巨电容器——颠覆锂电王朝的技术来了？
上世纪70年代石油危机催生的锂电池技术，被视为最伟大的工业发明之一。锂电池作为当今最主要的便携式能源，影响着人们生活的方方面面，改变了人类的生活方式。如果没有锂电池，就不会有如今的便携或穿戴式设备、手机、电动汽车、无人旋翼机等等。古迪纳夫（John. B. Goodenough）等三位教授，也因就锂电池的发明做出了奠基性贡献而荣获 2019 年诺贝尔化学奖。
然而锂电池并非完美。安全隐患、能量密度及充放电速率（功率密度）依然偏低、寿命偏短等，是锂电池的重大痛点。如现代主流锂电池的能量密度接近 300Wh/kg，而汽油的能量密度约 13000 Wh/kg，是锂电池的 40 多倍，且充电比加油的时间又长很多，使电动汽车在续航里程、便利性等方面较燃油汽车仍有不少差距。因此下一代电能存储器件的开发成为业界竞争的焦点，是否会有一种能使安全性、寿命、能量密度、功率密度等性能全面提升的产品？超级电容器作为潜在技术路线之一，曾被寄予厚望。美国《探索》杂志 2007 年 1 月号刊，将其列为当时世界七大技术发现之一，认为这将是电能储存领域的一项革命性发展。
典型电容器具有两导电极板间夹一层介电质材料的三明治结构，与电池的电化学工作原理不同，它是静电物理储能器件。当在两极板间施加电压充电时，其中一个的表面会积聚正电荷，另一个相应积聚起负电荷。与电池类似，电容器经外部电路的负载连接两极板就会产生电流放电。电容器不仅寿命长且功率密度极高，能以比锂电池大得多的电流快速充放电。其能量密度 D 正比于极板间电压的平方 V² 和介电质材料的相对介电常数 k，即 D∝kV²。因安全性等各种因素制约电压一般不可太高，能量密度实际上主要取决于介电质材料的 k 值。现有“高k”材料的k值在几百到几千（即×10²~10³），能量密度最高仅为锂电池的1%左右，这是其重大缺点。而所谓超级电容器，则利用具有超高等效 k 值的先进介电质或电解质形成双电层电容，甚至把电化学性质的“赝电容”也加持进去，等效 k 值可高达几万乃至几十万（×10⁴~10⁵）， 能量密度最高可为锂电池的几分之一乃至相当。但可惜，人们至今尚未见到超级电容器对锂电池的颠覆性前景。
笔者近期从国家专利局网站了解到，一项名为《复相钛酸铷功能陶瓷材料及其制备方法》的授权中国发明专利，披露了一类新型巨介电质新材料以及基于其的巨电容技术，让人看到了电容器储能应用的新曙光。该专利发明了一类包含被称为 n-钛酸铷（Rb₂Tiₙ O₂ₙ₊₁）的复相钛酸铷功能陶瓷材料，在电学及电化学等方面具有远超现有技术水平的不寻常特性，如常温下高达 10⁹级的巨大 k 值伴随着相对低的介电损耗，以及优良的绝缘性伴随着 10ˉ³S/cm 级的离子电导率等。该类新材料为高能量密度的巨电容器提供了巨介电质解决方案，此外在全固态电池的固态电解质、记忆存储单元、电子器件等领域也有着巨大的应用潜力。
该类巨介电质材料的相对介电常数即 k 值，是现有先进水平介电质材料的几万到几十万倍，按电容器能量密度 D∝kV²的关系，意味着采用该类巨介电质的巨电容器，理论上的能量密度也会提高同样的倍数，即达到现有锂电池的成百上千倍！若巨电容器还沿袭了物理储能电容器寿命长（为锂电池的百~千倍）、充放电速率高（为锂电池的十~千倍） 、全固态及结构简单等优点，综合起来，其性能或性价比岂不将远超锂电池？颠覆锂电王朝的技术真的来了吗？
带着疑问和好奇心，笔者通过一些渠道尝试对该新技术做了进一步打探。
首先，利用该专利技术制备的新型固态功能材料样品，以及采用该材料制备的一些纽扣式巨电容器样品，早已送样至某国家级第三方权威检测机构进行了专业检测，该机构所出具的正式检测报告表明，样品的比电容量巨大，材料的介电常数即 k 值，在室温下确实达到了 10⁹级的国际领先水平。
此外信息来源还表明，该类巨介电质材料及巨电容器的研发工作在进一步快速推进，旨在于十四五期间实现产业化。目前的工作已初具如下特征：
① 体积和重量能量密度：器件样品实测值现已达锂电池的 5~10 倍或更高；
② 充放电速率： 为正常电容级，即充满、放完时间均可做到以秒或分钟计；
③ 循环寿命： 为正常电容级，充放电循环以万次计，确保使用寿命≥10 年；
④ 温度特性： 适用温度范围宽广，为-50℃～+120℃；
⑤ 安全性： 全固态器件，不存在易燃易爆物质；
⑥ 环保性： 无污染；
⑦ 经济性： 器件成本可控，不高于锂电池。
结语：
在下一代电能存储器件及系统开发方面，不仅有 LG，三星，宁德时代这样的电池企业，丰田、特斯拉、比亚迪这样的整车企业，还有各种跨行业、高科技、初创及投资类的公司纷纷加码进来。锂电池从上世纪 70 年代到今天，一路上也曾克服过很多技术和其他方面的挑战。而今，各种技术路线百家争鸣，可以预计它们的产业化路径不都会一帆风顺。未来的储能器世界，谁能颠覆锂电王朝？或许答案尚未明了，但基于巨介电质的巨电容器展现出的优异性能，让人似乎感受到了一种脱颖而出的巨大动能。
上世纪70年代石油危机催生的锂电池技术，被视为最伟大的工业发明之一。锂电池作为当今最主要的便携式能源，影响着人们生活的方方面面，改变了人类的生活方式。如果没有锂电池，就不会有如今的便携或穿戴式设备、手机、电动汽车、无人旋翼机等等。古迪纳夫（John. B. Goodenough）等三位教授，也因就锂电池的发明做出了奠基性贡献而荣获 2019 年诺贝尔化学奖。
然而锂电池并非完美。安全隐患、能量密度及充放电速率（功率密度）依然偏低、寿命偏短等，是锂电池的重大痛点。如现代主流锂电池的能量密度接近 300Wh/kg，而汽油的能量密度约 13000 Wh/kg，是锂电池的 40 多倍，且充电比加油的时间又长很多，使电动汽车在续航里程、便利性等方面较燃油汽车仍有不少差距。因此下一代电能存储器件的开发成为业界竞争的焦点，是否会有一种能使安全性、寿命、能量密度、功率密度等性能全面提升的产品？超级电容器作为潜在技术路线之一，曾被寄予厚望。美国《探索》杂志 2007 年 1 月号刊，将其列为当时世界七大技术发现之一，认为这将是电能储存领域的一项革命性发展。
典型电容器具有两导电极板间夹一层介电质材料的三明治结构，与电池的电化学工作原理不同，它是静电物理储能器件。当在两极板间施加电压充电时，其中一个的表面会积聚正电荷，另一个相应积聚起负电荷。与电池类似，电容器经外部电路的负载连接两极板就会产生电流放电。电容器不仅寿命长且功率密度极高，能以比锂电池大得多的电流快速充放电。其能量密度 D 正比于极板间电压的平方 V² 和介电质材料的相对介电常数 k，即 D∝kV²。因安全性等各种因素制约电压一般不可太高，能量密度实际上主要取决于介电质材料的 k 值。现有“高k”材料的k值在几百到几千（即×10²~10³），能量密度最高仅为锂电池的1%左右，这是其重大缺点。而所谓超级电容器，则利用具有超高等效 k 值的先进介电质或电解质形成双电层电容，甚至把电化学性质的“赝电容”也加持进去，等效 k 值可高达几万乃至几十万（×10⁴~10⁵）， 能量密度最高可为锂电池的几分之一乃至相当。但可惜，人们至今尚未见到超级电容器对锂电池的颠覆性前景。
笔者近期从国家专利局网站了解到，一项名为《复相钛酸铷功能陶瓷材料及其制备方法》的授权中国发明专利，披露了一类新型巨介电质新材料以及基于其的巨电容技术，让人看到了电容器储能应用的新曙光。该专利发明了一类包含被称为 n-钛酸铷（Rb₂Tiₙ O₂ₙ₊₁）的复相钛酸铷功能陶瓷材料，在电学及电化学等方面具有远超现有技术水平的不寻常特性，如常温下高达 10⁹级的巨大 k 值伴随着相对低的介电损耗，以及优良的绝缘性伴随着 10ˉ³S/cm 级的离子电导率等。该类新材料为高能量密度的巨电容器提供了巨介电质解决方案，此外在全固态电池的固态电解质、记忆存储单元、电子器件等领域也有着巨大的应用潜力。
该类巨介电质材料的相对介电常数即 k 值，是现有先进水平介电质材料的几万到几十万倍，按电容器能量密度 D∝kV²的关系，意味着采用该类巨介电质的巨电容器，理论上的能量密度也会提高同样的倍数，即达到现有锂电池的成百上千倍！若巨电容器还沿袭了物理储能电容器寿命长（为锂电池的百~千倍）、充放电速率高（为锂电池的十~千倍） 、全固态及结构简单等优点，综合起来，其性能或性价比岂不将远超锂电池？颠覆锂电王朝的技术真的来了吗？
带着疑问和好奇心，笔者通过一些渠道尝试对该新技术做了进一步打探。
首先，利用该专利技术制备的新型固态功能材料样品，以及采用该材料制备的一些纽扣式巨电容器样品，早已送样至某国家级第三方权威检测机构进行了专业检测，该机构所出具的正式检测报告表明，样品的比电容量巨大，材料的介电常数即 k 值，在室温下确实达到了 10⁹级的国际领先水平。
此外信息来源还表明，该类巨介电质材料及巨电容器的研发工作在进一步快速推进，旨在于十四五期间实现产业化。目前的工作已初具如下特征：
① 体积和重量能量密度：器件样品实测值现已达锂电池的 5~10 倍或更高；
② 充放电速率： 为正常电容级，即充满、放完时间均可做到以秒或分钟计；
③ 循环寿命： 为正常电容级，充放电循环以万次计，确保使用寿命≥10 年；
④ 温度特性： 适用温度范围宽广，为-50℃～+120℃；
⑤ 安全性： 全固态器件，不存在易燃易爆物质；
⑥ 环保性： 无污染；
⑦ 经济性： 器件成本可控，不高于锂电池。
结语：
在下一代电能存储器件及系统开发方面，不仅有 LG，三星，宁德时代这样的电池企业，丰田、特斯拉、比亚迪这样的整车企业，还有各种跨行业、高科技、初创及投资类的公司纷纷加码进来。锂电池从上世纪 70 年代到今天，一路上也曾克服过很多技术和其他方面的挑战。而今，各种技术路线百家争鸣，可以预计它们的产业化路径不都会一帆风顺。未来的储能器世界，谁能颠覆锂电王朝？或许答案尚未明了，但基于巨介电质的巨电容器展现出的优异性能，让人似乎感受到了一种脱颖而出的巨大动能。
昨晚长春雨超级大，半夜雷声吓得小猫咪直扑楞。小顾一边哄猫一边问我，这种天气航班能不能取消吧？果然没过多久我就收到取消航班的短信。
气的睡不着，凌晨两点翻来覆去刷航班动态发现另外一个航空公司的没有取消，赶紧买两张。
弊利都是相辅相成的，临时买的的是全价票，付款时心疼的我丝丝哈哈，小顾安稳我，没事没事，能走就不错了，要不然酒店损失更多。
可但是，刚发现这个航班经停在长沙。
长沙机场，那可是有茶颜悦色的！！刺激
气的睡不着，凌晨两点翻来覆去刷航班动态发现另外一个航空公司的没有取消，赶紧买两张。
弊利都是相辅相成的，临时买的的是全价票，付款时心疼的我丝丝哈哈，小顾安稳我，没事没事，能走就不错了，要不然酒店损失更多。
可但是，刚发现这个航班经停在长沙。
长沙机场，那可是有茶颜悦色的！！刺激
#石油真的会枯竭吗#
利益相关：供职西门子，能源和能源装备行业的从业者。
首先，石油会枯竭吗？先说结论：「石油枯竭」的可能性，随着科技的发展，可能离我们越来越远。确实，石油的生产正变得越来越难，大多数易于开采的石油已被开发，未来，石油资源将越来越多的来自于深海或其他复杂环境，综合成本有可能迅速提高，石油行业正面临前所未有的挑战。
另一方面，在石油的开采、储运和利用等环节，由于更多先进装备和前沿技术的利用，可开采的储量不断增加，综合成本反而在降低。因此，在大规模的替代性能源出现之前，石油能源的「寿命」远比人们想象的要更持久。
怎么看待「石油枯竭」这个问题？「石油枯竭」到底是个伪命题？还是个现实问题？我们如何看待和定义「石油枯竭」呢？是石油产能由盛而衰？还是石油开采成本和价格之间无法实现可接受的经济性，从而导致石油被抛弃？还是出现高可用性的可替代能源，导致石油能源被放弃？上世纪 90 年代末，据石油行业的粗略估计：人类自 20 世纪 70 年代初，至 2000 年间，大约消耗了 5000 亿～8000 亿桶石油，占同期探明储量的 85％。因此，「石油枯竭」论在那个时期被提出，当时，有悲观的行业专家甚至指出，即使可探采的地下石油总储量有少量增加，也仅够人类挥霍 80 年左右！另一个「石油枯竭」话题的来源是：1949 年，德州休斯顿Shell壳牌公司的地质学家 Dr. M. King Hubbert 提出的 Hubbert Curve 理论（钟形理论），他通过建模得出的石油开采量钟型 (Bell Shape) Logistic 分布，在美国的 48 个州都被验证。虽然 Peak Oil 出现的时机和他所估计的不同，但石油在同一技术下的同一种岩层的开采，都验证了石油产量逐渐增加，达到顶峰后再逐渐下降的过程。根据这一理论，部分能源专家认为，石油开采的峰值迟早到来，而产量的下降不可避免，「石油枯竭」的危机感由此产生。
无论是钟形理论，还是限于技术水平、较低的可采石油储量，都忽略了技术进步和全球经济发展的因素。在技术层面，勘探和开采技术的进步，使得石油开采源不断增加而且更多样，开采效率不断提高，导致可用储量不断增加。上世纪90年代初的行业报告显示，当时的世界石油总储量约为 9950 亿桶。但到了 2017 年，根据《 BP 世界能源统计年鉴（2017年）》的数据，全世界探明的石油储量增加到了 1.7067 万亿桶，由于探采技术革新，石油可用储量几乎翻了一倍。技术进步仍在不断改变传统的石油行业。
最典型的例证是美国的页岩油气革命，仅仅 10 年间就改变了已维持半个世纪的全球油气贸易格局。在技术进步的支撑下，地球的石油潜力仍旧巨大。行业专家开始乐观地认为，石油时代至少将持续 2-3 个世纪。在这种情况下，我们还要不要延续上个世纪提出的「石油枯竭」问题？在经济发展层面，作为可用性最高的传统能源，石油对人类的作用仍然十分重要。2016年是石油能源利用的高峰年，在世界五大能源中（石油、煤炭、天然气、水电、核能），当年石油占世界能源总消费量的1/3，全球平均石油消费量达到 9655 万桶/天，仍是全球消费量最高的能源。按照经典经济学原理，只要石油的需求维持这种高度，甚至持续攀升，油价会维持跌荡-上升的循环通道，进而使得越来越多的地下资源具有开发的经济性。
综上所述，假如原油的开采成本和市场价格能长期维持合理的经济性，依靠不断的技术进步，可采石油储量不断增加，人类耗尽地球最后一滴石油的日子，还很远。但是，人无远虑、必有近忧，从全球能源安全和低碳环保发展的角度，即使石油可采储量不断增加，我们同样要考虑在石油开采达到某个「枯竭点」之前，有什么新能源可以替代石油的核心地位。这是我们探讨「石油枯竭」这一话题的真正价值，也是我们更想知道的答案。应对「石油枯竭」的主要方向:「替代能源」和「控制成本」针对「寻找替代能源」和「控制成本」两个应对「油气枯竭」的途径，我们主要讨论两个方向：
第一，如果石油的替代能源，能做到价格便宜、好输送，那么，在石油短缺之前，这种能源可以大规模取代石油。其关键点就是替代能源的可应用性。第二，在维持较低油价的情况下，设法控制 OPEX（Operating Expense，企业综合管理支出、运营成本），促使油气相关企业提高运行效率。我们先说石油的高可用性替代能源的情况在石油需求保持高位的情况下，其他资源能否替代石油？根据《 BP 世界能源统计年鉴（2017年）》的数据，石油、煤炭、天然气、水电、核能五大能源中，石油消费占比 33%，煤炭占比28%，天然气消费占比增加到了 24%，水电和核能均不足 10%。
另外，截止2017年底，世界常规、非常规天然气资源开发利用率分别为 20% 和 5% 左右，能源开采的利用率远低于常规石油储量 32% 的开采利用率（2016年数据）。从经济、清洁和可用性、可持续性的角度看，天然气是目前最有可能短期内替代石油的能源。
以美国举例，根据 EIA（美国能源信息署）的数据，2017 年，在 73 亿美元的石油消耗中，47% 是动力汽油，20% 是其他馏分的油(加热油和柴油)，7%是航空燃油，整体而言，运输占了约 74% 的原油消耗。（参考资料2）而在天然气方面，「天然气的价格比原油价格表现出更大的波动性，较低的天然气价格导致运输行业在原油基础上，使用更多的天然气。从2007年到2012年，运输行业的天然气使用量增长了22%之多！」（参考资料3）中国方面，根据国家能源局、国务院发展研究中心和国土资源部联合发布的《中国天然气发展报告2018》，2017 年国内天然气的消费量达到了 2386 亿立方米(不含港、澳)，中国天然气的消耗增量对全球天然气消费的增量贡献超过了 30%。
2016 年，中国的用气人口大约 3 亿人，到了 2017 年，就增长到了 3.5 亿人！天然气对石油的替代体现在多个领域。在传统运输领域，特别是欧美国家，天然气动力和电动力的新式运输工具，正在替代传统的油动力运输工具。运输行业对天然气的需求，以及天然气下游化工生产装置的增加，对传统石油的需求起到了替代作用。另外，LNG（Liquefied natural gas，液化天然气）作为一种天然气高效储运的方式，在全球保持快速增长。以中国为例，城市燃气调峰和交通运输替代燃料需求日益增长，液化天然气的发展潜力巨大。同样根据国家能源局、国务院发展研究中心和国土资源部联合发布的《中国天然气发展报告2018》，2017 年，中国的 LNG 总供应量达到 2025 万吨，相较 2016 年的 1360 万吨增长了665 万吨，增幅高达 49%。 中国的 LNG 重卡，部分取代了柴油重卡。
国际运输的 LNG 货船，部分取代了柴油货船。此外，LNG 作为燃料在更多国家被应用于发电，它的易运输性能也使得许多国家，或无管道、供气不稳定的内陆地区可以用更廉价的成本获取天然气。以中国为例，2017 年，国内发电行业消耗天然气 427 亿立方米，占天然气总消耗量的 17.9%，比 2016 年的 366 亿立方米提高了 16%；工业燃料天然气的消费量也达到了 760 亿立方米，占比 31.8%。 在 LNG 应用领域中，先进技术和高端装备的作用明显。压缩机是液化天然气的关键设备，高效、稳定的离心式压缩机使得 LNG 可以大规模从天然气便宜的卡塔尔、美国和印尼等国家出口到其他国家，也使得中国东部沿海省市享受到更低的气价。
具体到中国的 LNG 行业，中国并非 LNG 生产大国，中国的 LNG 生产装置更多的是临近天然气产区，如：内蒙古鄂尔多斯、塔里木盆地、四川盆地和临近天然气管线，与中东、澳大利亚等国的大型 LNG 装备相比， LNG 工厂以百万方及以下的产能为主，大多属于中小型工厂，这些中小型工厂主要要服务于国内管道覆盖不足地区的用气需求、城市燃气调峰和交通工具，不用于外贸输出，具有其独特性。
考虑到 LNG 领域工况环境多样，客户往往需要合作商具备丰富工程项目经验并能够提供全系列先进的产品和解决方案，如全系列的离心式压缩机、往复式压缩机等等，不自谦的说，西门子就是这样的合作伙伴。
最后，再谈谈石油开采的成本控制问题说到石油的经济性，就不能不提到石油价格。全球石油的供需关系、石油的可替代性、石油的开采量和开采成本，都和石油价格密切相关。世界上的石油种类有很多种，不同地域、不同岩层的开采成本也是不同的。而石油作为大宗商品，一段时期内，价格 index 是相对稳定的，这就决定了只有低成本的开采商才能实现盈利。下图是各国石油的生产成本情况。
石油综合成本结构中，很大一部分是生产(运营)成本，特别在低油价时期。最近几年，如果缺少对新油田的投资，无法改变 Capital Spending 在整体油价中的高比例情况，那么降低生产成本，就成为了许多企业努力的主要方向。下图是英国石油综合成本情况，其中，短期内无法降低的 Capital Spending 占很大比例，而利用各种手段降低 Production cost 是主要努力方向。
在降低生产成本方面，以西门子压缩机为例，设备的适用压力范围广、热效率高，且价格低，初始投资少，操作方便，使用寿命长，对降低油气行业的运营成本具有明显价值。除压缩机等先进「硬」装备外，在油气行业实现全面的数字化转型升级，采用数字化、智能化和虚拟化技术进行油气产品的全生命周期管理，也是降低综合成本的重要手段之一。其实石油行业利用数字化技术并非新事，自上世纪 70 年代起，石油行业就有将数字化技术应用于油气藏模拟及油气生产管理。
但数字技术在过去 5-10 年里，发生了飞跃性发展，主要体现在海量数据的处理能力、数字信息系统的整合能力、行业数字化应用的深度和广度等方面，这些进步推动了油气行业的数字化升级进度。例如，数字、信息技术进一步打破了能源需求和供给之间的阻碍，石油公司可根据市场需求更精准地调控油气产量，避免油价的大波动带来损失。总体而言，数字化技术帮助油气行业实现两大目标：提高油气采出率，优化油气生产过程。最终实现产量的最大化和投资的最小化，显然，这是通过降本增效应对「石油枯竭」问题的高效途径之一。其实，西门子在全球已经率先提出了「数字化双胞胎」的解决方案，支持企业进行涵盖其整个价值链的整合和数字化转型，为从产品设计、生产规划、生产工程、生产实施直至服务的五大环节打造一致的、无缝的数据平台，实现虚拟世界与物理世界的贯通。西门子针对油气行业同样提供完整的数字化解决方案， 几乎涉及油气开采、生产、运输到精炼的整个价值链。
例如，PLM （产品生命周期管理）数字化平台，帮助油气行业用户进行高效的项目管理和投资方案成本控制，综合采集、利用油气数据进行资本、成本的估算，管理油气工厂的关联业务数据、实现最优化的运营，支撑油气工程建设项目的全流程数据、信息的无缝集成，西门子的数字化解决方案甚至可以用于油气生产、储运、炼化设备的虚拟化设计……以中石化的青岛炼化公司为例，西门子的自动化、数字化解决方案已经服务这家企业将近十年，从过程控制、安全仪表系统、信息安全到优化控制，西门子的工厂资产全生命周期管理和基于大数据的预防性维护等解决方案，不仅为青岛炼化显著提高了生产的安全性、可靠性、稳定性和灵活性，关键是提高了投资回报率和大幅度降低了生产成本。在挪威 Aker BP 的 Ivar Aasen 海上项目中，西门子的全系列数字化应用也发挥了巨大作用。距离 Ivar Aasen 海上平台大约1,000公里外，西门子与 Aker BP 合作建立了数据驱动的状态监测系统，实时监控设备的运行状态，预测性的发现故障问题，帮助运维团队进行预防性维护，最大限度地减少昂贵的直升机物料运输和现场人工轮班，从而提高系统稳定性、安全性，并降低成本。
利益相关：供职西门子，能源和能源装备行业的从业者。
首先，石油会枯竭吗？先说结论：「石油枯竭」的可能性，随着科技的发展，可能离我们越来越远。确实，石油的生产正变得越来越难，大多数易于开采的石油已被开发，未来，石油资源将越来越多的来自于深海或其他复杂环境，综合成本有可能迅速提高，石油行业正面临前所未有的挑战。
另一方面，在石油的开采、储运和利用等环节，由于更多先进装备和前沿技术的利用，可开采的储量不断增加，综合成本反而在降低。因此，在大规模的替代性能源出现之前，石油能源的「寿命」远比人们想象的要更持久。
怎么看待「石油枯竭」这个问题？「石油枯竭」到底是个伪命题？还是个现实问题？我们如何看待和定义「石油枯竭」呢？是石油产能由盛而衰？还是石油开采成本和价格之间无法实现可接受的经济性，从而导致石油被抛弃？还是出现高可用性的可替代能源，导致石油能源被放弃？上世纪 90 年代末，据石油行业的粗略估计：人类自 20 世纪 70 年代初，至 2000 年间，大约消耗了 5000 亿～8000 亿桶石油，占同期探明储量的 85％。因此，「石油枯竭」论在那个时期被提出，当时，有悲观的行业专家甚至指出，即使可探采的地下石油总储量有少量增加，也仅够人类挥霍 80 年左右！另一个「石油枯竭」话题的来源是：1949 年，德州休斯顿Shell壳牌公司的地质学家 Dr. M. King Hubbert 提出的 Hubbert Curve 理论（钟形理论），他通过建模得出的石油开采量钟型 (Bell Shape) Logistic 分布，在美国的 48 个州都被验证。虽然 Peak Oil 出现的时机和他所估计的不同，但石油在同一技术下的同一种岩层的开采，都验证了石油产量逐渐增加，达到顶峰后再逐渐下降的过程。根据这一理论，部分能源专家认为，石油开采的峰值迟早到来，而产量的下降不可避免，「石油枯竭」的危机感由此产生。
无论是钟形理论，还是限于技术水平、较低的可采石油储量，都忽略了技术进步和全球经济发展的因素。在技术层面，勘探和开采技术的进步，使得石油开采源不断增加而且更多样，开采效率不断提高，导致可用储量不断增加。上世纪90年代初的行业报告显示，当时的世界石油总储量约为 9950 亿桶。但到了 2017 年，根据《 BP 世界能源统计年鉴（2017年）》的数据，全世界探明的石油储量增加到了 1.7067 万亿桶，由于探采技术革新，石油可用储量几乎翻了一倍。技术进步仍在不断改变传统的石油行业。
最典型的例证是美国的页岩油气革命，仅仅 10 年间就改变了已维持半个世纪的全球油气贸易格局。在技术进步的支撑下，地球的石油潜力仍旧巨大。行业专家开始乐观地认为，石油时代至少将持续 2-3 个世纪。在这种情况下，我们还要不要延续上个世纪提出的「石油枯竭」问题？在经济发展层面，作为可用性最高的传统能源，石油对人类的作用仍然十分重要。2016年是石油能源利用的高峰年，在世界五大能源中（石油、煤炭、天然气、水电、核能），当年石油占世界能源总消费量的1/3，全球平均石油消费量达到 9655 万桶/天，仍是全球消费量最高的能源。按照经典经济学原理，只要石油的需求维持这种高度，甚至持续攀升，油价会维持跌荡-上升的循环通道，进而使得越来越多的地下资源具有开发的经济性。
综上所述，假如原油的开采成本和市场价格能长期维持合理的经济性，依靠不断的技术进步，可采石油储量不断增加，人类耗尽地球最后一滴石油的日子，还很远。但是，人无远虑、必有近忧，从全球能源安全和低碳环保发展的角度，即使石油可采储量不断增加，我们同样要考虑在石油开采达到某个「枯竭点」之前，有什么新能源可以替代石油的核心地位。这是我们探讨「石油枯竭」这一话题的真正价值，也是我们更想知道的答案。应对「石油枯竭」的主要方向:「替代能源」和「控制成本」针对「寻找替代能源」和「控制成本」两个应对「油气枯竭」的途径，我们主要讨论两个方向：
第一，如果石油的替代能源，能做到价格便宜、好输送，那么，在石油短缺之前，这种能源可以大规模取代石油。其关键点就是替代能源的可应用性。第二，在维持较低油价的情况下，设法控制 OPEX（Operating Expense，企业综合管理支出、运营成本），促使油气相关企业提高运行效率。我们先说石油的高可用性替代能源的情况在石油需求保持高位的情况下，其他资源能否替代石油？根据《 BP 世界能源统计年鉴（2017年）》的数据，石油、煤炭、天然气、水电、核能五大能源中，石油消费占比 33%，煤炭占比28%，天然气消费占比增加到了 24%，水电和核能均不足 10%。
另外，截止2017年底，世界常规、非常规天然气资源开发利用率分别为 20% 和 5% 左右，能源开采的利用率远低于常规石油储量 32% 的开采利用率（2016年数据）。从经济、清洁和可用性、可持续性的角度看，天然气是目前最有可能短期内替代石油的能源。
以美国举例，根据 EIA（美国能源信息署）的数据，2017 年，在 73 亿美元的石油消耗中，47% 是动力汽油，20% 是其他馏分的油(加热油和柴油)，7%是航空燃油，整体而言，运输占了约 74% 的原油消耗。（参考资料2）而在天然气方面，「天然气的价格比原油价格表现出更大的波动性，较低的天然气价格导致运输行业在原油基础上，使用更多的天然气。从2007年到2012年，运输行业的天然气使用量增长了22%之多！」（参考资料3）中国方面，根据国家能源局、国务院发展研究中心和国土资源部联合发布的《中国天然气发展报告2018》，2017 年国内天然气的消费量达到了 2386 亿立方米(不含港、澳)，中国天然气的消耗增量对全球天然气消费的增量贡献超过了 30%。
2016 年，中国的用气人口大约 3 亿人，到了 2017 年，就增长到了 3.5 亿人！天然气对石油的替代体现在多个领域。在传统运输领域，特别是欧美国家，天然气动力和电动力的新式运输工具，正在替代传统的油动力运输工具。运输行业对天然气的需求，以及天然气下游化工生产装置的增加，对传统石油的需求起到了替代作用。另外，LNG（Liquefied natural gas，液化天然气）作为一种天然气高效储运的方式，在全球保持快速增长。以中国为例，城市燃气调峰和交通运输替代燃料需求日益增长，液化天然气的发展潜力巨大。同样根据国家能源局、国务院发展研究中心和国土资源部联合发布的《中国天然气发展报告2018》，2017 年，中国的 LNG 总供应量达到 2025 万吨，相较 2016 年的 1360 万吨增长了665 万吨，增幅高达 49%。 中国的 LNG 重卡，部分取代了柴油重卡。
国际运输的 LNG 货船，部分取代了柴油货船。此外，LNG 作为燃料在更多国家被应用于发电，它的易运输性能也使得许多国家，或无管道、供气不稳定的内陆地区可以用更廉价的成本获取天然气。以中国为例，2017 年，国内发电行业消耗天然气 427 亿立方米，占天然气总消耗量的 17.9%，比 2016 年的 366 亿立方米提高了 16%；工业燃料天然气的消费量也达到了 760 亿立方米，占比 31.8%。 在 LNG 应用领域中，先进技术和高端装备的作用明显。压缩机是液化天然气的关键设备，高效、稳定的离心式压缩机使得 LNG 可以大规模从天然气便宜的卡塔尔、美国和印尼等国家出口到其他国家，也使得中国东部沿海省市享受到更低的气价。
具体到中国的 LNG 行业，中国并非 LNG 生产大国，中国的 LNG 生产装置更多的是临近天然气产区，如：内蒙古鄂尔多斯、塔里木盆地、四川盆地和临近天然气管线，与中东、澳大利亚等国的大型 LNG 装备相比， LNG 工厂以百万方及以下的产能为主，大多属于中小型工厂，这些中小型工厂主要要服务于国内管道覆盖不足地区的用气需求、城市燃气调峰和交通工具，不用于外贸输出，具有其独特性。
考虑到 LNG 领域工况环境多样，客户往往需要合作商具备丰富工程项目经验并能够提供全系列先进的产品和解决方案，如全系列的离心式压缩机、往复式压缩机等等，不自谦的说，西门子就是这样的合作伙伴。
最后，再谈谈石油开采的成本控制问题说到石油的经济性，就不能不提到石油价格。全球石油的供需关系、石油的可替代性、石油的开采量和开采成本，都和石油价格密切相关。世界上的石油种类有很多种，不同地域、不同岩层的开采成本也是不同的。而石油作为大宗商品，一段时期内，价格 index 是相对稳定的，这就决定了只有低成本的开采商才能实现盈利。下图是各国石油的生产成本情况。
石油综合成本结构中，很大一部分是生产(运营)成本，特别在低油价时期。最近几年，如果缺少对新油田的投资，无法改变 Capital Spending 在整体油价中的高比例情况，那么降低生产成本，就成为了许多企业努力的主要方向。下图是英国石油综合成本情况，其中，短期内无法降低的 Capital Spending 占很大比例，而利用各种手段降低 Production cost 是主要努力方向。
在降低生产成本方面，以西门子压缩机为例，设备的适用压力范围广、热效率高，且价格低，初始投资少，操作方便，使用寿命长，对降低油气行业的运营成本具有明显价值。除压缩机等先进「硬」装备外，在油气行业实现全面的数字化转型升级，采用数字化、智能化和虚拟化技术进行油气产品的全生命周期管理，也是降低综合成本的重要手段之一。其实石油行业利用数字化技术并非新事，自上世纪 70 年代起，石油行业就有将数字化技术应用于油气藏模拟及油气生产管理。
但数字技术在过去 5-10 年里，发生了飞跃性发展，主要体现在海量数据的处理能力、数字信息系统的整合能力、行业数字化应用的深度和广度等方面，这些进步推动了油气行业的数字化升级进度。例如，数字、信息技术进一步打破了能源需求和供给之间的阻碍，石油公司可根据市场需求更精准地调控油气产量，避免油价的大波动带来损失。总体而言，数字化技术帮助油气行业实现两大目标：提高油气采出率，优化油气生产过程。最终实现产量的最大化和投资的最小化，显然，这是通过降本增效应对「石油枯竭」问题的高效途径之一。其实，西门子在全球已经率先提出了「数字化双胞胎」的解决方案，支持企业进行涵盖其整个价值链的整合和数字化转型，为从产品设计、生产规划、生产工程、生产实施直至服务的五大环节打造一致的、无缝的数据平台，实现虚拟世界与物理世界的贯通。西门子针对油气行业同样提供完整的数字化解决方案， 几乎涉及油气开采、生产、运输到精炼的整个价值链。
例如，PLM （产品生命周期管理）数字化平台，帮助油气行业用户进行高效的项目管理和投资方案成本控制，综合采集、利用油气数据进行资本、成本的估算，管理油气工厂的关联业务数据、实现最优化的运营，支撑油气工程建设项目的全流程数据、信息的无缝集成，西门子的数字化解决方案甚至可以用于油气生产、储运、炼化设备的虚拟化设计……以中石化的青岛炼化公司为例，西门子的自动化、数字化解决方案已经服务这家企业将近十年，从过程控制、安全仪表系统、信息安全到优化控制，西门子的工厂资产全生命周期管理和基于大数据的预防性维护等解决方案，不仅为青岛炼化显著提高了生产的安全性、可靠性、稳定性和灵活性，关键是提高了投资回报率和大幅度降低了生产成本。在挪威 Aker BP 的 Ivar Aasen 海上项目中，西门子的全系列数字化应用也发挥了巨大作用。距离 Ivar Aasen 海上平台大约1,000公里外，西门子与 Aker BP 合作建立了数据驱动的状态监测系统，实时监控设备的运行状态，预测性的发现故障问题，帮助运维团队进行预防性维护，最大限度地减少昂贵的直升机物料运输和现场人工轮班，从而提高系统稳定性、安全性，并降低成本。
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