布魯金斯學會：新的能源革命——高科技創新的希望與風險

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加西亞·亞諾賽克，加利福尼亞大學聖迭戈分校全球政策與戰略學教授、布魯金斯學會能源與氣候計劃部聯合主任。

翻譯：尹宏毅，清華大學公共政策兼職研究員。

原載美國《外交》雜誌網站。

全文共4359字，閱讀大約需要9分鐘

• 推動新能源革命的有三個趨勢：複雜系統的更為智能化的管理、更先進的數據分析和自動化。

• 據麥肯錫公司的一項研究報告說，在十年之內，石油和天然氣公司就可能會僱用更多擁有博士學位的數據科學家，而不是地質學家。

• 能源產業即將到來的改造對世界來說基本上是好消息。但是，隨著這場革命的展開，它會深刻改變政治、經濟和環境。政策制定者和商業領袖需要謹慎行事。

在過去十年中，創新使能源產業得到了發展。首先到來的是頁岩革命。大約從2005年開始，各家公司從地下頁岩層源源不斷地開採大量新的天然氣，然後還有石油，利用兩種新技術：水平鑽井和水力壓裂。工程師們研究出如何垂直鑽孔，然後將鑽頭橫過來，沿著頁岩縫鑽探；然後他們用高壓水、沙子和化學藥品將頁岩打碎，以撬開岩石，使油氣資源得以流出。這些技術促使油價從2008年7月的每桶145美元的歷史高位回落到今天不到這一價格的1/3。供應對市場狀況的反應已經變的積極得多，因而削弱了歐佩克影響全球油價的能力。

這只是開始。今天，複雜系統的更為智能化的管理、數據分析和自動化正在再一次改變能源產業，從而提升了能源公司的生產率和靈活性。這些變化已經開始不僅轉變生產石油和天然氣等初級產品的產業，而且改變公司發電和供應電力的方式。一個新的電力產業正在出現——該產業更為分散化，更對消費者友好，並能把種種不同的電力來源融合成為十分可靠的電網。未來幾年，這些趨勢很可能會使能源保持廉價和豐富，使之對市場狀況做出積極反應，並且比以往任何時候都更有效率。

但這種轉變並不簡單。這樣一來可能會破壞一些國家的穩定，因為這些國家的經濟依賴來自傳統能源來源的收入，如俄羅斯、波斯灣產油大國和委內瑞拉等。這可能會損害低技術工人的利益，因為他們的飯碗容易遭受自動化的影響。廉價的化石燃料會使制止全球變暖所需的大幅降低排放量難度增大。

聰明點

推動新能源革命的有三個趨勢：複雜系統的更為智能化的管理、更先進的數據分析和自動化。第一個趨勢使公司的效率大大提高，同時得以在日益複雜的地質環境中鑽探石油和天然氣。例如，從大約十五年前開始，成像技術領域中的進展使公司更容易在墨西哥灣和巴西近海等深海水域找到石油儲藏。但是，由於石油和天然氣公司急於開採這些資源，在深海水域並透過厚厚的沉積物和基岩進行作業的技術要求使成本上升。到2014年，新的深水項目的成本非常高，因而許多項目只有在油價接近每桶100美元的時候才盈虧相抵。隨著油價從2014年初每桶超過100美元暴跌到2015年1月的不到50美元，許多項目陷於停產。到2016年初，各家公司叫停了新的日產石油當中的大約400萬桶，其中40%來自深海來源。

隨著鑽井停滯，急於削減成本的石油和天然氣經營者開始重新考慮自己所使用的複雜系統。一些成本節約方法很容易找到：活動的減少意味著，一度稀缺的關鍵設備和勞務現在處於閑置狀態。例如，租用石油鑽機的日常成本下降了一半。但石油產業還通過生產率的根本提高削減成本並提高績效。更簡單、更標準化的設計使鑽井和生產平台更容易複製、成本更低，遭受成本高昂的誤工和建設工期過長損害的可能性也更小。各家公司正在使自己所汲取的經驗教訓在整個行業傳播。例如，殼牌公司最近宣布，它正在把來源於陸上頁岩作業技術，如水平鑽井和對其注水應用於增加深水熟田的產量。

今天，由於這些創新，所以新的深水項目的平均盈虧相抵價格已經下降，在墨西哥灣降到每桶只有40至50美元——該地區是全球石油產業的重要領頭羊，因為它是世界上對市場行情的變化反應最靈敏的地區之一。儘管油價保持低迷（業內許多人也預計其將繼續保持低位），但投資再次增加。僅2016年和2017年上半年就有10個深水項目的投資獲得批准。

複雜系統的智能化管理也正在重塑電力行業。幾十年來，集中式的基礎負荷能源發電機——主要是火電、核能和大型水力發電電站——佔主導地位。但在過去二十年中，各國政府一直為風能和太陽能提供補貼，並推動其進入電力系統，以期實現本國能源的多樣化，創造新的就業機會和減少排放量。到最近為止，這些新的能源來源規模都太小，因而對整個系統沒有太大的影響。

然而今天，由於可再生能源的成本大幅下滑，其在電力供應中所佔比重不斷上升，所以這些來源已經開始使電力市場發生變化。在德國，風電和太陽能發電占電力組合的近30%，在夏威夷約佔1/4。傳統的公用事業公司正在努力適應情況的變化。今年3月，加利福尼亞的電網運營商關閉了該州可再生能源電力當中的80千兆瓦小時，因為該電網無法應對每天下午太陽能發電的激增。由於沒有更大的電力存儲能力，所以更大幅度的削減將會發生。在德克薩斯州等許多地方，刮大風時，電價偶爾呈負數，但人們不需要過多的電力——換言之，企業為了顧客使用其所發的電而向顧客付款。未能預見到這些變化的一些公用事業公司已經倒閉。德國四大公用事業公司的市場估值現在約為十年前水平的1/3，主要因為它們陷入舊的電力系統成本的困境，儘管政府對可再生能源慷慨相助。

可再生能源只是這一轉變的一部分。未來幾年，公用事業公司可能會面臨稱為「微電網」的規模較小的分散式能源系統所構成的存在挑戰。微電網最先出現於幾十年前，受到美國軍方等客戶的推動，因為他們最為珍視的是可靠性，並不介意為其支付更多的錢：軍事基地必須保持運轉，即使大批量的電網失靈。早期的採用者還包括遠離常規電網的阿拉斯加等邊遠地區的社區。但現在，微電網卻正在發展到大學校園和醫院等其他地方，因為它們的發電是可靠的，並且常常是為了通過利用垃圾能源來為樓房供暖並製冷，從而節省資金。

燃料電池和蓄電池系統等新技術（用於存儲可再生能源所生產的額外電力），以及更先進的軟體，帶來稱為「納米電網」的更小的系統。沃爾瑪等超大型商場已經開始加以採用。「微微電網」可能是下一個。隨著越來越多的人越來越不依靠傳統電網供電（儘管他們仍然與之互連，以確保可靠性），政策制定者和企業將需要創建新的監管系統和商業模式。紐約等一些州積極歡迎這些變化，大力倡導分散式發電，獎勵投資於開發分散式系統的企業。但是，還沒有任何人制定有關如何使新電網與傳統電力系統相融合的詳細計劃。

嗨，機器人

創新的第二個主要來源就是更好的數據分析。例如，石油公司已經開始利用複雜的演算法來分析大量數據，從而更容易找到石油和天然氣並管理生產。例如，2017年4月，英國石油公司宣布，它已經利用這些方法，在墨西哥灣的一處現有油田又發現了2億桶石油。據該公司說，過去要用一年時間的數據處理現在只需幾個星期。雲處理可以產生數百萬個有關開發油田的場景。企業如果可以評估更多的選擇，那麼油田的產量就可以增加5％，鑽井和開始生產石油所需的投資就會減少30％。該行業還開始利用數據分析進行「預測性維護」，通過分析歷史數據來趕在設備故障發生前加以預測，從而減少非計劃的停機時間。這種飛機發動機等行業所開創的做法，正在幫助降低石油和天然氣鑽機的成本，因為在那裡，壓縮機等旋轉設備在發生故障時會導致代價高昂的中斷。

第三個，也是最重要的趨勢是自動化。在遠海油田，機器人已經開始執行危險任務，例如在鑽井作業中連接管道。這項工作傳統上是由稱為「四處轉悠的工人」的多才多藝的工人進行的。不久后，智能自動化系統就會實現遠程鑽井。這種鑽井幾乎完全由少數位於數百英裡外的陸上數據室中的高科技工作者控制。公司正在開發能夠在海底生存並檢查海上管線和水下設備的機器人。目前，海上石油鑽機通常耗用100-200名員工。這個數字可能會下降。雖然對於發揮需要複雜決策的關鍵安全作用來說，人力仍然是不可或缺的，但自動化將使該行業的勞動力得到改造。據麥肯錫公司的一項研究報告說，在十年之內，石油和天然氣公司就可能會僱用更多擁有博士學位的數據科學家，而不是地質學家。

自動化已經改變了電力行業，因為智能電錶已經使手動查電錶的方法近乎滅絕。未來，自動化以及更好的數據分析，將使管理使用可再生能源（如風能和太陽能）以及更複雜的分散式電網所帶來的供應變化更為容易。這也可以使電網更可靠。在許多次停電中，電網運營商無法實時了解所發生的事情是一大原因。自動化和人機交互的改善能夠使停電大大減少。

然而，創新也可能會帶來新的問題。例如，能源行業中的自動化可能會使政府更難履行其部分傳統職能，如安全監管。當鑽機、生產平台和電網的技術變革緩慢進展時，監管者就能保持工作進度，從偶爾的失敗中學習和借鑒。今天，高度自動化系統的複雜性本身就使觀察和預測其行為的難度大大增加。因此，監管者需要與產業同樣迅速地發展，並研製出預警系統，以識別需要監管的地方。他們需要更迅速地彼此學習。例如，其他國家的監管者可以研究一下挪威近海石油和天然氣監管機構，因為該機構在應對近海油氣產業中固有的嚴重不確定性方面正在變得很嫻熟，他們也可以借鑒美國的核工業，因為美國的核工業已經學會如何在業內利用同行評審來判斷工廠的管理。

贏家和輸家

首先，能源價格的持續低迷可能會削弱許多大型石油供應國的經濟和地緣政治影響力，因為它們在太長時間裡一直依靠自己對世界上幾乎所有廉價石油資源的控制權。作為應對措施，其中一些國家已經開始採取行動。例如去年，沙烏地阿拉伯啟動了《2030年願景》計劃。這項計劃旨在減輕這個王國對石油的依賴，實現其經濟的多元化。政府宣布了關於在明年的股票公開發行時出售國家大型石油公司沙烏地阿美石油公司大約5%股份的計劃。該公司是這個王國王冠上的珍珠。這可能有助於該公司效率的提高。這些改革帶來了巨大希望，也是早該實施的。但它們面臨著重大阻力，能否成功實施還有待觀察。

俄羅斯也必須繼續改革。十年前，俄羅斯政府只有在油價突破每桶100美元時才能平衡預算。然而今天，該國預計到2019年將會在油價僅為每桶40美元情況下平衡預算，儘管政府收入的35%仍然來自油氣資源。但這種情況仍然不穩定，莫斯科將不得不繼續削減支出。其他國家，如安哥拉和奈及利亞，都未能實行充分的改革。能源價格的下跌也促成了這些國家的不穩定。財政上的審慎做法和為外國投資者建立更為可靠的環境會有助於本國工業獲得最新技術，並在國際能源市場上競爭。

在美國，能源革命的深刻影響將遠遠超越廉價能源將會催生的就業機會和經濟增長的範疇。在電力方面，經濟情況越來越有利於開發天然氣和可再生能源，從而使煤炭更為難以競爭，無論政治家們可能如何斷言。煤炭2007年佔美國發電量的將近一半，但2016年卻僅佔30%。大多數煤炭行業的就業機會不會得到恢復。

美國尚未展開有關現代經濟中的工作性質正在如何變化問題的一場知情的公開辯論。能源行業憑藉第一手的經驗目睹了這種轉變，因而能夠說明，勞動力本身怎樣才能適應新的情況。例如，能源公司已經開始弄清如何在工人的職業生涯過程中對其進行轉業培訓，就是隨著電廠控制室和生產平台上的工作崗位轉移到自動化系統的監督方面。教育和培訓也正在發生變化。例如，德克薩斯農業與機械學院即將推出具體以石油和天然氣產業的勞動力為對象的地理空間技術方面的碩士學位。

*2017年6月份，極端氣候引起葡萄牙森林大火，圖為在公路逃離不及的汽車被燒毀后的慘狀

氣候變化也許仍是所有挑戰中最嚴峻的挑戰。據政府間氣候變化專門委員會的最新評估，世界將需要把排放量降低80%左右，如果要想減緩並最終阻止全球氣溫上升的話。最近二十年的首腦會議和談判表明，這並非易事。化石燃料生產領域中的革命可能會使之更難做到，因為碳基燃料的價格相對於排放量較低的競爭對手的價格來說，很可能會保持很強的競爭力。解決辦法在一定程度上在於更多地投資於創新，在2015年底的巴黎氣候變化會議上，世界最大國家的政府紛紛承諾把能源研發方面的開支增加一倍。然而迄今為止，它們並沒有兌現諾言。雖然私營部門的投資有所增長，但在所有工業發達國家，能源研發方面的政府開支將近四十年來幾乎沒有增長。

能源領域中的技術革命所帶來的巨大收益正在到達消費者手中。世界經濟每天消耗的9200萬桶原油與十年前相比每年的價格下降了大約2萬億美元。在美國，能源革命有助於維持經濟增長：從2008年到2014年，價格下降使居民戶每年平均節省了700多美元。能源政策側重於保障原料資源供應，即獲得原油、煤炭和天然氣的時代已經過去。今天，政策制定者的任務是應對廉價而豐富的能源的新世界的影響。

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