五問國家能源轉型

朱彤

以大力發(fā)展可再生能源替代化石能源、降低碳排放為主要內容的“能源轉型”，已經成為很多國家能源政策的重要內容。全球有164個國家制定了可再生能源發(fā)展目標，約145個國家頒布了可再生能源支持政策。

然而，可再生能源發(fā)展“必要性”與“經濟可行性”之間存在的反差，傳統(tǒng)能源利益集團對可再生能源發(fā)展的阻撓，對發(fā)展路徑有意或無意的曲解，決定了可再生能源替代化石能源之路必將是曲折、艱難和反復的。

在我國，一個更為強烈的反差是：一方面，我們“極端重視”可再生能源發(fā)展，不斷出臺支持可再生能源發(fā)展的政策；另一方面，對現(xiàn)有能源系統(tǒng)以何種恰當方式轉向一個以“可再生能源為主導”的能源系統(tǒng)方面的研究“高度忽視”。對可再生能源“如何轉型”缺乏基礎性研究與系統(tǒng)性思考，導致本應是系統(tǒng)推動能源轉型的政策在實踐中“各自為政”，并演變?yōu)閱渭円詫崿F(xiàn)某個“既定份額”為目標。

將可再生能源發(fā)展置于人類能源轉型歷史進程之中，探討能源轉型的基本內涵與動因，梳理能源轉型的邏輯，系統(tǒng)分析可再生能源轉型與歷史上能源轉型的異同，對于正確認識我國可再生能源發(fā)展中的問題和轉型方式，不僅有理論必要性，也有實踐重要性。

一問：能源轉型如何發(fā)生

很多報告和論文將“能源轉型”（energy transition）一詞等同于“向可再生能源轉型”或“低碳轉型”來理解。這一含義最早可能來自1980年德國科學院出版的一份報告：《能源轉型：沒有石油與鈾的增長與繁榮》。該報告當時呼吁徹底放棄核電和石油能源的觀點受到強烈反對，但在進入21世紀后逐漸演變成為德國能源政策的基本內容。相應的，德國“能源轉型”的含義逐漸演變?yōu)椤稗D向分布式可再生能源和提高能源效率”，并宣稱最終目標是建立百分之百基于可再生能源的能源體系。

能源轉型的含義當然不僅僅是可再生能源發(fā)展。在更一般意義上，能源轉型通常被理解為一個國家或社會主導能源的轉換或更替過程。比如，煤炭替代薪柴并成為主導能源，石油替代煤炭成為主導能源。不過，對能源轉型的這種描述性的理解，以及基于這一理解的相關研究難以適應復雜、豐富的能源轉型實踐的需要，無法對認識當前能源轉型提供洞見。

美國天然氣專家羅伯特·海夫納三世試圖另辟蹊徑。在其2009年出版的著作《能源大轉型》中，羅伯特·海夫納三世從能源存在的三種物理形態(tài)，即固體（木材、煤炭等）、液體（石油）和氣體（天然氣、風能、太陽能、氫能等）出發(fā)，把人類能源利用的歷史與未來概括為兩次能源轉型：第一次能源轉型是固體能源向液體能源的轉型，第二次能源轉型是液體能源向氣體能源的轉型。這一觀點具有理論抽象性和邏輯一致性，為我們認識能源轉型方向提供了有價值的觀察視角；但這一理論對于能源轉型判斷標準過于抽象，對能源轉型的內涵和特征等問題缺乏深入研究，對理解能源“如何轉型”作用有限。

加拿大的瓦茨拉夫·斯米爾（Vaclav Smil）教授認為，能源轉型是各種能源利用“原動機”（prime movers）驅動下的能源結構不斷變化過程?！懊慨斝矢叩男履芰俊瓌訖C出現(xiàn)取代舊的原動機，顯著提高了人類所能利用的能源的量級，能源轉型就會發(fā)生?！?/p>

斯米爾教授根據(jù)“原動機標準”將人類能源利用劃分為四次能源轉型：第一能源轉型發(fā)生在距今1萬年到5000年，人類通過馴養(yǎng)役畜來替代部分人力；第二次能源轉型發(fā)生在公元前1000年風車和水車的出現(xiàn)，進一步替代人和動物的肌肉力；第三次能源轉型隨著1765年瓦特改良后的蒸汽機的擴散和進一步改進，啟動了煤炭替代薪柴的能源轉型進程。第四次能源轉型的發(fā)生則伴隨著發(fā)電機的發(fā)明使用，以及1882年世界第一座中心發(fā)電站在紐約和倫敦投入使用，人類進入電氣化時代而出現(xiàn)。

斯米爾教授所提出的“原動力發(fā)明、改進和擴散”邏輯為我們認識歷史上的能源轉型“何時發(fā)生”、“如何發(fā)生”提供了非常有啟發(fā)性的見解。然而，回顧人類能源利用史就會發(fā)現(xiàn)，以“原動機”單一標準來判斷能源轉型至少存在兩個問題：

一是從原動機標準所劃分的一些能源轉型并未真正導致該種最終能源成為“主導能源”，從而不構成人類社會或者國家層面上的能源轉型。比如公元前1000年伴隨風車和水車的出現(xiàn)，除了在小范圍外，風能和水能并沒有在普遍范圍成為主導能源，更不用說全球了。這是風能和水能的自身局限所致，與原動機效率高低無關。二是以“發(fā)電機”出現(xiàn)而引發(fā)的第四次能源轉型，偏離了“一次能源”的邏輯進入二次能源（電氣化），這一轉型與當前清潔化低碳化發(fā)展存在矛盾和沖突。這是因為，化石燃料發(fā)電的“原動機”效率和能級的提升將進一步增強化石燃料的競爭力，不利于向清潔燃料過渡。因此，任何非一次能源技術革命對于“能源轉型”的價值和意義，必須回歸到其所依賴的一次能源的“源頭”來評價。

為了更好描述歷史上能源轉型的邏輯和解釋未來的能源轉型，筆者對能源轉型的定義是：能源轉型是由原動機推動的，伴隨著能源系統(tǒng)深刻變革的，一次能源結構長期變化過程。能源轉型的發(fā)生與深化，是隨著一種足以推動國家，乃至全球層面的能源轉型得以發(fā)生“原動機”發(fā)明、擴散而發(fā)生、發(fā)展的，正如歷史上的蒸汽機之于煤炭，內燃機之于石油一樣。

二問：中國能源轉型處于哪個階段？

中國處于能源轉型的哪一個階段，下一次能源轉型是第幾次轉型？判斷能源轉型的標準不同，答案也不相同。基于能源轉型的上述新定義，就國家層面而言，能源轉型應符合三個判斷標準：

一是要有導致能源利用方式重大變化的“技術創(chuàng)新”或“原動機”出現(xiàn)。能源轉型不是“新”能源品種使用數(shù)量的簡單“累積”，中世紀英國城市用煤非常普遍，到18世紀初，英國不僅家庭住宅取暖，很多工業(yè)行業(yè)生產中都使用煤炭。煤炭的利用方式依然是沿用過去的燃燒方式，沒有出現(xiàn)用煤技術的重大創(chuàng)新。1765年，瓦特蒸汽機作為煤炭原動機的出現(xiàn)，英國才真正啟動了向煤炭的轉型，隨后擴散到歐洲大陸和美國。

二是要有基于能源技術創(chuàng)新的一次能源結構變化，即新“原動機”出現(xiàn)后，所利用的一次能源逐漸替代原有能源，并最終成為主導能源。換句話說，替代能源需要有成為主導能源的潛質。從這個判斷標準看，瓦茨拉夫·斯米爾所說的風車和水車發(fā)明所引發(fā)的能源轉型，并不構成國家層面的能源轉型。

三是要有能源系統(tǒng)的深刻變革。也就是說，基于新的能源利用方式（原動機），一次能源的替代與轉換的展開，必須同時構建與這種能源特性相匹配的能源生產、消費和輸送體系，否則能源轉型難以順利和有效推進。因此，就當前的可再生能源轉型而言，能否建立起與可再生能源特性相匹配的能源系統(tǒng)對于轉型成功至關重要。

根據(jù)這些標準來梳理人類能源利用的歷史，可以發(fā)現(xiàn)：從原動機標準和一次能源結構變化標準看，歷史上的能源轉型可以劃分為三次，即薪柴向煤炭轉型、煤炭向石油轉型、石油向天然氣轉型。目前正處于第三次能源轉型階段，即石油向天然氣轉型階段。

如果結合能源系統(tǒng)變革（第三個標準）來看，就會發(fā)現(xiàn)：煤炭、石油和天然氣同屬于化石能源，其能源生產和消費系統(tǒng)的共同特征是：大規(guī)模生產、輸送和消費。也就是說，它們均屬于“能源系統(tǒng)”特征相同的一次重大能源轉型。

人類能源利用可以劃分為兩次大的能源轉型。第一次能源轉型是植物能源向化石能源的轉型，第二次能源轉型是化石能源向可再生能源轉型。兩次大能源轉型期間存在著一些亞轉型（如向煤炭轉型，向風力發(fā)電轉型等）。特別值得指出的是，天然氣是向第二次能源轉型的重要過渡能源，這不僅是因為它比煤炭和石油更加清潔，而且因為從能源系統(tǒng)看，它兼具集中式和分布式的特點。

三問：向可再生能源轉型難在何處？

向可再生能源轉型有多難，難在何處？相信任何一個相關的政府官員、學者和產業(yè)人士都可以從不同角度加以概括，我認為向可再生能源轉型至少有如下“三難”：

一是發(fā)展可再生能源的必要性、迫切性與經濟可行性存在巨大反差。化石能源對植物能源的替代，不僅是高密度能源對低密度能源的替代，而且是高競爭力能源對低競爭力能源的替代，主要是市場競爭的產物。當前各國正在發(fā)生的可再生能源轉型，是在“應對氣候變化”成為國際主流價值觀的背景下發(fā)生的，是碳減排政策驅動下的能源轉型。因此，可再生能源對化石能源的替代，是在化石能源自身效率還有較大提升潛力情況下，為實現(xiàn)經濟增長的“脫碳”而發(fā)生的低密度能源對高密度能源的替代，同時也是低競爭力能源對高競爭力能源的替代。這一轉型的迫切性、必要性與經濟可行性之間的巨大反差，是導致可再生能源發(fā)展中問題的基本根源。

二是與可再生能源特點相匹配的“新”能源系統(tǒng)無法通過現(xiàn)有能源系統(tǒng)的“外推式發(fā)展”而得到。一個與化石燃料的大規(guī)模生產、消費和輸送體系及其高能量密度、可儲存、分布不均衡等特性密切相關，而風能、太陽能的廣泛分布性、低能量密度和不可存儲性決定了本地生產本地消費模式是較好的選擇，現(xiàn)有能源系統(tǒng)必須變革以適應可再生能源的新特征。然而，與化石能源特性完全耦合的現(xiàn)有能源系統(tǒng)并不會自覺向適應可再生能源特點的能源系統(tǒng)轉型，因為傳統(tǒng)能源企業(yè)從自身短期利益出發(fā)，往往會自覺阻礙這一進程。

三是可再生能源的單一品種，無論是水能、風能、太陽能，還是生物質能，都不具有成為單一主導能源的潛質。因此，向可再生能源轉型是就多個品種集合整體而言的。這些不同可再生能源品種的技術特性不完全相同：水電基本與現(xiàn)有能源系統(tǒng)兼容，風能和太陽能更適合分布式、小功率，生物質能則分布式、集中式均可。要將這些能源利用技術整合為一個有機“新”能源體系，將面臨更多的技術、組織和制度方面的復雜性。

上述“三難”，也可以說是能源轉型的新特征和新變化。這就給能源轉型政策提出了更高的要求：一方面轉型政策要更具系統(tǒng)性和前瞻性；另一方面能源體制與政策實施方式也要做出相應調整，以適應這些新特征與新變化，減輕能源轉型的成本與陣痛。

四問：從德國能源轉型實踐學到什么？

德國是當前全球能源轉型的典范，其發(fā)展可再生能源的做法也被作為“經驗”為各國所借鑒。比如，可再生能源全額上網(wǎng)、固定電價（FIT）、投資補貼等政策已經成為包括中國在內的很多國家可再生能源發(fā)展政策的標準選項。對此，無需多言。這里我將特別指出兩個很少被提及，但實際上對我國更有價值的德國能源轉型“經驗”：

一是增強電力市場靈活性是應對可再生電力波動性最重要的制度條件。德國電力改革始于1998年，但在短短幾年時間就實現(xiàn)了“放開兩頭，管住中間”電力市場制度架構，確立了電力供應側和需求側競爭性市場。其核心要素包括：電力零售側放開，終端用戶可以自由選擇售電商；開放電網(wǎng)使用權，電網(wǎng)運營商不參與市場競爭；日前、日內現(xiàn)貨市場與多級調頻輔助服務市場協(xié)同合作的市場結構，等等。德國可再生能源轉型到目前為止能夠較為順利地推進，競爭性電力市場及其配套機制所決定的市場靈活性是基本制度條件。從經驗借鑒看，構建這一制度是中國等很多國家推進可再生能源轉型的必備條件。

近年來，隨著可再生能源電力份額上升，德國又設計了一些新的市場制度以期進一步提高市場靈活性：一是建立了以平衡結算單元為主體的電量平衡機制，以及與之配套的獨立調頻市場。凡是不能維持區(qū)域內發(fā)電和用電平衡的平衡發(fā)電運營商（結算單元）都必須從電網(wǎng)公司那里購買調頻調峰電量，同時允許調頻供需獨立進行拍賣；二是在2015年底發(fā)布的《能源變革白皮書》中提出了一系列提高電力市場靈活性措施，主要包括：允許短時間內的超高電價和負電價，允許更多類型的技術參與到調頻輔助服務市場中，等等。更為靈活的電力市場制度，能夠更為精確地反映電力的時間和空間價值，市場參與者能夠及時反應。

二是從發(fā)電、電網(wǎng)和用電各個環(huán)節(jié)入手，提高電力系統(tǒng)運行的整體靈活度以應對可再生電力波動性挑戰(zhàn)。具體做法包括：進一步提高化石能源發(fā)電廠的靈活度，以提高其調峰能力，而不是擴大規(guī)模降低能耗；改變熱點聯(lián)產電廠和生物質發(fā)電廠運行方式提高其靈活性；發(fā)揮歐洲互聯(lián)電網(wǎng)的“間接儲能系統(tǒng)”作用，提高德國輸電網(wǎng)的靈活度；綜合運用儲能、熱泵、電動汽車、智能電表等技術手段提高負荷的可調節(jié)性，增加電力需求側靈活性，等等。

五問：什么是中國可再生能源轉型的當務之急？

中國可再生能源轉型面臨的問題是什么？可再生能源比重太低？補貼力度不夠？并網(wǎng)得不到保證？這些問題不是“當務之急”。當前應優(yōu)先落實如下事項或原則：

一是確立我國可再生能源轉型的國家戰(zhàn)略。可再生能源轉型的國家戰(zhàn)略既要反映可再生能源的特點，也要充分考慮我國基本國情。各國能源轉型方向雖然相似，但能源資源稟賦與治理結構不同，決定了能源轉型的國別差異。

我國的能源轉型遠未上升的“國家戰(zhàn)略”層面。首先，我國能源轉型處于各個部委各自為政階段，每個部門就自己主管的領域自行決定重點、方向和速度。其次，我國能源轉型缺乏清晰的戰(zhàn)略安排，實施路徑和推進速度也缺乏統(tǒng)籌考慮。最后，能源轉型進展和政策實施效果也無科學評估和考核。政策出臺了很多，能源轉型的問題也很多，但鮮有部門能夠出面糾正和完善。這些問題的解決，有賴于我國能源轉型“國家戰(zhàn)略”的確立和落實。

二是當前能源體制改革應充分反映能源轉型的方向和要求。我國能源體制抑制市場作用導致配置效率低下問題非常突出。大力推動能源市場化改革已經成為能源體制改革的方向和要求。不僅如此，德國能源轉型的經驗告訴我們，競爭性電力市場和靈活的交易機制是可再生能源轉型最重要的制度條件。因此，能源市場化改革的遲緩不僅會影響能源配置效率，而且還會阻礙我國可再生能源轉型的進程，增加轉型成本。

三是我國能源轉型的進展與步驟不應由傳統(tǒng)能源巨頭決定。傳統(tǒng)能源巨頭一定是能源轉型的主要參與者，但能源轉型的方向和進展不能由電力公司等傳統(tǒng)化石能源巨頭主導。因為它們可以從放緩能源轉型速度和進程中獲得經濟利益。正如赫爾曼·希爾在其《能源變革：最終的挑戰(zhàn)》一書所指出的，“客觀上，在向可再生能源的轉型中是不可能實現(xiàn)共贏的。百分之百轉向可再生能源是工業(yè)時代以來最廣泛的經濟轉型。如果這個進程沒有勝利者和失敗者，是不可思議的。失敗者將不可避免地是傳統(tǒng)電力工業(yè)，其損失程度取決于其洞察力、決心和能力，以及進行徹頭徹尾的重組、直面迅速衰減的市場份額、發(fā)現(xiàn)新的業(yè)務領域?！?/p>

如果想讓我國能源系統(tǒng)能夠按照能源轉型的方向和邏輯來實現(xiàn)轉型，必須要在確立能源轉型國家戰(zhàn)略基礎上，配套以推動能源轉型的系統(tǒng)法律和政策框架，由國家來主導和推動轉型，方有可能避免能源轉型進展和節(jié)奏由傳統(tǒng)化石能源巨頭主導的局面出現(xiàn)。

四是基于能源轉型方向調整當前投資以避免鎖定效應。未來30年-50年的能源系統(tǒng)是由當前投資決定的。當前的能源投資要符合能源轉型要求，否則將導致我國未來能源系統(tǒng)（電力系統(tǒng)）鎖定在既定道路上，加大未來能源系統(tǒng)轉型的成本。

中國當前能源投資重點，應該是有利于可再生能源和清潔能源的“新業(yè)務”和市場“新參與者”發(fā)展的能源基礎設施投資，包括配電和用電側的智能雙向改造，以可再生能源為主體的微電網(wǎng)建設，以及有利于提高電力系統(tǒng)靈活性的技術與設施投資等，而不是為實現(xiàn)遠距離輸送電力而建設“特高壓骨干網(wǎng)”，甚至“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”。

作者為中國社會科學院工業(yè)經濟所能源經濟室主任、中國經濟體制改革研究會特約研究員