能源品種替代的影響因素分析

劉 璐，劉 晨，劉 罡，尚 瑩，周榆曉

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司計(jì)量中心，遼寧 沈陽 110168；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

能源問題一直是世界各國高度關(guān)注的焦點(diǎn)。工業(yè)革命以來，隨著科技的進(jìn)步，人類利用能源發(fā)展經(jīng)濟(jì)的能力越來越強(qiáng)，能源對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性日益凸顯；同時(shí)，隨著能源在生產(chǎn)過程中的消費(fèi)不斷提高，能源危機(jī)、可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境污染問題也日趨嚴(yán)重。節(jié)約能源、降低損耗、低碳排放并建立可持續(xù)發(fā)展機(jī)制是現(xiàn)階段各國發(fā)展關(guān)注的重點(diǎn)[1]。因此，在技術(shù)約束、儲(chǔ)量約束和環(huán)境約束下，新型能源逐漸被開發(fā)利用，能源品種不斷更替，能源結(jié)構(gòu)不斷改變。這種更替和改變直接或間接地被影響和影響著政治、金融、科技、教育、文化等方面的走勢。

從是否再生的角度，能源分為可再生能源與不可再生能源兩類。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)學(xué)家在研究過程中更關(guān)注煤炭、石油、天然氣這樣的不可再生能源，可再生能源由于相對(duì)具有“再生性”，因此未得到足夠重視。目前，在世界能源結(jié)構(gòu)中，各種能源品種并重，沒有哪一個(gè)能源品種占據(jù)完全主導(dǎo)地位或是具有完全可替代性。這是因?yàn)槟茉雌贩N替代的影響因素具有雙面性，既促進(jìn)了替代能源的推廣，又制約了被替代能源的發(fā)展。本文將從替代的影響因素和替代的性質(zhì)兩個(gè)方面分析能源品種替代的激勵(lì)與制約規(guī)律，建立各因素之間的關(guān)系模型，找到現(xiàn)階段各能源品種的主要依存因素和未來突破(當(dāng)前制約)因素，如圖1所示。

圖1 能源品種替代的影響因素

1 能源品種替代分析

1.1 能源品種替代的影響因素

a. 政策引導(dǎo)

能源從不同層面上對(duì)政治、國防、民生等產(chǎn)生影響，各國之間在能源安全和可持續(xù)發(fā)展合作上簽署了大量的戰(zhàn)略協(xié)議，國家內(nèi)部發(fā)展規(guī)劃中也制定了相關(guān)的能源政策。能源政策主要包含能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和能源安全協(xié)議。能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略主要針對(duì)環(huán)境污染、能源效率、過度開采治理等問題。尤其是21世紀(jì)以來，全球變暖等環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，可再生清潔能源替代傳統(tǒng)化石能源的需求應(yīng)運(yùn)而生。因此，世界各國紛紛制定階段性可再生能源目標(biāo)，鼓勵(lì)可再生能源投資與發(fā)展，在發(fā)展初期也進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)貼，通過技術(shù)革新與相對(duì)成熟的化石能源進(jìn)行市場較量。近年來，生物柴油、燃料酒精、風(fēng)力發(fā)電、太陽能等綠色能源產(chǎn)業(yè)在一些發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家的蓬勃發(fā)展都得益于高昂的能源價(jià)格和政府的財(cái)政支持。而能源安全則著手于各國自身能源儲(chǔ)備以及核能發(fā)展。這種安全政策的保守性恰恰制約了能源品種的完全絕對(duì)替代，使各國能源品種均衡發(fā)展。

中國發(fā)改委在2015年發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(中發(fā)〔2015〕9號(hào))文》，在落實(shí)電改的首批文件中提出要通過改善電力運(yùn)行調(diào)節(jié)促進(jìn)清潔能源多發(fā)滿發(fā)。政策大力支持清潔能源對(duì)傳統(tǒng)能源發(fā)電的替代，政策上通過充分利用補(bǔ)償策略，為清潔能源爭取更廣闊的市場；市場運(yùn)作上通過加強(qiáng)需求側(cè)管理，移峰填谷，創(chuàng)造更為有利的清潔能源多發(fā)滿發(fā)條件。目前，就電力體制改革綜合試點(diǎn)而言，國內(nèi)已形成以試點(diǎn)為主、多模式探索的局面[2]。

b. 經(jīng)濟(jì)特性

能源發(fā)展與開發(fā)生產(chǎn)成本息息相關(guān)，生產(chǎn)成本較低的能源品種在市場上占據(jù)天然優(yōu)勢。能源開發(fā)具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)特性，當(dāng)產(chǎn)量不超過某一限制量時(shí)，單位成本隨產(chǎn)量增加而降低。甚至當(dāng)某一產(chǎn)業(yè)在一段時(shí)間的資產(chǎn)回收后，可以實(shí)現(xiàn)零成本生產(chǎn)，那么這樣的產(chǎn)業(yè)將在長期能源市場上占據(jù)優(yōu)勢。在當(dāng)今各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的系統(tǒng)中，能源價(jià)格早已成為對(duì)資源進(jìn)行優(yōu)化配置、對(duì)成本效益以及利益分配進(jìn)行調(diào)節(jié)的重要手段之一。當(dāng)要素價(jià)格發(fā)生變化時(shí)，如能源價(jià)格上升，理性的生產(chǎn)廠商就會(huì)減少能源要素的投入，同時(shí)增加資本、勞動(dòng)等非能源要素的投入比例，從而在產(chǎn)量水平一定的前提下達(dá)到成本最小，保證利益最大化。同時(shí)也反映了經(jīng)濟(jì)特性與技術(shù)特性和資源稀缺性的耦合關(guān)系[3]。

c. 資源稀缺

資源的稀缺性是相對(duì)于人類無限增長的需求而言，在一定時(shí)間與空間范圍內(nèi)資源總是有限的，相對(duì)不足的資源與人類絕對(duì)增長的需求相比造成了資源的稀缺性。雖然目前可再生能源迅猛發(fā)展，但化石能源仍然占據(jù)市場的主導(dǎo)地位。這些化石能源儲(chǔ)量是有限的，而有限資源的使用會(huì)加劇資源的稀缺性，進(jìn)而增加其經(jīng)濟(jì)成本。這就是所謂的“物以稀為貴”，其經(jīng)濟(jì)學(xué)原理是供求關(guān)系影響商品價(jià)格，即供小于求，價(jià)格高于價(jià)值；供大于求，價(jià)格低于價(jià)值。這樣對(duì)更為廉價(jià)的新型能源甚至是儲(chǔ)量更豐富的化石能源的替代需求將不斷增加。

d. 技術(shù)支持

18世紀(jì)60年代，蒸汽機(jī)的發(fā)明將人類從柴薪時(shí)代帶入煤礦時(shí)代，化石能源從此登上能源發(fā)展的歷史舞臺(tái)；19世紀(jì)70年代，內(nèi)燃機(jī)的大規(guī)模運(yùn)用使石油能源首次得到廣泛關(guān)注，

隨著技術(shù)的革新與進(jìn)步，汽車工業(yè)、電力工業(yè)等迅速發(fā)展，石油逐漸取代煤炭成為第三代主體能源；而進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著新能源技術(shù)的進(jìn)步，太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋能等新能源發(fā)展迅速，并逐漸走向成熟與規(guī)?；?。世界能源發(fā)展史表明技術(shù)的革新促使了能源品種的更替。技術(shù)在某一方面的突破不但可以改善能源開采效率、能源利用效率，甚至可能橫向開拓能源市場。最近幾年，美國興起的頁巖氣技術(shù)就很好地印證了技術(shù)支持在能源品種替代中的重要作用。頁巖氣技術(shù)促使天然氣大規(guī)模廉價(jià)開采，這種自給自足極大地降低了美國對(duì)天然氣進(jìn)口的依賴以及石油等化石能源的使用量。而美國作為能源流動(dòng)大國，其能源生產(chǎn)、消費(fèi)情況很大程度影響了世界的能源發(fā)展趨勢，進(jìn)而改寫了世界的能源格局。

e. 供需推動(dòng)

供需推動(dòng)包括供給側(cè)推動(dòng)和需求側(cè)推動(dòng)。其中，供給側(cè)推動(dòng)是指已經(jīng)具備了能源推廣的條件，一般情況下伴隨著能源品種的重大發(fā)現(xiàn)。例如20世紀(jì)中期中東石油的大力開采使得石油行業(yè)井噴式發(fā)展[3]。但供給側(cè)推動(dòng)很可能隨著能源品種的開采儲(chǔ)量不斷減少，發(fā)展前景將面臨挑戰(zhàn)，而且相對(duì)主動(dòng)的市場輸出也將加大同行業(yè)間的競爭壓力。而需求側(cè)推動(dòng)往往更為被動(dòng)，在能源開發(fā)滯后于工業(yè)發(fā)展時(shí)，大量的能源短缺將刺激能源行業(yè)投資。這往往伴隨技術(shù)限制下對(duì)某一能源品種的剛性需求，一旦攻破技術(shù)障礙，拓寬能源種類，需求側(cè)的推動(dòng)作用將大大削減。通過分析發(fā)現(xiàn)5種影響因素之間存在一定聯(lián)系，這種聯(lián)系包括相互制約和共同促進(jìn)，其耦合關(guān)系如圖2所示。

圖2 能源品種替代因素耦合性關(guān)系

1.2 能源品種替代的性質(zhì)分析

a. 有限替代性

理想狀態(tài)下，盡管各能源品種性質(zhì)不同，但由于熱能、太陽能、風(fēng)能等之間可以相互轉(zhuǎn)換，因此其功能屬性相同，具有完全的可替代性。但考慮到現(xiàn)實(shí)中政治、經(jīng)濟(jì)制約等因素存在，不能完全替代，最終只能均衡到某一市場合理水平。但隨著某一能源品種的消耗，均衡點(diǎn)不斷降低，這種有限替代也將趨于完全替代[4]。

b. 有效替代性

由于能源的性質(zhì)維度較大，替代的有效性包括很多方面，如表1所示[4]。

2 能源品種分析

2.1 傳統(tǒng)化石能源

化石能源主要包括：煤炭、石油和天然氣。煤炭和石油由于發(fā)展時(shí)間較長，技術(shù)相對(duì)成熟，其發(fā)展主要受資源稀缺性和環(huán)境污染制約。其中，資源稀缺性一方面使邊際成本升高，另一方面會(huì)激發(fā)人類進(jìn)一步的“替代”意識(shí)，消費(fèi)降低，投資減少，形成惡性循環(huán)。而環(huán)境污染方面雖有技術(shù)突破，一些脫硫、脫硝技術(shù)的引進(jìn)在早前的化石能源發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用，但隨著清潔低碳的社會(huì)福利需求，煤炭和石油的前景并不樂觀。由于燃煤機(jī)組和燃油機(jī)組的服役時(shí)間較長，設(shè)備老化問題愈加嚴(yán)重，在各國的電源結(jié)構(gòu)中受政策指導(dǎo)將逐漸淘汰，不再大量新建傳統(tǒng)能源機(jī)組[5]。此外，除了一些煤炭、石油資源豐富的國家具有自我消納的供給側(cè)促進(jìn)作用，其他國家將更傾向于能源替代。英國石油公司能源數(shù)據(jù)顯示美國、中國等一些能源消費(fèi)大國的頁巖氣儲(chǔ)量豐富，隨著技術(shù)的推廣，頁巖氣將改變世界的能源經(jīng)濟(jì)格局，對(duì)其他能源品種，尤其是煤炭、石油將造成很大沖擊。不同能源性質(zhì)維度下的有效替代性含義及分析見表1。

表1 不同能源性質(zhì)維度下的有效替代性含義分析

2.2 可再生能源

可再生能源面臨的主要問題是產(chǎn)能過剩和技術(shù)革新[6]。由于電源規(guī)劃與電網(wǎng)規(guī)劃之間缺少協(xié)調(diào)性，導(dǎo)致相互不匹配進(jìn)而造成了產(chǎn)能過剩[7]。產(chǎn)能過剩大大發(fā)揮了需求側(cè)促進(jìn)作用，加上政府補(bǔ)貼和投資的激勵(lì)，促進(jìn)了技術(shù)革新，在一定程度上表現(xiàn)為良性循環(huán)。而且，可再生能源一般不作為一次能源交易，而是通過轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行發(fā)電交易。此外，可再生能源一般為自然資源，儲(chǔ)量極為豐富，因此不存在資源稀缺因素的制約。通過以上分析，可以得出表2中現(xiàn)階段各能源品種的主要依存因素和未來突破(當(dāng)前制約)因素。

表2 主要能源品種的影響因素分析

3 結(jié)束語

通過對(duì)世界能源發(fā)展歷程以及未來能源的展望，本文總結(jié)了5類能源品種替代的影響因素：技

術(shù)支持、經(jīng)濟(jì)特性、資源稀缺、政策引導(dǎo)以及供需推動(dòng)。這5類因素在某種程度上存在雙面性和耦合性。并且，能源品種替代具有有限性和有效性，凸顯了能源經(jīng)濟(jì)的博弈發(fā)展。結(jié)合對(duì)幾種典型的能源品種進(jìn)行實(shí)例分析，預(yù)計(jì)未來世界能源發(fā)展將以政策引導(dǎo)為主導(dǎo)因素，供需為催化因素，技術(shù)革新為基礎(chǔ)因素，資源稀缺和經(jīng)濟(jì)特性為限制因素，共同推動(dòng)能源格局的變化。

[1] 高 濤，鄧 玲. 智能電網(wǎng)及其國內(nèi)外發(fā)展概述[J]. 東北電力技術(shù)，2012，33(2):5-10.

[2] 宋卓然，趙 琳，焦 勇. 電力體制改革下的遼寧電網(wǎng)發(fā)展研究[J]. 東北電力技術(shù)，2016，37(5):5-9.

[3] 胡志鵬. 國內(nèi)外能源結(jié)構(gòu)的變化及替代能源的發(fā)展前景[J]. 資源與人居環(huán)境，2008，24(21):21-26.

[4] 曹玉書，尤卓雅. 資源約束、能源替代與可持續(xù)發(fā)展——基于經(jīng)濟(jì)增長理論的國外研究綜述[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(人文社會(huì)科學(xué)版)，2010，40(4):5-13.

[5] 郭慶方，董昊鑫. 能源產(chǎn)品可替代性與能源結(jié)構(gòu)調(diào)整[J]. 改革與戰(zhàn)略，2015，31(1):70-76.

[6] 后 勇，徐福緣，程 緯. 基于可再生能源替代的經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展模型[J]. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2008，28(9):67-72.

[7] 李常信，宋穎巍，張明理，等. 從戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)層面提高遼寧電網(wǎng)新能源接納能力研究[J]. 東北電力技術(shù)，2015，36(7):15-18.