促進(jìn)能源氣候協(xié)同治理機(jī)制與路徑跨學(xué)科研究

張希良教授，清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所所長(zhǎng)，國(guó)家973計(jì)劃“我國(guó)2020年溫室氣體控制目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)路徑及支撐體系”項(xiàng)目首席科學(xué)家，國(guó)家社科基金重大項(xiàng)目“中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家方案政策措施中的關(guān)鍵問題研究”首席專家。研究方向?yàn)樘际袌?chǎng)，能源經(jīng)濟(jì)。

姜克雋研究員，中國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)研究院能源研究所。主要研究以模型應(yīng)用為主，包括未來能源和溫室氣體排放預(yù)測(cè)和情景分析，溫室氣體排放控制對(duì)策，區(qū)域環(huán)境對(duì)策評(píng)價(jià)等。

趙英汝教授，廈門大學(xué)能源學(xué)院能效工程研究所所長(zhǎng)。研究方向?yàn)槟茉聪到y(tǒng)工程，多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)的建模與優(yōu)化，城市能源系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)、化工動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)、智慧綜合能源規(guī)劃等應(yīng)用研究。

魯宗相長(zhǎng)聘副教授，清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系。主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)可靠性，風(fēng)電/太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)分析與控制，分布式電源及微電網(wǎng)，能源與電力宏觀規(guī)劃。

趙曉麗教授，中國(guó)石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，低碳經(jīng)濟(jì)與政策研究中心主任。主要研究方向?yàn)槟茉唇?jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展，環(huán)境管制政策，電力經(jīng)濟(jì)與可再生能源激勵(lì)政策等。

魯璽長(zhǎng)聘副教授，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院。主要研究方向?yàn)槟茉?、氣候變化與環(huán)境復(fù)雜系統(tǒng)建模與評(píng)估，風(fēng)能與太陽(yáng)能綜合評(píng)估技術(shù)，低碳能源與大氣污染協(xié)同治理，溫室氣體與大氣污染物排放，綠色低碳智慧城市系統(tǒng)等。

黃瀚教高，全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織研究院副院長(zhǎng)。主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行與控制、智能電網(wǎng)技術(shù)、新能源發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)等。

白愷*教高，《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》主編。主要研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電與并網(wǎng)、儲(chǔ)能等。

低碳甚至零碳能源系統(tǒng)是氣候解決方案的基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)各類供能系統(tǒng)的碳減排，諸多綜合性、系統(tǒng)性的技術(shù)和政策研究從自然學(xué)科、工程學(xué)科、經(jīng)濟(jì)學(xué)科、社會(huì)學(xué)科的不同角度和層次開展，并應(yīng)用于工程實(shí)踐，對(duì)中國(guó)2019年碳排放強(qiáng)度較2005年降低48.1%做出了重要貢獻(xiàn)。

2020年，中國(guó)提出2030年前碳達(dá)峰和2060年前碳中和的新戰(zhàn)略目標(biāo)，主動(dòng)提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)指標(biāo)，吹響了能源領(lǐng)域加速減排行動(dòng)的號(hào)角。研究表明，大多數(shù)減排措施都需要多學(xué)科、多產(chǎn)業(yè)、多部門的深度合作；同時(shí)，碳排放的演化和發(fā)展是個(gè)長(zhǎng)周期的過程，中觀尺度的行業(yè)脫碳發(fā)展規(guī)劃、碳市場(chǎng)機(jī)制以及微觀尺度各類脫碳綜合技術(shù)研究，迫切需要宏觀尺度能源系統(tǒng)層面提出中長(zhǎng)遠(yuǎn)期的定量約束、目標(biāo)和路徑方案。但受限于行業(yè)和學(xué)科條塊分割等歷史原因，當(dāng)前宏觀尺度能源系統(tǒng)研究在學(xué)科融合、定量化研究深度方面尚顯不足。

通過分析能源系統(tǒng)互聯(lián)互通的發(fā)展趨勢(shì)以及能源系統(tǒng)微觀、中觀和宏觀尺度研究之間的密切相互影響，提出大框架下的宏觀能源系統(tǒng)跨學(xué)科融合和定量研究方法學(xué)的重要性，倡導(dǎo)學(xué)術(shù)期刊積極主動(dòng)為能源氣候研究搭建跨學(xué)科交流平臺(tái)。

■ 互聯(lián)互通成為能源系統(tǒng)發(fā)展的重要特征

能源系統(tǒng)的核心是化學(xué)能、熱能、機(jī)械能、電磁能、原子能等多種能源形式轉(zhuǎn)換。在以化石能源為主導(dǎo)的二十世紀(jì)，傳統(tǒng)能源領(lǐng)域形成了相對(duì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)理論體系、學(xué)科體系和部門或行業(yè)。以電力部門為例，形成了以火電、水電、核電等同步發(fā)電機(jī)組為主力電源，通過不同電壓等級(jí)的交流輸配電網(wǎng)給用戶提供電能的系統(tǒng)格局。

在當(dāng)前世界能源轉(zhuǎn)型的共識(shí)下，能源生產(chǎn)與消費(fèi)向清潔化和電氣化方向加速發(fā)展，多種能源的轉(zhuǎn)換、應(yīng)用和相互關(guān)系更加復(fù)雜。特別是隨著隨機(jī)性、波動(dòng)性的風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電逐漸成為很多區(qū)域電網(wǎng)的主導(dǎo)電源，不但使電力系統(tǒng)的特性發(fā)生根本轉(zhuǎn)變，也給整個(gè)能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理帶來革命性影響。

從能源技術(shù)角度看，為獲得更低成本的綠色用能，各類相同或不同形式間能量的轉(zhuǎn)換技術(shù)蓬勃發(fā)展；同時(shí)，非水可再生能源的隨機(jī)性和分布特征使得電力系統(tǒng)的時(shí)間和空間維度特性日益復(fù)雜，必須采用更多系統(tǒng)性、綜合性技術(shù)方案保證電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，包括以互聯(lián)實(shí)現(xiàn)更大范圍、更多種類資源的低成本配置，用各類儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)能量在不同時(shí)間尺度的轉(zhuǎn)移，用市場(chǎng)機(jī)制和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)激活用戶側(cè)需求響應(yīng)等。隨著越來越多的國(guó)家、城市和大企業(yè)做出碳中和承諾并開展行動(dòng)，能源系統(tǒng)中可再生能源比例和電氣化用能比例將持續(xù)提高，這將驅(qū)動(dòng)各類能源的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制以及多能源綜合利用等技術(shù)不斷創(chuàng)新。

從能源業(yè)態(tài)角度看，在各種能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的支撐下，特別是信息技術(shù)融入能源系統(tǒng)，催生大量新的能源業(yè)態(tài)。如圖1所示，過去較為獨(dú)立的電力、交通、工業(yè)、建筑等不同部門已經(jīng)由能量流緊密聯(lián)系起來，同時(shí)，以信息技術(shù)為底層環(huán)境，以政策和市場(chǎng)為協(xié)調(diào)機(jī)制，諸多社會(huì)行為以多種用能方式被引入到能源系統(tǒng)中，能源系統(tǒng)已經(jīng)演化為以清潔電力為中心的多部門深度耦合能源系統(tǒng)。

圖1 以電力為中心的多部門深度耦合能源系統(tǒng)Fig.1 Multi-sector deeply coupled energy system central on electricity

與能源系統(tǒng)上述技術(shù)特征和社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性相對(duì)應(yīng)，能源系統(tǒng)研究問題的尺度可以大致分為微觀、中觀和宏觀層次。微觀尺度主要涉及基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)，解決各類能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)的材料和關(guān)鍵裝備等問題。中觀尺度主要包括系統(tǒng)集成技術(shù)以及電、碳市場(chǎng)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。宏觀尺度則包涵了更多社會(huì)因素，例如能源系統(tǒng)減排問題以及與之密切相關(guān)的經(jīng)濟(jì)、氣變、環(huán)境、甚至政治等問題，是建立在中觀尺度能源系統(tǒng)上的宏觀層次研究，為政策制訂提供依據(jù)。

微觀、中觀和宏觀能源系統(tǒng)研究的層次劃分并非絕對(duì)，且三個(gè)層次的研究密切相關(guān)。例如從微觀和中觀尺度的綜合能源系統(tǒng)研究得到的技術(shù)特征，可以為更宏觀層面的電力與建筑、交通融合的城鎮(zhèn)和區(qū)域規(guī)劃提供建模參數(shù)，產(chǎn)業(yè)布局、生態(tài)環(huán)境等宏觀尺度研究可以預(yù)測(cè)區(qū)域電力和能源需求、新能源技術(shù)發(fā)展規(guī)模等，反過來為城鎮(zhèn)和區(qū)域能源規(guī)劃、電碳市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)等提供依據(jù)。在過去主導(dǎo)行業(yè)背景和工程技術(shù)推動(dòng)下，行業(yè)內(nèi)微觀和中觀尺度研究合作歷來比較密切，而隨著當(dāng)前能源系統(tǒng)的互聯(lián)互通特性日益加強(qiáng)，不同學(xué)科和部門在微觀和中觀尺度研究上更深入交流合作已成為趨勢(shì)。而宏觀能源系統(tǒng)的研究涉及經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、氣候變化等領(lǐng)域，研究者多來自完全不同的學(xué)科背景和行業(yè)，交叉學(xué)科交流和合作的重要性更加突出。宏觀能源研究需要中觀和微觀研究的支撐，這也是目前能源戰(zhàn)略研究亟需改善的地方，如近期關(guān)于更大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)技術(shù)性問題的爭(zhēng)議，如果技術(shù)性問題沒有好的解決方案，會(huì)影響未來的能源總體發(fā)展格局。

■ 宏觀能源系統(tǒng)研究需要定量方法學(xué)不斷推動(dòng)

近年來，氣候變化引起了人們對(duì)能源轉(zhuǎn)型這一主題的極大興趣，宏觀能源系統(tǒng)研究正處于新興領(lǐng)域并在不斷豐富。能源系統(tǒng)宏觀研究聚焦可持續(xù)能源大規(guī)模、系統(tǒng)級(jí)的長(zhǎng)期規(guī)劃方案，涉及能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的動(dòng)態(tài)以及利益、成本等經(jīng)濟(jì)環(huán)境影響，研究需跨越自然、社會(huì)和工程科學(xué)的許多領(lǐng)域。目前，能源系統(tǒng)宏觀尺度研究問題主要包括實(shí)現(xiàn)碳中和的能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型模式，減少溫室氣體排放的市場(chǎng)和政策解決方案及其經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)福利分配影響，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)對(duì)能源需求影響的預(yù)測(cè)方法，新興能源技術(shù)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境價(jià)值，能源系統(tǒng)中動(dòng)力學(xué)的發(fā)展和新技術(shù)的采用，環(huán)境對(duì)當(dāng)前和未來能源技術(shù)的影響等。當(dāng)前，諸多學(xué)科和行業(yè)研究人員正在努力理解這些變化，并從不同層次、不同角度開展宏觀能源系統(tǒng)研究，研究中已經(jīng)吸收了來自一系列學(xué)科的知識(shí)和方法，包括工程、環(huán)境科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、金融和經(jīng)濟(jì)學(xué)，特別是隨著計(jì)算技術(shù)進(jìn)步，一般和非一般均衡模型、生命周期評(píng)估、技術(shù)學(xué)習(xí)曲線等共同的定量研究工具已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

宏觀能源系統(tǒng)研究的現(xiàn)象和問題具有復(fù)雜性、系統(tǒng)性、前瞻性、長(zhǎng)期性和協(xié)調(diào)性等突出特點(diǎn)，需要主動(dòng)借鑒復(fù)雜科學(xué)和工程定量模型方法開展研究，逐步建立符合宏觀能源系統(tǒng)研究的專門方法，向定量模擬、抽象建模、數(shù)據(jù)分析方面發(fā)展，使研究過程更加符合科學(xué)研究范式，研究結(jié)果更加貼近現(xiàn)實(shí)。這要求研究人員從中、微觀尺度能源系統(tǒng)研究中提取知識(shí)、方法和觀點(diǎn)等信息，開展工程、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)因素的共同分析，對(duì)各類因素相互影響進(jìn)行仔細(xì)的比較和恰當(dāng)?shù)臋?quán)衡，發(fā)掘?qū)暧^能源系統(tǒng)的整體理解，以回答能源轉(zhuǎn)型社會(huì)尺度的問題。總之，在宏觀能源系統(tǒng)這個(gè)研究領(lǐng)域，交叉學(xué)科融合需要兼具廣度和深度。

然而，圍繞宏觀能源系統(tǒng)相關(guān)研究，目前各學(xué)科主要還是從本學(xué)科角度出發(fā)組織會(huì)議交流、發(fā)表學(xué)術(shù)期刊論文等，面臨知識(shí)分散、術(shù)語(yǔ)不完全一致、深度交流合作機(jī)會(huì)少、跨學(xué)科評(píng)價(jià)困難等問題，不利于包括方法學(xué)在內(nèi)的研究成果共享和快速迭代，也不利于中觀和微觀能源系統(tǒng)相關(guān)研究人員深刻理解宏觀能源系統(tǒng)研究的目標(biāo)以及正確應(yīng)用該方向已有成果。

■ 促進(jìn)能源氣候協(xié)同治理機(jī)制與路徑的跨學(xué)科研究

未來能源系統(tǒng)將是以清潔電力為核心的能源系統(tǒng)，為探索促進(jìn)能源氣候研究的跨學(xué)科交流和合作，《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》編輯部策劃在2021年新設(shè)置“能源氣候協(xié)同治理機(jī)制與路徑”欄目，邀請(qǐng)跨學(xué)科的7位專欄特約主編，嘗試為不同學(xué)科開展宏觀能源系統(tǒng)研究搭建交流平臺(tái)，探索能源氣候協(xié)同治理機(jī)制與路徑的跨學(xué)科和定量研究，以期加速該方向?qū)W術(shù)研究水平進(jìn)步。

目前該欄目主要包括以下內(nèi)容：

1）實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)集成建模與分析；

2）氣候治理與大氣環(huán)境質(zhì)量協(xié)同路徑研究；

3）碳中和發(fā)展路徑及其目標(biāo)下的電力能源系統(tǒng)規(guī)劃方法，電力與氣候變化關(guān)系；

4）不同能源形式及行業(yè)的能源效率提升與用能終端電能替代研究；

5）氫能、生物質(zhì)能及CCUS等零碳和負(fù)碳能源技術(shù)及系統(tǒng)的建模、評(píng)價(jià)及發(fā)展路徑；

6）促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的電力市場(chǎng)、碳市場(chǎng)等機(jī)制設(shè)計(jì)等；

7）國(guó)家或地區(qū)能源政策、能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)、能源可持續(xù)研究。

本期刊載了該欄目的第一批6篇論文。中國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)研究院能源研究所姜克雋等基于能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)集成模型，研究了全球2050年1.5℃場(chǎng)景下低價(jià)格零碳電力發(fā)展對(duì)中國(guó)一些工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局的影響，提出中國(guó)氫基產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略安排的迫切性；清華大學(xué)魯宗相等考慮影響演化路徑的多重不確定性因素，提出基于全局靈敏度方法的中長(zhǎng)期電力系統(tǒng)發(fā)展情景模擬方法，并以中國(guó)西北電網(wǎng)為例，展示高比例可再生能源發(fā)展的演化路徑；清華能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院王永真等基于能值分析理論建立了風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃煤發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電和水力發(fā)電的可持續(xù)性綜合評(píng)價(jià)體系，并對(duì)中國(guó)未來能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)及能值的能量、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境可持續(xù)性綜合評(píng)價(jià)；國(guó)家氣候中心常蕊等綜述了氣候變化對(duì)風(fēng)能資源開發(fā)潛力的影響以及風(fēng)能開發(fā)與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展的氣候服務(wù)技術(shù)進(jìn)展，提出了能源氣候服務(wù)技術(shù)發(fā)展建議。在實(shí)踐案例方面，挪威Refinitiv的秦炎用歐洲電碳市場(chǎng)最新實(shí)際數(shù)據(jù)分析了歐洲碳市場(chǎng)推動(dòng)電力減排的作用機(jī)制，包括碳價(jià)和燃料價(jià)格對(duì)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清順序的影響，互聯(lián)大電網(wǎng)和統(tǒng)一電力市場(chǎng)如何促進(jìn)碳價(jià)機(jī)制發(fā)揮對(duì)清潔能源的配置作用等；東南大學(xué)高賜威等建立綜合考慮碳排放、能源效率、安全性、經(jīng)濟(jì)性的電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型評(píng)估指標(biāo)體系，并以安徽為例提出區(qū)域電力部門深度脫碳的建議。

■ 展望

提高宏觀能源系統(tǒng)理論研究及應(yīng)用實(shí)踐水平，需要自然科學(xué)、工程技術(shù)和社會(huì)科學(xué)共同支撐。搭建宏觀能源系統(tǒng)研究跨學(xué)科交流和方法學(xué)研究平臺(tái)，可以促使更多研究人員致力于一系列共同的問題，共享核心方法學(xué)并促進(jìn)其進(jìn)步，可靠地審查和評(píng)價(jià)研究成果的真實(shí)性和新穎性，提高學(xué)術(shù)研究對(duì)實(shí)踐指導(dǎo)的可行性和可靠性。

希望廣大研究人員能夠關(guān)注《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》“能源氣候協(xié)同治理機(jī)制與路徑”專欄，積極來稿交流，促進(jìn)宏觀能源系統(tǒng)研究領(lǐng)域?qū)W術(shù)發(fā)展和實(shí)踐應(yīng)用，切實(shí)推動(dòng)碳中和目標(biāo)下中國(guó)能源部門加速轉(zhuǎn)型。