能源行业正经历被称之为“第四次工业革命”的新一次变革，而数字技术在其中扮演着重要角色。在近日由英国石油公司（以下简称“BP”）发布的最新版《BP技术展望（2018年）》（以下简称《展望》）中，就从能源效率、数字技术、可再生能源、能量储存和脱碳天然气等方面进行深入探索，到2050年科技进步对全球能源系统产生的潜在影响。
《展望》指出，以风电和光伏为代表的可再生能源将在未来全球能源转型进程和优化能源结构中起到积极的推进作用。
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可再生能源持续推动全球能源结构转型
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。《展望》指出，自2010年以来，太阳能光伏和陆上风力发电的成本分别降低了73%和23%，两者正与化石能源进行激烈竞争，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。
BP认为，在这一系列引人瞩目的数字背后，持续进步的技术才是故事真正的主角。例如，新的太阳能光伏电池结构提高了效率、更大型的风机扩大了覆盖地区以及漂浮式风电机组的研发，为海上风电技术的未来开辟了新的局面。
与此同时，
光热产业的竞争力也不容小觑。
《展望》显示，从2017年全球一些地区的竞拍结果来看，光热产业在价格上已经具备能力与化石燃料相抗衡。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，每兆瓦时的成本约为70美元。
对此，国际可再生能源署（IRENA）总干事阿德南·阿明（Adnan Z. Amin）在《展望》中指出，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。有一个事实目前已经日渐明朗：低碳技术不再是能源系统的未来，而是能源系统的当下。
可再生能源整合成本将随规模扩大而上涨
可再生能源除了在推动全球能源系统转型中起到突出贡献外，其竞争力优势也在日益凸显。到2050年，陆上风电将成为中国、欧洲和北美最低价的新增电力来源，太阳能光伏紧随其后。
与此同时，BP指出，应对风能和太阳能具备间歇性特性，如果使用风能和太阳能进行发电，须具备可靠的后备支持，而其他发电形式、电池中储存的能量以及水电站都可以提供此类支持。另外，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，但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”）将会有所增加。
对于上述情况，BP研究建模团队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，并分析了存在两类可再生能源的情形。
分析结果显示，假设在一个北美的电力系统中，可再生能源的份额达到40%，且由风能主导，则每新增1兆瓦时电力所需的整合成本不足5美元/兆瓦时。如果此例以太阳能为主导，则整合成本可达到20美元/兆瓦时。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/兆瓦时，如果以太阳能为主导，则整合成本为55美元/兆瓦时。
BP预测，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，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%份额时同样具备竞争力。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其间歇性。
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《展望》，到2050年，技术持续升级将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%。
新型电池具备巨大潜力
除可再生能源领域外， BP认为在储能领域，未来货物和人员的运输方式将继续发生重大变革。
《展望》指出，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未来同样具备竞争力。
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。
BP表示，其研究团队的计算是基于对于电池成本下降的最新判断和估计，这在一定程度上基于来自大型汽车生产商的数据。60千瓦时的纯电动汽车的每千瓦时电池成本预计将从目前的超过200美元/千瓦时降至2050年的50美元/千瓦时。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。BP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。
此外，《展望》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，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也将具备较好的竞争力。
《BP技术展望》主要观点
观点一
实现《巴黎协定》的目标在技术上和经济上可行。
技术进步可贡献将全球气温上升控制在二摄氏度以内所需碳排放减量的逾70%，但分析表明仍需进一步加快减排进程，其速度应比当前 预测趋势更快。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都在继续发展。然而，分析有力地证明如果没有碳排放定价等重要的政策干预，将无法实现这样一个未来。分析还表明许多潜在技术结构是可以实现的，同时确定了电力部门或将是脱碳成本最低的行业。
观点二
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。
BP分析表明，随着发电机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。
观点三
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。
观点四
能源储存方案在迅速发展。
电力储存技术正迅速发展，尤其是高能电池。这些技术必将降低电动汽车的成本，并增加其行驶里程。高能电池和抽水蓄能发电 的使用也为电力系统的储能提供了新的选择方案。尽管铅酸电池目前是成本最低的电网级储能方式，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。氢也是一种重要的储能方式。
观点五
交通业必将在电动汽车的引领下迎来转型变革。
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。BP预计，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。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。液化天然气对卡车和部分船舶而言预计将成为一种有吸引力的燃料。生物燃料和碳抵消对航空业而言仍是切实可行的解决方案，可帮助该行业实现碳排放目标。
观点六
全世界大部分供热预计仍将由燃气设备提供，尽管旨在削减碳排放的措施可能会有利于使用电力系统供热，以及燃气与热泵相结合的混合供热设备。
燃气热交换器预计在2050年前将持续发挥重要作用。如果按照国际能源署将气温上升控制在二摄氏度的情景减少碳排放，电热泵预计将在中国和北美得到更广泛的运用，而欧洲则更青睐集中供热及混合热泵与燃气锅炉系统。
观点七
在减少温室气体排放的同时满足能源需求增长这一双重挑战中，脱碳天然气技术变得非常重要。
在基于“全球气温上升控制在二摄氏度以内”这一目标而设立的最具经济效益的能源系统模型中，使用CCUS的脱碳天然气得到大量运用，其重要性可见一斑。在这些模型中，此类天然气利用方式在北美和欧洲的发电领域占据了较大份额。若使用CCUS的天然气未得到该等程度的部署，实现未来低碳系统的代价将更加高昂。
观点八
数字技术是整个能源系统内效率提升的最重要推动力，尽管其最大潜力仍是未知数。
数字化正通过智能电网和“互联汽车”等创新技术推动着能源行业的转型。石油和天然气生产将因地震和生产优化等领域的进步而变得更具成本效益。人工智能的发展必将进一步带来变革。数字技术将带来诸多新功能，而不是仅仅帮助提升运营速度和效率。
观点九
天然气和石油将继续发挥作用。
在全世界向低碳经济转型的过程中，天然气作为一种发电、供热和交通燃料的来源，将发挥重要作用。石油也将继续在交通和其他领域得到利用。BP预计每年需要为新项目投入超过6000亿美元的资金，以抵消油气田产量的下滑并满足不断攀升的需求。到2050年，技术预计可将石油和天然气平均生命周期成本降低30%左右。
观点十
能源效率在节能减排方面有着巨大潜力。
BP委托的研究发现，通过应用最好的技术，可节约当前约40%的一次能源消费，减少135亿吨二氧化碳排放。但与此同时，许多 此类效率提升都需要大量投资。一些顶尖技术可在日常能源消费中得到应用，从而实现节能，这包括提升汽车效率、改进建筑设计、增加热泵的使用和使用LED照明。
内容和数据来源： 《BP技术展望》（2018年）
整理：张栋钧