【行业观察】下个十年，曙光初现——高性价比低碳能源系统的未来展望：2019GTI年度报告

关注燃气爆炸，关注燃气安全，防微杜渐，居安思危，为降低与排除燃气爆炸事件贡献一份力量！

我们经常关注美国燃气技术研究院〔GasTechnology Institute（GTI）〕的官方网站，他们是一个专业的机构。我们组织对2019年度报告做了翻译，主要内容是有关可承受的低碳能源，这是目前的热点话题，对国内燃气行业如何参与“碳达峰、碳中和”工作并尽可能发挥更大作用，有一些参考作用。他们的2020年度报告尚未公布，我们会持续关注。

GTI依靠自身的技术优势和行业洞见，为化解全球能源领域的各类挑战提供解决方案，在全球天然气及清洁能源领域创造了卓越的客户价值。

过去十年，得益于技术创新，人类开发出多种经济实惠的清洁能源，其储能之丰沛，史无前例；能源结构变革之中，天然气与其它高效可再生能源各占鳌头。我们相信，下一个十年，技术革新将为能源系统带来更深刻、更巨大的影响。

2019年，我们对促成能源系统演变的技术变革进行了趋势分析，在此基础上，我们研究了这些技术变革及其演变趋势，会如何影响客户的一般商业行为，最后，我们研究了应为客户提供何种方案，帮助他们引领变革、取得领先。当然，无论采取何种方略，我们的创新必然受制于如下两个基本的历史命题：深化能源系统去碳转型，为世界绿色经济增长提供能源支撑。GTI已在如下领域取得了卓越成就，并保持领先：

▶ 扩大经济实惠的清洁能源供应；

▶ 确保能源基础设施的安全、高效、弹性、可靠；

▶ 提供高效且环境友好的能源应用方案；

▶ 减少和管理碳排放；

▶ 推动能源系统革新，保护空气资源、土地资源、水资源，促进社会发展，为经济增长提供有力支撑。

总裁兼首席执行官 David C. Carroll

董事长 TerryD. McCallister

除了通过投资行为塑造能源系统转型，GTI把目光聚焦于下面的问题上，即从当前至本世纪中叶，在低碳、低成本的能源系统中，气体资源、燃料和基础设施三者，各自扮演的角色，将会如何改变？问题的答案有助于我们审慎选择出一条稳妥的道路，在确保安全和经济性的前提下，逐步实现能源转型。

谈及氢能和其它低碳气体在各经济体的推广、应用，GTI最新设立的氢技术中心具有世界一流的研发能力。今年，我们把来自这里的专家们召集起来。我们成立了太阳气体可再生能源股份有限公司（译名，SunGas Renewables Inc.），以便对GTI所拥有的生产可再生甲烷、氢气及其他来自于生物资源燃料和物质的相关技术进行商业化。为了更好的服务工业用户，我们通过子公司——先锋能源公司（译名，Frontier Energy,Inc）完成了对总部位于米尼苏达州的能见公司（译名，EnergyInsight）的兼并，这也使得我们能够提供更多的高效能源利用方案。同时，为了实现从甲烷中生产碳中和液态燃料及其它化学品，我们对自有的Cool GTLSM技术进行了升级换代。

新十年伊始，我们积极主动地为客户提供多种多样的解决方案，因为我们不仅期待这些方案在当下为客户创造价值，更希望它们在未来十年及以后，仍能为客户带来持续价值。

2019年以来，新冠疫情来势汹汹、席卷各地。危机来临，为确保了团队成员人身安全、隔离病毒传播风险，GTI快速切换至远程办公模式。在我们从实时响应的工作模式逐步过渡至远程工作模式的同时，我们的客户也逐步进入新冠疫情下的“新常态”工作模式中。在这一过程中，我们始终与客户保持着紧密联系，以交付数字化、虚拟化产品方式，为客户排忧解难。

2019年，GTI超额实现了经营收入年度目标和新签业务合同年度目标，GTI的所有业务线均取得显著业绩增长，资金来源保持多样、平衡。2019年，GTI新增专利权56项，新入职专业人员超400人。

还有一件令人骄傲的事情，那就是GTI当选成为“2019芝加哥顶级工作单位”（译名，“Chicago 2019 Top Workplace”）。我们为取得这项荣誉感到骄傲，更为拥有一支能够践行使命、乐于奉献、不断将技术与专业洞见转化为客户价值的团队而自豪。

为了加速向清洁能源系统转变，GTI不断促进低碳、低成本技术的孵化、成熟。GTI的成功完全有赖于拥有一支精明强干的专业人员队伍及对能源系统理解不断深化；正是这种不断深化的理解，促成了经营效率的不断提升和技术上的重大突破。

作为一个经济组织，GTI一向保持着较高的财务健康水平。我们对合作伙伴始终心存感激，正是由于他们的信任和支持，我们才能够通过完成一项又一项具有重要意义的工作，去推动能源系统的演进、承担我们应尽的社会责任。

展望未来，我们希望与合作伙伴们携手并进，共同引领时代变革，通力合作，共同促进世界进步，不断践行企业使命。

为了降低低碳和可再生能源技术的引入难度，GTI正在针对现有的天然气基础设施研究相关改造技术。 为了推动清洁、可持续能源事业发展，激活氢能经济，GTI整合旗下顶尖的技术力量、最新升级的实验室和设施，以及几十年氢能项目的成功管理经验，设立了全新的氢能技术中心（译名，Hydrogen Technology Center）。该中心具备全价值链环节的测试、建模和设计能力，有利于增加氢能在建筑业、运输业和工业领域的生产、储存、交付和使用。

在英国政府的资助下，GTI参与了一个通过吸附剂增强水蒸气转化产生氢气的国际性批量制氢项目（Bulk Hydrogen Production by Sorbent Enhanced Steam Reforming）。其中，GTI对一种创新性的、具有持续降低温室气体排放制功效的氢技术进行测试。项目团队按照GTI的技术方法建立了实验车间，使得二氧化碳在生产过程中被自发捕获，该方案的潜在成本相较于传统方法降幅达30%。

氢能技术中心可以对设施设备进行兼容性评估，对材料和构件进行研发、测试，推动利用天然气管道进行的氢气输配的场景实现最优化运营。将氢气作为能量载体进行混合加注，有助于盘活现存广泛的、坚固耐久的大规模能源储运设施，进而促进低碳化转型的实现。

在美国能源部（U.S. Department ofEnergy，DOE）的一个名为“重氢规模化项目”（译名，H2@Scaleproject）中,GTI与其他团队共同完成了现实世界中第一个高复杂度、可再生氢能管网设施的设计、建造和运营，充分展示了该系统的安全性、可靠性。

对各类装置和设备开展测试，能够为我们揭示很多关键信息，帮助我们了解氢气的交换性、产能情况、安全性、可靠性；测试结果，对提升氢能发电及其他建筑工业的用氢效率同样具有重要意义。

氢能技术中心能够对不同比例的氢气混合物进行测评，针对各类民用、商用燃料燃烧设备的高浓度注氢方案（氢浓度每立方米大于50%）进行展示，开展设备检定认证，包括排放量保持能力、工作效率及循环作业功能。

开发和部署燃料电池汽车及以加氢站为主的基础设施，将为各类载体的氢能运输铺平道路，这些载体包括货轮、火车、卡车、公交车、轿车及越野车。

为了减少空气污染，氢能技术中心参与了名为“快速通道”的重型可替代运输卡车项目（译名，the FAST TRACK heavy-duty alternative transportation truck project），其主要工作是为洛杉矶地区的第8代卡车内置混合动力电池。

在2030年及更远的未来，低碳技术将如何实现大规模投用？为了揭示其发展路径，GTI和美国电力研究协会联合赞助实施了一项“低碳资源计划”（译名，Low-CarbonResources Initiative）。

该计划旨在为期5年的合作中，促进美国能源网络（the U.S. energy grid）在长度、效率、可靠性等方面的提升，并减少对环境的负面影响。GTI一方面致力于为安全、可靠、经济性强的新能源创造更多使用场景，另一方面，通过低碳燃料与能源的推广，为减少环境的负面压力做出贡献。

随着能源系统转型的推进，信息技术、数据分析技术与数字化潮流将对从能源价值链到做出最佳决策产生越来越重要的影响。

业内，具备前瞻思维的公司都在努力整合机器学习、AI、数据分析、数字化平台等技术，来对生产系统进行仿真、理解和预测。

无论是在非常规天然气的生产过程中，还是油气管道的日常运营中，从监控设备运行状态到户内情况，海量数据正源源不断地产生。利用数据分析工具，海量的原始数据被初筛、被整合，进而建立模型，供人们解读、使用。当繁芜庞杂的数据以最有效的方式被加工、组织，其传递的洞见就更加深刻，其表达的信息就更加清晰、更具可执行性。

数据工具的整合和数据分析，有助于使用者对业务绩效、能源计量、成本削减和业务对环境的影响力形成更全面的认识，进而做出决策。

GTI是高级甲烷科学实验室（译名，the Collaboratoryfor Advanciing Methane Science,CAMS）的项目管理方。该机构由GTI和行业领先的能源企业共同设立，旨在通过向企业相关方开展数据信息披露，帮助企业在组织内的各管理单元找到最有效的甲烷减排措施，进而推动天然气与石油产业整体环境绩效。德克萨斯-奥斯汀大学（译名，the University of Texas-Austin）为上述机构开发了一种甲烷排放量检查工具（a Methane Emission Estimation Tool，MEET），可以改善油气生产过程中甲烷排放追踪的效能。

甲烷排放追踪和温室气体排放最小化，是当前能源行业从上游至下游共同关注的热点。GTI在针对这一领域的问题进行多项技术研发的同时，也为各类甲烷排放技术方案的落地充当试验场。

在美国能源部的奖励下，GTI拟推出一款新颖、低价的直线型压缩机（a novel,low-cost linear compressor），其设计、建造、测试环节的各项工作，均由GTI完成。这款压缩机，既可以捕获由通风系统零星漏出的气体，又可以对各装置设备在安装、存储、收集和处理环节产生的气体进行捕获，并将它们最终以复合甲烷的形式回收至油气管道中。 除此之外，GTI还为减少甲烷排放开展了如下努力：

▶  开展了一系列排放量检测研究，覆盖民用、商用、工用的各类设施设备。

▶ 开展甲烷排放量检测，开发探测工具，帮助企业对泄漏进行识别和定位，进而开展现场或远程修复。

▶ 为全美民用甲烷检测仪（译名，residential methane detectors,RMDs）的标准制定，提供技术支持。

 今年9月中旬，GTI与科罗拉多州立大学能源学院共同举办了第六届“甲烷互联”年会（译名，thesixth annual CH4 Connections conference），会议的主旨是寻求大规模甲烷排放解决方案。会议高度强调，面向天然气利益群体、共享全美技术进步成果，是解决甲烷排放议题的关键。下一届“甲烷互联“年会拟于2020年11月17日至19日间举行，会议将为参会者介绍最前沿的行业观点，提供自由交流、相互合作的平台。

世界上储存着丰富的能源资源，足以生产充足的清洁燃料、清洁能源和清洁化工品。GTI聚焦技术开发，力争以经济可持续、环境可持续的方式释放自然潜能。 页岩气已经具备了可开发性。GTI为全球的页岩气开发提供工具支持、数据支持和管理经验，促进全球页岩气开发的安全性、经济性、可持续性。

在政府与行业各界的支持下，GTI领导并发起了一个非传统气源开发项目，旨在实现环境负担最小化、环境再生力最大化。

项目团队把水力压裂测试点安排在米德兰和特拉华州二叠纪盆地中，通过现场实验和研究，对设计方案和裂缝处置措施进行改进。相关实验让我们对水力压裂法有了更科学全面的认识，对未来减少钻井破裂大有裨益。

GTI的PerfExtra专利技术，能够提升水力压裂过程中钻孔穿透的效率，操作简单、风险低，需求方均可咨询许可事宜。 保持能源种类的多样性，有助于增强现存能源对经济增长的保障力；而将低碳资源混合至现有能源供给中，也有助于碳足迹的降低。

GTI在其2019年发布的一份互联性技术指引文档中，描绘了将可再生天然气（RNG）安全有效地混合至纽约州天然气管网的行动大纲。上述举措的实施，有助于减少碳排放、盘活当地供给资源、促进经济发展。 太阳气体可再生能源股份有限公司（译名，SunGasRenewables Inc.）是GTI于2019年设立的全资子公司。公司的主要业务是进行GTI技术的商业推广，促进天然气、氢气等可再生能源产能最优，并从废弃木料中生产供运输使用的液化生物燃料。2019年，转换技术及其设施设备，在世界范围遍地开花。世界各地的人们，都在通过转换技术将廉价、可再生的资源转化为高附加值的终端产品。

GTI将自有的IH2专利技术许可给壳牌催化技术公司，该公司正在大力推行上述专利的商业化应用。完整的IH2专利技术，通过催化热化学反应过程，将非食用的生物原料转化为一种燃料，它可以被直接使用在油气炉、飞机和柴油运输机上。

GTI独创的R-GASTM过程技术被中国阳泉煤炭集团采纳实施。2019年，该项目的主要厂房已建设完毕，进入试运行阶段。该项目充分展现了气化技术在降低成本和环境压力方面的重大突破。据悉，该项目的二氧化碳转化率已超过99%。相同的技术在其它领域也同样具有用武之地，如将煤炭转化为液态燃料和化工产品的领域，再比如发电领域。 利用二氧化碳进行产品生产，就能变废为宝。GTI正在开发一系列高效能源处理方案，旨在将二氧化碳转化为燃料和化工品，用以抵消因碳捕获和碳减排增加的成本。

为了将天然气转化为液态燃料、降低排放量，并利用捕获的二氧化碳合成燃料和化工品（如二甲醚，一种柴油的替代品），GTI一直在对各种技术方案进行开发和测试。这些技术方案简要列示如下：

▶ Cool GTLSM技术：一种将富含二氧化碳的气体转化为可替代液态燃料的化学系统，经济实惠。

▶ 甲烷的干燥反应技术（译名，dry reforming of methane），可以产生一氧化碳与氢气的混合气体，并减少二氧化碳排放。

▶ 利用捕获的二氧化碳开展可再生能源的存储运输，并制造二甲醚。

▶ 针对发电机的新一代低成本碳捕获技术。

充足的清洁能源供应，是经济健康发展的基石。GTI还致力于优化发电流程，实现排放量和成本最低。“超临界发电机组”样机（STEP DEMO: Supercritical Transformational Electric Power Demo）GTI与合作伙伴——西南研究院（译名，SouthwestResearch Institute，SwRI）、GE研究院（译名，GE Research）正合作对发电机进行革命性的升级改造。为了完成这项任务，我们设计并建造了10兆瓦超临界发电机组（10 MWe SupercriticalTransformational Electric Power，简称STEP）的实验工厂，我们把它简称为“STEP样品”。该项目受到了美国能源局、国家能源与技术实验室的资助，还有来自行业伙伴为该项目提供经济支持。

该项目坐落于西南研究院圣安东尼奥市院区，目前厂房已完工，其它组件的生产、安装正有序推进。该项目将加速sCO2布雷顿动力循环，并充分展示出新一代复合功能发电厂在效率性、经济性和环境绩效上的惊人进步。

GTI与韩国电力研究院（译名，Korea ElectricPower Research Institute，KEPRI）正在商讨开展合作研究的可能。双方期待在新型发电系统的研发和高级sCO2技术的商业化进行合作。我们还在开发一款采用氧气点火的加压流化床燃烧室技术（译名，oxygen-firedpressurized fluidized bed combustor technology，Oxy-PFBCtechnology），它的开发将帮助小型发电厂，以低成本捕获温室气体，降低碳排放。

在建筑去碳化潮流日益强劲的今天，GTI着力于开发系统性解决方案，以实现全生命周期成本最低。

GTI通过探寻各类能源的综合利用方法，以实现效率提升、可靠性最强、经济最优和温室气体排放最低。

GTI的虚拟测试中心（译名，Virtual Test Home）能够对电气加热系统进行各种各样、各类维度下的性能测试。测试结果，加上通过建模和实验统计的节能数据，能够帮助我们对评价家用电器的能耗影响，形成更全面的认识。

GTI建立了一个专攻民用领域的综合系统实验室。在这个实验室里，我们既可以以楼栋整体作为研究对象进行系统研究，也可以对微电网组件进行研究。实验研究涉及电力燃料、可再生燃料和气体燃料的存储问题，还涉及构成互相互通的能源系统的其它能源的增效问题。GTI正在对小型热电联产技术（译名，micro-combinedheat and power technology,micro-CHP technology）进行改进，提升其应用性并降低成本。为了满足严格的排放法规标准，我们对烈骑XRGi25系统（译名，the Lochinvar XRGi25 system）进行了改造实验，它将成为北美第一个由加州空气资源委员会进行分布式能源认证的小型热电联产系统。

GTI的全球子公司——前沿能源（译名，FrontierEnergy）正在对分布式能源的性能进行监测，它同时还对其它使用微电网的清洁能源技术进行性能检测。数百个能源系统的数据，都能通过一个先进的网络监控平台被收集、处理、分析，进而为使用者和相关方提供内容详实的核查结果、测量记录和分析报告。这些数据信息，能够帮助使用者和相关方了解系统性能、开展能耗计量和成分分析、开展环境影响评价。

能源资源的使用效率最大化，能够在保证能源经济增长的同时实现环境压力最小，并为电气化提供另一种选择。GTI积极开发能源增效技术，以保证消费者在居家和工作时，能享受价美物廉的能源消费。 在北美，人们倾向于选择天然气作为取暖的燃料，而且燃气热泵的产能效率可达100%。GTI正在支持研发一种热驱动燃气泵送技术家族、且以商业化前期的预安装形式，来帮助消费者实现排放量和能源成本两方面的同步降低。GTI力争于2022年将家用空间和供水加热系统、燃气泵供水加热系统推向市场。

GTI的一个产业合作项目——天然气加热泵合作项目自成立以来，一直致力于新型燃气产品及技术的开发和市场推广，其涉及的产品包括家用和商用的热泵供水加热系统、热泵锅炉、空间和供水加热的热泵系统。GTI团队一直积极参与行业法规和标准的现代化工作，推动建筑能耗模型的精准优化，并通过创新性的控制和建造方案减少安装方面的不便。GTI正在为美国国防部开展系统评估工作，以提升能源效率、能源弹性。该项目团队正在评估一系列前沿技术及其综合应用，如：更高的效率循环、优化的控制技术、能量回收、现场电力系统恢复能力。与此同时，该项目团队还与位于伊利诺伊州的ANG（译名，Army National Guard）、位于密西西比的ERDC（译名，the U.S. Army Engineer Research andDevelopment Center）开展技术提升工作，帮助他们以更经济、高效、可靠的方式使用能源。

只有确保基础设施的安全、可靠且具备弹性，才能真正实现丰富能源供给和日益增长的能源需求相匹配，而这也是社会大众对能源输配系统保持信心的关键。 为了提升管理效率、改善日常运营，能源企业需要采用最先进的工具和技术，以预防损害、降低风险，提升整体安全水平。

通过提供信息技术与数字化平台的解决方案，GTI能够帮助企业在收集高质量数据信息领域实现自动化，进而为科学决策提供有力支撑。借助GTI的服务，管理人员能够更好地了解基础设施正在经受哪些外部冲击，一线操作人员也能够提升巡检准确性、合理预测设备运行工况并对系统风险进行评估。

GTI与Esri合作，使用电子版现场数据采集表，通过“调查123”（Survey123）工具，实现了记录归档流水化作业。GTI发明了智能极点技术（Smart PoleTechnology）。通过该技术，我们可以对全球卫星导航系统（Global NavigationSatellite System，GNSS）提供的地理定位信息进行自动化收集，保证数据处理的高质量、连续性。

GTI开发且商业化了一种探测器，该探测器内置在工作中的油气管道内部，帮助绘制对地下管道3D地图，提供更准确的位置信息，且相关数据可以直接从地理信息系统（GeographicInformation Systems，GIS）平台下载。

提升现场数据收集工作数字化水平，加强现场数据与地理空间信息整合。

以行业公认的评分标准为基础，GTI开展了各类标准、指引和软件的研发工作。这些标准、指引和软件，有助于提升行业在高压管道系统运行情况追踪和信息可追溯方面的一致性。

GTI为油气管道安全管理系统（pipeline safety managementsystem，PSMS）开发出一种基于流程的解决方案，通过利用各类商业分析工具，它可以降低系统内部的混乱无序，促进组织对内部部门、内外资源和现有流程的有效整合，提升组织执行力。

企业决策支持系统（Enterprise DecisionSupport System，EDSS）能够对油气系统内部数据和广泛的外部渠道信息进行整合，整合成一个多维风险评估工具。这一系统工具的运用，将推动企业在资产项目管理、风险治理与管控等方面实现最优，还有助于对数据分析结果进行深度解析。

借助于企业决策支持系统平台（EnterpriseDecision Support System，EDSS），GTI与中山油气公司（译名，Intermountain Gas Company）和MDU能源集团（MDU Resources Group）在一个合作多年的项目中，将来自于三个组织的全部数据整合至同一个企业级的风险管理模型当中。而MDU能源集团（MDU Resources Group）这样的大型多元化集团，其业务范围就覆盖了7个独立州下设的8个大型公用设施。

翻译：

盛  薇，现就职于港华投资有限公司，曾在华润燃气、万科等知名基础设施行业企业负责审计、法务工作。

李  智，现就职于中国燃气投资有限公司，曾在华润燃气从事燃气管理工作。

彭知军对译稿做了校对，王成坤对译稿完善给予了重要帮助。 

策划：

彭知军，前燃气从业者。译文有不当之处，敬请指正。

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