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世界能源转型:究竟怎么转?
  新闻来源:石油商报 2023-02-24 14:18  

  世界能源转型是人类文明史上最恢宏磅礴的全局性变革,有助于寻求全局最优解。世界能源转型以新一代世界主导性能源消费的激增拐点为起点,以其在世界一次能源结构占比首次超过传统主导性能源为终点。在世界能源转型的统一框架下,各国需根据自身的国情、战略定位,策划转型发展路径。

  新一代世界主导性能源将引领一代新的能源文明

  新一代世界主导性能源将引领一个新的能源世代,形成一代能源文明;其技术体系和生产体系能支撑更先进、更高效、更环保的社会生产体系,为同时代先进生产力的代表,有利于人类对更高远、更辽阔的未知世界的探索;其所支撑的文明形态代表更进步、更均衡、更可持续的文明发展趋势。

  新一代世界主导性能源登上历史舞台是人类史上最醒目的影响文明进程的事件,意味着一种跨能级的全新能源范式的兴起,要经过多次科技浪潮的连续性创新才能初步形成早期技术体系、生产体系、市场体系、行业体系和行业生态。尽管这类能源的优势突出,策源地国家也会率先经历社会变革,快速形成国家新竞争优势,但其能源消费还处于早期试用水平,会部分沿袭传统主导性能源的技术范式,也会与其他同期涌现的新能源竞争。

  事实上,无论煤炭或石油能源,真正的消费激增拐点都出现在第二次能源技术革命的第一次浪潮之后。能源转型结束的时间比较容易确定,通常结束于第二次技术革命最后一次科技浪潮后(或下一代世界主导性能源降生后)约10年内。

  每一代世界主导性能源登上历史舞台都意味着能级跨越,故世界能源转型就是以新一代世界主导性能源为阶梯,将人类文明托举到新高度的过程,具有全局性幕式变革特征。其将人类文明向上托举的过程通常要经历三个阶段,分别对应其第二次技术革命的第二至第四次科技浪潮。其中,第一转型阶段以工业革命兴起为主要特征,新旧动能转换导致世界能源消费结构快速调整,推动能源革命;第二转型阶段以社会革命的“破旧”为主要特征,随能源革命和工业革命进入高潮期,国际社会新旧势力矛盾破裂,多伴随大规模战争;第三转型阶段以社会革命的“立新”为主要特征,代表文明进步的新势力最终战胜旧势力,重建国际秩序并形成新能源消费文化,能源革命和工业革命接近尾声,传统主导性能源走向辅助。

  人类文明的进化趋势决定了世界能源转型的总方向总路径

  世界能源转型不是简单的能源转型结构占比数量的变化,而是人类文明的历史性升华。文明的单向进化特征决定了世界能源消费总量和社会结构复杂度的递增趋势,进而要求新一代世界主导性能源的资源总量、能量密度、技术形态(复杂度和先进性)、生产形态、经济形态、消费文化、环境友好和能源生产综合成本八大指标必须优于被替代的传统主导性能源。

  人类文明的可持续性不仅决定了世界主导性能源更替必然出现在传统主导性能源消费的历史高位,而且后者被接替后仍将作为重要的辅助性能源为“继任者”保驾护航。故世界主导性能源更替具有储备一代、发展一代、引领一代、辅助一代的发展范式。

  事实上,人类每一次史无前例的能级跨越都必须以上一代能源技术为阶梯,需在上一代主导性能源的工业母机等核心技术基础上,汇聚同期最先进的世界科技成果才能实现开创性突破。因此,传统世界主导性能源的转型之路表现为扬弃,舍弃的是传统能源消费形态,传承的是工业母机等核心技术;新一代主导性能源为世界贡献的不仅是更先进的能源保障,同时还有全新的生产力、生产关系和能源文明。世界主导性能源的创新难度、强度、技术复杂度会单向递增,故只能循序渐进、一往无前。

  为了判定天然气和可再生能源将谁主沉浮,不妨从近期进展迅速的核聚变入手进行分析。核聚变具有无穷大能量总体/高能量密度、弱地缘依赖和“零碳”三大特征,为未来世界主导性能源,预计核聚变将可能在2030年获得突破。根据世界能源转型规律,不难判断核聚变的“零碳”转型大约发生在2069~2089年,2090年后其将成为世界主导性能源,人类由此走向能源自由。

  因核聚变能将不再具有货币载体所需的稀缺性,故需借助电力平台、能量芯片和/或油气碳基材料的反向定价才能发现和形成价格;“零碳”特性则决定了需要化石能源的碳基材料产业与之长期共存;弱地缘依赖性与油气时代的强地缘依赖性截然不同,需要大国加快对未来世界政治经济格局的全面转型做好战略准备。

  以核聚变为目标,结合世界能源转型规律,不难发现世界正在经历的是低碳转型,转型将于2032年前后结束。2021年世界天然气消费总量145.35艾焦,同比增长4.99%,过去5年平均同比增长2.6%;石油消费184.21艾焦,过去5、10年平均同比增长分别为-0.1%和0.665%。

  假定天然气按4.99%、2.6%两种方案同比增长,石油按0.665%同比增长,预计天然气将在2027、2034年达到并超过石油消费总量。鉴于低碳经济和乌克兰危机将带来天然气市场快速扩张;加之转型期不断缩短和能源转型不早于核聚变革命时间(2030年)的规律制约,综合判断天然气将在2032年前后替代石油成为世界主导性能源。

  可再生能源2021年消费规模为39.91艾焦,同比增长14.96%,过去5年平均同比增长12.57%。按14.96%、12.57%两种方案预测,其将在2033、2035年达到并超过石油消费总量(同比增长0.665%)。

  可再生能源与油气能源相比具有低能量密度、低技术密度和“靠天吃饭”的弊端,不满足单向加速进化规律,难以应对未来极端气候变化;尚未形成能源金融体系,难以有效接替石油的金融属性;加之其“零碳”特征将面临与核聚变同质竞争,因此,可再生能源在2032年前后接替石油的概率很小。但在2069年核聚变能消费激增之前,可再生能源将作为重要的辅助性清洁能源存在,以助于缓解从化石能源体系向核聚变能源体系转型的强度。

  科技革命驱动低碳转型 实现“双碳”目标

  天然气主导的低碳能源转型始于2007年,受页岩气和智能化两大技术革命驱动。1960年,“甲烷先锋”号投运标志天然气正式登上历史舞台。天然气作为新一代主导性能源经历的第二次技术革命始于1997年,由页岩气革命和智能化两大技术革命组成。

  页岩气技术革命的第一次科技浪潮(1997~2006)以早期智能化系统研制为主要特征,在全球工业界率先构建起高端专业MEMS芯片研发体系,形成早期智能化创新、智能制造和智能化油气生产范式,也实现了页岩气技术系统的早期商业化。

  第二次浪潮(2007~2016)以油气智能技术体系专业化发展为主要特征,形成的典型技术系统包括智能钻头、油藏纳米机器人、全智能海底工厂;其高端智能制造包括金刚石等超硬材料的增材打印、分子制造、数字孪生、机器实时学习等;形成新的生产函数,推动社会生产体系智能化热潮。

  作为天然气两大技术革命的策源地,美国的天然气储、产、销在2007年后均进入激增期,能源结构快速调整;同期,实施了一系列国家战略调整和配套政策,石油定价机制向天然气领域迁移,工业革命全面提速,形成了新一代综合竞争优势。在世界范围内,2007~2010年全球石油和天然气证实可采储量均出现台阶式增长。尽管《京都议定书》在1997年签订,但2007年美国《低碳经济法案》和2008年《联合国气候变化框架公约》才标志着低碳经济和低碳能源消费文化的兴起。

  目前,低碳能源转型已进入第二阶段(2017~2026),油气业上游形成智能化技术体系,下游减油增化转型提速,工业革命如火如荼,世界政治经济格局剧烈变革。在油气行业上游形成了节点化油气探测、单井闭环智能化钻完井、智能油田/海底工厂三大技术系统或亚体系;形成了以开放式、网络化、集约化协同制造为生产范式,以个性化定制和以服务为中心的新商业模式;2017年开始组织系统变革,2018年启动智能化体系的标准化进程;油气开采综合成本已戏剧性降至15美元/桶以下。

  油气行业下游则处于2014年以来的30年技术周期中,油气直接裂解制烯烃等技术将全面加快石油向化工领域转型;等离激元和新一代催化剂技术正在掀起碳基材料生产技术革命,可能在2030年前后形成原子经济范式。

  世界能源转型引发的全局性变革已自2017年传导至国际政治经济领域。一场深刻的社会变革正在越来越紧迫和强烈地冲击着世界。基于能源转型规律,预计这场世界百年未有之大变局将在2027年之前完成“破旧”主体任务。

  2027年之后,低碳转型将进入第三阶段(2027~2032)。核聚变将登上历史舞台,世界科技革命4.0由此兴起,世界能源转型将尘埃落定。世界政治经济体系格局、规则和秩序将被重塑(“立新”)。核聚变技术革命不仅将使人类走向能源自由,同时将使化工等材料生产体系全面实现原子经济。二氧化碳将变废为宝成为碳基材料的重要原料。2030年后,基于碳基材料生产芯片用化石能源将可能在井下进行各类碳基材料和合成食物的个性化生产。

  (张映红 中国石油石化联合会油气专委会)

 
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