2018 BP报告解析：能源技术创新如何促进能源转型

　　随着时代的进步，科学技术日新月异，世界能源需求与日俱增，世界将面临增加能源供给和减少温室气体排放的双重挑战。如何应对这一严峻挑战？哪些技术有可能带来破解之道？世界能源格局会发生哪些颠覆性变化？中国的能源转型又会对世界能源发展发挥什么样的作用？

　　2018年《BP技术展望》昨日发布，旨在探讨技术将如何改变能源生产和消费方式，对以上诸多问题提供了解读和启示。《BP技术展望》着眼于中国、欧洲和北美三大区域，并围绕着能源效率、数字技术、可再生能源、能量储存和脱碳天然气五个BP认为技术可以起到行业颠覆性作用的领域进行深度分析与探讨。

　　BP的能源专家进行了大量的行业分析，并汇集了商界和学术界其他著名专家的研究，通过《BP技术展望》与全球业界分享能源技术研究成果和洞察，并展望到2050年科技进步将对全球能源版图产生的潜在影响。

　　BP能源技术展望2018主要观点：

　　1、在满足巴黎协定目标技术可行的情况下，本次技术展望建模表明仅仅技术进步不能满足碳减排的需求。需要通过更进一步的行动，特别是政策措施（比如碳定价和引导消费者选择低碳生活）。

　　2、能效的进步具有降低当前一次能源使用40%的潜力，尽管很多的改进需要较多的投资。能够提高能效的领域包括提高汽车效率、改进建筑设计以及烹调能源的使用。

　　3、数字化技术，包括传感器、大数据和人工智能，是系统范围内能效改进的最重要途径。

　　4、到2050年，海岸风电将成为一种更具经济性的电力，同时电网范围内的太阳能也变得更具有竞争性。但是，当风电和太阳能在电网需求中占据高比例的时候，解决间歇性问题需要整合成本。

　　5、货物和人的运输方式将持续发生显著变化，当电池出现改进时，由（不限于）电气化的轻型装备所引导。对于重型卡车和一些船类，液化天然气将成为更具竞争力的燃料，生物航空燃料仍然是一种可行的解决方案以降低航空业的排放问题。

　　6、在远期，技术能够降低油气生产平均生命周期的30%支出，但是仍然需要在油气上游每年将近6000亿的投资以满足项目需求。

　　7、尽管高碳定价支持混合设备使用热泵补充燃气或电供暖系统，但是空间供暖仍可能持续由燃气设备提供。

　　8、脱碳的天然气，包括使用碳捕捉和利用的天然气、合成气、沼气和氢气，在电力系统平衡、供暖和重型运输部门将有巨大的应用潜力。

　　9、碳定价是加速向低碳经济转型最有效的工具。

　　风能太阳能推动全球能源系统转型

　　随着可再生能源成本的下降，全球能源系统正在以前所未有的速度进行转型。自2010年以来，太阳能光伏（PV）和陆上风力发电的成本分别降低了73%和23%，两者正与化石燃料进行着激烈竞争，其中陆上风力发电甚至处在平均成本的下端。

　　这一不断下滑的成本轨迹有望从根本上重塑全球能源格局。我们相信，到2020年，所有形式的可再生能源——包括聚光太阳能发电（CSP）和海上风力发电——都将在满足新增发电需求方面与化石燃料进行竞争。这一事实让可再生能源在商业上具备了极强的吸引力。[page]分页标题[/page]

　　在一系列引人瞩目的数字背后，持续进步的技术才是故事的真正主角。新的太阳能光伏电池结构提高了效率；更大型的风力发电机扩大了覆盖地区，增加了同一处设施的发电量；高250米的漂浮式风力发电机（如为苏格兰Hywind项目所开发的发电机）为海上技术的未来开辟了新局面。

　　聚光太阳能发电也不容忽视，2017年的竞拍结果预示着在某些地区，它有能力在价格上与化石燃料相抗衡。例如，位于迪拜的700兆瓦太阳能项目采用熔盐热储能技术，可不分昼夜地发电，每兆瓦小时的成本为70美元左右，足以在无补贴的情况下与化石燃料发电相竞争。该案例表明对全球能源系统而言可调度太阳能是可行且经济的。

　　发电技术仅仅是能源转型历程中的一小部分。固态储能技术持续进步，而其成本正急剧下降。尽管抽水蓄能系统当前在装机电力储能总容量中占据了主导地位，我们的分析显示到2030年，诸如锂离子电池和液流电池等固定电池的成本有望降低66%，而储能总容量将因此增长17倍。

　　这一趋势反映了一种新的能源范式——能源生产与消费的方式将变得智能化、灵敏化和低碳化，其技术将变得规模化、分散化和数字化。因此，有一个事实已日渐明朗：低碳技术已经不再是能源系统的未来，而是能源系统的当下。

　　国际可再生能源署（IRENA）总干事阿德南·Z·阿明（Adnan Z Amin）：

　　可再生能源正在以前所未有的速度推动全球能源系统转型。有一个事实目前日渐明朗：

　　低碳技术不再是能源系统的未来，而是能源系统的当下。

　　风电光伏将成为成本最低能源

　　2015到2050年间，技术经济分析表明各地区的发电技术构成将发生改变。其中，随着技术成本下降，风能和太阳能发电将会迅速增长。模型显示到2050年，陆上风电将是中国、欧洲和北美最低价的新增电力来源，太阳能光伏紧随其后。

　　风能太阳能整合成本将显著

　　应对风能和太阳能的间歇性风力和阳光不但变化无常，而且具有间歇性，因此如果使用风能和太阳能进行发电，则必须具备可靠的后备支持。其他发电形式、电池中储存的能量以及水电站都可以提供此类支持。利用需求侧的响应制度，降低消费者电力消费，也是应对间歇性的方式之一。

　　虽然风能和太阳能的资本投资和运营成本预计将会下降，随着越来越多可再生能源得到部署，应对间歇性的成本（即“整合成本”）将有所增加。

　　该研究建模分析了当风能和太阳能合计占发电总量10%、40%和75%时的整合成本。该研究分析了存在两类可再生能源的情形。第一种情形为“太阳能主导”，此时太阳能占可再生能源构成的80%，风能占20%——这是中东或南欧可能出现的局面。第二种情形为“风能主导”，其中风能占80%，太阳能占20%——此局面可能在美国中西部或北欧出现。

　　假设在一个北美的电力系统中，可再生能源的份额为40%，且由风能主导，则研究预测，每新增1兆瓦时（MWh）电力所需的整合成本不足5美元/MWh。如果此例以太阳能为主导，则整合成本可达到20美元/MWh。当可再生能源占电力总供给的75%时，如果以风能为主导，则整合成本为25美元/MWh，如果以太阳能为主导，则整合成本为55美元/MWh。应用这些成本数据，并考虑到在一个限制碳排放的世界中的其他燃料，我们预测以陆上风能为主导的可再生能源系统在2050年仍将具有竞争力，即使该系统已提供75%甚至更多的电力；以太阳能为主导的可再生能源系统在其占据电力供应大约40%份额时也会具有竞争力。[page]分页标题[/page]

　　许多方式都可以为可再生能源提供后备支持，选用何种技术具体取决于该技术是否具有灵活性。除了将传统发电方式（如燃气发电或核电）上线之外，还可以释放电池或水电站所储存的能量。借助抽水储能技术，释放的水能还可被抽回大坝中供下次释放。压缩空气储能（CAES）技术可将空气压缩并存入地下洞库，需要时再将其释放，用于驱动涡轮发电机。另外，还可利用需求侧技术来调节需求，进而在间歇性的可再生能源发电中满足峰值需求。电网互联也是方法之一，当有需求时，它能够让电网之间形成互补。

　　当需求达到顶峰时，需要短暂的“峰值调节”服务。对此，铅酸电池和压缩空气是目前最经济的储能选项，抽水储能也较为经济，不过据预测在2050年前，锂离子电池和液流电池将具备竞争力。目前，电网规模的锂离子电池储能技术已得到初步应用。

　　持续时间较长的“供需平衡”服务需要在需求较低时储存电力，待需求增长时予以释放。在此方面，抽水储能已得到广泛使用；在具备条件的情况下，燃气发电是最高效的后备支持。许多新型电池将在未来得到愈加广泛的使用。

　　模型显示，太阳能的整合成本上涨尤为显著，因为当渗透水平较高时，太阳能与需求之间的相关性较低——入夜时正值需求高峰，而此时太阳已落山。不过，在气候炎热、光照充足的国家，太阳能在为制冷系统供电方面颇具成本效益。与太阳能相反，风力不论昼夜都会有，虽然强度变化无常，但整合成本仍会较低。

　　到2050年，风能和太阳能必将快速发展，并在世界范围内成为电力的重要来源。随着发电技术的进步以及在经济规模效益的驱动下，陆上风能的成本将持续迅速下降。到2050年，陆上风能将成为许多地区最具经济性的电力来源。太阳能的能源效率亦在提升，预计在许多情况下将具备竞争力。

　　当风能和太阳能用于满足较大部分的电网需求时，将产生显著的整合成本。当风能和太阳能的发电量占发电总量的40%以上时，预计需要利用不菲的成本来应对它们的间歇性。解决方案包括储存和释放能源（例如使用蓄电池）；管理需求；以天然气或煤炭（可能应用CCUS）、或核能作为后备能源。太阳能无法在夜间获取，因而比风能需要更高的整合成本。

　　更重要是，技术创新将使能源生产和消费成本大幅降低。根据2018《BP技术展望》，到2050年技术有望将油气平均生命周期降低30%左右；随着机械可用性每提高1%，炼油厂维护成本将降低10%；预计风电、太阳能全球累计产能每翻一番，其平均成本将分别降低19%和23%；到2050年，电动汽车将与传统汽车、混合动力汽车的成本趋同；60kWh的纯电动汽车的电池成本将从目前的超过200美元/kWh降至2050年的50 美元/ kWh。

　　随着发电机技术的进步以及在经济规模效益的驱动下，到2050年，风能和太阳能必将快速发展，并在世界范围内成为电力的重要来源。预测显示，得益于技术进步（更高的塔架、更长且更轻的风车叶片，以及更为高效的控制系统），风力发电的成本将持续下降。这些技术进步将拉低每兆瓦（MW）发电的投资成本，更多的风能因此被捕捉。诸多新兴风能技术有望发挥作用，这其中就包括风筝发电机和无扇叶发电机，它们通过震动而非旋转进行发电。我们的计算表明，风力发电（含陆上和海上）的全球累计产能每翻一番，其平均成本将降低19%。

　　太阳能光伏项目的成本也有望持续降低，这是多个因素作用的结果，包括生产成本的降低和电池效率的提高。新兴的太阳能电池板技术包括光热发电（集储能和发电于一体）、新式材料电池（如钙钛矿和锌黄锡矿）以及层叠电池（堆叠两个或多个子电池，从而增大光谱捕获范围）将在未来得到广泛应用。计算表明，太阳能模块的全球累计产能每翻一番，其平均成本将降低23%。[page]分页标题[/page]

　　数字技术可使总电力净需求降低25%

　　BP集团副CEO拉马尔·麦凯（Lamar McKay）认为，“全球能源系统的未来将由各种技术共同塑造，了解这些技术如何发展以及支撑它们发展的趋势有助于为BP实现业务增长和规划投资提供参考。”

　　报告认为在能源效率、数字技术、可再生能源、能量储存和脱碳天然气领域，技术可以起到行业颠覆性作用。

　　在能效方面，报告认为，尽管很多时候需要大量的资金投入来提高能效，但是能源效率的不断提高具备节省约40%的一次能源消费的潜力。可实现节能的领域包括提高汽车性能、改进建筑物设计、以及改善在烹饪和洗涤时的能源使用。

　　在数字技术方面，报告认为，传感器、大数据和人工智能是提高全系统效率最重要的来源。据预测，到2050年数字技术可使总电力净需求降低25%或更多。一些数字创新（如建立数据中心和智能化城市）有可能增加电力需求，但这一需求增长将被因数字技术带来的节能所抵消。在预测净节能总量时，已将电动汽车充电的影响考虑在内。预测显示，到2050年电动汽车充电将使全球电力需求总量增长5%至10%。

　　能源数字化转型的四个视域

新型电池具有巨大潜力

　　在储能领域，报告认为，未来货物和人员的运输方式将继续发生重大变革。主要原因包括但不限于随着蓄电池性能提高带来的轻型负载设备电气化。液化天然气有望成为重型负载卡车和一些货船的最有竞争力的燃料，而生物航空燃料仍然是减少航空业排放量的唯一可行的解决方案。

　　过去数十年，电池业一直为铅酸电池所主导，但是新型电池目前正在迅猛发展，在电力储存、电动汽车（见第2.3节）和其他应用领域具有巨大潜力。高能量密度的锂离子电池的成本自2010年以来显著降低，尽管何时才能引发电池业的变革目前仍存在不确定性。其他新技术包括空气金属电池、液流电池和固态电池。空气金属电池利用空气中的氧气对诸如锂、锌等金属进行氧化，并从这些化学反应中发电。液流电池利用一种电化学电池，将带电液体泵出，形成电能，再将这些能量置于装有两种液体电解质的外部储罐。由于其结构简单，增加液流电池蓄电容量所需的成本相对较低。固态电池以固体材料（如玻璃）代替液体或聚合物电解质。与锂电池相比，其结构可允许更高的能量密度。固态电池不含可燃电解质，因而具备安全优势。

　　我们的计算考虑了我们对于电池成本下降的最新估计，这在一定程度上基于来自大型汽车生产商的数据。60kWh的纯电动汽车的每千瓦时（kWh）电池成本预计将从目前的超过200美元/kWh降至2050年的50美元/kWh。电池正得到改良，充电时间缩短，蓄电池容量扩大（可扩大里程）、重量下降。我们的计算推测，如果锂离子化学电池、固态或金属空气电池设计相继投入使用，电池性能将逐步提升。

电力储存技术促电动汽车推广[page]分页标题[/page]

　　报告还特别强调，电动汽车和混合动力汽车预计将在2050年成为车辆构成中的重要组成部分。大部分车辆预计将实现无人驾驶，而汽车共享和共享出行可能改变汽车购买习惯，并有可能改变燃料消费方式。

　　得益于电动汽车的发展，到2050年，电动汽车蓄电池的成本预计将降至今天的四分之一。电力储存技术正迅速发展，尤其是高能电池。到2050年，具有竞争力的方式可能还包括压缩空气储能和锂电池、金属空气电池、固态电池和液流电池。氢也将成为一种重要的储能方式。

　　在雷诺集团电动汽车，高级副总裁吉尔斯·诺曼德（Gilles Hormand）看来，到2025年，可预见的电池技术的改进和大规模生产的效益将使购买和使用一辆电动汽车的总成本低于一辆等价的内燃机汽车——甚至对于大型汽车也同样如此。

　　无人驾驶汽车限将到来

　　在下一个十年，全世界的道路上将出现几百万辆无人驾驶汽车。

　　无人驾驶汽车在今天仍然是新生事物，但不同级别的自动化汽车预计将在21世纪20年代初得到广泛使用，并在21世纪30年代普及。共享汽车可以为无人驾驶汽车提供补充——例如汽车共享可增加其使用率进而减少行驶成本。

超级计算改进油气采收率

　　在油气领域，报告认为，从长远来看，科学技术可以将油气生产的平均生命周期成本降低30%左右，但是为了满足预计的能源需求，每年仍需要对上游油气勘探和开发投资约6000千亿美元。

　　技术对改善油气藏的获取最为有效，这些领域包括地震勘探、提高采收率和油井技术。超级计算机的应用可为地震分析带来益处，它们能够迅速分析结果，并绘制高度详细的油气藏图像。

　　“全波形反演”的应用就是一例。该技术可利用复杂的算法，对储层情况加以精确预测。分析显示，难以获得地震数据的陆上勘探将受益最多，成像的改善将有助于勘探人员更好地优化油位。

　　改进采收率（IOR）和提高采收率（EOR） 技术在继续发展，一些新技法，诸如改变水 盐程度、使用纳米粒子等，对既定方法提供了补充。预测显示，到2050年IOR/ EOR 能够额外带来约5000亿桶石油，剩余可 采资源总量增加约10%。

　　Beyond Limit首席技术官马克·詹姆斯（MarkJames）强调数字化技术的重要性，将智能传感器安装在钻头上，对钻头的剩余寿命加以管理，这样就不必仅依据平均故障间隔时间（MTBF）就大费周折地把钻头抽回地面检查；使用认知人工智能技术对油轮加以追踪，可确定油轮何时离港、前往什么目的地、装载多少石油或LNG。

　　超临界蒸汽技术、燃气蒸汽联合循环提高发电效率

　　根据2018《BP技术展望》，尽管燃煤发电的需求已经开始放缓，但它仍是重要的电力来源，而人们正在利用技术寻求改进。如果所有燃煤发电厂都采用现代的超临界蒸汽技术，在超高温高压系统中作业，那么全世界所有燃煤发电厂的平均效率将从33%左右提高至45%，甚至更多。

　　燃气发电厂在最近数十年来已变得更加低价、更加灵活，燃气蒸汽联合循环（CCGT）在其中发挥了主要作用。这是一种将燃气轮机和蒸汽轮机相结合的高效能源生产技术。首先利用燃气轮机发电，其产生的余热被用来产生蒸汽，而蒸汽又可驱动另一台汽轮机。燃气和燃煤发电厂可利用碳捕获、利用与封存（CCUS）技术，对二氧化碳排放加以捕捉和储存。

　　报告最后建议，实现《巴黎协定》的目标在技术上和经济上可行，包括可再生电力资源、混合动力汽车、电动汽车和数字化创新在内的许多必要技术，但更需要碳排放定价等重要的政策干预方能实现。[page]分页标题[/page]

　　论能源转型，还看中国！

　　BP集团首席技术官大卫·艾顿（David Eyton）就2018《BP技术展望》做详细报告，并特别介绍与中国息息相关的最新能源行业前沿科学与技术。他认为，作为世界上最大的能源消费国，中国占全球能源消费量的23.2%和全球能源消费增长的33.6%，中国的可再生能源同样增长迅速，风能和太阳能产能都高居世界第一，在全球能源结构的转型进程中扮演着至关重要的角色。

　　BP中国董事长兼总裁杨筱萍认为，“我们相信，积极推动能源技术进步和产业升级，将加快中国低碳转型的步伐，从而构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。”

　　在满足社会日益增加的能源需求，以及减少碳排放的双重挑战下，BP中国将不断开拓新机遇，发挥合作伙伴间的互补优势，致力于为中国客户与社会创造更高更伟大的价值。

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