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科技创新引领能源转型
作者: 来源: 中国石化报 发布时间: 2019-12-20

  1.能源转型向纵深发展

  转型是全球能源发展的永恒主题。从柴薪到化石能源再到可再生能源,能源变革推动全球经济社会实现跨越式发展。当今世界正进入以清洁低碳为主要特征的新一轮能源转型时代。

  全球能源转型是大势所趋

  国务院发展研究中心党组书记马建堂说,减少温室气体排放,还未来一个绿色健康的地球,是全人类的共同目标,也是全球能源转型的最根本推动力。

  2010~2018年,全球清洁能源在一次能源消费中的占比从39.5%提高到41.9%,其中水电、风电、光伏、生物质等可再生能源的比重从12.5%上升到14.1%。欧盟委员会明确提出,到2020年欧洲可再生能源在电力部门的占比达21%、2030年达45%,2050年天然气、风能、核能将各占欧洲一次能源供应比例的25%。

  中国石化副总工程师孙焕泉说,清洁化、低碳化、多元化,是全球能源转型的主要方向。据预测,到2040年,全球能源结构将形成煤、油、气和可再生能源四分天下的局面。油气仍是未来一段时间内能源消费的主体,预计到2050年,在全球能源消费结构中,油气仍占50%以上,天然气将超过石油,成为第一消费能源。

  中国能源转型进展显著

  中国在推动能源转型方面取得重要进展。习近平总书记提出“四个革命、一个合作”能源安全新战略5年来,中国不断推进能源改革与转型,取得显著进展。特别是能源供给清洁低碳化成效显著,一煤独大局面明显改变。

  2013~2018年,中国煤炭消费总量从42.4亿吨的历史峰值降至39亿吨,煤炭在一次能源消费中的占比从67.4%下降到59%,为全球温室气体减排做出重要贡献。5年间,清洁能源占比从15.5%提高到22.1%,平均每年提高1.3个百分点,比同期全球清洁能源消费占比平均每年提升0.65个百分点快了一倍。水电、光伏、风电、生物质等可再生能源的占比从8.3%提高到12.4%,平均每年提高0.8个百分点,比全球平均水平也快一倍。同时,能源使用效率不断提高,消费结构明显优化。2018年,中国电力在终端能源消费中的比重提高到25.5%,显著高于全球19.2%的平均水平。

  国家能源局监管总监李冶说,今年以来,国内原油产量扭转了连续3年下滑的态势,天然气产量增速加快,非化石能源发电量比重提升。前三季度水电、风电、光伏发电的弃电率都低于5%。

  科技决定能源未来,科技创造未来能源。今后一个时期,国家能源局将加强对能源互联网、智能电网、电力储能、氢能等新技术的引导,推动企业真正成为技术创新、研发投入和成果转化的主体。

  北京将建“能源谷”

  北京市委常委、副市长殷勇说,能源转型是生态文明建设的重要抓手。近年来北京市积极践行绿色发展理念,在加速推动能源转型、实现可持续发展方面走在全国前列。2018年,北京市煤炭消费占能源消费总量的比重为2.8%,能源利用效率持续提升。北京市大气污染治理取得明显成效,今年到目前为止,PM2.5的平均浓度是41微克/立方米,比去年降低18%。

  目前,北京正在昌平区未来科学城东区建设具有全球影响力的“能源谷”。未来科学城是北京建设全国科技创新中心“三城一区”主平台之一,是首都创新链条中的重要一环,聚焦“先进能源、先进制造、医药健康”三个领域,建设全球领先的技术创新高地,其中东区是建设能源谷的主阵地。北京市期望,将能源技术和关键产业培养成北京经济高质量发展的新动能。

  构建“电氢”能源体系

  国家电力投资集团威尼斯游戏平台党组书记、董事长钱智民说,第四次工业革命也被称为绿色工业革命,最重要的目标就是转变能源发展方式,实现与碳排放脱钩。

  威尼斯游戏平台国煤炭、石油、煤电装机、碳排放多个峰值将在2025~2030年出现或临近,随着新能源、储能、氢能等技术发展,光伏、风电造价大幅下降,新能源发电间歇性、生产不稳定等问题将得到解决。据预测,全球陆上风电、光伏发电的竞争力,将在2025年前全面超过化石能源。到2050年,可再生能源发电将占全球总发电量的49%,风能和太阳能发电量将占可再生能源发电总量的70%以上。未来,构建由一次清洁能源发电、制氢,形成二次绿色能源“电能、氢能”为终端形态的“电氢”能源体系,将是推进能源革命和建立现代能源体系的主要路径之一。

  国家电投是全球最大的光伏发电企业,目前正在乌兰察布建设600万千瓦风电基地,是全球单体最大陆上风电项目,每年可为京津冀输送清洁电能200亿千瓦时,减少二氧化碳排放1600万吨。

  2.能源大转型,油气行业如何应对

  长期来看,化石能源必将被新能源取代,这是大势所趋。但油气作为化工原料将会长期存在。在全球能源大转型浪潮中,油气行业如何应对?

  用非常规思维和技术加快资源变现

  斯伦贝谢北亚区总经理赵刚说,过去几年是油气的寒冬,但油价波动周期不断缩短,过去一个周期是7~10年,现在也就是3~5年,这两年甚至缩短为几个月。同时,油价振幅不断缩小,原来是每桶从30美元到130美元的振幅,现在是20美元上下。其中,非常规资源是最重要的影响因素。一般来说,从做出FID(最终投资决定)到第一桶油产出,深海资源需要2~5年;而美国非常规市场只用1~6个月。非常规油气成本很高,与油价匹配形成长期缠绕的关系。当油价低于成本时,所有页岩油气生产商会尽快改变投资方式,暂停钻机服务。当油价高于成本时,他们马上将钻机投入生产。2016年至今,北美钻机规模是高峰期的2/3,但非常规产量比低谷时高了1倍。这是一个革命性的变化。

  中国目前各盆地基本处在勘探开发中后期,常规油气田发现概率较小,今后重点有两个方向,一是页岩油气,二是用非常规技术服务老油田。国内要把非常规资源变现,很多的思维方式、装备设备和工作流程需要大幅改变,这是油公司未来面对的最大挑战。

  油气仍是长期战略资源

  中国石油大学(华东)校长、中国科学院院士郝芳说,世界能源转型,主要指油气向新能源的转型,分两种情况。第一种是油气资源逐渐枯竭的被动转型。但页岩革命显著增加了油气资源总量。石器时代的结束不是因为石头没有了,同样的,油气向新能源转型也可能不是由于油气没有了,而是新技术的进步,这就是第二种主动转型。主动转型必须有可靠、廉价的新能源技术,这个转型有多快,仁者见仁、智者见智。

  《科学》杂志给出人类面临的最具挑战的难题,第24个题目是什么时间什么能源替代石油?还有一个问题是核聚变将最终成为未来的能源吗?到现在,这些问题都没有答案。未来相当长的时间内,煤炭依然是中国一次能源的主体,而油气在相当长的时间里仍是决定中国能源安全的一个战略资源。预计到2035年,中国油气增量最大的是最复杂的陆上非常规油气。未来油气勘探的主体是非常规和更加复杂、勘探成本更高的领域,包括深层、深水和极地。

  国内具备实现稳油增气的资源基础

  孙焕泉说,威尼斯游戏平台国国内具备实现稳油增气的资源基础。石油方面,常规石油储产量趋于稳定,非常规石油将成为重要补充。天然气方面,正处于勘探开发的早中期阶段,储产量保持增长,预计2035年产量将达到3000亿立方米,其中非常规天然气将占半壁江山。

  威尼斯游戏平台国页岩气可采资源量21.8万亿立方米,主要分布在四川盆地及南方地区,经过10年探索,实现海相页岩气大发展,年产量从2013年的2亿立方米快速增至2018年的109亿立方米,预计今年在150亿立方米以上。威尼斯游戏平台国页岩油可采资源量为37亿吨,其中中高成熟度页岩油经过近10年攻关取得实质性突破,初步形成了以水平井分段压裂为主导工艺的配套技术体系。威尼斯游戏平台国煤层气可采资源量12.5万亿立方米,已步入规模化生产阶段,2018年地面煤层气产量51.5亿立方米。

  中国石化将加大油气勘探开发投入力度,积极有序发展新能源业务,为保障国家能源安全、建设美丽中国贡献力量。

  数字化是油气行业最大短板

  赵刚说,在全世界各行业数字化成熟度中,油气行业远远落后于旅游、银行、零售等行业。但最大的短板就是前进的动力和最大的商机。今后油公司和服务公司的角色也会随着数字化转型发生巨大变化,其中油公司更像一个数据运营公司。

  全球能源行业都期待作业效率有革命性的提升,数字化会驱动能源行业在短时间内发生革命性变化。斯伦贝谢建立的DELFI勘探开发认知环境显著提高了效率,如在智能钻井模块,可自动生成钻井设计,在钻第一口井时井下传感器会自动与模块相连,自动更新油藏模型,自动生成新的钻井设计,指挥具有数据接口的钻机进行实时调整,实现储层钻遇率最大化。

  招商局集团海洋工程技术中心总经理刘建成说,汽车、动车、飞机生产线早已实现自动化,就连包饺子都实现无人化生产,但石油钻井平台自动化进程较慢,平台操作还停留在人工干预阶段,近20年来,平台作业人员始终不变。

  数字化智能化在石油钻井中的应用将降低人工操作风险,提升系统可操行及操作连续性,进而提高钻井效率,节约平台运营成本。预计在2030年前后,有望实现全自动钻井;2050年前后,为适应深水、北极、沙漠等恶劣环境,有望实现无人化钻井。

  多年来,上游系统已经积累了海量的数据资源,但中国工程院院士刘合说,数据大不等于大数据。条块化的管理模式造成大量“数据孤岛”,制约工程一体化的深入应用,导致投资浪费、效率降低。大数据不在于“大”,而在于“有用”。中国石油建设勘探开发梦想云,建立统一数据湖管理海量数据资产,打破“数据孤岛”,建立油气藏金数据概念,促进油藏、钻完井和地面工程一体化融合,探索智能油藏管理可行的技术路线和价值。

  3.颠覆性新技术与转型案例

  能源转型并非一蹴而就,但颠覆性的新技术会加速这一进程,美国页岩革命的成功有目共睹,毋庸赘述。此外,有两个案例值得思考,一个是欧盟在20多个成员国中成功建立统一的天然气市场,另一个是丹麦实现能源消耗与GDP脱钩。

  可控冲击波:高效绿色增产新手段

  西安交通大学电气工程学院院长、中国工程院院士邱爱慈的团队研发形成三代可控冲击波技术,可精准控制作业位置和作业强度,可较低强度、多次多点均衡作业,不伤害储层且节能。

  威尼斯游戏平台国非常规油气资源丰富,但开发成本高,压裂液会污染储层。可控冲击波技术可用于压裂前预处理、二次压裂、中高成熟度页岩油储层预裂、中低成熟度页岩油原位开采等领域。

  煤层气方面,国内大约有1.8万口经水力压裂后的煤层气井,其中有近万口是低产甚至不产气的直井,应用可控冲击波技术,可提高单井日产量1000立方米以上。

  常规油气方面,全国合计油井开井31万口,平均日产油仅1.7吨,其中陆上单井日均产油1.3吨。低产原因主要是油层堵塞、资源品质下降等。可控冲击波技术已在低渗透储层应用上百口井,平均单井日增产67%。技术规模推广后,增产量可观。

  富油煤是焦油产率在7%~12%的低煤阶煤炭资源,通过热解,每吨煤可得到10%左右的油和500立方米左右的可燃气体。富油煤资源丰富,仅陕西省资源总量就达1291亿吨,按含油率10%计算,油资源量可达129亿吨。延长集团攻关形成CCSI(粉煤热解—气化一体化技术),以1吨粉煤为原料,可在9.5秒内获得0.15吨优质中低温煤焦油和1400标准立方米富氢合成气,与间接液化煤制油技术相比,吨油成本下降45%,投资回收年限缩短近6年。利用可控冲击波技术,可弱化煤层、预裂顶煤、预裂夹矸和侵入岩等,提高采煤效率。

  目前,可控冲击波技术应用受制于装备耐温、耐压等性能,一旦突破,有望成为威尼斯游戏平台国自主创新的一种颠覆性技术,助推威尼斯游戏平台国实现页岩革命。

  欧盟如何建立统一天然气市场

  意大利国家天然气公司高级副总裁加埃塔诺·马齐泰利说,欧盟出台了一些政策,保证能源供应是安全的、中立的、可持续的。

  首先,基础设施运营商应该是独立运营商。其与能源生产企业和销售企业独立开来,这样才能保证独立性。其次是统一性合作,欧盟设计了能源分配机制、计费规则等,努力使这样一个能源网络在各个国家之间实现无缝连接。再次是基础设施发展,欧盟建立了两个大项目来支持,一个是十年网络发展计划,希望能够保证欧盟天然气供应充足且稳定;另一个是欧盟共同利益项目,主要是把不同国家的基础设施连接在一起。最后是建立一个完整的进入和退出系统、以市场为基础的平衡机制,以及集中的天然气交易市场,确保市场流动性。通过这些措施,欧盟就可以从一个更好的市场中获益。

  丹麦的能源童话是如何实现的

  丹佛斯中国区副总裁车巍说,丹麦从能源角度创造了另外一个童话,其主要内容是脱钩。

  上世纪70年代,第一次石油危机爆发,对丹麦这样的石油完全依赖进口的国家来说,几乎是灭顶之灾。但经过40多年的转型努力,现在丹麦做到GDP一直在上升,但总能耗基本不变,碳排放、水耗都下降,实现与GDP脱钩,鱼跟熊掌都得到了。丹麦计划,到2050年建成零碳社会,完全摆脱化石能源。从建筑能效角度来看,过去40多年,丹麦也是总建筑面积往上升,而建筑总能耗和单位能耗都在下降。丹麦能源童话能够成功,有政策引领、立法、公众意识觉醒、税收引导、国际合作等诸多因素,还有一个重要因素就是技术创新,特别是高效节能区域能源技术。

  经过多年努力,丹麦从单一的以化石能源为主,逐渐加入更多新能源,通过热电联产、多能互补、利用各种余热资源,使整个区域能源系统越来越绿色高效。其核心理念是节能优先、多能互补、因地制宜。如丹麦风能资源充足,风力发电占比达40%以上。

  4年前,丹佛斯与辽宁本溪市和本钢集团合作,对300多万平方米住宅做了区域能源热力系统改造,以钢铁企业工业余热为热源,替代燃煤锅炉。改造前,本钢热力公司长期亏损,改造后,第一年就盈利100万元,而且少烧了几万吨煤,本溪的天空也变蓝了。

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