BP技术展望2018展望

BP技术展望 2018 技术将如何改变能源生产和消费方式 BP 技术展望 2018 目录 1 能源与技术 1 1.1 背景 2 1.2 前言 — BP集团首席执行官戴德立 4 1.3 挑战与变革 6 1.4 数字技术 12 2 能源生产与消费 17 2.1 一次能源与生产 18 2.2 电力 30 2.3 交通 41 2.4 热力与制冷 50 3 环境视角 55 可持续能源系统 56 4 见解 63 延伸思考 64 5 附录 67 我们的研究方法 68 章节 页码 能源与技术 1 1.1 背景 2 BP 技术展望 《BP技术展望》探讨了技术对能源系统产生影响的方方 面面——从能源生产到能源在电力、交通和热力方面的使 用。 《BP技术展望》（“《展望》”）旨在探讨至2050年技术改变能源生产与 消费方式的潜力。 《展望》汲取了过去三年来由BP和八所大学及研究机构的伙伴所共同 开展的一系列研究成果。这些研究运用基础分析和能源系统模型相结 合的方法，对长期趋势提供了见解。 《展望》着眼于三个国家和地区，即中国、欧洲和北美，其一次能源 消费合计占全世界逾50%的比重，但它们的能源系统却各不相同。 《展望》旨在与商界、政府、学术界和其他领域的人士共同展开思 考。 关于 BP 技术展望 BP向参与制作本出版物的合作伙伴表示感谢：IHS Markit就油气资源基础和建筑物章节提供研 究；Ricardo就地面交通进行研究；Marakon就工业用热章节进行研究；剑桥大学Foreseer团队和 Resource Efficiency Collective就空气质量和能效进行研究；KanORS-EMR进行了能源系统建模；伦敦 帝国理工学院就可再生能源和电网的整合开展研究。 3BP 技术展望 望帮助政策制定者考虑应该引入何种额外的 激励和措施。 《展望》因此并不是一系列预测。预测更多 是判断社会和政策驱动的变革，进而对结果 进行预期，而本《展望》则是运用建模和分 析的方法，洞见技术进步和其他因素可能产 生的效果，不考虑其他因素。 《展望》以当今已知技术的发展为依据，不 试图预测2050年之前可能出现的创新突破。 为充分利用本《展望》，有必要首先了解其 初衷，和那些未纳入其考虑的方面，以及与 其他有关未来趋势的观点有何区别。 《展望》运用“技术经济”分析，展现了一 系列能源相关技术到2050年的发展态势和成 本趋势。这一方法考虑了诸如投资、运营和 燃料成本、规模、技术进步等因素，其中也 考虑了“学习曲线”，即成本将随着经验的 积累而降低。 本报告的核心分析未考虑政策的影响，例如 那些旨在减少温室气体排放或改善空气质量 的政策。不过，在有关电力、交通和热力的 研究中，已将碳价纳入了核心计算，以探究 其可能带来的不同影响。 通过这一方法，《展望》就全球能源如何在政 策或监管之外独立发展提供了见解，因而有 本出版物为《BP技术展望》第二版；第一版 出版于2015年。 本版《展望》的研究开展于2015-2017年*，其 范围进一步扩大，涵盖诸多重要领域的更深入 研究，包括： 为更加低碳的未来建立能源系统模型 支持大规模运用风能和太阳能发电所需的成本 能量储存的选项，特别是先进电池及其对电动 汽车和电网的意义 城市空气质量，探究排放源和潜在解决方案 * 研究于2015年发起，对一系列燃料进行了长期价格假 设，包括假设布伦特原油为75美元/桶，亨利港天然气为 4美元/百万英国热量单位。 洛杉矶的一个高速公路交叉口 ——《BP技术展望》考察了中国、欧洲和北美的能源系统。 4 BP 技术展望 戴德立（Bob Dudley） 集团首席执行官 这些投资需要与我们对未来前景的理解相结 合，而BP始终将这一主题作为一项重中之 重。在我们展望未来之际，我们的技术团队 与各业务部门、专家和伙伴密切合作，旨在 理解技术方面的趋势和推动力。学术界和其 他领域的专家们所开展的研究为本《展望》 奠定了坚实的基础，我们对此深表感谢。 风物长宜 放眼量 当今正值投身能源行业的大好时机。热力、电力和出行能力的获得正 在继续帮助发展中国家的数百万人脱离贫困，同时也持续支撑着工业 化经济体的增长。 然而，随着能源需求的增长，能源供应的方式正在发生变革。可再生 能源迈入迅速增长的轨道。油气行业继续增长，油气生产和消费变得 更加高效。与此同时，全球煤炭消费趋于平稳，而各个区域的核能前 景则各不相同。 尽管变革的速度似乎与日俱增，能源行业仍需要一种长远的眼光，因 为该行业当前正在对诸多项目、发展和系统进行投资，而这些投资将 持续数十年之久。 1.2 前言—BP集团首席执行官戴德立 5BP 技术展望 能源与技术 |前言 BP集团首席执行官戴德立 式——无论是提高能效、加大低碳能源投 资，还是进一步推广碳抵消项目。 模型所带来的见解始终是估计，与现实发生 的情况必然存在差别，但模型所传递的信息 是明确的。正如统计学家乔治·伯克斯 （George Box）所说，“所有模型都是错误 的，但有些是有用的。” 另一个重要见解是，天然气将一如既往地具 有重要性。分析表明，在低碳世界中，天然 气仍将是能源结构中必不可少的组成部分。 天然气既可用于交通领域，也可用于供热和 发电。天然气还可与碳捕获、利用与封存 （CCUS）一同部署，为可再生能源的大规 模利用提供必要的支援。《展望》所提及的 研究也表明，CCUS是低碳未来的关键组成 部分。 《展望》在为未来能源技术提供见解的同 时，还强调了诸多不确定性和未知因素。包 括人工智能、机器人和自动化在内的数字技 术必然会继续发挥深远影响。 本报告所述及的诸多新兴技术，例如激光钻 井和新式太阳能光伏组件等，同样有望颠覆 能源系统的趋势和经济格局。 在我的职业生涯里，我曾多次目睹能源世界 因技术进步而转型。这些进步包括地震成 像、页岩开采技术、制造业创新，以及可再 生能源成本和电池成本的降低等等。 第二版《BP技术展望》着眼于下一代技术进 步，从现在起直至2050年。第二版《展望》 重申了2015年第一版《展望》的诸多见解， 例如能源资源依然充足等。《展望》强调了 各地区之间的能源系统存在差异。它还提醒 我们，电力部门降低碳排放的成本要低于交 通和热力。另外，它还揭示了数字技术如何 促进能源行业的转型。 然而，2018年《展望》还对那些进步比三年 前预期更快的技术提供了新的重要见解。例 如，电动汽车和自动驾驶汽车的增长潜力得 到了更加详细的挖掘，风能和太阳能发电的 竞争力与日俱增，而电池的成本正在迅速降 低。 模型向我们揭示了技术在未来三十年的潜 力。诸如数字化、人工智能、交通电气化、 可再生能源的扩大等等，这些潜在的变革激 动人心且影响深远。 尽管这些进步有力推动了全世界向低碳经济 转型，但是我们的分析表明，仅单独依靠某 一种进步是无法实现转型的，还需要进一步 提供动力，特别是出台相应政策以提高碳排 放成本并鼓励各式各样有助于减排的方 过去几年来，《BP技术展望》及其姐妹出版 物《BP世界能源展望》帮助BP做出决策。 例如，我们在长期天然气项目上的新增投资 反映了我们的预期，即未来数十年天然气将 强势增长，诸多潜在技术有望投入使用。数 字技术正在帮助我们发现并开采石油资源， 而随着车辆技术的日渐发展，石油消费将更 为高效。与此同时，我们向众多高科技初创 企业提供越来越多的创业投资，这些企业涉 及广泛领域，有的将生活垃圾转变为生物航 空燃料，有的则致力于人工智能。借此，我 们向那些有潜力推动全世界向低碳能源系统 转型的新技术提供一臂之力。 我希望2018年《BP技术展望》能够对那些 投身于能源世界相关工作或对此感兴趣的人 士有所助益。 了解更多关于《BP技术展望》的信息: www.bp.com/technologyoutlook BP 技术展望 2018 6 BP 技术展望 为何能源技术至关重要 一直以来，用于能源生产和消费的技术都具 有重要意义。不仅如此，当今能源技术对全 球经济和环境未来都极为关键。 工业革命依托蒸汽机、机车和电力等能源技 术实现了能源转型，进而开启了一段史无前 例的人口增长时代。期间，世界人口增长至 八倍，人类预期寿命也翻了一倍。 亚洲夜景——高能耗的特大城市比其他地区更亮。 技术如何有助于 提供更多能源以及 可持续发展的环境？ 1.3 挑战与变革 7BP 技术展望 能源与技术 | 挑战与变革 满足能源增长需求 工业化时代既带来了前几代人不敢设想的益 处，也促进了全球人口的持续增长。然而， 人类随之面临着诸多挑战，如温室气体排放 增加、过分拥挤、城市污染等等。 双重挑战 当今社会面临着双重挑战——既要满足日益 增长的能源需求，也要同时减少温室气体排 放。空气质量和水污染等其他问题也有待解 决。 这一困境可通过以下方式加以破解：尽可能 高效地利用能源进而减少能源总消费，即节 能；向低碳、零碳甚至负碳能源过渡，即能 源转型。能源转型包括使用可再生能源或核 能，也包括在发电领域用天然气替代煤炭， 因为天然气发电的碳排放量仅为燃煤发电的 一半。 在以下这两大领域，技术均可扮演关键角 色：提高能源使用效率，提升低碳能源的可 负担性和可用性。 变革性技术 本《展望》以大约130项技术为基础，包 括：油气生产、炼油厂和发电厂；可再生能 源（风能和太阳能等）；车辆（传统汽车、 电动汽车和混合动力汽车）；热能技术（燃 气锅炉、电热泵）；能量储存（电池、氢燃 料电池）。 许多技术可在解决上述双重挑战方面发挥作 用。然而，本报告重点关注五个特定领域， 我们的分析表明技术有望在这些领域里扮演 变革性角色。 能源需求随人口和经济的增长而提升——与此同时，为 了实现环境目标，也需减少温室气体的排放。 双重挑战 减少温室气体排放 8 BP 技术展望 能源 作业 设备 服务 Internal combustion engine 出行 轿车/货车 火车/卡车 船 飞机 工业 石化产品 其他工业 建筑 供暖 制冷 照明 烹饪/洗涤 其他服务 石油 31% 煤炭 29% 其他 可再生能源 4% 生物质 10% 天然气 21% 核能 5% 发电厂 固体燃料转化 炼油厂 加热器 喷气发动机 灯泡 电动机 非能源 内燃机 其他设备 基于国际能源署收录于《世界能源统计与平衡》（World Energy Statistics and Balances）的数据© OECD/IEA 2013, www.iea.org/statistics 许可： www.iea.org/t 经剑桥大学Resource Efficiency Collective与BP修订。 一个复杂的系统 本图表（即桑基图）显示了能源转换和消费的方式。左侧标注为能够产生能源的自然资源，即一次能源。图表显示 了这些资源是如何经工业操作（如炼油厂或发电厂等）被转换，又是如何通过诸如发动机和灯泡等设备被消费进而 成为图右侧所示的能源服务（如出行和照明等）。例如，天然气资源既被用于发电，也通过管道直接被送进千家万 户用于供暖或烹饪。线条的宽度表示了所涉及能源的数量。尽管本图表未予以展示，各个转换阶段都有发生巨大能 量损耗，以及低效使用能源的情况。 转换 9BP 技术展望 能源与技术 | 挑战与变革 能源效率:自19世纪末形成以来，能源系统一 直错综复杂。它汇聚了多条供应链，其中诸 如石油、天然气、煤炭、铀（用于核能）和 可再生资源等一次能源，通过炼制、发电等 过程被转换和消费，为人类提供诸如热力、 照明和交通出行等服务。在这些过程中，大 部分能源在消费者享受其带来的好处之前就 已经被损耗了。在第10页和第11页，我们的 伙伴——剑桥大学Resource Efficiency Collective团队描述了一些技术可行的措施， 通过这些更高效能技术的普及，可节省全球 高达40%的一次能源（不计成本因素），而 这些技术中有许多目前已经问世了。 数字化:数字化有利于我们实现新的能效方 法，达到新的能效水平 ——从智能电网和电 力系统需求管理，到优化车辆使用和降低燃 料消耗的自动驾驶汽车和共享出行方案。本 《展望》在第1.4节的专题下探讨了数字技 术，在关于能源生产、电力和交通的章节中 也有所提及。 可再生能源发电:在技术进步和政策支持的共 同作用下，可再生能源发电（尤其是风能和 太阳能）正在迅速发展。分析表明，2050年 以前，可再生能源的增长速度将加速，在条 件允许的情况下，风能预计将成为本《展 望》覆盖的地区中最低价的新增电力来源， 太阳能也将具有较强的竞争力。我们将在电 力（第2.2节）和低碳未来（第3.0节）章节中 探讨可再生能源发电。 能量储存:电池是能量储存的选项之一。电池 技术在铅酸电池数十年的统治之后，正在经 历重大的变革。锂离子电池正迅速发展，鉴 于锂离子对于电动汽车的重要作用，预计电 动汽车的成本将被拉低。其他新兴技术包括 金属空气电池、固态电池和液流电池。电网 级电池将为电力系统的能量储存提供更多选 项。本《展望》在电力（第2.2节）和交通 （第2.3节）章节中谈及了能量储存。 脱碳天然气: 应用碳捕获、利用与封存 （CCUS）技术可对天然气进行脱碳，也可 通过将天然气与氢气或生物气（生物材料产 生的气体）混合而实现脱碳。CCUS可捕获 发电厂和其他地方天然气或其他燃料燃烧所 产生的二氧化碳 ，之后将其加以增值利用 （将CO 与大气分离，用于提高采收率或其 他工业用途），或将其储存在地底。据预 计，脱碳天然气的发展速度不及数字创新、 可再生能源发电和能量储存技术，但我们仍 将其列为一大变革性因素中，因为根据我们 的预测，在低碳未来，它将在最有成本效益 的能源结构中占据重要地位，而设置碳价将 推动脱碳天然气更大规模的部署。关于脱碳 天然气和CCUS的讨论见关于电力（第2.2 节）和可持续能源系统（第3.0节）章节。 本研究集分析和建模于一体，着眼于上述技 术和其他技术的潜在影响，探究其如何帮助 社会解决双重挑战并以可持续的方式满足未 来的能源需求。 一座太阳能“农场”—— 通过低碳发电满足需求。 2 10 BP 技术展望 外部视角 乔纳森·库伦 （Jonathan Cullen）博士 剑桥大学工程系Resource Efficiency Collective 负责人 拥有巨大节能潜力的领域包括汽车、供暖、 烹饪、洗涤和电厂。 全球能源系统由一系列广泛而多样的对能源 进行转换和使用的技术组成。然而，拉动能 源需求增长的是实现能源服务（如交通出行 或供暖），而不是能源本身。这些技术运转 得越高效，实现能源服务所需的能源就越 少。 尽管人们为开发和改进能源转换技术付出了 诸多努力，但是能源系统在整体上仍十分低 效。以往关于能源技术效率极限的研究表 明，如果所有能源技术都以运用热力学理论 和简单工程模型所测算的“最大技术效率极 限”运行，则理论上当今全球一次能源需求 可降低85%。 早期研究所提出的节能85%的情形是理论上 的技术上限，它在目前可以预见的未来是无 法完全实现的。这是因为关于效率的研究往 往是为各项技术寻找效率平均值，其假设是 研究范围内的所有设备在效率方面都实 现“最佳发挥”，因而高估了节能的效果。 对于许多技术而言，这是不现实的。以汽车 为例，这无异于要求所有人都驾驶相同的高 效率小型车。 全球能源系统的效率 欲了解更多关于 Resource Efficiency Collective 的信息，请访问: www.refficiency.org 在我们与BP合作开展的最新研究中，我们对 当前效率采用了分布法，同时考虑了最大实 际效率和某一特定技术类别下潜在的效率降 低情形。我们考查了35种技术的全球能源使 用情况，列出了技术排行榜。研究表明，我 们能够节约的一次能源为217次方焦耳 （EJ），相当于当前供应量的40%，也是技 术效率极限的一半。拥有巨大节能潜力的领 域包括汽车、供暖、烹饪、洗涤和电厂（见 图表）。如果想在最大程度上实现节能，则 煤炭、石油、天然气和生物质能的需求将分 别降低31%、47%、40%和40%，每年能减 排135亿吨二氧化碳。若这一节能模式被证 实经济可行，其将影响能源供应体系的方方 面面，而在做出关乎未来能源供应决策时也 需对此模式引起重视。 11BP 技术展望 能源与技术 | 挑战与变革 通过改进14项不同技术的能效，挖掘节能潜力 23 EJ 家庭用热 (空间加热) 3 EJ 空运 (客运) 铁路运输 （客运） 0.3 EJ 航运 (货运) 4 EJ 16 EJ 工业用热 (空间加热) 6 EJ 卡车 (重载运输) 16 EJ 照明设备 9 EJ 柴油机 16 EJ 烹饪 41 EJ 汽车 (轻载客运交通—发动 机除外) 汽油机 18 EJ 18 EJ 家用锅炉 18 EJ 火力发电站 (经蒸汽涡轮) 12 EJ 家庭洗涤 更好地使用能源 本研究对35项技术进行了分析——从汽车、 发电厂，到家用烹饪和洗涤，列出了目前的 能效范围，并对当今到2050年可获得的最佳 技术加以评估。 节能改进潜力方面排名前10的技术占预计节 能总量的四分之三。 图片越大表示节能的潜力越大。 年节能潜力以标准能量单位次方焦耳（EJ）表 示。1EJ约等于北美2600万家庭年平均能耗或1.6亿 桶石油当量。 （EJ等于10 焦耳） 总节能量的计算追溯至一次能源的能量统计，即不 再需要使用的石油、天然气、煤炭、生物质能、可 再生能源和核能总量。 18 12 BP 技术展望 能源 数字化 数字技术如何改变能源体系? 能源系统的未来将取决于能源生产、电力、交通和供暖等领域的广泛 技术变革，但是有一个共同的因素正推动着能源生产、加工和使用领 域的转型，而这就是数字创新。 数字技术的影响 我们预计，随着数字工具（包括传感器、超 级计算、数据分析、自动化、人工智能等） 依托“云”网络而得到应用，到2050年能源 系统内各分支的一次能源需求和成本将降低 20-30%。 右图: 增强现实——可穿戴技术，如一名BP员工所使用的“智能眼镜”，是制造业数字化的一部分。 1.4 数字技术 13BP 技术展望 能源与技术 | 数字技术 能源行业正在经历又一场变革，有人称之为 继蒸汽、电气和自动化革命之后的“第四次 工业革命”。数字化正与有形资产和系统相 融合，形成一个一体化的网络-现实空间， 即“物联网”，而应用日益强大且智能的软 件，又可对“物联网”加以监测和控制。 能源行业数字化的构成要素包括了各类传感 器，它们收集数据流，通过监测诸如石油钻 机、炼油厂、车辆和发电系统等机械系统， 为其提供数字化表达。 “大数据”软件对传感器网络所生成的海量 数据加以迅速处理和分析，使人们能够在作 业前和作业期间进行模拟，进而对结果进行 建模和优化。 第一次工业革命见证了蒸汽机的问世和制造业的机 械化。第二次工业革命开启了电气化时代。第三次 工业革命依托软件或机器人技术，让制造业的全自 动化流程成为现实。第四次工业革命集前三次革命 之大成，数字系统将被用于检测和控制物理和生物 系统。 数字化——第四次工业革命 第四次工业革命预计将对众多行业产生深远影响。 机器智能的充分潜力是难以估量的。有人甚 至预言，在某个所谓的技术“奇点”，计算 机将比人类更聪明——至少在某些方面是如 此。 数字技术的演化有时被描述为“四个视域”， 而每一个视域都对能源行业具有深刻影响。 能源行业已经跨越了第一视域，例如，人们 应用机器学习算法建模，进而对系统行为加 以描述和预估。这些模型可分析并比较来自 传感器的数据集，进而完成各式各样的任 务，例如发现潜在的油气储量，或探测某个 设备何时需要维护。 石油行业长期使用数字处理技术，结合运用地震技术所 得到的数据，最终绘制出油藏的图像。 vcvv 第二次革命 19世纪 第三次革命 20世纪 第四次革命 21世纪 第一次革命 18世纪 水/蒸汽 电气化 自动化 数字化 14 BP 技术展望 第二视域包含了一些已在某些部门部署的技 术，但它们在能源行业的应用更为广泛。相 关的系统包括互联网汽车、先进成像和区块 链（为交易、追踪和审计提供便利）。 第三视域包括了在某些行业已经形成、并且 有潜力应用于能源或其他行业的创新技术。 自动化智能机器和认知计算都属于这一范 畴。两者都是人工智能领域的发展趋势，它 们不仅限于针对特定问题的机器学习能力， 而是通过交互吸收人类知识，能够处理不精 确、不一致的信息，并且模仿更加复杂的人 类思维过程。 第四视域包含了那些方兴未艾的技术，它们 的潜力才刚刚为人所知。此类创新技术之一 是量子计算，这是一项正在开发中的处理技 术，运用概率分析加快计算时间。另一个此 类技术是光保真技术（LiFi），它利用光以 超高的速度传输数据。 一个机器人正骑着一辆摩托车，以测试嘉实多润滑 油——采用机器人可提高测试的可重复性和安全性。 BP位于美国休斯敦的高性能计算中心，这里拥有全世界最大的商业研究超级计算机之一。 15BP 技术展望 能源与技术 | 数字技术 对 能 源 领 域 的 潜 在 影 响 量子计算 生物芯片 先进 3D 扫描 智能PPE 协作机器人 先进 成像 区块链 互联网 汽车 自动化 智能机器 基础机器 学习 器视觉 AR/VR—混合 现实 认知 计算 高级显示 （如全息影像） 视域 3 正在其他行业发展 隔热 量子 计算 深度（机器） 学习 四个视域 第一视域已经与能源行业广泛交叉；第二视 域上的技术已经部署于相邻行业；第三视域 包含了正在形成中的创新技术；第四视域上 的技术处于早期阶段，人们才刚刚意识到它 们的潜力。 视域 1 目前已在能源行业 使用 视域 2 已应用于相邻行业 视域 4 早期技术 无线能量传输 光学计算 量子传感器 LiFi 自愈机器 自动驾驶 车辆 身体传感器 支柱性数字技术 传感器；模拟；大数据；最优化； 高速互连；无线；5G；网络安全。 数字化转型 来源: BP AR：增强现实 LiFi：光保真 PPE：个人防护设备 VR：虚拟现实 WiFi：无线保真 16 BP 技术展望 Introduction | The dual challenge 外部视角 智能拥有各式各样的形式。从章鱼神秘的大 脑、蚂蚁的群体智能，到Go-playing深度学 习机器，再到无人驾驶汽车，智能堪称最强 大、最宝贵的现有资源。人工智能（AI）近 年来取得了重大进展，但其作用绝不仅限于 赢得几场比赛或是驾驶汽车，它带来了数不 胜数的机遇，可帮助我们创造一个更加美好 的世界。能源就是AI可以发挥作用的领域之 一，包括油气行业的现代化。这一领域关乎 全球格局，蕴含着丰富的机遇，它对环境保 护、高效探索能源资源、工作安全以及可靠 的决策诊断都具有重要意义。 我们生活在一个数字世界中，万物皆可存在 联系。关键在于获得有可操作性的智能信 息——让经过分析的数据帮助人类作出决 策。因此，一项重要战略就是植入智能，让 决策能依据传感器进行，而非仅仅依赖于向 数据总部“回拨”。设想一下，将智能传感 器安装在钻头上，它可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 进行检查。 下游领域正在使用认知人工智能技术对油轮 加以追踪，由此确定油轮何时离港、前往什 么目的地、装载多少石油或液化天然气 （LNG）。对装运的货物、目的炼厂和抵达 时间加以预测，有助于交易员进行更加明智 地决策。 消除港口调度运营方面的障碍，离不开一种 罕见的机器智能，即认知智能，也就是像人 类一样推理思考。这需要将有关多主体调度 的关键认知能力，与被动补救、资产管理、 马克·詹姆斯（Mark James） Beyond Limits首席技术官 能源行业人工智能的前景 智 能 堪 称 最 强 大 、最 宝 贵 的 现 有 资 源 ， 但 是目前仍存在大量尚未开发的潜力，而这些 潜力将让世界变得更美好。开发的关键在于 获取有可操作性的智能信息——这个万物休 戚相关的数字化世界可利用这些信息来生成 数据。 欲了解更多关于人工智能的信息， 请浏览: www.beyond.ai 合规、诊断学和预测学相结合，确保无缝的 自主运营。 最后，我想对一个技术趋势作出预测：我认 为将智能植入硅晶片会变得日益重要。世人 可能认为AI会在某些庞大的计算机上运作， 如某些科幻电影所描绘的那样，但是这种方 法已经过时了。在不远的将来，你或许将见 证一门技术的兴起——将真正的智能植入几 块微小的硅晶片。与电子管向微电子的转型 相比，这项技术将更具颠覆性。 在更广泛的意义上，就能源行业的AI前景而 言，认知系统将有一席之地。它能够更智 能、更流畅地与人类专家互动，并提供明确 的解释和答案。总而言之，将来你会看到被 赋予珍稀智能的系统，并与之一起工作。 2 能源生产与消费 18 BP 技术展望 近年来，油气部门迎来了一场“页岩气革命” 而水平钻井和水力压裂等技术正是这场革命 的幕后功臣。与此同时，可再生能源技术也 在迅猛发展。 本报告的分析以油气为重点，着眼于技术如 何继续增加可利用的一次能源总量并降低生 产成本 。有关可再生能源的内容在电力章节 也有所讨论。 见第2.2节 技术如何改善能源生产和加工? 为满足需求，能源行业利用技术对一次能源资源（包括石油、天然气、 煤炭、用于核电的铀、生物质能、太阳能和风能）进行勘探、生产和 转换。 从最初的油井到最新的风力发电机，技术进步不断推动着能源发现和 生产方式的进步。预计未来数十年将有更多新技术问世。 一次能源 与生产 上图: 在美国的一处陆地钻井，先进的钻井技术释放了致密页岩资源的潜力。 右图: 巴西一座工厂的发酵罐，这座工厂利用甘蔗生产生物燃料。 2.1 资源与生产 ， 19BP 技术展望 能源生产与消费 | 资源与生产 技术可采（2016） 新发现 通过提高采收率实现 至2050年的预计油气需求范围 1.8 Tboe 4.9 Tboe 0.7 Tboe 1.8-2.5 Tboe 满足能源需求的潜在新选项 当前全世界已发现的油气资源足以满足2050年的需求——但是技术发展可能催 生一些替代选项来使成本更低和/或降低环境影响。 富饶的能源资源 目前全球已发现的油气资源为55万亿桶油当 量（Tboe）。据此，我们预计通过当今的 技术，可对其中的十分之一进行开采，即 4.9 Tboe。 随着技术的不断演进，到2050年，可开采 总量将增加约三分之一，达到7.3 Tboe。这 一数量足以满足至2050年全世界的预计需 求，即1.8至2.5 Tboe。 然而探勘和技术开发仍然具有重要意义，因 为它们能够发掘比现有资源更加经济、环境 足迹更低的资源选项。在一个油藏的生命周 期里，其油气产量呈自然下降的趋势，而我 们的分析支持了国际能源署的预测观点，即 为了实现足以满足油气需求的产量，全行业 每年需要约6000亿美元的投资——这一数字 考虑了为实现《巴黎协定》而出台的政策和 承诺对油气生产的影响。 尽管到2050年世界经济总量可能翻一番， 人口可能由现有的约75亿增至98亿，除了 可再生能源、核电和煤炭之外，仍有不少 可满足全世界需求的选项。（目前煤炭仍 被广泛使用，据预测煤炭消费已趋于稳 定。） 采收率提高、油气新发现和技术可采资源增加三者相结 合，有望满足未来的潜在需求。图片仅供参考。 据预测，利用当今技术可开采的油气资源为4.9万 亿桶油当量（Tboe）。到2050年，随着技术不断 演进，可开采油气总量将达到7.3 Tboe ，这为满足 1.8至2.5 Tboe的预计需求范围提供了新的可能 性。 来源: IHS Markit 和 BP 20 BP 技术展望 技术如何解锁油气资源 技术可采的油气资源 (2016 年与 2050年) 目前，中东地区拥有最丰富的石油资源，而俄罗斯及其他独联体国家 （CIS）拥有最丰富的天然气资源。 到2050年，技术发展有望使石油可采储量和天然气可采储量分别增长约 50%和25%。 中 东 独联体 亚洲及太平洋 北 美 南 美 非 洲 欧 洲 95 486 1032 485 123 533 289 146 104 401 165 73 19 82 54 16 233 471 237 154 444 354 176 64 28 117 202 94 来源: IHS Markit 和 BP 21BP 技术展望 能源生产与消费 | 资源与生产 油气资源 大约三分之二的可开采油气资源为常规油 气，这是因为它们借助诸如注水等方法可以 自然流向地面。其余的资源则被称为“非常 规”油气，需要改变流体或储集岩的物理性 质方可开采。 非常规油气资源包括页岩油（在纹理细密 的岩层所发现的石油）、致密石油和天然气 （在低渗透性和低孔隙度的储集岩所发现的 石油和天然气）、油砂（含有稠油的砂子或 砂岩），以及油页岩（需加热产油的页岩）。 未发现资源除外 位于阿曼的Khazzan气田 —— 我们的模型显示，在2050年的低碳世界中，天然气需求将依然强劲。 2016 石油 (Bbbl - 十亿桶) 2050 石油 (Bbbl) 石油 2016 天然气 (Bboe - 十亿桶油当量) 2050 天然气 (Bboe) 天然气 潜在增量 在2018年《BP世界能源展望》中，BP 的经济分析显示，在一个旨在实现《巴 黎协定》目标的系统中，到2040年石油 和天然气将为世界提供40%以上的能 源，正如国际能源署的“可持续发展情 景”所述。（《巴黎协定》目标即指将 全球平均气温升高限制在前工业化时期 水平之上的2摄氏度内。）在政策和技术 按照近期态势演化的情景中，BP的分 析显示对天然气的需求将持续增长至 2040年，而石油需求在经历一段时间的 增长后趋于平稳 。这反映了交通领域的 能效将大幅提高，而电力、交通和供热 领域的天然气需求仍然强劲。利用碳捕 获、利用与封存（CCUS）技术，可对 天然气进行脱碳。 中 东 独联体 亚洲及太平洋 北 美 南 美 非 洲 欧 洲 95 486 1032 485 123 533 289 146 104 401 165 73 19 82 54 16 233 471 237 154 444 354 176 64 28 117 202 94 22 BP 技术展望 得益于技术进步，油气平均生命周期*成本有 望降低。 ~30 % 在BP的办公场所，地质科学家对依据地震数据制成的地底图像进行检查。 供应成本 不同石油类型和天然气资源的生命周期成本 差异显著，这具体取决于多个因素，包括开 采的复杂性、油藏的深度和规模，及其地理 条件等。 影响成本的因素还包括监管激励、税收、物 流等，但它们不在本分析的范围之内。 成本范围中的各项资源之间存在着越来越激 烈的竞争。 如后文所示，我们的分析表明，技术进步可 在改善油气获取和降低生产成本方面扮演重 要角色。 *油气田生命周期内开发和运营的总成本。 23BP 技术展望 能源生产与消费 | 资源与生产 更低成本，更多能源 2016-2050年因技术进步导致的潜在增量和成本降低。 总量 成本 2016 2050天然气 20 40 60 80 0.8 1.0 0.4 0.6 0.2 0 陆 上 北美 页岩气 浅 水 超深水 非纯 北极近海 RoW 页岩气 煤层气 致密气深 水 2016 2050 石 油 20 40 60 80 0.8 1.0 0.4 0.6 0.2 0 油页岩RoW致密/ 页岩油 油 砂北美致密/ 页岩 油 超重油深 水海 上 重 质 北 极 近 海 超深水浅 水海 上 重 质 海 上 成 熟 陆 上陆 上 成 熟 $/bbl Tbbl 总量 成本 $/boe Tboe 此处显示的资源总量不受技术和经 济以外的因素影响，如政策因素。 数据不包含未发现的资源。 成本为全生命周期总成本，未折 现，即不因资本成本（如通货膨 胀）或其他因素而扣减。 NA: 北美地区 RoW: 世界其他地区 来源: IHS Markit 和 BP Production and uses of energy | Energy production 24 BP 技术展望 外部视角 尽管近年来取得了技术重大进步，但通常在 一个油田里仅有约35%的石油得到开采，油 气作业中收集的所有数据中也仅有约3%得到 应用。由此可见，技术在推动能源行业转型 方面仍有广泛潜力，包括降低资本支出、削 减运营成本、增加产量和油藏采收率。 借助数字技术和实体的发展，这场转型正在 如火如荼地进行。 例如，通过收集海量数据、将实体和虚拟资 产进行数字化组合并实时预测资产参数，油 田可靠性得以优化，效益也得以提升。此类 系统将来自成千上万个传感器的数据加以整 合，提供了实时的可视性和颇有见地的预测 分析。 油井正变得愈发复杂化——具备自我调节和 感知功能，可响应油藏，可自动优化生产， 将干预要求最小化，降低每桶油的总成本。 自动化和数字化还使检查和维护作业受益。 目前，许多检查任务由人工开展。这一做法 不仅耗时、昂贵，而且充满危险，经常发生 停工检查的情况。 得益于机器人、高性能计算和人工智能等技 术，机器能胜任越来越多的任务，而且它们 干得比人类更出色。近期推出的无人机系统 可将检查时间从一个月缩短至几天，省去了 利用绳索和起重机的烦恼。 在基础设施方面，由复合材料制成的非金属 柔性管使得将油气从海上油田输送至地面 的“立管”得到了革命性的进步。这种新型 的管道重量更轻（减重达30%）、系统更精 简、成本更低（成本降低20%），且风险更 小。 在其他方面，随着可再生能源的产能提升， 预防能源间断的储存系统将迎来越来越大的 需求。液态空气储能（LAES）和压缩空气 储能（CAES）系统将提供规模更大、时间 更长的能量储存选项，容量可达5-200兆 瓦。 以上所列的颠覆性技术仅仅是初露锋芒的新 兴技术中的一小部分。其他此类例子还包括 增材制造或3D打印、分子及纳米科学、新式 的碳捕获技术、以及能量回收领域的进步。 这些技术汇集到一起，将注定推动工作实践 现代化，提高效率，降低成本，为能源行业 带来新面貌。 詹姆斯·海伍德 （James Haywood） 全球增长战略及战略规划总监 贝克休斯（Baker Hughes），通用电 气下属公司 2050年的能源生产 欲了解更多有关贝克休斯的信息（BHGE）， 请访问: www.bhge.com 技术在推动能源行业转型方面仍有广泛潜 力，包括降低资本支出、削减运营成本、增 加产量和油藏采收率。 25BP 技术展望 能源生产与消费 | 资源与生产 提升油气资源可得性 在一些领域，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。我们预计，地震 成像技术将得到进一步发展，对所获取的数 据加以处理和解释的能力也将进一步提 高。“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 人员更好地优化井位。 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 的盐度、使用纳米粒子等，对既定方法提供 了补充。我们的预测显示，到2050年IOR/ EOR 能够额外带来约5000亿桶石油，使剩余 可采资源总量增加约10%。 油井技术的发展为增产、完井和干预带来了 新的可能，有望促进资源总量的提升。这将 为依靠大量油井进行开发的资源（大多为非 常规资源）带来最大的福音。 降低油气生产成本 我们预测，到2050年技术有望将各类油气资 源每桶油当量的平均生命周期成本降低30% 左右。 资本最密集的资源类型在成本削减方面效果 最为显著，例如深水或超深水资源，以及那 些需要大量钻井的资源，例如包括致密油和 页岩油在内的非常规资源。钻机和平台的设 计优化，以及海底和出油管线技术的发展，