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  编者按:今年年初以来,新冠疫情肆虐全球,国际油市风云突变,油价持续低位运行,石油公司压力剧增。面对前所未有的困难挑战,我国石油企业逆势而上的动力在哪里,出路在哪里,这些都是我们必须回答的时代考题。

  近年来,国际石油公司纷纷与IT巨头联手,加大人工智能技术应用力度,着手替代能源的技术储备……尽管替代能源仿佛还在路上,但为了绿色未来而创新,已是大势所趋——

  正如人类在潜移默化中悄然告别了薪柴时代,未来我们的能源利用方式肯定会从化石能源消耗型(煤+石油+天然气)向绿色能源再生型(风能+太阳能+生物质能)转变;碳氢燃料的利用方式是从高碳燃料向低碳燃料转变,转变的本质是燃料的加氢减碳过程。

  与此同时,我们已经站在了数字世界的大门口,超数据时代已经来临。与大数据相比,超数据超越了数据大小的本身,而关注数据的价值。人类所有的大智慧都存在于数字之中。超数据时代,即使专业性很强的传统油田、炼厂的工作也可能被智能化取代。我国石油工业正处在转型升级的十字路口,“换血、换力、换智”的崭新征程已经开启。

  绿色数字化双转型 “换血换力换智”互联网浪潮下的智慧生存

  “安全、环保、绿色、低碳已成为世界石化行业发展的新动能,绿色化学已经成为世界化学工业发展的一个新的制高点和新的增长点。‘十四五’期间,石化联合会要全力抓好五项重点工作:一是全力抓好全行业创新能力提升的组织工作;二是要全力抓好全行业绿色或数字化双转型的典型培育工作;三是要全力抓好全行业效益或效率的对标工作……”9月底,石化联合会会长李寿生接受记者采访时曾表示,联合会“十四五”将以提高全行业核心竞争力为目标,以高质量发展为主线,以科技创新绿色转型为重点,以一流效率为落脚点,努力设立新坐标,开拓新路径,建设新能力,打造新活力,准确识变、科学应变、主动求变,努力实现更高质量、更有效率、更加公平、更可持续、更为安全的发展,加速建设石油化工强国。

  在新基建、智慧城市等诸多利好政策加持下,环卫产业互联网平台建设已成为发展我国环卫产业新模式、新业态的重要举措。为加快平台建设,9月中旬,由中国城市环境卫生协会牵头编制的《环卫产业互联网平台白皮书(2020)》在京发布。包括城市垃圾分类发电、地沟油脂回收资源化制生物柴油等都有望通过互联网平台获得更多创新和资金技术支持。

  住房和城乡建设部城市建设司副司长刘李峰表示,我们正处在一个变革的时代,面临重大机遇与挑战,主动拥抱新的时代、新的技术,促进人类与环境和谐发展。中国城市环境卫生协会会长徐文龙介绍,发布专题性研究报告,旨在呼吁各界共同关注智能+环卫产业的政策研究、技术投入、标准建设与服务应用,共同推动环卫产业创新发展。清华大学教授刘建国对平台建设提出“四跨”建议:一跨介质污染控制,二跨系统资源整合,三跨行业生态链接,四跨区域统筹优化。一些立足废弃物资源化利用的双创企业如天健环保等已创新在清洁技术产业化的路上。

  当前,世界新一轮科技革命和工业革命浪潮席卷全球,各行各业都在为了绿色未来而创新。美国、英国、德国、日本等都从战略层面加快推进人工智能技术。党中央、国务院高度重视人工智能技术的发展。人工智能是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量,加快发展新一代人工智能是事关我国能否抓住新一轮科技革命和产业变革机遇的战略问题。2017年,国务院印发了《新一代人工智能发展规划》,将人工智能发展规划提升至国家战略高度,提出2030年人工智能理论、技术与应用的总体水平要跃居世界前列,成为世界主要人工智能创新创造中心。

  面对资源劣质化严重、勘探开发成本上涨、低油价和安全环保疫情叠加的严峻考验,国际石油公司纷纷与IT巨头联手,加大人工智能技术应用力度。有报告显示,荷兰皇家壳牌公司是全世界最早采用物联网技术开发智能油田的公司之一,开发的Smart Fields智能油田项目整合了智能井、先进协作环境和油藏管理等内容,形成一个统一的智能油田协同工作平台,该项目已为壳牌公司带来了丰厚的整体收益。道达尔公司与世界知名的IT公司谷歌签署协议,合作探索油气勘探和生产的智能化解决方案,聚焦地下成像的智能化处理与解释,加速石油天然气勘探开发和生产。

  中国石油也积极采用物联网、大数据、区块链、人工智能等先进技术,促进上游业务数字化转型,提高生产效率,减少中间环节、简化业务流程、优化关联组织、节约交易成本,推动油气产业链增储上产、降本增效和高质量发展。“十三五”以来,中国石油高度重视人工智能科技攻关,今年4月15日集团公司专门召开了数字化转型会议。7月28日集团公司领导干部会做出重要部署:要牢牢把握新一轮技术革命和产业革命机遇,大力推进数字化转型,提升集团公司科技实力和智能化水平。今年8月中旬,中国石油召开人工智能技术专题研讨会,院士、专家、学者围绕集团公司上游领域人工智能亟待解决的重大科学技术问题及助推公司数字化转型建言献策,为实现“共享中国石油”添砖加瓦。

  “有了数据的血、计算机的骨、软件的心脏和脉络、AI的大脑,智能油田将会揭开神秘的面纱。”在7月底《智能油田》新书线上发布会暨石油石化企业信息技术交流会上,本书主创人员之一李剑峰用“信息化是帮助人的,数字化是提升人的,智能化是替代人的”三句话阐释信息化、数字化、智能化的区别:“信息化如OA系统、财务报表,帮助人工作;数字化如出门之前就知道哪条道路拥堵,好像有了千里眼、顺风耳帮助人。智能化是替代人的,如智能驾驶、无人工厂等,彻底解放人类。”

  工业信息化为中国基础研究领域的自主创新提供了千载难逢的赶超机遇。中国自主研发的一款国产基础工业工程软件成功登顶国际权威数学软件测评排行榜的榜首:杉数科技数学规划与决策优化求解器COPT在国际第三方测评网站上一骑绝尘。此求解器自2019年5月登榜以来,一直在Mittelmann榜单上占据领先位置。最新排名显示, 杉数科在线性规划榜单上技持续位列第一,身后则是全球知名数学规划求解器领袖企业Gurobi和阿里达摩院于8月发布的阿里求解器MDOPT。专家称,在运筹学竞技舞台上,杉数科技代表中国在国际上赢得了一席之地。目前这款COPT求解器作为优化产业链与供应链、为复杂生产场景提供智慧决策的“引擎”,工业互联网的“大脑芯片”,已应用在商飞、百威、小米等20余家中国企业的大规模升级转型中。此基础研究的创新也在赋能石油石化产业链优化等领域持续创新。

中国储能市场累计装机规模(2000-2019年)

  清洁替代在加速 绿色金融加持氢燃料创新可再生能源风光无限

  今年8月,中共中央政治局会议审议《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》,强调要采取有效举措推动黄河流域高质量发展,加快新旧动能转换,建设特色优势现代产业体系,优化城市发展格局。另外,中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。作为一个负责任的大国,中国提出这个目标,不仅是对《巴黎协定》承诺的进一步践行,更是全球新冠疫情爆发下的坚决行动,同时也让以风电、光伏、地热、生物质能等为代表的可再生能源行业备受鼓舞。

  绿色金融一直护航支持清洁能源发展。去年,国家发展改革委、工业和信息化部、自然资源部、生态环境部、住房和城乡建设部、中国人民银行、国家能源局联合印发了《绿色产业指导目录(2019年版)》,提出了绿色产业发展的重点。今年7月13日,财政部发布《中国清洁发展机制基金管理办法(修订草案征求意见稿)》。作为我国第一个由政府发起,市场化运作的基金中国清洁发展基金,2016年成立起,就引领气候投融资支持清洁能源发展。在10月11日中央财经大学绿色金融国际研究院召开的2020年会上,国家发改委财经司司长陈洪宛介绍,近年来我国在绿色金融发展机制、政策框槛、标准产品建设上取得了重大进展,绿色信贷、绿色债券、绿色基金、绿色保险市场大幅增长,我国已成为最大的绿色债券市场。

  “风电产业作为清洁能源的重要力量之一,在国家支持下,装机规模持续扩大,今年1~8月新增并网容量超过1000万千瓦,总装机超过2.2亿千瓦,稳居全球第一;风电布局不断优化,“三北”地区新增装机与中东部和南方地区新增装机持平;同时,利用水平同比提升1个百分点,风电利用率达到97%,1~8月,全国风电发电量同比增长14.5%;此外,仅1~8月新增并网风电已完成投资超过800亿元。未来风能必将承担更多责任,也必将迎来更大的发展空间。”10月14日在京召开的2020北京国际风能大会暨展览会上,国家能源局新能源和可再生能源司副司长任育之介绍,“十四五”规划将考虑更大力度推动风电规模化发展。坚持集中式与分散式并举、本地消纳与外送消纳并举、陆上与海上并举,积极推进“三北”地区陆上大型风电基地建设和规模化外送,加快推动近海规模化发展、深远海示范化发展,大力推动中东部和南方地区生态友好型分散式风电发展。

  风能大会发布了《风能北京宣言》,提出为达到与碳中和目标实现起步衔接的目的,在“十四五”规划中,须为风电设定与碳中和国家战略相适应的发展空间:保证年均新增装机5000万千瓦以上。2025年后,中国风电年均新增装机容量应不低于6000万千瓦,到2030年至少达到8亿千瓦,到2060年至少达到30亿千瓦。风能大会上,中国金融学会绿色金融专业委员会主任马骏介绍,2016年国家7个部委共同发布了关于绿色金融的指导意见,简单概况为五个大的支柱,有六省九市是国务院认定的绿色金融改革的地区,这些地区纷纷推出了对绿色项目贴息、担保等。从2016年开始,中国启动了绿色债券市场,目前已经发1.2万亿元绿色债券,最近国家发布了一个885亿元的基金也用于支持绿色产业。

  随着氢能的安全使用问题及燃料电池的技术和成本瓶颈逐步取得突破,氢能产业发展开始进入示范运营阶段,并开展商业化探索。10月中旬由中国电动汽车百人会、国际氢能委员会和山东省工业和信息化厅主办的2020氢能产业发展创新峰会上传来好消息,在过去一年里,氢能和燃料电池技术正加速改变着世界的能源格局。

  中国越来越重视可再生能源产业的发展。近期,中央财政还推出了创新支持方式,支持推动关键核心技术突破和支持城市群开展示范应用,实现产业持续健康、科学有序的发展。这些都在推动风光及氢能燃料电池技术创新加速发展。

  中关村创蓝清洁空气产业联盟关于燃料电池专利申请进展分析报告显示,在燃料电池汽车领域,日本、美国、中国开展的研究活动较多,专利申请量较多;中国在燃料电池汽车领域的专利申请量在2010年后处于全球领先的地位;从全球专利申请数量角度看,除去系统层面的专利申请外,催化剂相关的专利申请数量最多,是目前全球非常关心的研究热点。从氢燃料电池领域机构专利申请数量来看,数量排名前25家中,中国机构有11家。中科院大连化物所和比亚迪入围全球前五。入围的前25家机构中,国外的机构全部为企业,中国入围机构中有很大一批是科研院所。2018年,全球年专利申请量从高峰时期的接近5000件下降到了3000多件,中国专利年申请量下降到了2500件左右。这是因为氢燃料电池系统相关技术进入成熟期并步入产业化的发展阶段。未来,随着氢燃料电池系统相关技术产业化不断深入,会反向促使氢燃料电池系统相关技术某些细分领域实现突破,导致该领域年专利申请量重新走高。

  然而,中国燃料电池领域的研究院所和科技企业在开展专利的国际布局方面的意识不强,许多专利大都仅仅在中国申请,未做海外布局,从而丧失了在海外发展的商业机会。不仅如此,中国企业和科研院所申请的燃料电池专利是以应用型技术为主,与日本和美国相比,缺乏基础专利和核心专利。针对燃料电池企业的知识产权保护,专家建议提升专利质量。中国许多科研院所都在开展燃料电池的研究,在这个阶段就应当加大投入,注重科研过程中高价值专利的培育”。

  未来氢燃料电池将逐步覆盖海、陆、空、航天多领域的交通工具,同时在发电、建筑热电联供多领域发挥重要作用,推动世界能源转型。利用化石能源制氢,可减排二氧化碳40%以上;利用可再生能源制氢,可实现真正的高效零碳排放。大力发展可再生能源是世界各国实施能源战略转型升级的共识,正可谓清洁替代,风光无限,创新不止。

全球储能市场累计装机规模(2000-2019年)

  车电互联绿氢上路 储能迎夏送春助新能源与传统能源融合发展

  尽管替代能源技术储备仿佛仍在路上,但为了绿色未来而创新,已是大势所趋。中国车用燃料电池从2016年开始迅猛发展,燃料电池汽车示范规模扩大;在国家科研领域的大力支持下,燃料电池技术取得了初步成果。《节能与新能源汽车技术路线图》明确到2030年中国将实现100万辆氢燃料电池汽车的商业化应用。

  2015年至2020年4月,中国燃料电池汽车产量6945辆,截至2019年12月底,全球氢燃料电池汽车规模接近2.5万辆,其中2019年单年销量1.06万辆,较2018年同比增长91.9%。截至2020年6月,约有5000辆各类型的燃料电池汽车在全国17个省份进行示范运行,示范规模全球领先。广东、上海、北京的燃料电池汽车数量最多。当前燃料电池汽车成本5万美元,2020年有望低于3万美元;续驶里程超过500公里;随着续驶里程增加,超过200公里后,燃料电池汽车相对纯电动车有成本优势。

  近年来,随着燃料电池产业的推进和以氢能源为核心的储能技术的发展,氢气作为交通、发电和储能三大领域的关键能源,重要性不断上升,未来地位有望与石化资源比肩,市场价值或超万亿。氢能是支撑可再生能源大规模应用的重要途径,在未来全球能源结构变革中的重要地位和作用已经逐步为日本、美国、德国等发达国家重视。目前中国、德国、俄罗斯等国在轨道交通领域也在进行氢燃料电池有轨机车的示范应用,未来氢燃料电池将覆盖海、陆、空多领域交通工具,同时在发电、建筑热电联供多领域发挥重要作用,推动世界能源的转型。2020氢能产业发展创新峰会上,中国工程院院士衣宝廉认为,我国富煤贫油少气,每年需大量进口石油和天然气,为实现低碳减排,提高能源安全,需大力发展可再生能源,利用风能、太阳能和水力发电,选择氢做能源载体,电解水制氢,消除可再生能源发展的天花板,为实现2030年碳排放达峰值,2060年实现碳中和保驾护航。应大力利用西南水电、西北和东北风电与太阳能发电,电解水制氢,将氢送入附近的天然气管网,减少天然气进口,为提高国家能源安全出力。发展沿海地区海上风电,电解水制氢,用输氢管线将所制氢气运输到加氢站供燃料电池汽车加氢用,同时建氢液化工厂,将液化氢作为能源商品应用,氢供应能力的发展会促进燃料电池,特别是燃料电池车的快速增长。

  技术服务于生活,随着车联网和人工智能的发展,车电互联的趋势已不可阻挡,很多车企已在全力以赴转型。“超级电容的功率性非常好,可靠性也非常高,其使用温度范围比较宽、寿命也相对较长,在交通运输、电力、工业等领域应用场景明确,是有生命力的器件。我们一直坚持专注于此。”在近日举行的第九届储能国际峰会上,宁波中车新能源总经理陈胜军介绍,未来超级电容成本有望进一步下降,随着超级电容应用到乘用车、电力等领域,越来越多的车企会参与到技术升级的大军中。

  储能发展也为可再生能源带来更多生机。目前,我国的电源结构以火电为主,调控手段捉襟见肘,成为我国电力系统运行的最大风险。新能源发电的不稳定性和波动性,对电网安全造成冲击,要从补充能源走向主体能源,就必须要具备可控制、可调度的性能。而储能装置可实现负荷削峰填谷,增加电网调峰能力,也可提高电网的安全稳定性。

  2020储能国际峰会上,专家们对中国储能已进入“春天”的判断没有变,但距离行业繁荣的“夏天”,还需要一个逐步发展的过程。储能特别是电化学储能市场在在2018年的高速增长之后,2019年遭遇“寒流”,新增装机规模下滑。而到了2020年,疫情影响之下的储能产业逆势增长。2018年储能市场爆发正是受到电网侧项目建设的拉动。为保障电网安全运行,以国家电网为首的大型能源企业在江苏、河南等地投运了百兆瓦级的电网侧储能项目。“我们预测到2025年电力系统调节能力的缺口仍有8000万~1亿千瓦左右,而且主要集中在新能源富集的三北地区。”国家电力调度控制中心党委书记董昱说。

  从2005年我国颁布《可再生能源法》之后,我国新能源发展步入快车道。截至今年7月底,国网新能源装机累计达3.65亿千瓦时,装机占比22.9%,成为国家电网第二大电源。新能源超常规发展给电网安全稳定运行带来巨大挑战,这也正是储能的发展机遇。但是,在新能源大发展的十年间,储能的发展却没有跟上步伐。到了今年,国家发改委、能源局、科技部以及10余个省份和地区出台相关政策,要求新能源装机配置储能。可再生能源+储能并网占比从2019年的17%增加至今年的43%,正在成为行业标配。据国网能源研究院预测,我国新能源装机规模到2035年将超越火电成为主力电源,达到9亿千瓦。近年来,国家能源局联合国家发改委等有关部门共同印发了相关政策文件,落实了支持储能发展的具体措施。今年7月,国家能源局启动首批储能试点示范项目申报,通过组织筛选储能示范项目,促进储能发展规模化、标准化、市场化和产业化应用,培育具有市场竞争力的商业模式。“作为能源行业的主管部门,国家能源局一直高度重视储能工作,并和行业共同配合、积极探索。”2020储能国际峰会上,国家能源局监管总监李冶说。

  尽管储能作为一个新兴行业,还存在一些问题发展会有波动,但随着可再生能源在系统中的占比越来越高,电力系统对于储能长期、持续的需求也在持续增长。“十四五”期间,储能行业将逐步实现从商业化初期向规模化发展的转变,到“十四五”末期,或稍晚一点的时间,风光储能或可在平价的水平上具有竞争力,迎来行业繁荣发展的“夏天”,并成为我国战略性产业和新的经济增长点之一。

  正如专家所言,储能的价值不是没有认识到,而是很多人还都认为跟自己没关系。假以时日,储能定会迎夏送春。届时,车电互联,蓝氢绿氢纷纷上路,人类赖以生存的世界能源融合发展格局或许将迎来根本性改善。

  (数据来源:中关村储能联盟发布的《储能产业研究白皮书2020》)

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