　　为了推动能源转型，欧洲在新能源发展上，非常注重低成本与兼容性。一是通过分布式能源全面降低供能成本。通过分布式供能方式，欧洲不仅把小型、分散的可再生能源得到充分利用，而且把可再生能源与农村和偏远地区经济发展联系起来。目前，分布式能源系统在北欧国家的发电量份额超过30%-50%。二是能源网络设计的兼容性。为了解决新能源系统的不稳定性和不平衡性，欧盟能源网络设计，不仅实现邻国之间能源网络对接，而且实现整个欧洲能源网络对接。更为重要的是，还努力实现欧盟与北非、中东等国家的能源兼容。

　　(二)美国能源革命的本质：寻求能源独立。美国在能源发展上，长期面临三大挑战：安全、经济活跃和气候变化。能源独立能很好地解决这三大挑战。一是能够降低中东和俄罗斯对美国博弈的筹码。不仅能实现对亚太地区的布局，而且在战略上让西欧国家能与美国保持一致。二是将改变贸易长期逆差格局。多年来，石油进口一直是美国贸易逆差中最大的单项。若美国能成为油气出口国家，将降低美国的贸易赤字，改善美国的财务状况，进而影响全球贸易格局。三是在国际气候谈判中更加主动。美国在国际气候谈判中一直比较被动，随着清洁高效的天然气在能源消费结构中的比例越来越高，煤炭、石油被大规模替代，会给美国减少排放、增加减排话语权提供有力支撑。

　　因此，在战略上，美国的能源革命并不完全跟随欧洲的“新能源革命”走，而是根据自身能源结构特点，实行能源“多元化”战略。一方面，大力推动对传统化石能源“页岩气”的开发。美国由于在页岩气开采方面取得了技术突破，减少了原油净进口，大幅提高了美国能源自给率。《BP2035世界能源展望》预计，美国将在2021年实现能源自给自足。到2035年，其能源总供应的9%将用于出口。另一方面，加大“新能源”基础设施建设。一是向北欧学习，大力发展分布式能源网络。二是利用信息化优势，大力发展“互动电网”。三是建设超导电网，营建能源高速公路。

　　中国能源革命：从能源安全到能源转型应采取“渐进式”战略

　　在全球能源转型的关键时刻，中国究竟该如何找到自己的定位?现阶段，中国不可能像欧洲那样，真正实现从传统化石能源向清洁能源转型;也不可能像美国那样，通过页岩气的开发，实现能源独立。中国能源转型，应采取“渐进式”战略。第一阶段：2015-2030年，实施“能源安全”战略。在2030年中国碳排放峰值到来之前，可再生能源还难以从补充能源变为规模替代化石能源。在相当长的一段时间内，中国能源生产的重点仍然是传统能源和化石能源。第二阶段：2030-2050年推动“能源转型”战略。中国只有在完成工业化与城镇化之后，才有可能实现“以清洁能源为主、化石能源为辅”的根本性转型。

　　应该说，中国能源革命，既要符合自身的逻辑又要符合世界的逻辑。现阶段，能源领域需要进行以下两场革命。

　　一是基于我国能源特点的传统能源革命——煤炭革命。目前，有专家提出中国要“去煤化”，这是非常危险的想法。可以说，以煤炭为主体的基本国情，“革煤炭的命”不仅会要中国经济的命，还会要世界经济的命。实际上，煤炭一直是世界能源的主体。据《BP世界能源统计》提供的数据，世界已探明的储量可供开采年限，石油只有42年，天然气只有60年，煤炭只有122年。在过去10年里，世界2/3的电力增长来自于煤炭。而且在很多发达国家，煤炭正成为越来越受重视的资源。七国集团尽管有高效且经济可行的可再生能源技术可用，但是仍然在大量使用煤炭。因此，现阶段，中国不是要“革煤炭的命”而是“煤炭要革命”。煤本身不是污染物，只是不清洁地使用。目前，国有企业神华集团和民营企业神雾集团，在煤炭清洁使用上已发明了全球颠覆性技术，如果能在全国推广，燃煤发电可达到“近零排放”。

　　二是基于世界能源发展趋势的革命——新能源革命。要从国家战略高度对新能源产业发展进行整体设计，从新能源对内利用体系、对外利用体系、运转体系、效率体系四方面，加快构建“四张网”。第一张网，新能源对内利用体系：以“分布式能源网络”对国内能源“用尽用足”。大力发展分布式电网，关键是要突破体制障碍。目前，我国分布式天然气发电项目介入电网太困难，使得分布式能源发展举步维艰。建议采取特许经营权方式来解决这一体制难题，有了特许经营权，分布式能源项目就可以卖热、卖电，从而推动分布式天然气能源发展。第二张网，新能源对外利用体系：以“洲际兼容网络”对全球能源“充分利用”。要实现与“一带一路”国家能源网络对接。“一带一路”国家主要使用管道运送石油。我国应加速建设与这些国家的跨国管网、中央干线管道、联络支线管网和液化天然气管道，形成互联互通的多层次输配网络。第三张网，新能源运转体系：以“智能能源网络”实现能源“互联互通”。针对清洁能源随机性和间歇性的特点，必须构建以电为中心、具有全球配置能力的能源平台。目前，全球已经形成了北美、欧洲、俄罗斯-波罗的海三个特大型互联电网。中国要大力推进从“一带一路”区域能源互联网到“全球能源互联网”建设。中国特高压和智能电网的成功实践，为构建全球能源互联网奠定了重要基础。第四张网，新能源效率体系：以“超导电网”修建能源“高速公路”。修建超导电网“高速公路”是解决一个国家或地区大容量、低损耗输电的最佳途径，尤其适用于我国这样幅员广阔的国家。据专家测算，从内蒙古到上海通过传统输电方式输电至少需要500千伏的电压，如果通过超导电缆则仅需要220伏的电压。

　　国家能源局曾先后出台了《关于组织实施“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目的通知》和《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》两个重要文件，这对于未来分布式能源的发展具有重要的导向作用。其中，《通知》提出以下两大类未来重点发展的能源互联网示范项目：一类是能源互联网综合试点示范。园区能源互联网试点示范，城市能源互联网综合示范区，跨地区多能协同示范，这三种都可以申报。一类是典型新模式试点示范。基于电动汽车的能源互联网试点示范，基于灵活性资源的能源互联网综合示范，基于智慧用能的能源互联网试点示范，基于绿色能源灵活交易的能源互联网试点示范，基于行业融合的能源互联网试点示范。

　　华北电力大学能源互联网研究中心主任曾鸣认为，能源互联网背景下，分布式能源未来发展将获得关键技术支撑。一是能源互联网是提高分布式能源智能化、灵活化的有效途径。由于能源互联网能够增加分布式能源项目职能化、灵活化。建成后，通过智能系统的实时监测，整合系统运行、天气、电网、电力市场等数据，进行大数据分析、负荷预测、发电预测，为用户提供最优的能源利用方案，用户用能的灵活性和智能化水平都能得到显著提升。二是分布式发电与智能电网以及用户侧服务的有机融合有赖于能源互联网的支撑。能源互联网的开放型生态体系将吸引更多的分布式能源进入能源价值链，形成一套全新的商业模式、营销模式、研发模式、运营模式、服务模式、分布式能源将实现与智能电网、智能微网的有机融合。三是能源互联网有助于分布式可再生能源与金融的创新结合。我国分布式可再生能源的发展目前还受到各种因素的制约，融资难的问题就一直困扰着行业发展。在“互联网+”的驱动下，当前我国能源行业正进行着一场能源互联网+金融的创新探索，基于能源互联网的融资模式极大地改变了传统的电站融资方式，能源互联网的实时数据将更加有力地支撑电站建设项目各环节的标准化和透明化，更加有助于快速推进分布式可再生能源项目的开发、建设、融资、运营、维护、交易等环节的健康高效发展。

　　他还进一步提出，分布式能源未来发展的关键技术有，云端大数据分析技术;信息能量交互分析技术，对多能源模块的能源信息进行深度信息挖掘;广域综合能源协同集成调度技术，整合能源互联网框架下多个分布式能源模块的核心技术，主要应用在能源供应侧和能源需求侧两方面。

　　北京恩耐特分布能源技术有限公司总经理冯江华认为，分布式能源就是夹在用户和电网之间的一个能源系统。节能就能创造利益，这是一种新型生产力。而垄断的能源体制束缚分布式能源发展。发展分布式能源，必须克服体制和政策障碍。分布式能源这种新型生产力发展起来，要靠能源一体化、结构最优化和智能化。这三个“化”保证了智慧能源系统，真正的智慧能源系统能够存在。反之，如果“一体化”形成不了，根据就谈不到结构最优化。没有结构最优化，智慧能源系统根本是不可能的。

　　冯江华还表示，自从能源互联网相关政策出台以后，真正能源互联网要想设计的系统不是一个单独的能源站，而应该是整个系统。能源站只不过是系统中的组成部分。一个真正的系统，不应该单从一个能源站上赢利，而应该从整个系统赢利，是一个完全互动的关系。

　　中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划建议指出，用创新、协调、绿色、开放、共享5大发展理念，为“十三五”谋篇布局，强调“创新是引领发展的第一动力”。互联网+智慧能源，是能源生产和消费的创新形式，将改变原有的能源行业分工。这一新兴业态，将重塑市场规则和管理方式，催生产业组织创新、商业模式创新和管理方式的创新。当然，国际国内能源形势正面临深刻的转型，分布式能源将帮助中国能源行业准确把握时代的脉络，积极推动技术创新、不断优化市场环境，转变发展方式，开拓更大的市场空间与资源的配置范围，共同促进分布式能源的发展。

　　根据 第一财经日报、中国矿业报等采编【版权所有，文章观点不代表华发网官方立场】