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林伯强《能源变局

15-05-08 12:05 3561次浏览
天汉
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1973年的石油危机对美国的打击,使得美国从无节制挥霍国际石油资源,改变为谨慎应对危机,由尼克松政府首次提出了国家“能源独立计划”,旨在加快国内能源资源开发,希望依靠自身力量满足国家能源需求,其本质是进口石油依赖减少或降低到对国家能源安全和经济稳定不造成较大影响的程度。

此后,美国历届政府都持续追求“能源独立”,并不断发展和完善相关政策,涵盖了联邦和州法案、产业计划、专项条例等多个领域。关键性的能源政策大致包括:1974年尼克松的《独立运动计划》、1975年福特的《能源独立法案》、1978年卡特 的《国家能源法》(系列法案)、1987年里根的《能源安全报告》、1991年老布什的《国家能源战略》、1997年克林顿的《联邦政府为迎接21世纪挑战的能源研发报告》,2001年小布什的《国家能源政策报告》,以及奥巴马政府的《能源安全未来蓝图》和《2011年战略规划》。从战略和政策演变看,美国能源 独立战略思路经历了一系列转变,从需求管理到供给管理,从石油天然气供给保障到发展非常规油气和替代能源,从政府的积极干预政策到主要依靠市场力量配置能源资源的政策。

2013年全球原油国际贸易主要流向(单位:百万吨)

来源:BP,statistical review of world energy 2014

经历40年的发展、修改和完善,美国建立了完善而系统的能源安全政策体系,包括政策主体、决策进程、制度保证、法律保障等庞大体系,总体上是制度化、机制化和法制化的产物,其战略与政策具有延续性和可预期性。事实上,美国能源安全政策的基本框架、政策目标、政策重点和政策工具、措施和手段等都已经成熟且体系化。在政策工具上,则涵盖经济、政治、外交、军事等手段。客观地评价,美国的能源安全战略和政策在保障国际能源安全、国际能源市场的稳定和平稳发展方面,都起到了积极作用。

近年来,美国的“页岩气革命”所取得的出乎意料之外的成功,为其实现“能源独立”提供了可能性和广阔前景。2013年美国页岩气产量接近3000亿立方米,而2013年中国天然气总消费量仅仅为1676亿立方米。2010年美国石油对外依存度首次降到50%以下; 2012年美国原油产量增至890万桶/日,其国内原油产量已经能够满足国内83%的能源需求;2013年美国一次能源自给率达到了83.7%。

一个国家的能源独立不是说这个国家所有的能源消费都自己生产满足,而是说这个国家能源对外依存可控,其宏观经济、社会稳定和外交政策不为能源依存所影响(绑架)。IEA预测,至2035年美国将成为天然气净出口国,石油进口可能降低到30%以内,此时美国”能源独立”可以基本实现。相反,IEA预测,到2035年中国石油 对外依存度可能会接近80%,而本项目研究预测中国天然气2035年对外依存将接近50%。

美国”能源独立”将影响中国主要油气进口国的地缘 政治环境和稳定。美国对国际石油市场的依赖给其能源和外交政策带来了矛盾和冲突,这一情况在中东、伊拉克、里海油气运输管道等问题上得到了典型体现。这使得中国能源安全也可能受到“美国其他外交政策的优先目标”的影响,如伊朗和苏丹等问题。随着美国“能源独立”的逐渐实现,美国一方面可能会松动以往对中东产油区“维稳为主”的基本战略,进而使中东未来局势更加动荡;另一方面可能会加大对伊朗和苏丹等美国眼中的“问题国家”,但同时也是中国重要石油进口国的制裁和打击力度。上述两方面都会给中国能源安全带来较大负面影响,并导致中美在部分国际问题(如伊朗核问题等)上的战略冲突。

美国”能源独立”将削弱中国能源进口通道的安全性。在世界六大石油运输咽喉要道中,中国能源进口至少严重依赖其中两个:霍尔木兹海峡与马六甲海峡,且目前这种依赖有增无减。美国依靠强大的军事实力维持着上述通道的安全,这意味着中国的能源生命线严重依赖于美国的政治和军事保障。在中国缺乏相应手段维护海上主要商业航道安全的情况下,中国石油供应的“低可靠性”是显而易见的。随着美国“能源独立”和对上述通道依赖程度的下降,美国维持这些通道的“可靠性”努力是值得怀疑和警惕的。从维持全球霸权的角度看,虽然美国撤离上述通道的可能性比较小,但也不排除美国利用“中国进口石油的脆弱性”的可能性,尤其是当中美出现矛盾和冲突时。

美国”能源独立”将强化中国应对国际能源价格波动的脆弱性。美国“能源独立”对国际能源价格的影响有两个方面。一方面,可能会强化美国对国际能源价格的控制,主要体现在美国将增加对国际油气市场的供应;另一方面,也可能会减弱美国对国际能源价格的控制,主要体现在美国越来越依赖国内能源供应,从而忽视维护国际能源市场稳定,甚至有意利用国际油价的不稳定。上述两个方面都意味着中国将越来越暴露于国际油气市场波动风险之中,对中国获取可预期的、稳定价格下的油气供应产生不利影响,从而强化中国应对国际能源价格波动的脆弱性。

不同天然气种类产量——历史及未来预测数据(单位:万亿立方英尺)

资料来源:美国能源署(EIA):Annual Energy Outlook 2013 Reference Case Natural Gas Production by Category

美国”能源独立”将增加中国应对全球气候变化的压力。美国“页岩气革命”对其能源消费结构产生了重要且长期的影响。美国借助页岩气,近年来已经成功地减排大约3亿吨的二氧化碳,其趋于清洁化的能源消费结构将使美国有条件更积极面对全球气候变化问题。在气候变化谈判领域,美国强调“共同的责任”,而中国坚持“共同但有区别”的减排原则。这一根本分歧将会随着美国“能源独立”而得以强化,使中国在工业化城市化尚未完成时,就面临更加紧迫的大气污染减排问题。

美国”能源独立”将由于“亚太再平衡战略”而恶化中国周边安全环境。历史上,由于美国对国际油气资源的严重依赖,其大量军事和外交资源用于维持国际油气资源的供应和价格稳定上。美国“能源独立”使其有更充足的资源和更多的灵活性投身于“亚太再平衡战略”。尽管美国一再声称该战略并不在于遏制中国发展,但近两年的实践表明,它在客观上的确恶化了中国周边安全环境。可以预期,随着美国“亚太再平衡战略”的推进,维护周边安全将牵制中国更多的经济和外交资源,给我国的经济发展和能源安全带来负面影响。

美国”能源独立” 将使得美国“再工业化”战略得于实施,对中国经济发展和出口产生负面影响。美国“能源独立”的一个重要结果是,国内油气资源价格尤其是天然气价格迅速下降,并带动整体能源成本的持续下降,为其推进“再工业化”战略提供了较低成本的能源动力。由此,美国能源价格尤其是天然气价格持续下降,其降幅已经超过了80%(与2008年相比),是目前全球最低水平。美国是中国最大的贸易伙伴和竞争对手,据调查,已有相当多的美国跨国公司表示有意向或已经将生产车间由中国转回美国。在中国产业结构升级尚未完成之时,上述趋势将对中国经济发展和出口产生负面影响。

中国政府应该制定应对方案和完善能源安全战略。随着中国对国际油气资源依赖程度的加深,能源安全日益成为国家重要利益, 美国“能源独立”的潜在影响不容忽视。当前,中国的能源安全战略不完整、不统一,在实践中也多变、易变。建议评估美国“能源独立”的潜在影响和借鉴美国经验,制定应对方案和完善能源安全战略(包括具体的能源规划和路线图),并将能源安全上升为国家法律。可考虑制定《国家能源安全法》,涵盖基本框架、政策目标、政策重点和政策工具、措施和手段等,在综合已有法律法规(如《清洁能源法》)的基础上,吸收相关政策措施,如石油战略储备制度、能源进口多元化、能源国际合作等。

中国应该坚持国内节能减排和拓宽国际油气资源来源渠道“两条腿走路”的方针。将节能减排由政策上升为基本国策,使各级政府投入更多的精力和资源实施节能减排、改善环境,在建设“美丽中国”的旗帜下,扎实做好节能减排。另一方面, 中国需要尽快拓宽国际油气资源来源渠道。最近中俄签署的天然气协议是中国天然气进口多元化的重要一步,基本完成了中国天然气通道的“四角战略”(西北、西南、东北及海上(LNG)通道)。然而,在拓宽国际油气资源来源渠道的过程中,很难避免与美国利益的交汇和融合,为了尽快完成中国国际油气资源来源渠道的布局,需要争取时间,因此,要尽可能防止在寻找油气资源中和美国发生冲突。

中国应该通过能源企业“走出去”和积极运用市场机制,构建我国能源安全市场化体系。与拓宽国际油气资源来源渠道相配合,海外“份额油”是中国能源安全的重要组成部分,也是导致中美能源冲突的矛盾点,事实上并非所有的“份额油”都会运回中国。中国应强化能源企业“走出去”的商业色彩,并通过多种场合游说美国(和其他国家)尊重中国“走出去”战略,可以减少中国“走出去”的难度。另一方面,国内要加强市场机制安排,打破油气垄断、支持民营资本参与能源走出去战略、扩大油气资源开采中的金融支持等,通过市场方式提高中国能源安全。能源“走出去”战略还应该包括深化合作双方的利益共享机制,既可以降低风险,又可以避免落入“资源掠夺方”的口实。

中国应该开展积极有为的能源外交。广义的能源外交包括:国际能源对话、多边合作机制、支持能源企业“走出去”等等。中国能源外交的战略思路可以考虑:设置能源事务协调的常设机构,该机构可由国安会领导,主要职责是强化能源安全中的事前预防和事后处理能力;将能源外交纳入外交部的核心工作任务之一,通过外交手段,尤其是与能源输出国发展良好、稳定的关系等来降低能源安全风险,同时也为能源企业“走出去”铺路搭桥;强化中国能源政策的国际宣传,通过利益共享、关注环境等友善行为破解国际社会对中国能源“走出去”的防范、误解和“攻击”。发展多层次的能源合作关系,根据对中国能源安全重要程度的不同,与供应国设置层次不同的能源对话和合作机制。有效的能源外交不能就能源论能源,应在能源合作中注入经济、文化、环境、民生等合作方感兴趣的内容,提升能源合作的可靠性。而对不稳定的油气供应国,在不干涉内政的前提下,与国际社会积极合作,同时运用中国特有优势提出更为具体、可操作性外交手段,展现负责任、有所作为的大国形象。

中国应该积极研究和落实中美能源合作,减少美国因素的负面影响。中美两国在能源领域的对话和讨论渠道较多,但实际措施较少,这很大程度上源于双方在能源安全问题上的猜忌、怀疑和误解。应着力促成两国在具体实施层面的合作,例如,如果美国同意采取实际措施鼓励本国能源公司与中国公司开展战略合作,中国可以考虑更多地向美国公司开放极具潜力的国内下游市场。又如,在页岩气开采方面,中国可以考虑适当放宽市场准入、提高美国公司的利益分享,吸引美国资金和技术进入中国页岩气市场。总之,通过制度性的安排和具体措施使中美能源关系建立在相互依存的基础上,可以减少美国因素的负面影响,有助于提高中国的能源安全。要重视中美能源技术合作和共同应对气候变化的合作机遇,目前中国政府为改善环境质量的努力和全球应对气候变化的努力是一致的,中美两国在能源和环境领域的合作将使两国乃至国际社会都受益。

2015年管网布局图

资料来源:中国工信部公开资料http://www.miit.gov.cn/n11293472/index.html

中国应该积极考虑加入国际能源安全领域的多边合作机制。目前,美国正努力把中国纳入致力于应对地区和全球性资源挑战的论坛、研讨和国际机构中。但中国的策略似乎更多的是参与和协调,而非制度上加入。事实上,加入多边合作机制,并履行其中的相关承诺,主动积极介入国际能源对话和能源多边合作机制安排,有助于消除美国等西方国家在能源安全问题上对我“单边能源外交”的疑虑和猜忌,也有助于我更及时掌握美国和其他能源生产和消费大国的能源外交动态,以及缓解美国因素的负面影响。当然,在国际重大安全机制安排上,应仔细考量利弊,确保不伤害国家利益。

页岩气支持下的美国“能源独立”初见成效。美国能源价格,尤其是天然气价格的持续下降,其降幅已经超过了80%(与2008年相比),是目前全球天然气的最低价格。这一价格趋势至少已经有两个方面的影响:第一,优化了(清洁化)美国电力 供应结构,降低了美国发电成本;第二,能源成本的下降助推了奥巴马政府的“再工业化”战略,缩小了中美制造业成本上的差距,对其经济稳定和发展提供一定的支持。美国“能源独立”对我国能源安全有可能产生一系列不利影响,中国必须未雨绸缪,尽早作出合理的评估和具体的应对预案。

本文由刘四旦摘编自林伯强编著《能源变局》一书前言部分。近年来,美国的“页岩气革命”所取得的出乎意料的成功,为其实现“能源独立”提供了可能性和广阔前景。随着中国对国际油气资源依赖程度的加深,能源安全日益成为国家重要利益,美国“能源独立”的潜在影响不容忽视。而根据中国石油经济技术研究院的预测,预计2015年中国石油消费对外依存度将突破60%。本书从美国石油产业变化、中东能源政策以及页岩气发展等角度分析美国的能源安全战略和政策,并结合对中国能源安全现状及能源“走出去”的分析,提出美国能源独立对中国的战略影响以及中国能源安全策略的政策建议。
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风痕铭川

15-08-24 08:39

0
@寂听 有钱!
柠檬

15-08-20 22:01

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完了说是咱种桉树太多了,外号叫抽水机,日本禁种,
完了呢 我们种出来是运到日本去生产木浆什么的,

这种桉树记得当初是印尼金光集团在天朝推广的.(记忆有误,只能是大概)
当时很多人反对,从生态破坏等各种角度
没有用.
寂听

15-08-20 19:33

0
我这过去是原始雨林,更远的50年代,有老虎,志史里面写着的。
现在全没了。
风痕铭川

15-08-03 16:07

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黎曼曲面
寂听

15-05-15 11:50

0
@shuijiucha
快来拜见你师公。
寂听

15-05-15 11:49

0
根据现代物理学,物质世界的基本粒子具有波动特征,而波动的基本表达是正弦函数。
学控制、通讯 和图像处理的同行都知道,我们能测到的所有信号,经过傅立叶变换,都可以表示成不同频率的正弦函数之和。
所以可以说,正弦函数是物质世界的本质。
但正弦函数其实就是阴阳共舞,波峰是阳,波底是阴,循环往复。
计算机里的虚拟世界,更是阴阳共舞的结果,因为计算机以二进制为基础,二进制的1是阳,0是阴,所有的信息都可以用0和1的组合来表示。
天汉

15-05-14 22:08

0
华因康是山寨ion torrent的。
 紫鑫科技是山寨Roche 454
天汉

15-05-09 21:01

0
计算机仿真不仅能判定控制系统的稳定性,虽然理论上不是充分条件,但可以不断完善,更重要的是能演示控制系统的控制品质。这样做,李亚普诺夫信徒马上会指责你,对于一个非线性系统,仿真系统的稳定性并不能充分证明实际系统的稳定性。

那么,对于一个实际系统,如果你费尽千辛万苦找到了李亚普诺夫函数,就能保证实际系统的稳定性吗?注意,我们问的是对实际系统,而不是系统的模型。如果系统的模型没有误差,回答是肯定得。但现实中哪个是实际系统的模型是完美的,没有模型差?

对于模型误差,李亚普诺夫信徒还会进一步假设一个误差的描述,一般是一个误差上界,如果对模型加误差上界的模型集找到一个李亚普诺夫函数,就“证明”了系统的鲁棒稳定性!乌拉乌拉!!

问题是你的模型误差上界是怎么找的,能包含实际的模型误差吗?如果不能,所谓的鲁棒稳定性并不能保证实际系统的稳定性,白忙乎了。李亚普诺夫信徒一般是以能找到李亚普诺夫函数为出发点来定误差上界,至于它能否包含实际的模型误差,就管不了那么多了,发表文章最重要。注意李亚普诺夫信徒一般不是建模和辨识专家。

唉,控制专业被李亚普诺夫信徒搞得上不着天,下不着地,to be,or,not to be 成了问题
天汉

15-05-09 20:58

0
对一个控制系统的要求,是在稳定性前提下,达到一定的控制品质。控制品质是指控制器提高系统的响应速度和/或者抗干扰能力。

在控制系统中,只有控制品质产生经济/军事效益,稳定性是一个基本前提。但控制学术界,这两个问题的重要性倒过来了,即重稳定、轻品质。谁让大家都是李亚普诺夫的信徒呢!

李雅普诺夫在1892年发表的博士论文《运动稳定性的一般问题》中给出了稳定性的科学概念和相关理论。论文发表后多年默默无闻。人们对它的兴趣在冷战初期(1953至1962年)开始,因“李雅普诺夫第二定理”被认为适用于航空航天制导系统的稳定性。大量的相关文章开始出现,并进入控制系统文献中。冷战期间美国军方和北约在自动控制领域大量投资,搞控制理论的人经费足够,想搞什么就搞什么,想怎么搞就怎么搞,最后导致了控制学科的数学化。

李雅普诺夫第二定理说,对于一个控制系统,如果能找到一个正定函数,其导数是负定的,则系统是渐进稳定的。定理非常简单,该函数后来就叫李雅普诺夫函数。

运用这一方法可以不必求解系统状态方程而直接判定稳定性。一百多年前,对非线性系统和时变系统,状态方程的求解常常是很困难的,因此李雅普诺夫第二方法就显示出很大的优越性。

经过二十多年的观察,我发现李雅普诺夫第二定理的实用性很值得怀疑。第一,稳定性条件是充分条件,这导致系统控制品质可能很低;第二,对于一个新的控制方法,你要自己找出李雅普诺夫函数,这不是一件容易事。

让我再用模型预测控制(MPC)的历史说事吧。法国的Richalet大约于1977年提出了MPC的一个版本,做了很多成功的应用,但是控制学术界就是不接受,经常拒绝他的文章。在美国,Cutler在1980年左右搞出了DMC控制算法,在石化工业普及应用,产生了巨大经济效益,自己也发了财。但当他把自己的成果写成博士论文申请答辩时,差一点没通过。(这是我最近从一位美国资深教授那里听到的小道消息。)

这两位MPC控制技术的开拓者当初不被学术界接受的主要原因,是他们没有为他们的控制算法提供李亚普诺夫稳定性证明,犯了控制学术界的大忌。这段历史证明,控制学术界对李亚普诺夫的过度崇拜,阻碍了MPC的发展。

到了1990年,MPC技术在石化工业取得巨大成功,控制学术界不得不低头,也开始研究MPC,成了一个新的时髦。(上海交大的席裕庚老师在80年代初就在德国研究MPC,是例外。)

一开始,一些学者试着证明DMC等工业MPC控制算法的稳定性,发现李亚普诺夫理论用不上,因为工业MPC控制算法用的都是有限时域(finite horizon)。于是他们就把原有的MPC算法改成无限时域 (infinite horizon),终于证明了稳定性。乌拉!文章的作者一下就成了控制界大牛。这工作重要吗?对李亚普诺夫信徒,这极端重要。但在工业MPC应用中,大家还是用有限时域(finite horizon)算法。这样的工作让我想起了一个人在黑屋子里丢了钥匙跑到屋外去找,说外面有光亮的故事。

有人领头,就有一大批人蜂拥而上,研究MPC,发表了成百上千篇论文。MPC文章怎么写呢?先提一个MPC算法,不管有没有用,然后找李亚普诺夫函数。找到,赶快去发表;找不到,再想另一个算法。给人的感觉是,发表的MPC算法都是为了能找到李亚普诺夫函数而构造的,从不考虑控制器的品质。

一开始我对学术界抱很大希望,等待着更先进的MPC技术的诞生,因为这里有这么多绝顶聪明的人。但等了二十多年,最后还得自己搞MPC算法。

在一个领域,如果大家都信一个教,迟早要出问题。

那么MPC用户就不关心系统的稳定性吗,稳定性是怎么验证的?稳定性是控制系统的基本前提,工业MPC系统的稳定性是使用计算机仿真来验证的。过去的几十年,计算机建模和仿真技术高度发展,为什么不能用?

可是,李亚普诺夫信徒马上会提出,对于一个非线性系统,仿真系统的稳定性并不能充分证明实际系统的稳定性,我们可以找到反例的。是的,我们知道,但仿真用了成千上万次,实际的反例还没有碰到。我们还要反问,除了李亚普诺夫理论,为什么不研究一下基于仿真的系统稳定性理论?

那万一碰到一次系统不稳定,不就铸成大难吗?下面讲两个故事。

故事一。2003年我在美国一家化工厂做MPC项目,被控对象是几套放热反应器。大家知道,如果放热反应器的反应温度控制不住,太高会引起爆炸的。所以开始做辨识测试的时候我有点紧张。厂里的工程师告诉我,为了防止放热反应器爆炸,装有联动停车机构,某些温度一超过危险点,保护装置就启动联动停车机构,迅速停车,以避免爆炸。所以有爆炸危险的生产装置根本不怕控制系统不稳定,因为防暴停车机构是装在控制系统外面的。这种反应器停车就比较常见了,安全第一吗。对这种装置应用MPC技术的目的之一就是提高反应温度的控制品质,减少停车次数。看看吧,工业界使用没有通过李亚普诺夫稳定性检验的MPC控制器,来提高工业装置的稳定性。这是否有点讽刺意义?

有人会说,这是地上的工业生产装置,航空航天的应用可就不一样了。

故事二。1986年我在荷兰参加一个鲁棒控制会议,当时的鲁棒大牛都来了。德国航空航天研究所的一位控制专家做了一个报告。他介绍说,为了提高飞机的控制品质,他们设计的控制系统会在极短的时间内经过临界不稳定区域。这把大牛们听得目瞪口呆。

那什么样的控制算法才是控制技术中的好算法?

控制品质,即高响应速度和强抗干扰能力。在解决李亚普诺夫理论的保守问题之前,稳定性用仿真检验就可以;鲁棒性也可以不管,这主要是模型质量问题,在建模工作中解决。

那控制理论怎么搞才能有用?

很简单,多下厂看看。如果你想让自己的工作有用的话。
zhu
天汉

15-05-09 20:45

1
本来计划只谈有机系统,但这篇出格一下,谈一下物质世界和虚拟世界。

根据现代物理学,物质世界的基本粒子具有波动特征,而波动的基本表达是正弦函数。

学控制、通讯和图像处理的同行都知道,我们能测到的所有信号,经过傅立叶变换,都可以表示成不同频率的正弦函数之和。

所以可以说,正弦函数是物质世界的本质。

但正弦函数其实就是阴阳共舞,波峰是阳,波底是阴,循环往复。

计算机里的虚拟世界,更是阴阳共舞的结果,因为计算机以二进制为基础,二进制的1是阳,0是阴,所有的信息都可以用0和1的组合来表示。(
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