可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型：模型構(gòu)建與分析

王江 張翔

摘要 為研究可持續(xù)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型路徑，以轉(zhuǎn)型理論為概念框架，從宏觀、中觀和微觀多層次對能源系統(tǒng)進(jìn)行分析，建立了基于代理的系統(tǒng)動力學(xué)轉(zhuǎn)型模型。模型選取當(dāng)前能源消費結(jié)構(gòu)中占較大比重的煤炭、石油、天然氣、風(fēng)能、水電、光伏和核能作為復(fù)雜代理，選取消費者作為簡單代理，根據(jù)中國能源數(shù)據(jù)對其進(jìn)行參數(shù)化，并模擬運行了能源系統(tǒng)從2016—2050年間各種類型能源消費比重變動的情形。研究結(jié)果顯示：①外部景觀信號的輸入對于能源系統(tǒng)的可持續(xù)轉(zhuǎn)型有著至關(guān)重要的作用。隨著景觀信號的輸入，各類能源的相對比重發(fā)生復(fù)雜的相互作用，景觀信號持續(xù)時間越長、強度越大，向可持續(xù)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的速度越快、規(guī)模越大。②到2050年，可持續(xù)能源將占一次能源消費比重的60%左右，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的可持續(xù)轉(zhuǎn)型，其中，水電將在能源系統(tǒng)的可持續(xù)化轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要的作用。③2030年以前，石油和天然氣將是能源系統(tǒng)中煤炭消費比重下降的主要替代品，因為它們的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，而且它們更適應(yīng)當(dāng)前的基礎(chǔ)設(shè)施，從短期來看相比可持續(xù)能源石油和天然氣更有優(yōu)勢，在這種情形下，仍然需要繼續(xù)支持可持續(xù)能源的發(fā)展，否則能源系統(tǒng)的可持續(xù)轉(zhuǎn)型將不會發(fā)生。該研究主要探索通過當(dāng)前能源系統(tǒng)的景觀壓力強度以及轉(zhuǎn)型的進(jìn)度，來量化未來需要輸入的景觀壓力強度;通過模擬轉(zhuǎn)型發(fā)生的具體情景，對轉(zhuǎn)型的進(jìn)展進(jìn)行更清楚的界定，借此來評估二氧化碳的排放路徑;模擬模型也可以評估各類能源在不同時間點上的各種可能性，以及探索各類可持續(xù)能源的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

關(guān)鍵詞 可持續(xù)能源;轉(zhuǎn)型理論;多層次分析;代理模型; 系統(tǒng)動力學(xué)

能源是現(xiàn)代社會的動力之源，在經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)著至關(guān)重要的地位[1]。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類社會對能源的消耗急劇攀升，帶來了一系列的資源和環(huán)境問題。一方面，傳統(tǒng)化石能源不可再生，隨著人類的不斷開采，化石能源的枯竭不可避免，大部分化石能源本世紀(jì)將被開采殆盡，據(jù)美國地質(zhì)局估計，全世界可采石油儲量約為3萬億桶，世界石油產(chǎn)量的頂峰將在2030年出現(xiàn)，之后隨著剩余儲量的減少以及開采難度的加大，石油產(chǎn)量會快速下降;世界天然氣儲量177×1012m3，如果年開采量維持在2.3×1012m3，則天然氣將在80年內(nèi)枯竭;世界煤炭可采儲量約為8 475億t，雖然相較石油和天然氣儲量下降緩慢，但是按照當(dāng)前的消費水平，也只能維持200年左右[1]。另一方面，由于化石能源的燃燒過程中會排放大量的CO2等溫室氣體，導(dǎo)致全球變暖。1860年以來，全球平均氣溫提高了0.4℃～0.8℃，據(jù)IPCC最新的報告指出，氣候變暖1.5℃，暴露在熱浪中的人口比例就會從現(xiàn)在的不到10%增加到50%，珊瑚礁等易受到變暖和酸化海洋侵蝕的生物，生態(tài)破壞程度將達(dá)到70%～90%[2];此外，煤炭的使用還會產(chǎn)生大量的SO2和煙塵排放，造成嚴(yán)重的酸雨問題;在大城市，機動車尾氣污染日益加重，煤煙型空氣污染已經(jīng)轉(zhuǎn)向煤煙和尾氣排放的混合型污染?；茉磧α恐饾u減少，以及化石能源使用帶來的環(huán)境污染問題，使得全球能源危機日益迫近，以化石能源為主的能源消費結(jié)構(gòu)，具有明顯的不可持續(xù)性。解決這些問題的研究主要集中在改進(jìn)化石能源利用技術(shù)、節(jié)約用能和轉(zhuǎn)變能源消費結(jié)構(gòu)等方面。從中國的情況來看，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，對能源的消費也從2006年24.6億tce，增長到2016年43.6億tce，其中煤炭的消費比重雖然有所下降，但2016年仍然在能源消費總量中占據(jù)高達(dá)62%的比重[3]。此外，由于能源消費需求的迅速增加，通過改進(jìn)化石能源的利用技術(shù)和節(jié)約用能兩種方案已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能解決社會面臨的污染和CO2排放問題。目前來看，需要引導(dǎo)當(dāng)前以煤炭、石油、天然氣為主的能源消費結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型到以水電、風(fēng)能、核能以及太陽能等可持續(xù)能源為主的能源消費結(jié)構(gòu)，以使能源系統(tǒng)的發(fā)展更具可持續(xù)性。為此，基于系統(tǒng)動力學(xué)試圖建立能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型模型，從宏觀、中觀和微觀多層次的視角研究我國能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型問題，探究我國能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型如何發(fā)生、轉(zhuǎn)型所需的條件，以及轉(zhuǎn)型實現(xiàn)的可能路徑。

1 文獻(xiàn)回顧和研究假設(shè)

可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型的文獻(xiàn)可分為兩大類：一類集中于可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展及模型研究方面，一類集中在能源轉(zhuǎn)型模型的概念、框架及建模技術(shù)等理論方面。

對第一類研究而言，近年來國外文獻(xiàn)多集中于能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的影響因素和情景演化方面的研究，而國內(nèi)文獻(xiàn)集中于對資源、技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)保等因素建模分析。情境演化分析是歐洲學(xué)術(shù)專家更多關(guān)注的焦點。2017年德國學(xué)者開始從政治社會、經(jīng)濟技術(shù)以及全球變暖的角度來關(guān)注德國能源轉(zhuǎn)型中水電的角色[4]，Hansen等[5] 討論了到2050年將德國能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)?00%可持續(xù)能源的轉(zhuǎn)型情景，認(rèn)為轉(zhuǎn)型中面臨最大的問題是資源的潛力;Kloppenburg等[6]還關(guān)注能源領(lǐng)域數(shù)字平臺的興起，為電網(wǎng)和電網(wǎng)用戶提供了新型的發(fā)展形式。在轉(zhuǎn)型影響因素及建模的研究方面，Yuan等[7]建立了可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型示范項目建設(shè)的指導(dǎo)體系;FreireGonzález等[8]研究了稅收等經(jīng)濟手段對能源轉(zhuǎn)型的潛在影響，認(rèn)為對煤炭、石油和天然氣的電力生產(chǎn)征稅更有利于環(huán)境改善和經(jīng)濟發(fā)展;Guo等[9]探討中國可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型的影響因素，發(fā)現(xiàn)煤炭行業(yè)的競爭力、客戶習(xí)慣和煤炭基礎(chǔ)設(shè)施等對能源轉(zhuǎn)型產(chǎn)生了負(fù)面影響;Gielen等[10]利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)探討了能源轉(zhuǎn)型的技術(shù)和經(jīng)濟特征，認(rèn)為可再生能源有助于減少從現(xiàn)在到2050年所需的溫室氣體排放量，使全球升溫限制在2℃以下。近期國內(nèi)研究由關(guān)注資源、技術(shù)、經(jīng)濟、政策和環(huán)保等因素影響及建模向轉(zhuǎn)型路徑和情景方面發(fā)展，何祚庥等[11]對資源、技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)保等因素進(jìn)行綜合分析，提出應(yīng)大力發(fā)展風(fēng)電能源供給;陳詩一[12]把能源和環(huán)境維度引入可持續(xù)發(fā)展分析，認(rèn)為節(jié)能減排是中國工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求;滕吉文等[13]預(yù)計到2050年新型可再生能源的比重將會上升到40%以上，化石能源的比重將降至50%左右;趙勇強[14]提出可再生能源已成為全球能源轉(zhuǎn)型的核心，開始全面規(guī)模化利用并逐步成為重塑能源體系、影響地緣政治、促進(jìn)綠色經(jīng)濟的重要力量。國內(nèi)學(xué)者基于我國能源特征進(jìn)行了定量分析，周晟呂等[15]采用中國能源-環(huán)境-經(jīng)濟模型模擬了不同減排政策下的減排效果及經(jīng)濟影響;劉嘉等[16]建立了中國電力政策評價模型，指出未來實現(xiàn)非化石能源發(fā)展目標(biāo)所面臨的困難及不確定性。能源轉(zhuǎn)型面臨著能源資源的重新配置問題，閻曉霞等[17]預(yù)測并分析了2014—2050年能源間的替代彈性，發(fā)現(xiàn)新常態(tài)情景下，非化石能源對煤炭、石油的替代彈性較大，化石能源間替代的可能性較弱;柴麒敏等[18]對中國實現(xiàn)排放總量控制和峰值的四種路徑和情景進(jìn)行分析，表明未來十五年累計減排將超過200億t。由可持續(xù)能源文獻(xiàn)研究的發(fā)展可以看到，對于能源轉(zhuǎn)型研究迫切需要理論的突破，開發(fā)出通用的轉(zhuǎn)型模式或模型，為可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型提供高效的轉(zhuǎn)型路徑和轉(zhuǎn)型規(guī)律。

第二類研究而言，在轉(zhuǎn)型模型概念方面，Rotmans[19]闡釋了“體制”的概念，認(rèn)為體制和規(guī)則主導(dǎo)著系統(tǒng)和系統(tǒng)內(nèi)部各利益相關(guān)者的行為;Smith等[20]發(fā)現(xiàn)“體制”通常傾向于系統(tǒng)優(yōu)化而不是系統(tǒng)創(chuàng)新，因為習(xí)慣、現(xiàn)有能力、過去的投資、監(jiān)管、現(xiàn)行規(guī)范、世界觀等導(dǎo)致其產(chǎn)生路徑依賴;Geels等[21]將“利基”作為激進(jìn)創(chuàng)新的起源，并且強調(diào)了政策在其中的重要角色;Nykvist等[22]認(rèn)為“體制”可能受到“利基”層面的威脅，或者經(jīng)濟上、生態(tài)上、文化上的“景觀”改變的威脅。在轉(zhuǎn)型模型的理論框架方面，Nykvist[22]強調(diào)“體制”通過改變其一些做法和規(guī)則，來應(yīng)對“利基”和“景觀”的變化，當(dāng)一個“體制”不能適應(yīng)變化的時候，它就會崩潰或者被推翻，并且被一個更適合新條件的體制所代替，形成系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型;Haxeltine等[23]在一系列文獻(xiàn)中描述了一個通用的轉(zhuǎn)型模型結(jié)構(gòu)，該模型基于Kemp和Rip等[24]開發(fā)的多層次分析，從“利基”“體制”和“景觀”三個層次構(gòu)建模型，將實踐的概念作為衡量的指標(biāo)，模型中“利基”和“體制”的實踐各自被表示成在不同實踐軸上的點值，從而構(gòu)成一個多維實踐空間，“景觀”表示的是宏觀經(jīng)濟形勢、經(jīng)濟政策、自然環(huán)境和人口結(jié)構(gòu)的緩慢變化[25-26]。在轉(zhuǎn)型模型的建模技術(shù)理論方面，很多學(xué)者根據(jù)實際需求進(jìn)行了有益的嘗試，Collantes[27]將創(chuàng)新技術(shù)擴散的理論框架與利益相關(guān)者的數(shù)據(jù)相結(jié)合，估計FCV市場份額演變過程;Kohler等[28]基于代理的建模技術(shù)與系統(tǒng)動力學(xué)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，評估可能發(fā)生的可持續(xù)發(fā)展社會轉(zhuǎn)型的途徑和框架;Wen等[29]提出基于動態(tài)仿真模型的中國電力行業(yè)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的定量分析方法，評估每個轉(zhuǎn)型路徑的經(jīng)濟成本和碳排放。最近Kraan等[30]開發(fā)了基于代理的轉(zhuǎn)型模型，將人類行為整合到能源系統(tǒng)模型中，研究發(fā)現(xiàn)社區(qū)和領(lǐng)導(dǎo)者對于能源轉(zhuǎn)型具有重要意義;Hansen等[31]評估了基于代理的建模模型（ABM）模擬能源轉(zhuǎn)型的潛力，認(rèn)為ABM對能源轉(zhuǎn)型研究的最大貢獻(xiàn)在于其在政策和規(guī)劃決策中的實際應(yīng)用。

依據(jù)上述學(xué)者提出的基于代理的轉(zhuǎn)型模型，并考慮中國能源系統(tǒng)的可持續(xù)轉(zhuǎn)型的實際，研究在預(yù)估景觀壓力作用下，采用基于體制、利基等復(fù)雜代理和消費者簡單代理的建模技術(shù)，結(jié)合系統(tǒng)動力學(xué)方法，建立能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型模型，通過實踐空間的運動反映可持續(xù)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的資源重新配置狀況和發(fā)展演化規(guī)律。

綜上所述，提出如下研究假設(shè)：

（1）景觀壓力的存在是轉(zhuǎn)型到可持續(xù)能源系統(tǒng)的必要條件。

（2）景觀壓力持續(xù)時間越長、強度越大，轉(zhuǎn)型發(fā)生的速度越快、程度越高;反之，景觀壓力強度越小，轉(zhuǎn)型發(fā)生的速度越慢、程度越低。

2 模型構(gòu)建原理

2.1 模型結(jié)構(gòu)

模型的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示[33]。模型內(nèi)部包括景觀信號、體制、賦權(quán)代理利基、利基和消費者，對于代理而言，體制、賦權(quán)代理利基、利基統(tǒng)一稱為復(fù)雜代理，其在實踐空間中的位置受到景觀信號、簡單代理的支持改變的影響，消費者群體為簡單代理。系統(tǒng)中只存在一個體制或不存在體制，可能存在多個賦權(quán)代理利基和利基，體制是系統(tǒng)的主導(dǎo)者，是最強的代理，賦權(quán)代理利基是系統(tǒng)中能夠威脅體制主導(dǎo)地位的強有力的代理，而利基的強度則是復(fù)雜代理中最弱小的[32]。不同類型的代理在實踐空間中的行為策略不同，本文設(shè)置兩個強度閾值T1=0.15、T2=0.5來區(qū)分復(fù)雜代理的類型，即0≤S利基

復(fù)雜代理的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以量化為兩種能力，物理能力（PC）和機構(gòu)能力（IC）。物理能力（PC）代表復(fù)雜代理的基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)能力、知識資本和生產(chǎn)能力存量等，影響著復(fù)雜代理資源的生成;機構(gòu)能力（IC）表示企業(yè)、產(chǎn)業(yè)、政客和其他利益相關(guān)者的網(wǎng)絡(luò)，同時也包含消費者對復(fù)雜代理的支持程度，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 模型的因果回路圖和存量流量圖

根據(jù)前述系統(tǒng)動力學(xué)模型，建立模型的因果回路圖和存量流量圖，分別見圖3和圖4。在景觀信號驅(qū)動下，各參變量復(fù)雜的影響組合歸結(jié)于獲得代理強度S，進(jìn)一步影響消費者的類型、權(quán)重，從而又進(jìn)入新一輪的流動周期，其中消費者、體制和利基在實際空間的運動和代理的物理能力作為含有實際意義的狀態(tài)變量，消費者的代理類型作為選擇變量。

3 數(shù)據(jù)及景觀信號

采用系統(tǒng)動力學(xué)和多層次分析相結(jié)合的研究模型，模型中既包含景觀信號作為外部變量，又包含體制、利基、消費者等內(nèi)部變量，利用實踐空間的概念，分別從宏觀、中觀和微觀三個層次對系統(tǒng)轉(zhuǎn)型進(jìn)行研究。對于可持續(xù)能源轉(zhuǎn)型模型的構(gòu)建，首先需要確定模型的體制、利基和消費者，并選擇合適的實踐維度構(gòu)建實踐空間;其次，實踐維度的選取既要有定量的指標(biāo)，也需要有文化和行為上的定性指標(biāo);最后，通過社會發(fā)展趨勢和政府政策分析，對外部變量景觀信號進(jìn)行參數(shù)化。

3.1 確定模型的體制、利基和消費者

對于中國的能源系統(tǒng)，主要的供應(yīng)來源是煤炭，2016年，煤炭占據(jù)中國一次能源消費的62%，主導(dǎo)了中國當(dāng)前能源領(lǐng)域的社會技術(shù)體系，是中國能源系統(tǒng)中的體制?；仡櫄v史研究，鄒蘊涵[34]、鄧志茹和范德成等[35]對我國替代能源的發(fā)展進(jìn)行了討論，本文通過這些討論對潛在替代能源的種類進(jìn)行了分類：

（1）化石能源，包括石油和天然氣，相比煤炭來說，排放較低。

（2）可持續(xù)能源，包括水電、風(fēng)能、光伏、核能等，具有清潔、安全、可持續(xù)的特點。

這些分類也符合《中國能源發(fā)展年鑒2017》中“能源消費總量和構(gòu)成（發(fā)電煤耗計算法）”中的各類能源消費比重數(shù)據(jù)，根據(jù)各類能源的消費比重，可以確定2016年中國能源系統(tǒng)中的體制和利基，如表1所示。

根據(jù)《中國能源統(tǒng)計年鑒2017》中的消費數(shù)據(jù)，本文將消費者分為主流企業(yè)用戶、綠色企業(yè)用戶和個人消費者三組，每組消費者都在實踐空間的一個位置周圍以正態(tài)分布散布。

3.2 實踐指標(biāo)及數(shù)據(jù)

3.2.1 實踐指標(biāo)的選取

為了更好地反映能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力，選擇定量和定性兩類實踐指標(biāo)。定量指標(biāo)可以用數(shù)據(jù)準(zhǔn)確描述，包括能源成本（元/ kW·h）和CO2排放（g/kJ）;同時，也選取了數(shù)字技術(shù)和能源效率兩種定性指標(biāo)，對于定性指標(biāo)，只給一個描述性的賦值。

3.2.2 實踐空間中體制、利基和消費者位置的確定

對于模型的定量實踐指標(biāo)，檢索了《中國能源統(tǒng)計年鑒2017》《BP世界能源統(tǒng)計年鑒2017》《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016—2020年）》、北極星電力網(wǎng)（www.bjx.com.cn）、中國煤炭市場網(wǎng)（www.cctd.com.cn），以獲取有關(guān)數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)限制，本研究不涉及香港、澳門、臺灣等地區(qū)。

對于定性指標(biāo)，根據(jù)每種能源的相對差異，進(jìn)行了區(qū)分化的估計，數(shù)字技術(shù)代表各類能源的系統(tǒng)整合程度，能源效率則代表當(dāng)前技術(shù)條件下，各類能源的利用效率水平。所有實踐指標(biāo)的賦值范圍為0～100，表2詳細(xì)說明了體制和利基在實踐空間中的初始值，表3說明了消費者代理在實踐空間中的初始值。

經(jīng)驗證據(jù)表明，盡管中國非化石能源使用量的絕對值增長較快，但其在一次能源中所占的比重仍然不高。隨著中國GDP的增長和能源支持政策的轉(zhuǎn)變，2012年以來煤炭消費所占比重連年下降，但是由于基數(shù)大，煤炭仍然在能源系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。石油和天然氣利基CO2排放量均低于煤炭，并且在其他實踐維度上接近體制值，具有積極的增長趨勢。

每組支持者的比例隨著景觀信號的影響也會不斷地發(fā)生變化，在初始時刻支持者由80%的主流企業(yè)用戶，10%的綠色企業(yè)用戶以及10%的非企業(yè)用戶即個人消費者構(gòu)成。主流企業(yè)用戶偏好較低的能源成本，排放大量的溫室氣體;10%的綠色企業(yè)用戶愿意為減少排放付出更大的成本;10%的個人消費者承擔(dān)中等程度的能源成本，較低的CO2排放值，以及較高的節(jié)能意識。

3.3 景觀信號的確定

景觀信號是外部變量，這些信號可以改變體制、利基和消費者在實踐空間中的位置，使他們在實踐空間中移動。每個信號都是向量，在實踐空間中具有強度和方向，從而決定體制、利基和消費者運動的速度和方向。通過對大量文獻(xiàn)的回顧以及對中國可持續(xù)能源發(fā)展趨勢的分析[36]，制定了一個描述2016—2050年間中國可持續(xù)能源發(fā)展技術(shù)和政策的文本文檔，以用來確定景觀信號。

2020年以前，雖然煤炭消費占據(jù)主導(dǎo)地位，但是考慮到環(huán)境污染和氣候變化情況嚴(yán)峻，社會關(guān)注度不斷提升，政府開始重視生態(tài)環(huán)境的保護，傾向于優(yōu)先采用排放更低、污染更少的石油、天然氣和可持續(xù)能源來應(yīng)對日益增長的能源需求。

指標(biāo)的景觀信號。能源系統(tǒng)越來越接受較高的能源成本，以降低CO2的排放，同時數(shù)字技術(shù)和能源效率對于能源系統(tǒng)的影響也在2020年以后漸次出現(xiàn)并逐步加強。②對復(fù)雜代理物理能力的景觀信號。為了減少污染，減緩氣候變化，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，政府和社會對于化石能源的基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)能力、知識資本和生產(chǎn)能力等的投入逐步降低，特別是對于煤炭的投入限制要高于石油和天然氣利基，化石能源的物理能力都會受景觀信號的影響不斷降低，相應(yīng)的，可持續(xù)能源則會在景觀信號的影響下，不斷提高自己的物理能力。③對各組消費者權(quán)重的影響。由于社會環(huán)保觀念的普及以及能源利用技術(shù)的進(jìn)步，綠色企業(yè)用戶的權(quán)重會在景觀信號的影響下不斷增加。

4 結(jié)果分析

使用VENSIM軟件進(jìn)行模擬，通過模型行為試驗驗證與實際情況是否符合，即改變輸入函數(shù)景觀信號的不同狀態(tài)，例如階躍函數(shù)，模擬運行出3組不同的結(jié)果。首先設(shè)置基本對照組，如圖5所示，只在2020—2030年內(nèi)具有CO2排放的景觀信號，這種情況下模擬運行的結(jié)果如圖6所示。其次是正常模擬組，根據(jù)上節(jié)轉(zhuǎn)型文本的描述，確定景觀信號隨時間的階躍變化狀態(tài)如圖7所示，在這種景觀信號作用下，模擬運行得出體制和利基的強度隨時間變化的結(jié)果，結(jié)果如圖8所示。最后，模型還設(shè)置了1個弱景觀信號階躍變化的控制運行組，考慮參數(shù)變化對模型行為的靈敏度試驗驗證，將所有的景觀信號強度變?yōu)檎ＤM組的1/2，其模型運行結(jié)果如圖9所示。

圖5和圖6基本運行組的結(jié)果表明，2020—2030年間存在CO2排放景觀信號的情況下，煤炭的強度在這個時間段里迅速下降，從系統(tǒng)中的體制變?yōu)橐粋€賦權(quán)代理利基，而在這個景觀信號消失之后，煤炭的強度在2031—2050的20年間下降速度變緩，這表明外部景觀信號是推動系統(tǒng)轉(zhuǎn)型主要動力。運行結(jié)果顯示，到2050年，化石能源將仍然占據(jù)一次能源消費的78%，這個結(jié)果也表明，如果社會只在短期擔(dān)心環(huán)境污染和氣候變化，或者隨著時間的推移社會對環(huán)境污染和氣候變化的關(guān)切被人口增長和經(jīng)濟衰退所抵消，那么能源系統(tǒng)的技術(shù)和消費結(jié)構(gòu)將不會發(fā)生太大的變化，可持續(xù)能源在一次能源的消費中也只能占據(jù)很低的比重，能源系統(tǒng)中也不會產(chǎn)生新的體制。沒有持續(xù)的政策支持，能源系統(tǒng)的可持續(xù)轉(zhuǎn)型將不會發(fā)生。

轉(zhuǎn)型到可持續(xù)能源系統(tǒng)的模擬運行結(jié)果如圖7和圖8所示，從模擬結(jié)果中可以看出：在景觀信號持續(xù)的作用下，當(dāng)前能源系統(tǒng)中的煤炭消費比重從2016年的64.5%迅速降低到2050年的16.7%，從系統(tǒng)中的體制轉(zhuǎn)型到一個賦權(quán)代理利基。2030年以前，煤炭的消費比重下降，非化石能源的消費比重卻沒有顯著上升，相反，石油和天然氣的消費占比上升更為強勁，到2030年，化石能源的消費仍然占據(jù)能源系統(tǒng)的絕對主導(dǎo)地位，出現(xiàn)這種結(jié)果主要是因為非化石能源的基礎(chǔ)設(shè)施仍然薄弱，而且他們的成本也相對較高。到2030年石油和天然氣的消費比重達(dá)到最大值，此后逐年下降，石油也從一個賦權(quán)代理利基最終轉(zhuǎn)型成為利基。2030年以后，可持續(xù)能源消費比重迅速上升，水電在可持續(xù)能源中占據(jù)絕大部分的比例，從一個利基轉(zhuǎn)型成為賦權(quán)代理利基。到2050年，所有可持續(xù)能源消費比重達(dá)到60%左右，能源系統(tǒng)的消費結(jié)構(gòu)發(fā)生徹底的變化。這表明可持續(xù)能源而非化石能源是未來能源，然而，由于風(fēng)能、光伏等利基受到基礎(chǔ)設(shè)施、自然環(huán)境的先天限制，產(chǎn)能有限，所以不能發(fā)展成為賦權(quán)代理利基或者體制。對于水電，我國已是世界上水電發(fā)電量最大的國家，而且水電消費量占全球水電消費量的近三成，但是按發(fā)電量計算，目前我國水電的開發(fā)程度僅39%，與發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距以及很高的開發(fā)空間。

分析圖9，弱景觀信號顯著減弱了可持續(xù)能源利基的發(fā)展：煤炭的消費比重下降緩慢，雖然從體制轉(zhuǎn)型為利基，但是一直高于其他能源類型的消費比重。水電的消費比重上升更慢，而且也一直低于煤炭。到2050年，化石能源仍占據(jù)著50%以上的能源消費比重，能源消費結(jié)構(gòu)未發(fā)生很大的變化。這是因為相比于可持續(xù)能源，化石能源在技術(shù)上和基礎(chǔ)設(shè)施上具有優(yōu)勢，在短期內(nèi)，它們比可持續(xù)能源表現(xiàn)得更好。只有伴隨著長期的景觀壓力，給可持續(xù)能源的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施帶來積極的變化，以及使消費者偏好發(fā)生持續(xù)的變化，才能使可持續(xù)能源最終占據(jù)主導(dǎo)地位。

5 結(jié)論與討論

以轉(zhuǎn)型理論為概念框架，從宏觀、中觀和微觀多個層次對能源系統(tǒng)進(jìn)行分析，并建立了基于代理的系統(tǒng)動力學(xué)轉(zhuǎn)型模型。模型選取當(dāng)前能源消費結(jié)構(gòu)中占據(jù)較大比重的煤炭、石油、天然氣、風(fēng)能、水電、光伏和核能作為復(fù)雜代理，選取消費者作為簡單代理，根據(jù)我國能源數(shù)據(jù)對其進(jìn)行參數(shù)化，并模擬運行了能源系統(tǒng)從2016—2050年間各種類型能源消費比重變動的情形。研究結(jié)論主要有：①外部景觀信號的輸入對于能源系統(tǒng)的可持續(xù)轉(zhuǎn)型有著至關(guān)重要的作用。隨著景觀信號的輸入，各類能源的相對比重發(fā)生復(fù)雜的相互作用，景觀信號持續(xù)時間越長、強度越大，向可持續(xù)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的速度越快、規(guī)模越大，反之，向可持續(xù)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的速度越慢、規(guī)模越小。②到2050年，可持續(xù)能源將占據(jù)一次能源消費比重的60%左右，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的可持續(xù)化轉(zhuǎn)型，其中，水電將在能源系統(tǒng)的可持續(xù)化轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要的作用。③2030年以前，石油和天然氣將是能源系統(tǒng)中煤炭消費比重下降的主要替代品。

研究結(jié)論表明，未來相當(dāng)長一段時間可持續(xù)能源將會占據(jù)主導(dǎo)地位，然而未來十年石油和天然氣才是當(dāng)前我國能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的主要替代能源，這是因為一方面它們技術(shù)更成熟，另一方面它們的基礎(chǔ)設(shè)施也更完善。這個結(jié)論的意義在于：首先，對于能源系統(tǒng)來說，轉(zhuǎn)型的必要條件是強力且持續(xù)的政策行動以及支持者偏好的改變。這也意味著，政策和消費者的轉(zhuǎn)變必須保持很長一段時間，只有這樣，新型替代能源的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施才能發(fā)展到超過當(dāng)前化石能源的水平;其次，未來十年最好的選擇可能不是最理想的選擇，即使在煤炭消費下降、石油和天然氣的消費比重迅速上升、二氧化碳排放壓力有所緩解的同時，仍然需要繼續(xù)支持可持續(xù)能源的發(fā)展。

能源可持續(xù)轉(zhuǎn)型是大勢所趨，但是轉(zhuǎn)型過程缺乏細(xì)致定量刻畫，為此通過模型構(gòu)建和分析進(jìn)行了探索。

第一，景觀壓力對于轉(zhuǎn)型是必要的。在沒有景觀壓力存在的情況下，化石能源在技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施上具有優(yōu)勢，它們比可持續(xù)能源表現(xiàn)得更好，更吸引消費者的支持，在這種情況下，能源系統(tǒng)的可持續(xù)轉(zhuǎn)型將不會發(fā)生。景觀信號的強度越大，越有助于加快能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型速度和加強能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型程度。即通過當(dāng)前能源系統(tǒng)的景觀壓力強度以及轉(zhuǎn)型的進(jìn)度，來量化未來需要輸入的景觀壓力強度，可為政策決策提供理論支持。

第二，通過模擬轉(zhuǎn)型發(fā)生的具體情景，可以對轉(zhuǎn)型的進(jìn)展進(jìn)行更清楚的界定，也可以借此來評估二氧化碳的排放路徑。

第三，模擬模型也可以評估各類能源在不同時間點上的各種可能性，以及探索各類可持續(xù)能源的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

下一步的研究工作需要在景觀壓力強度、評估CO2的排放路徑以及探索最具發(fā)展?jié)摿Φ目沙掷m(xù)能源類型等方面進(jìn)行深入的定量分析，為成功轉(zhuǎn)型提供更加細(xì)致的刻畫。

致謝：在該文的修改過程分析中，王麗娟高級工程師在內(nèi)容分析、圖表制作、格式規(guī)范等方面做了大量的工作，特此致謝！

（編輯：李 琪）

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