王同良 徐 鵬 郝宏娜

（1.中國海洋石油國際有限公司；2.中國海油集團能源經(jīng)濟研究院）

氣候變化是世界各國面臨的共同問題，減少溫室氣體排放是世界各國的共同責(zé)任。為應(yīng)對氣候變化，世界主要經(jīng)濟體已積極行動起來，制定了宏偉的減排目標(biāo)。美國在拜登執(zhí)政后重新加入了《巴黎協(xié)定》，并在2021年4月全球氣候峰會上承諾，到2030年碳排放量將在2005年的基礎(chǔ)上減少50%～52%。歐盟決定，將2030年溫室氣體階段性減排目標(biāo)比例從此前的40%提升至55%，2050年實現(xiàn)碳中和。中國積極實施應(yīng)對氣候變化的國家戰(zhàn)略，將減排目標(biāo)作為約束性指標(biāo)納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃，力爭在2030年前實現(xiàn)二氧化碳排放達到峰值、2060年前實現(xiàn)碳中和，并在2021年全國兩會上，將“碳達峰、碳中和”寫入政府工作報告，為中國的低碳轉(zhuǎn)型之路設(shè)定了時間表。

油氣行業(yè)是全球碳排放大戶[1]。據(jù)國際能源署（IEA）數(shù)據(jù)，2020年全球能源相關(guān)的二氧化碳排放量達到330×108t，其中一半以上來自油氣的生產(chǎn)和使用[2]。美國氣候責(zé)任研究所研究表明，1965―2018年，全球20家化石燃料公司貢獻了全球溫室氣體排放量的1/3，其中油氣公司占17家。碳排放量最大的前7家油氣公司分別是沙特阿拉伯國家石油公司（簡稱沙特阿美）、俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司、雪佛龍、埃克森美孚、伊朗國家石油公司、bp、殼牌，這7家公司合計碳排放量占全球碳排放總量的21%[3]。2021年5月，荷蘭海牙地區(qū)法院裁定，殼牌公司必須在2030年之前將碳排放量在2019年的基礎(chǔ)上減少45%。這是全球首例法院強制要求油氣公司遵守《巴黎協(xié)定》，減少碳排放的判決。未來幾年，大型國際石油公司面臨的氣候訴訟將會顯著增長。油氣行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型壓力日益增大。

1 數(shù)字化技術(shù)助力油氣行業(yè)低碳發(fā)展實踐

油氣行業(yè)的碳排放貫穿于上、中、下游全產(chǎn)業(yè)鏈。以美國為例，2019年，油氣行業(yè)7.82×108t碳排放中，油氣生產(chǎn)排放量為1.37×108t（占比17.5%），儲運排放量為2.38×108t（占比30.5%），煉油排放量為2.03×108t（占比26%），化工排放量為2.03×108t（占比26%）[4]。當(dāng)前，利用傳統(tǒng)技術(shù)節(jié)能減排的空間日益縮小，數(shù)字化技術(shù)將成為能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展、低碳轉(zhuǎn)型的主流[5-7]。據(jù)世界經(jīng)濟論壇評估，以云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能和數(shù)字孿生6項主要技術(shù)為代表的數(shù)字化技術(shù)與石油技術(shù)融合，對石油產(chǎn)業(yè)鏈進行數(shù)字化改造和工藝優(yōu)化，有望減少全球石油產(chǎn)業(yè)15%的碳排放量[8]，相當(dāng)于目前歐盟和美國碳排放量的總和。施耐德電氣公司《2019年全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型收益報告》認(rèn)為，通過完全的數(shù)字化能源管理和自動化，可減少石油行業(yè)20%的碳排放量[9]。據(jù)埃森哲的報告，2016―2025年，數(shù)字化技術(shù)將為油氣行業(yè)減少碳排放量13×108t[10]。隨著數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展和在油氣行業(yè)中廣泛深入應(yīng)用，數(shù)字化減排效應(yīng)正在油氣生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中顯現(xiàn)出來[11]。

1.1 油氣田生產(chǎn)領(lǐng)域

在油氣田生產(chǎn)領(lǐng)域，主要通過數(shù)字化控制和優(yōu)化油田整個生產(chǎn)過程，減少設(shè)備停機時間和油氣生產(chǎn)過程中消耗的電力、蒸汽、水和其他能源的成本，從而有效提高生產(chǎn)作業(yè)過程中的能效[12]，最終實現(xiàn)節(jié)能減排[13-14]。例如，施耐德電氣公司的智慧油田節(jié)能系統(tǒng)可節(jié)省能耗20%～25%，相應(yīng)減少20%以上的碳排放。Equinor公司通過數(shù)字中心支持更好地監(jiān)控能耗，從2008年至今，實施了300多項能效措施，每年減排二氧化碳近160×104t，占挪威大陸架油田運營碳排放量的12.3%。沙特阿美在Khurais油田500多口油井配備了4萬多個傳感器，利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能技術(shù)提高油井生產(chǎn)效率，生產(chǎn)能耗降低18%。在伊拉克祖拜爾油田，斯倫貝謝公司運用Lift IQ生產(chǎn)周期管理服務(wù)平臺，對人工舉升系統(tǒng)進行優(yōu)化，將兩口油井能耗分別降低了28%和34%。ABB公司在9口油井使用智能有桿泵人工舉升系統(tǒng)，增加了50%的產(chǎn)量，減少了30%的能耗。中國石油天然氣集團有限公司（簡稱中國石油）通過油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（A11）實現(xiàn)了中小型站場和部分環(huán)境惡劣的油田生產(chǎn)站點的無人值守、大型站場的減人管控，大幅節(jié)省現(xiàn)場操作工時，提高了能源利用效率。

1.2 煉油化工領(lǐng)域

在煉油與化工領(lǐng)域，主要是通過對煉化裝置智能化改造，提升機組自動化水平，縮短啟停機時間；改進工藝流程，優(yōu)化重點耗能設(shè)備運行效率，從而減少碳排放總量[15-16]。例如，土耳其STAR煉油廠投資7000多萬美元，利用數(shù)字孿生、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)提高了煉廠生產(chǎn)效率，碳排放同比減少17.8×104t，天然氣消耗量減少6%。奧地利石油公司（OMV）利用數(shù)字孿生技術(shù)提升Schwechat煉廠能效，優(yōu)化原油蒸餾裝置的預(yù)加熱線，每年可減少1.8×104t碳排放。美國Valero公司在休斯敦?zé)拸S利用Visual MESA軟件建立公用工程在線優(yōu)化系統(tǒng)，鍋爐熱效率提高0.6%，節(jié)約燃料氣成本1%。韓國石化和聚合物生產(chǎn)商YNCC使用建模解決方案，優(yōu)化整個生產(chǎn)過程的能源消耗和排放，能源消耗和碳排放量減少12%。中海石油寧波大榭石化有限公司開展生產(chǎn)工藝實時優(yōu)化（RTO）系統(tǒng)建設(shè)，提升生產(chǎn)過程智能化水平，芳烴收率提高1%，燃料氣平均單耗下降1kg。普華永道會計師事務(wù)所對石油下游企業(yè)數(shù)字化的跟蹤研究表明，煉化企業(yè)通過數(shù)字化可提高加工量6%～12%，提高企業(yè)效率8%～12%，相當(dāng)于最多可降低12%的單位產(chǎn)量能耗。

1.3 工程技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域

在工程技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域，主要是利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等技術(shù)，建立智能鉆完井和井下系統(tǒng)，提高工程技術(shù)服務(wù)效率和質(zhì)量，縮短工作時間，并由此產(chǎn)生減排效應(yīng)。例如，西門子公司開發(fā)的DP3閉環(huán)電力技術(shù)，可在海上鉆井平臺形成閉環(huán)式電力供應(yīng)，通過數(shù)字化模擬，實時顯示平臺油耗、成本、運營時間、碳排放等數(shù)據(jù)，提高主機操作靈活性和燃油經(jīng)濟性，可降低約11%的油耗量、約20%的二氧化碳排放量。機器人鉆井系統(tǒng)公司與Energid Technologies和Od-jell Drilling兩家公司合作開發(fā)的機器人鉆井系統(tǒng)，集電子鉆井平臺設(shè)備、動態(tài)機器人控制系統(tǒng)與鉆臺機器人于一體，每年每座井架減少40個鉆井日，可有效減少能源消耗和碳排放。美國國民油井華高公司的鉆機集成控制平臺（eVolve）借助地面裝備控制軟件系統(tǒng)實現(xiàn)整個鉆井閉環(huán)控制，在Eagle Ford頁巖地層6口水平井中應(yīng)用，純鉆時間減少37%，有效減少了作業(yè)過程的碳排放。中國海洋石油集團有限公司（簡稱中國海油）建成遠(yuǎn)程鉆井作業(yè)中心和專家輔助決策系統(tǒng)[17]，鉆井作業(yè)提效超過10%，縮短鉆井作業(yè)時間，減少能源消耗。

1.4 工程建設(shè)領(lǐng)域

利用5G、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等技術(shù)對設(shè)計、制造、施工過程進行能耗監(jiān)控和協(xié)同優(yōu)化，是工程建設(shè)領(lǐng)域降低能源消耗、減少溫室氣體排放的重要手段。例如，中國石油化工集團有限公司（簡稱中國石化）以數(shù)據(jù)共享為核心、三維可視化的設(shè)計為基礎(chǔ)，建立油氣田地面工程數(shù)字化集成設(shè)計系統(tǒng)，實現(xiàn)跨平臺、跨地域協(xié)同工作的工程信息與資源共享，有效縮短建造周期，減少現(xiàn)場人員投入和能源消耗。中國石油在中俄東線天然氣管道建設(shè)中，運用SCADA系統(tǒng)作為管道運行的“大腦”，實現(xiàn)了全自動化焊接、自動超聲檢測和機械化防腐補口，工程建設(shè)效率有效提高。海洋石油工程股份有限公司（簡稱海油工程）利用數(shù)字仿真技術(shù)建成了國內(nèi)首個海洋工程數(shù)字化技術(shù)中心[18]，實現(xiàn)海上吊裝、海上浮托、水下生產(chǎn)設(shè)施安裝的仿真預(yù)演，有效縮短施工周期，降低作業(yè)能耗；工程建造管理系統(tǒng)PCMS成功應(yīng)用于“深海一號”、蓬萊19-3等重大工程項目，有效提高項目實施效率，減少了能源消耗和溫室氣體排放。

1.5 銷售貿(mào)易領(lǐng)域

在銷售貿(mào)易領(lǐng)域，主要是結(jié)合區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)倉儲、物流、人員的一體化管理，提升物流運行與倉儲管理效率，優(yōu)化銷售體系，減少貿(mào)易環(huán)節(jié)，降低能源消耗。例如，殼牌貿(mào)易公司向英國區(qū)塊鏈初創(chuàng)公司Applied Blockchain投資，建設(shè)了以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的新型內(nèi)部交易平臺，并于2018年11月正式用于石油衍生品交易，數(shù)字化自動化手段替代了傳統(tǒng)的文件驗證操作，有效提高了工作效率，減少了能源消耗。2020年，中國石化齊魯石化公司智慧物流平臺上線，無縫對接ERP系統(tǒng)、化工銷售物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，提升了訂單和信息的傳遞效率，減少物流環(huán)境的能源消耗。中海石油氣電集團有限責(zé)任公司利用生產(chǎn)運營物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)對生產(chǎn)、銷售和物流業(yè)務(wù)的實時監(jiān)控和智能預(yù)警；其下屬珠海LNG公司能耗管理及分析系統(tǒng)上線后，每年減少電能消耗480×104kW·h。

1.6 經(jīng)營管理領(lǐng)域

國際領(lǐng)先的石油公司已基本形成利用數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)碳管理、促進碳減排的管理體系。例如，埃克森美孚、bp、Equinor等石油公司，早在20世紀(jì)90年代就以控制溫室氣體排放為核心制定了低碳發(fā)展戰(zhàn)略，建立了配套的管理體系與政策，開發(fā)了碳減排評價模型，建立了完善的溫室氣體統(tǒng)計、報告制度及相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)庫，并持續(xù)利用數(shù)字化技術(shù)提升碳管理水平。在國內(nèi)油氣企業(yè)中，中國海油利用數(shù)字化技術(shù)進行碳排放管理起步相對較早，2011年建成節(jié)能減排管理信息系統(tǒng)，并于2018年升級為能控與低碳管理系統(tǒng)，全面納入并管理31家重點用能單位，覆蓋650個能效中心和2455個重點設(shè)備，基本實現(xiàn)了碳排放數(shù)據(jù)的自動采集和集中管理。

從國內(nèi)外行業(yè)實踐來看，數(shù)字化技術(shù)既是推動油氣企業(yè)轉(zhuǎn)變生產(chǎn)經(jīng)營和管理方式、提高能源利用效率、降低碳排放的必要手段，又是支持企業(yè)碳排放管理、碳資產(chǎn)交易的重要基礎(chǔ)。當(dāng)然，數(shù)字化技術(shù)本身需消耗大量電力，會增加一定碳排放。但隨著云計算、模塊式數(shù)據(jù)中心等新技術(shù)以及清潔能源的應(yīng)用，數(shù)字化技術(shù)自身碳排放正在日益降低。據(jù)微軟公司測算，集約式數(shù)據(jù)中心通過改善IT運維效率、IT設(shè)備效率、數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)效率、可再生能力4個方面，或可降低72%～98%的能耗[19]。毋庸置疑，數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)成為油氣企業(yè)實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展不可或缺的關(guān)鍵要素。

2 面臨的挑戰(zhàn)與思考

國際石油公司在利用數(shù)字化技術(shù)推動油氣企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型方面已經(jīng)走在了行業(yè)前列，形成了相應(yīng)的管理體系和標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著我國“碳達峰、碳中和”目標(biāo)的日益臨近，如何利用數(shù)字化技術(shù)加速自身綠色低碳發(fā)展，確?！半p碳”背景下的競爭優(yōu)勢，已經(jīng)成為國內(nèi)油氣企業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)。結(jié)合國內(nèi)外行業(yè)實踐，筆者認(rèn)為，我國油氣企業(yè)利用數(shù)字化技術(shù)推動低碳發(fā)展應(yīng)做好以下3方面工作。

2.1 加強數(shù)字化技術(shù)與碳排放關(guān)系的研究

從油氣行業(yè)的發(fā)展實踐來看，數(shù)字化技術(shù)對低碳減排支撐作用已經(jīng)非常明顯，但數(shù)字化與碳減排之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系尚未實現(xiàn)量化，既沒有相應(yīng)的理論框架，也沒有具體的經(jīng)驗結(jié)論。需要融合互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟學(xué)、能源經(jīng)濟學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟學(xué)等學(xué)科的基本理論，將云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等數(shù)字化技術(shù)納入能源消費、環(huán)境治理等理論模型中，探索數(shù)字化技術(shù)發(fā)展對碳排放的作用機制與影響作用。

2.2 加快碳排放數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用

碳排放數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時性和完整性，是企業(yè)碳排放管理、碳資產(chǎn)交易的基礎(chǔ)。目前，大部分油氣生產(chǎn)企業(yè)的碳排放數(shù)據(jù)管理還處于手工錄入狀態(tài)，數(shù)據(jù)采集、核查難度大，數(shù)據(jù)質(zhì)量不高。因此，應(yīng)加快碳排放數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)與生產(chǎn)信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通，進一步提高碳排放數(shù)據(jù)采集的自動化程度，夯實碳排放管理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.3 開展示范工程建設(shè)

選擇數(shù)字化基礎(chǔ)條件好、員工數(shù)字化意識強的生產(chǎn)單位開展數(shù)字化助力節(jié)能減排示范工程建設(shè)；科學(xué)測算、量化評估數(shù)字化技術(shù)帶來的減排效果，形成典型案例；加大宣傳力度，激發(fā)基層活力，形成上下聯(lián)動的氛圍。

3 結(jié)束語

中國“雙碳”目標(biāo)下能源轉(zhuǎn)型，要求大幅度提高非化石能源的比重。油氣企業(yè)必將向綠色、新能源領(lǐng)域轉(zhuǎn)型，而數(shù)字化技術(shù)又是有效降低新能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)和運營成本的重要手段。油氣企業(yè)在進軍新能源產(chǎn)業(yè)時，必須在規(guī)劃設(shè)計階段就以“數(shù)字化運營”為目標(biāo)開展設(shè)計，從源頭上提高新能源業(yè)務(wù)的數(shù)字化、智能化水平。