经济导刊
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关于乌克兰危机对军事能源领域的影响与展望

李鹏 来源: 2022.08.17 10:34:48

 

2022224日,乌克兰危机爆发。作为21世纪以来欧洲发生的最大规模军事冲突,战争刺激石油、天然气和煤炭等能源产品价格大幅波动,全球能源形势恶化,能源安全问题上升到前所未有的高度。相关国家和国际组织迅速调整能源政策,全球能源市场正在发生重大结构性变化,军事能源领域也将迎来长期和深刻的变革。

军事能源领域影响分析 

军事能源是军事力量的重要组成部分,是确保军队全域取胜不可或缺的一部分。能源的使用不仅可以提升军队战斗力、机动能力、持久作战能力,扩展军队作战范围,同时还消耗大量资源、影响部队结构并加大被敌袭击风险。

在先进武器快速发展、新型战争形态日新月异的背景下,鉴于石油价格的波动性、供给的脆弱性以及环境风险的严峻性,美军、俄军、英军在21世纪以来均发布了军事能源转型战略,其核心内容是减少对石油资源的依赖、大力发展清洁高效能源并提高能源利用效率。军事能源领域面临以下主要挑战。

一是燃油消耗成为国防开支的沉重负担。根据美国国防部公开数据,美国国防部是美国最大的能源消耗单一消费者,从2010年到2017年,美军平均每年燃料开支约137亿美元,其中55%依赖美国本土以外地区的供给,世界石油价格的波动对军事能源供给构成不利影响。据测算,石油价格每上升10美元/桶,美军作战成本将增加13亿美元。

二是传统能源供给线的脆弱性制约军事行动的机动性。人类社会进入第四代“非对称性战争阶段”,参战人员与平民之间界限趋于模糊,具有复杂性、长期性、去中心化的特征,军队作战后勤保障的环境愈加复杂与多变。同时随着装备水平的提升,保障和维护能源攻击线的负担逐步放大。2007年在伊拉克和阿富汗,共有3000多名军人与供应商员工在为美军输送油料和水的过程中伤亡。

三是战争形态变化和先进装备需要高效能源供给,对能源设备提出了更高的要求。为适应新的战争形态,武器系统也在不断演化,需要消耗更多高品质的作战能源,也需要新的能源装备提高作战效能。外媒称,美军涡轮发动机驱动的M1型第三代主战坦克油耗是上一代的4倍,德军212A214型燃料电池潜艇在演习中创造了常规潜艇潜航记录,某外军营级部队配备的无线设备数量较10年前增长250%,计算机数量增长500%,这类设备普遍需要长寿命电池、高效储能装备和无线充电等新型军事能源装备。

近年来,世界各国面向未来战场制定的军事能源战略表现出三个发展趋势:高效利用、多元化供应、一体化管理。

一是从文化、制度和技术三个角度推进能源的高效利用。组织文化上加强军队节约用能的宣传教育,制度建设上加强用能规划,技术上引入节能技术与数字化管理手段。

二是以多元化供应为目标优化军事行动的能源供给。从燃料来源上,加强与多种渠道供应链的结合;从能源种类上,发展燃油之外的多种作战能源供给方式,如锂电池和氢燃料电池等,发展民用电网之外的独立设施能源体系,如利用新能源与储能设备构建微电网、研发微型核反应堆等。

三是构建一体化的军事能源管理体系。以制度化建设为牵引,将能源因素融入军事规划、战略决策、作战训练、武器研发和后勤保障等各个方面,并通过数字化设备构建智能一体化能源管理体系,使对军事能源进行端到端的精细化管理。

乌克兰危机对全球能源形势与军事能源的影响

俄罗斯作为世界能源大国,拥有丰富的油气和煤炭等能源,在世界能源市场拥有无可或缺的地位。乌克兰危机及随后的对俄制裁措施,严重冲击了全球能源市场,价格上涨与恐慌情绪蔓延,各国调整能源政策,全球能源版图在重构中。

一是国际能源价格持续高涨。石油方面,布伦特原油期货价格在冲突爆发伊始突破每桶100美元关口,一度达到每桶139.13美元,恐慌情绪平复后,价格依然在每桶100美元到110美元区间高位震荡。天然气方面,美国天然气期货价格从228日的每百万英热4.667美元持续攀升至511日的7.742美元,上涨约65%

二是世界能源供给版图与各国能源政策正在发生结构性变化,能源安全是各国首要目标。能源进口国方面,欧洲国家严重依赖俄罗斯的能源供应,短期内虽对俄进行多达5000项制裁,但仍在以每天10亿欧元的价格购买“俄气”,对停止购买俄气的承诺始终放在“未来”实施,并开始恢复核电、煤炭等短期可见效的能源供给方式。中期看,欧洲国家将通过建立多元化供给体系逐渐摆脱对俄气的依赖,但是天然气供应依赖的基础设施有510年的建设周期,有较大的不确定性。长期看,欧洲各国将制定政策加快发展可再生能源替代。能源出口国方面,美国国内市场与全球石油市场一体化程度高,汽油价格随全球市场大涨,并导致40年来最高的单月CPI涨幅(3CPI涨幅8.5%),在经济承压的状况下,拜登政府屈从于自身及欧洲盟友的能源中短期供给需求,主动改善与OPEC国家甚至与伊朗、委内瑞拉的关系,以促进其扩产;而沙特、阿联酋为首的OPEC组织国家始终维持产能,并不积极响应欧美的要求,旨在享受石油价格上涨期的经济利益,并且以扩产为条件交换伊核问题、西方对沙特王储萨勒曼的支持等政治利益。

俄罗斯作为军事大国,其军事能源能力的实战表现受到全球关注。在无法就地获取后勤物资、后勤通道被乌克兰战术小组袭扰、作战持续时间长于预期等挑战下,俄军以传统油料为主要燃料支撑合成装甲部队为主的军事能源体系遇到了较大困难,是俄军久战不利的重要因素之一。

据分析,约20万参与作战的俄军每天需要800吨给养,其中每天需要的燃料达400万公升,营级战斗群仅能携带5天用量的燃料,所以每3天就要进行补给,后勤保障压力很大。而乌克兰境内战线半径大、天气情况恶劣;乌军在西方支持下,单兵武器先进、情报支持及时等情况更增加了俄军后勤的风险。在各种因素的作用下,在发达的社交媒体上,俄军坦克、装甲车辆、后勤车辆在道路上因缺少燃料被抛弃在路边的图片和影像片段向全球直播了俄军能源保障的困境,引起了世界各国军事研究机构的重视与关注。

通过乌克兰危机展望军事能源领域的政策发展

军事能源是能源的重要组成部分。乌克兰危机对能源市场的巨大影响与俄军的战场表现给世界各国以警示,能源安全是能源政策制定首要考量因素,发展创新军事能源技术、摆脱传统能源依赖,是提高军队在未来战场作战能力的必要手段。

一是我军正处于以传统石化燃料为主要能源的历史阶段,在未来510年内仍需要通过多元化供应体系的建立和石油储备机制来保障传统油料的能源安全。我国能源对外依存度较高,是世界上最大的能源进口国,我国原油、天然气的对外依存度分别高达72%43%,在不可避免须依赖国际能源市场进口能源资源的同时,要吸取欧洲各国的教训,高度多样和分散进口来源,不对任何单一的国家形成过高的依赖;要保证在急需和紧急的情况下,在一定的规模上,石油、天然气、新型能源技术可以相互补充,从而保证军队的能源供应,避免因燃料供给不足带来的战斗力下降;建设并保有一定规模的能源储备是应对能源危机的最后手段,通过乌克兰危机的实际观察,已经建设一定规模储备的国际能源署成员国,以及其他高度依赖进口的石油进口国或能源进口国,肯定会继续加大石油、天然气和煤炭等的应急储备规模,作为应对全球能源市场动荡或能源危机的最后手段。我国需逐步融合军事能源和民用能源储备的壁垒,优势互补,发挥军队油库安全、防护能力强和地方油库容量大、分布范围广的特色优势,结合国家储备需求和各个战略方向的不同威胁,合理区分储备任务,构建起结构均衡、布局合理、储备配套的军事能源储备体系。

二是新军事能源的技术创新是我国能源独立的最终路径,应大力投入在军事能源领域的科技研发,占领军事能源技术制高点。在传统能源体系下,国际地位、资源禀赋、军事力量、金融主导权等因素客观决定了一个国家的能源安全状况。如果仅以传统能源安全观指导未来能源安全战略,其政策逻辑仍将是在美国等主要国家主导的世界能源格局中,通过对外投资、能源外交等手段去争取有利于本国的话语权和主导权。事实证明,中国尽管是能源消费、进口大国,但是不具备与美国同等的影响能源格局的能力,也不具备原油价格国际市场控制力。因此,只有打破传统能源体系的束缚,通过自主可控的新型能源装备研发与应用,充分利用我国蓬勃发展的可再生能源产业链,集中力量研发微型反应堆等战略性技术,才能打破我国油气资源禀赋的天然限制,占领技术制高点,从根本上保障我国军事能源的安全保障。

三是战争形态的变化导致传统作战能源保障失效,需以新型能源保障和数字化技术支撑作战任务开展。在俄乌战争中,俄军以合成营为主力战斗单元、以坦克、运输车辆、大型舰艇为主要战力实施作战任务。而部分乌克兰军队在西方国家的技术平台支持下,通过数字化方式获取情报、发布信息、部署作战任务,以战术小队袭击俄军补给线及后方单位的方式屡屡奏效,凸显了以长距离补给输送油料为主的能源保障体系的弱点。通过观察本次战争的情况,能源保障对象从有人装备向无人装备拓展,例如高空无人机需要长期执行侦察警戒任务,对能源持久性要求较高;能源保障储备向零散分布、柔性调整转变,随着战争的深入,战场作战力量高度分散,传统的以油料为主的集中统一储备方式将逐步向多种能源并存的零散分布储备方式转变,通过数字化平台与智能算法对每种能源在不同地理位置所需的储备数量进行科学计算,是满足军队柔性用能、保障时效性的重要手段;能源保障供应向就地取能、远程供能调整,随着作战面积的扩大,俄军油料运输能力难以满足日益增长的后勤需求。未来智能化军事能源保障将更多利用战场周边的能量进行转化,通过高效利用太阳能、生物能源、垃圾发电等方式,增大前方作战部队从周边主动获取能源的能力。

四是在军事能源领域坚定实施军民融合发展战略,选择与技术领先的新能源企业合作,建立科学高效的研究成果转化机制,充分利用我国新能源领域的技术与人才积累,加快新型军事能源保障装备的研发。

近年来,美军借助地方科研机构和企业独立或联合开展能源技术、装备研究,积极推动军事能源技术创新应用,吸纳民用新能源技术在军事能源领域率先尝试和不断完善,形成了军民融合开放的军事能源技术创新体系,确保了军事能源在短短十几年间得以迅猛发展。我国应该加强能源技术的军民深度融合,结合国家能源创新战略确立军事能源重点技术创新领域,结合国家重大科技专项研究推进军事能源重大科技项目,优先安排新能源技术在军事领域先行先试;建立军事能源科研力量,完善能源军地联合开发、成果转化和信息共享机制,形成军地力量统筹、技术联研、设施共建、信息互通的融合式发展格局。

军事能源领域的技术发展展望 

从军事能源技术视角看,国际上通常将军事能源划分为两部分:一是设施能源(Facility Energy),即维系军事设施日常运转所消耗的能源,比如供暖、制冷、照明,以及用于非作战用途的交通工具所消耗的电力、燃油等。主要技术发展趋势是智能微电网的广泛应用和军用小微堆的研发。二是作战能源(Operational Energy),即在执行战斗任务时所消费的能源,其使用主体为战士、武器系统、机动装置以及作战平台等。主要技术发展趋势是燃料电池、锂电池的迅速发展与应用。应研究军事能源领域技术的发展方向,对于有较为成熟技术的领域,如新能源、锂电池、智能微电网等,应加大力度,通过“民参军”转化和应用民用技术,使其满足军事应用的需要;对于技术在成熟过程中、产业尚不发达的领域,如氢燃料电池,应与技术积累的科研单位合作,以军促民,推动技术在军事环境下应用;对于战略价值重大但还是发展初期的技术,如微型反应堆,应集中科研力量突破,尽早推动示范工程的设计、验证和技术落地。具体展望如下:

智能微电网随着我国新能源的发展已经在我军广泛试点,据《解放军报》报道,目前已有80个以光伏、储能为主的智能微电网在边防海防落地,并针对高原地区、高寒地区、海岛地区、台风地区等无法接入大电网的地区,因地制宜地建设可再生能源局域网。未来随着绿色能源的要求,在大电网可以接入的地区也需要逐渐利用新能源与储能技术构建智能微电网,为军营提供绿色能源,提高可再生能源应用比例。

微型反应堆是近十年来美俄能源部、军方持续研究的战略方向,其能量密度高,可长期不换料,模块化便于维修维护,能够满足在海岛、岸基、战时营地等多种需求。为国防战略需求研发的可移动式微型反应堆被视为战略性的军事能源解决方案,具有“改变战争游戏规则”的战略价值。

一是充分满足日益增长的高科技战场电力需求,支持激光武器、电磁炮、电子脉冲武器、高性能雷达等高能装备的使用,并保障战场数据中心和高性能计算机的运行。

二是大幅减轻燃料后勤补给压力,降低战时补给线伤亡率,例如一台电功率为5兆瓦的反应堆替代柴油发电机后,一年可节省260辆油罐车的柴油运输。

三是降低前线阵地电力供应的成本,根据美国伊拉克战场数据,战区柴油的补给成本折合人民币18/升至90/升,如果通过空运,最高可达710/升;而微型反应堆一次装料运行数年,燃料价格稳定,经济性好。

四是体积较小、可灵活部署,相比太阳能、风电等供电形式,极大地提升了阵地的隐蔽性。

五是增强基地的后勤保障能力,如利用反应堆实现供暖、饮用水再生、氢燃料生产等用途,降低后勤补给压力。

目前,美国国防部选定支持的军用堆型为气冷堆及热管堆。20203月,美国国防部战略能力办公室(SCO)授予BWX、西屋及X-Energy三家公司研发合同,分别提供1350万美元、1190万美元和1430万美元的资助,开展为期两年的工程设计,形成可移动堆原型方案,最终将选定一家开启示范堆的建设,最迟在2027年投入运行。西屋公司公布的eVinci设计方案为热管堆;X-EnergyBWX两家公司未公开堆型方案,根据公司业务情况等资料判断,X-Energy公司采用气冷堆技术,而BWX公司同时具备热管堆与气冷堆的设计经验,两条路线都有可能采用。

微堆研发的技术难点在于颠覆性创新设计、新型核燃料的研发和耐高温合金结构材料的研发,相较于美俄两国在冷战的深厚技术储备,我国核技术储备较为薄弱,需集中力量进行技术突破,抓住历史机遇,掌握能源领域“两弹一星”级别的战略技术。

锂离子电池应用场景广泛、能量密度高、与民用产业结合紧密,被世界各国军方视为未来主要的军事能源选项之一,已经大量应用于各式装备中。美国、德国、英国都将锂离子电池作为单兵作战系统的首选能源,英国国防部研制的单兵系统、美国陆地勇士单兵作战系统、德国未来士兵系统都使用超高能量比的锂离子电池;德国和法国的微型潜艇、鱼雷尝试使用锂离子电池作为动力,水下续航时间翻倍;小型微型无人机已广泛使用锂离子电池作为电源,美军龙眼、俄罗斯无人机Altius-U已经在实战中得到检验。我国民用新能源产业拥有丰富的锂资源和完善的锂电池产业链,以及庞大的基础人才储备,成为全球最大的锂电池材料和电池加工基地。

在满足军事能源领域高安全性、高可靠性和高环境适应性要求的前提下,利用我国民用锂电池产业链的技术储备缩短军事能源产品研发周期、利用规模优势降低军品量产成本,是我国军事能源领域向新能源、电子化转型的关键举措。

氢燃料电池是单兵装备、车辆和小型飞机、舰艇的动力选项之一,除电池通用优点外,氢燃料电池还具备重量轻、清洁安全、续航时间长等特点,在单兵作战系统应用场景中优势突出。

美国陆军同通用汽车公司合作,已经推出了一款用于单兵可穿戴设备的新型氢燃料电池系统,其尺寸与传统的一次性小型电池相同,电流量提高了1倍。韩国三星公司研发的单兵燃料电池系统,一次产生的电量高达1.8千瓦时,可满足士兵连续执行72小时任务需求。氢燃料电池也将替代石化燃料成为军用车辆的动力来源,美国陆军与通用汽车公司联合研制出使用氢燃料电池驱动的轻型作战卡车,噪声明显降低,热能排放也非常少,极大地提高了战场生存能力。在我国,氢燃料电池主要在公共交通客车与重卡领域应用,目前总量已超过6000辆,为氢燃料电池在军事车辆中的应用打下了基础。目前,阻碍氢燃料电池军事实用化的主要实际问题在于其环境适用性、使用寿命和经济成本,问题产生的根源还是在于氢能产业链相较于燃油和锂电还在发展初期,整体产业成熟度还不高,还未形成氢能制、储、运、用的完整产业链体系,无法形成规模效应降低成本。我国军用能源应大力支持氢燃料电池各项技术的研发,以军事需求牵引科技研发,促进氢能产业的发展,推动氢燃料电池在军事能源场景的应用。

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* 李鹏,中信改革发展研究院资深研究员,中国电力投资公司战略部副总经理。

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