储能电池大规模使用或让化石能源退出历史舞台

 

2017年能源领域的头号新闻是什么？我以为是多个国家先后宣布在2040年前后停止销售内燃机汽车。2017年7月法国政府宣布2040年后法国禁售汽油柴油汽车，一周之后，英国政府也做了类似的宣布。瑞典丹麦挪威等一直在可再生能源领域领先的国家更早宣布了更为激进的汽柴油汽车禁售的计划。让世人瞩目的是。随后中国政府也宣布正在研究禁售汽柴油汽车的时间表。

 

只生产纯电动汽车的特斯拉在量产Model 3前的年产量不过8万辆左右，但在2017年7月其市值一度超过了百年汽车巨人通用汽车公司和福特公司，通用和福特的年产量都数十倍甚至百倍于特斯拉。但投资人相信电动汽车代表着未来。沃尔沃汽车公司在此前不久宣布2019年之后公司发布的新车都将是纯电的或是油电混合动力的，在世界汽车巨头中表现的最为“进取”。2017年我们看到，世界上几乎所有大的汽车生产商都在“触电”，最强大的德国汽车产业，也于2017年下半年在“触电”的问题上“进取”了起来。

 

正是内燃机汽车的出现把人类文明带进了“石油时代”，就像蒸汽机的出现造就了“煤炭时代”。电动汽车、网络和人工智能将会把人类带入一个什么样的新时代？也许今天的我还没有能力来回答，但是我很清楚地知道能源转型是不可避免的，因为人们一直在追求有保障的、更便利的、更洁净的和用得起的能源。

 

高碳能源没有未来

 

能源转型从木柴生物质到煤炭、从煤炭到石油再到天然气，尽管可再生能源在过去十几年增长很快，世界能源结构中化石能源还是主体，占比高达83％（煤炭28％、石油31％、天然气24％），在中国化石能源的比例为86％（煤炭62％、石油18％、天然气6％），在可再生能源发展的结构和速度上中国大有后来居上之势，目前风电和光伏装机的增量和总量居世界首位，新能源在能源结构中的比例也在快速增加。

 

在能源转型的道路上，工业革命以来OECD国家有两个明显不同的发展阶段：1.化石能源煤炭石油天然气比例的改变，近半个世纪以来最明显的变化就是以气代煤；2.可再生能源增长快于化石能源，新增能源消费需求更多用可再生能源满足。

 

从城市到国家到全球，随着人类文明的不断进步，我们意识到了节能减排、能源转型是全人类的事业，必须共同努力才能实现。能源转型的一个明显轨迹是从高碳到低碳再到无碳。煤炭和石油是高碳的能源，这是煤炭和石油的物理化学性质决定的。在化石能源中，天然气化学分子结构里碳的含量是最低的，理论和实测的结果都表明，作为能源燃料的天然气，二氧化碳排放只有煤炭的一半和石油的70％。所以工业革命以来全球能源转型的起点无一例外都是从减少煤炭消费开始的，英国如此、欧洲如此，美国亦如此，中国能源转型也是从洁净使用煤炭和减少煤炭使用开始的。

 

工业革命以来，煤炭是最容易获得的能源燃料，所有国家在工业化启动和发展上升阶段，其主体能源几乎无一例外都是煤炭。中国改革开放40年，经济的高速发展也是靠煤炭支撑，煤炭至今仍是中国的主体能源，煤炭工业对中国经济发展贡献巨大功不可没。印度已经进入了经济发展的起飞期，煤炭在印度现代化发展进程中同样是不可或缺的“主体能源”。中国已经进入了有意识地“以气代煤以电代煤”的能源转型的“初级阶段”，而印度还在增加煤炭消费的阶段。

 

中国煤炭消费于2013年到达峰值，中国煤炭消费达峰是全球能源转型的“大事件”，全球瞩目。中国是世界能源消费第一大国，中国生产和消费了全球一半左右的煤炭，因此中国是世界第一排放大国，排放了全球近30％的二氧化碳。中国是巴黎协定的积极参与大国和坚定执行该协议的负责任大国，从中国政府近几个月出台的文件看，中国政府发展清洁能源可再生能源的决心坚定，措施坚决，尽管国内有声音质疑减少煤炭消费的合理性和可行性。

 

从英国、欧洲和美国等主要发达国家能源转型的历程来看，煤炭时代的终结还会有很长的一段路程，甚至在某些国家会有些反复。上世纪70年代，英国撒切尔政府下了极大的决心、动用了强大的强制手段关闭煤矿以减少煤炭消费，直到40年后的今天，英国才完成了全部煤矿的关闭作业。美国奥巴马政府的洁净能源政策受到了特朗普总统的质疑和挑战，特朗普政府退出巴黎协定，并宣称“他（特朗普）是站在匹兹堡而不是巴黎在讲话”。特朗普对煤炭产业的态度受到了美国部分煤炭产区和相关产业从业人员的欢迎，但就我接触到的能源专家和市场分析人员来看，他们都不认为煤炭工业能够重振辉煌。美国页岩气革命使得美国成为世界第一大天然气生产国，美国已经由天然气进口国转变成为了LNG出口大国，仅从经济的角度上看，煤炭已经失去了与天然气的竞争力。

 

中国国家能源局发布的“十三五”能源发展规划中，天然气被定位为“转型过程中的主体能源”，基于资源禀赋和发展阶段的原因，中国天然气的价格是等值热值煤炭价格的3倍到4倍，增加中国天然气消费受到了经济性的约束。中国特色社会主义强大的政府调控能力是中国能源转型进程的一个有利因素，人民减轻雾霾追求良好生活环境的强烈愿望是加快中国能源转型根本的和最强大的动力。中国目前第二大经济实体的体量、技术的巨大进步和潜力、全球化和“一带一路”倡议的大格局都是中国能源转型势在必行和不可逆转的重要驱动力。高碳能源向低碳和无碳能源转型是不可逆转的世界潮流，也是中国能源行业发展的必由之路，企业家们在规划自己企业的发展战略时应该记住一句说了百年的名言：“世界潮流，浩浩殇殇，顺之者昌，逆之者亡”，高碳能源没有未来。

 

从低密度能源到高密度能源

 

能源转型的另一个轨迹是“低密度能源向高密度能源”的转型。从木柴生物质到煤炭到石油天然气再到核能，能源燃料密度渐次增加的进程很容易了解，这就是同等重量或者体积的能源燃料可以释放更高的热值。低密度向高密度转型的主要驱动力是技术进步。由于技术进步的不确定性和不完备性，低密度能源向高密度能源转型的进程有明显的中断和转折，不像高碳向低碳向无碳转型那么连续和明显。

 

裂变式核电站发展的最大障碍我以为主要是重大事故发生后的处置成本太高，对事故区域影响的时间非常长。三里岛、切尔诺贝利和福岛核电事故对裂变式核电的发展负面影响是巨大的，而且越是后发的事故对行业的影响也越大。德国坚定去核化国家战略的形成其中一个重要原因就是：万一事故发生后的处置成本可能高于核电本身带来的利益，现在的核电技术尚无法杜绝万一的事故，能源发展战略不能置于不发生核电事故的前提之上，这是符合逻辑的选择，即使发生事故的概率是万分之一。

 

为了杜绝这万分之一的风险，裂变式核电的建设成本变得越来越高，经济性又成为了选择核电的另一个负面因素。在核能技术方面人们还在努力，还在追求可实现更高能源密度的技术突破，可控热核聚变技术实现商业运行之时，也许就是人类获得能源解放之日。

 

能源转型的大趋势是清晰的，而且有明显的阶段性。就每个国家而言，能源转型的进程与国家资源禀赋、工业经济的发展阶段、社会文明的发展阶段密切相关。就能源结构而言，中国还处于能源的煤炭时代，但可喜的是已经到达了“峰值期”。美国能源还处于石油时代，其石油消费也进入了“峰值期”。欧洲在能源转型方面走在了世界的前面，可再生能源对化石能源的替代进入了加速发展期，其天然气消费似乎也进入了“峰值期”。

 

风能太阳能为主的可再生能源进入了加速发展期，它们的明显特征是不连续和低密度。风能太阳能的发展似乎并不符合此前“低密度向高密度”能源转型的发展规律，为什么能源转型的规律在这里发生了“断裂”和“折返”？或者是“低密度向高密度转型”的规律根本就不存在，是我对能源转型趋势的“误读”？经过再三思考，我仍然认为，低密度向高密度转型的规律是存在的，出现“断裂”和“折返”原因在于“技术突破滞后”了。

 

自然界的核燃料矿藏的品位是非常低的，经过勘探开采筛选的极高技术的浓缩加工之后，核燃料才成为了能源密度最高的能源燃料。柴油是目前内燃机使用的最高密度的能源燃料，也是经过复杂的勘探开采和冶炼过程的石油产品，是人为的高技术的“加工”赋予了柴油“高能量”。

 

风能太阳能现在被认为是“不连续的低密度”的能源，我以为最重要的原因对其“人为加工提炼”的程度不够，也就是说储能技术突破严重“滞后”了。如果电池储能技术有了重大的突破，当电池储能可以大规模使用时，风能太阳能将会成为“稳定的连续的”电力来源。单位重量的电池储存的电量越多其能源密度就越高，电力的使用也就越广泛越便利。

 

设想一下，当储能电池单位重量的储电能力提高4倍，现在1吨重的车载电池就可以减轻到250公斤左右，加上电机等驱动装置，电动汽车的整个动力系统重量就会和现实的内燃机汽车动力系统的重量大体相当。电池体积重量大规模缩小降低，其充放电效能和效率也必将成倍提高，电动汽车对内燃机汽车的替代速度必将迅速提升。我相信高密度储电电池技术突破之时就是下一轮能源革命成功之日。电动汽车不会终结化石能源时代，高密度储能电池的广泛普遍的使用才会让化石能源退出历史舞台。

 

石油巨头大转身

 

在能源转型不可逆转的大背景下，传统的石油公司都在寻求突破之法和生存之道，壳牌石油公司过去几年的转型之路是非常可圈可点的，今年其完成了对英国BG公司的并购，使其完成了从上下游一体化的石油公司向上下游一体化天然气公司的转型。尽管包括埃克森美孚公司在内的五大跨国石油公司十年前就开始调整油气资产和油气业务的比例，估计到2017年底，五大跨国石油公司天然气的当量产量都将超过其原油的产量，但唯有壳牌石油公司转型天然气上下游一体化公司的战略执行得最为坚决、行动最为迅速。

 

10月13日，壳牌公司宣布收购欧洲最大电动车充电公司NewMotion，该公司在荷兰、德国、法国和英国运营3万多个私人充电桩，为家庭和企业提供电动汽车充电服务，还在欧洲25国为超过10万张注册充电卡提供接入公共充电桩网络的服务。通过这次并购，壳牌公司一举成为了欧洲最大的电动汽车充电服务公司。

 

壳牌公司英国区主席Sinead Lynch女士在一篇文章中解释了壳牌公司进入汽车充电服务的战略考量：交通运输燃料“马赛克化”是走向低碳社会的必然选择，汽油、柴油、LNG、纯电、油电混动、氢燃料电池等等，交通运输领域燃料多元化的背后原因是低碳减排的能源转型大趋势。汽车排放了英国总排放的四分之一，汽车减排，电动汽车将扮演重要的角色。

 

2016年4月，壳牌集团成立新能源事业部。下一步，壳牌是否会通过其遍布全球的加油站网络拓展汽车充电业务，是值得密切关注的战略动态。

 

过去我们常讲，石油具有资源、金融和政治三重属性，煤炭和天然气或多或少也具备这三重属性，而巴黎协定拯救地球的目标又赋予了能源“道德”属性。节能减排、能源转型超越了资源禀赋和经济发展的传统范畴，今天的中国，在全球能源转型中的重要性人们怎么强调都不过分，习近平主席提出我国能源发展的“四个革命一个合作”的战略思想，正在引导中国在世界能源转型中承担起历史赋予的责任。

 

中国石油央企在能源转型中也是极其重要的角色，过去几年壳牌石油公司的转型战略和实践值得我们认真学习借鉴。能源转型留给传统石油公司的时间已经不多了，它们过去竞争的是做强做大，而它们今天要为自己的转型和生存而竞争。