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国网能源研究院苗中泉:对国际能源转型的长时段透视

北极星输配电网  来源:能源研究俱乐部  作者:苗中泉  2018/11/6 8:57:11  我要投稿  

北极星输配电网讯:一、能源转型是由能源原动机推动的、能源体系发生深刻变革的、一次能源消费结构发生深刻变化的、长期的过程。

(来源:微信公众号“能源研究俱乐部”ID:nyqbyj 作者:苗中泉 国网能源研究院有限公司)

在最通俗的意义上,“能源转型”(energy transition)可以被理解为能源的更替和变化。但如果要对能源转型的历史进行详细的审视,就必须对这一概念进行更为精细的界定。

目前,学术界对此有着不同的理解,一种为大多数人所接受的观点认为,能源转型就是指一个国家或者社会主导能源的转换或者更替过程1 。另一种观点认为能源转型就是经济增长过程中能源在利用数量、能源品质、消费结构和能源经济效率等四个方面的变化及各个方面之间的相互作用2。还有一种观点认为能源转型是能源构成不断变化的持续过程。每当效率更高的新能量“原动机”(prime movers)3出现并取代旧的原动机、显著提高人类所能利用的能源量级时,能源转型就会发生4。也有一种观点认为,能源转型是由能量原动机推动的、伴随着能源体系深刻变革的、一次能源长期结构发生变化的过程5。

相较而言,在上述界定中,第一种观点过于宽泛,第二种观点将能源转型局限于能源的经济方面,缺乏对能源转型进程中社会结构变化的应有关注。后两种观点从能源转型的根本动力出发,注重能源原动机的革新,并且关注到能源体系的综合变化,是目前对能源转型比较深刻、全面的理解;同时,该界定尤其是第四种界定明确规定了考察能源转型的关键是一次能源的“长期结构”的变化,从而在研究中能够最大程度地避免一次能源与二次能源在转型进程中的重叠现象,使研究更具科学性。本文对“能源转型”所展开的讨论,就是以最后一种学术界定为基础的。

二、审视历史,能源转型并非一蹴而就的单向演化的进程,而是历时长久的、道路曲折的变革过程。

如果分析关于能源转型的政策文件、学术报告、企业行动规划等文献,会发现在“低碳绿色”和“可持续发展”成为符合人类发展前景的“政治正确”的当下,能源转型大体被认定为可以在不远的将来被迅速完成的任务;其核心是以可再生能源取代煤炭、石油等传统高碳值排放的能源品种。然而,这种思维可能会过于单一、过于乐观。

根据能源史学家的分类,在几千年的人类社会发展中,曾经出现过至少三次能源转型,第一次是以煤炭取代薪柴,开始时间大约在18世纪工业革命时期;第二次是以石油取代煤炭,大致开始时间是19世纪末20世纪初;第三次是21世纪以来,主要发展趋势是以可再生能源取代传统化石能源。然而,这样的三次转型论是以主要能源消费品种的变迁为衡量标准的,忽视了能源转型的动力源分析,并且过于简略。根据加拿大著名能源学者斯米尔教授的量化历史分析,在煤炭对薪柴等生物质能源的替代过程中,煤炭所占能源消费比例首次达到5%6是在1840年,1855年占据全球市场份额的10%,1865年达到15%,1870年达到20%,1885年达到33%,1895年达到40%,1900年达到50%。从时间维度上看,煤炭取代薪柴等生物质能源从起始点到各里程碑节点之间的间隔年数序列为15-25-30-35-45-55-60。同样的,原油取代煤炭和薪柴等生物质燃料、达到上述里程碑节点的时间间隔序列分别为15-20-35-40-50-607。换言之,从新型能源在全球能源消费结构中占比5%开始,到该占比达到或者接近50%,煤炭和原油均经历了长达半个多世纪的时间。

而如果从每次能源转型的重大推力,即高效率使用新型能源的原动机的出现开始计算,无论是煤炭取代薪柴,还是石油取代煤炭,都是一个更为长期的过程。其中,对煤炭而言,从1769年瓦特改进蒸汽机使得这种以煤炭为主要燃料的原动机开始大规模在人类社会被采用开始,到1900年煤炭成为全球最重要的能源产品为止,经历了长达130年的时间,其中从蒸汽机被改良到煤炭在全球能源消费中占比达到5%,就花去了70多年的时间;对石油而言,从19世纪70年代到19世纪末,内燃机、汽油发动机、柴油发动机的相继出现,拉开石油大规模使用的序幕,到一战前在全球能源消费中接近5%,大约经历了40多年的时间,到1964年在世界能源消费中占比达到34%,超越煤炭成为最重要的能源品种,则经历了将近一个世纪。值得一提的是,直到20世纪末,在全球能源消费结构中,石油也并未一统天下,煤炭与原油的消费占比分别为25%和37%,石油时代的煤炭依然在能源结构中占据重要地位。天然气从原动机出现到大规模采用,也经历了相似的过程。以液化天然气为例,从1850年前后出现液化天然气的技术突破开始,到1964年首次商船运输液化天然气,再到1999年全球液化天然气出口总量在天然气销售总量中占比超过5%,花去了超过100年的时间;如果从发现液化天然气的原理开始算,这一时间跨度超过150年。因此,审视煤炭、石油、天然气等能源品种替代上一个主导型能源的历程,我们必须对能源转型的时间成本有足够的思想准备。

不仅仅是历时长久。在漫长的转型进程中,能源品类之间的替代与被替代也存在着回环往复,而不遵循机械的、单一线性的发展历程。“薪柴—煤炭—石油—天然气—可再生能源”并非人类能源转型的必然路径。以美国为例。1807年美国蒸汽船试航成功,开始了向煤炭转型的时代。1845年,煤炭在美国能源消费中占比首次超过5%,1885年占比达到50.3%,超过薪柴成为主导能源;1910年,煤炭消费占比达到76.8%,达到历史极值。此后不断下降,到1972年开始又逐年回升,占比从16.6%逐渐升至21世纪初的23%,并成为美国发电的主要能源品种。与此同时,1903年美国开始向石油转型,1910年石油消费占比达到6%,1920年达到12.5%,1930年达到24.9%,1950年超过煤炭(35.7%),达到38.5%,成为美国社会的主要能源产品。1977年美国石油消费占比达到47.7%的峰值,此后逐渐下降,到21世纪初大致保持在38%的水平。对比两个替代进程,可以发现,石油对煤炭的替代并非完全是单一线性进化的,石油与煤炭之间的替代关系存在着回环往复的情况。更为独特的是荷兰天然气对煤炭的替代。根据历史学家的数据,1910年时荷兰的煤炭消费占比达到90%,而被煤炭所取代的泥炭消费占比只有5%,原油占比则不足3%。到1958年,荷兰的煤矿行业因为原油价格过于便宜而变得无利可图。就在荷兰可能成为石油主导的能源消费国时,1959年格罗宁根超大气田被发现,并迅速成为荷兰能源的主要供给方。此后,荷兰能源消费中天然气的比重不断提升,煤炭和原油比重连续下降。1965年,荷兰决定关停国内所有煤矿,该年天然气消费占比为5%;1971年,天然气在荷兰能源消费中占比升到30%,四年后达到46%,与原油比例持平;同一时段,荷兰煤炭的消费占比从26%下降到了2.5%。在全球主要国家从煤炭向石油主导的能源转型之际,荷兰实现了天然气和石油对煤炭的同时替代,能源消费结构从以煤炭为主转型为石油和天然气双重主导。

核能在战后能源结构中的变化,同样能够反映出能源转型进程中回环往复的特征。二战后,核能被美、日、欧、法、德等国视为传统能源的主要替代品种、“能源行业的救世主”,核能发电厂在全球主要发达国家迅速扩充,美国原子能主席甚至告诉人们,核能发电将“便宜到懒得算价钱”。但是到1960年代,受制于安全、技术等因素,核电产业突然减速,在整个70年代,大型核电站建设都比较缓慢。1978年,美国甚至发布命令禁止新建任何核电站。此后,核能在电力领域的发展速度不断下降,从数十年年均7%的增长速度下降到了只有1%~2%,甚至有些年份还有负增长。到80年代,核能技术有了较大的改进,美国开始新一轮的核电扩张,但增长比例依然有限。到2000年,美国核电的份额从1980年的4%提高到了8%,此后一直保持在这一水平,并无明显变化8。从核能开始被和平使用,到在社会能源消费中占比8%,美国的核电发展历程展现出高速扩张、迅速减缓、保持低水平稳定态势的L型增长曲线。这同时也是英、德、日本等国家核电发展历程的共性特征。回望1950年代关于核能和核电将替代传统能源的看法,不仅显得过于乐观,而且不无盲目。

因此,审视能源转型的历史,不能对这一进程怀抱一蹴而就的急躁心态,而要有更为充分的思考,有更为耐心的态度;也不能对转型的前景持有线性的、单向化的认识,而应保持更为开放、多元的理性立场,结合国家和社会发展的具体情势进行实事求是的分析。

三、考察社会演进,能源转型并非仅仅是能源使用本身的问题,而是系统的复杂的社会变革工程。

目前学者在讨论能源转型时,多倾向于技术视角或者经济视角,侧重讨论新型能源的技术可行性和经济效益情况,但是考察过去五百年的人类社会演进历程,可以发现,能源转型从来都不是简单的使用何种能源为人类社会提供能量动力的问题,而是一个牵涉到社会整体变革的复杂的系统性工程。

首先,能源转型的前提是关键性技术突破与应用型设备创新。从人类能源使用历史上看,早在罗马帝国时期煤炭就已经在不列颠地区被使用;中国的汉朝时期,工匠就已经普遍使用煤炭进行冶炼工作。但是,直到瓦特改进蒸汽机为止,在近两千年中,煤炭都没有成为主要的能源品种,主要原因就在于人类缺乏对煤炭更高效率的使用方式。石油的使用甚至比煤炭更早,但只有到了内燃机等设备发明之后,才开始逐渐取代煤炭和薪柴成为新的主导能源。同样,液化天然气在全球能源消费中占比的迅速增加,也是得益于1964年液化天然气运输商船的建造和试航成功。能源技术和设备的进步与扩散,决定着能源转型的速度与规模。由此而言,侧重从技术角度分析能源转型确实非常有必要。

其次,作为人类社会演进的重要标志,能源转型的广度和深度势必会超出技术本身,而发展成一项复杂的系统性社会工程。一是新型原动机的大规模扩散使用意味着人类社会动力系统的大规模革新,这不仅会彻底改变人类基本的交往方式,而且会深刻地改变人们的思想观念,促使人类重新认识世界、认识自我。例如,在化石燃料时代,煤炭和石油提供的能量动力,成为人类征服自然、探索世界的力量源泉,与之伴生的就是人类在思想上开始彻底摆脱上帝造物、万物神创的观念,转而拥抱科学、理性。人文主义、科学主义取代神学思想、宗教认识而成为世界观念的主流。又如,进入煤炭和石油时代后,人们注意到这些资源在自然地理分布上的独特性,于是出现了能源地缘研究,并在很长一段时间中成为各国发展战略和国家间关系的重要指导。二是新型能源作为效率更高的能源品种,在替代旧能源的过程中,势必会加速社会的淘汰作用,从而产生旧有能源及其相关领域利润下滑、就业下降、失业上升等社会问题,假如应对不当,就可能引发社会动荡。这其中最明显的例子来自英国。1913年,英国煤炭产量达到292吨,为历史峰值,此时英国有3024座深层煤矿和110万煤矿工人。1970年代随着石油和天然气使用量的不断上升,英国煤炭开采量逐年下降,煤矿利润也不断下降,煤炭工人生活窘迫。1984年,英国煤炭工人举行大罢工,煤炭开采量下降到了35吨,此后尽管有短暂的上升,但整体上的下降趋势已经无法挽回。到20世纪末,英国煤炭开采量仅为31吨,煤矿工人仅有1100人。到2010年,英国深井煤炭的开采量仅为7吨,地表煤开采量为11吨。2015年12月,英国开始禁止开采深井煤矿。在煤炭被石油和天然气取代的进程中,英国的煤炭行业从蓬勃发展变成萧条冷落,从业人口从110万下降到2014年的不足4000人,其中在石油和天然气消费占比迅速上升的1980年代,还接连爆发煤炭工人大罢工等社会抗争事件9。与此同时,在整个能源转型进程中,维系英国社会运转的主要动力机械,经历了从蒸汽机到内燃机、电动机的转变,汽车工业、石油炼化工业等取代煤炭采掘业成为国民经济的支柱,也成为吸纳新就业劳动力最多的产业部门。而所有身处转型进程中的人们,也都被强力塑造。那些年纪较大的、习惯了煤炭时代生活方式、并且无法在新的进程中迅速吸收新知识的人,很快被新的生产方式超越,成为无可奈何的淘汰者,甚至因此引发了一系列的社会动荡。随着能源转型的深入发展,英国的产业结构、社会阶层、人们观念、生活方式等都发生了复杂而深刻的改变。这些表明,能源转型是一场深层次的系统性的社会变革,不仅要看到转型带来进步的一面,同时也不能忽视它对旧有产业、旧有社会群体的冲击效应。如果处理不当,这些冲击很可能成为能源转型中无法估量的社会代价。三是能源转型归根到底会对国家和社会管理体制、政治制度产生重大的考验,从而使得能源转型在本质上具有政治属性。无论是促进技术和设备的创新,还是应对转型造成的社会问题,归根到底都需要国家不断提升治理能力,既不能太过激进,又不能太过保守,而必须根据本国能源基本国情、技术发展水平、经济社会运行阶段、人们思想观念变化情况等对能源政策、管理体制等进行实事求是的改革。对那些以保守主义著称的政府和党派而言,能源转型意味着深刻改变现有的社会关系,因而其态度往往趋于消极或冷漠,从而很可能延迟甚至阻碍转型进程。而对那些坚持进步主义观念的政府而言,能源转型意味着彻底突破旧秩序,加速社会进化,因而天然地倾向于支持,甚至变得激进和盲目乐观。核能在二战后的发展就是这方面最好的例子。当美国政府1950年代怀抱着对核能的无比乐观大规模推广核电技术时,实际上核能作为新型能源所能实现的与人们的期望之间仍存在较大的差距。政策上激进的后果就是在那些盲目扩张核电的国家和地区先后出现了严重的核泄漏事件,人类为此付出了惨痛的无可挽回的代价。进入21世纪,日本福岛核电站在大地震中泄漏的案例,更是令大多数国家对核能产生了恐惧。民众的恐惧情绪迫使包括德国在内的多国宣布放弃核电计划,甚至永久不再开发核能。能源转型体现出明显的政治属性。另一个例子是政府的能源补贴。在转型过程中,由于新型能源的使用技术和设备在最初阶段的市场占有太少、成本投入太高,市场竞争力极差。那些意欲推进能源转型的国家因此往往在初始时期对新型能源进行政策扶持。当前,全球主要发达经济体正在发生的新一轮能源转型中,各国较多采取的一种做法也是实施对新的尚处于推广阶段的可再生能源的补贴。补贴是以国家权力为基础,对财富在各社会阶层和产业领域内重新分配的过程。对能源转型初期的新能源进行政府补贴,正集中体现了能源转型的政治属性。

综上所述,能源转型首先是新的能源技术和原动机大规模推广使用的过程,但又不仅限于此。它同时还会造成社会生产关系的大幅调整,在催生一大批新的产业、新的社会阶层的同时,淘汰掉一大批旧产业、旧阶层,在新旧转换的过程中,势必会产生剧烈的社会动荡。能源转型因而表现为一种深刻、复杂的系统性社会转型。为应对那些社会动荡,国家需要在政治上进行必要的调整,不断提升国家治理能力,既适应能源转型作为生产力解放的客观要求,又适度调控对个人和社会群体而言过于剧烈的、由能源转型造成的社会动荡,这就使能源转型大大超出技术和社会范畴,而具有了鲜明的政治属性。就此而言,那些单单囿于能源品类的使用、能源技术的发明与推广,却无视能源的社会属性、政治属性而谈能源转型的论点,不无偏狭之嫌。

四、典型国家正在进行的能源转型充分印证了该进程的非线性与复杂性。

以美国为例。美国从未明确制定过有关“能源转型”的战略或推进步骤。但学界一般将上世纪70年代尼克松政府提出“能源独立”算作当代美国能源转型的开端。主要因为能源独立意味着美国决心要在立足国内石化能源开发的基础上发展清洁能源技术,发展新能源和可再生能源。此后,美国颁布一系列能源法规和总统命令,以支持乙醇燃料为重点调整美国能源消费结构。小布什政府时期,美国加大对能源转型的支持力度,通过《能源政策法》等法案,大幅提升可再生能源的法律地位。奥巴马政府时期,美国开始实施以“清洁能源”为核心的能源新政,大幅增加在绿色能源发展方面的投资,同时不断削减对传统化石能源的支持力度,收紧在油气开采方面的政策管制10。可再生能源产业发展迅速。美国从石油为主导的能源结构向以新能源为主的结构转型的进程看起来线性而单一。但实际上,这只是过于简化的印象。详细考察从尼克松政府至今的美国能源政策,可以发现,美国推进能源转型的重点并非是可再生能源,而是对煤炭、石油等传统能源的清洁高效利用。真正有较大转折的是奥巴马政府对可再生新能源的积极态度,而这一时期美国在新能源领域的投资尤其令人印象深刻。

然而,就在全球观察家对美国能源向可再生能源持积极乐观态度之际,共和党人特朗普出任美国总统,迅速推出并大力实施了以“能源现实主义”为特征的美国优先能源计划。其主要措施是:恢复和壮大美国传统化石能源产业,去除阻碍能源生产和限制经济增长的过度监管;放松油气资源出口管制;加强传统能源基础设施建设,新建、扩建和升级现有油气管网和液化天然气出口平台,打造“能源运输走廊”;减少对新能源及气候行动的支持;削减乃至取消对新能源产业的补贴和税收支持,废止对传统化石能源产业发展的气候规制约束,削减环保署预算,限制其权责,退出《巴黎协定》;以税收、财政和货币政策吸引美元回流,鼓励投资国内传统能源产业。相较于奥巴马政府时期,特朗普政府对能源转型的态度逆转,传统化石能源尤其是石油、煤炭和天然气再度成为美国政府积极扶持的能源品类,可再生能源被冷落。

特朗普政府的能源政策并非毫无民意。进入21世纪后,美国在中东北非地区接连发动不同规模的战争,国内经济社会危机乍现。2008年的次贷危机更是波及全球,美国产业萧条,增长乏力。在奥巴马政府大力支持新能源的背景下,美国传统石化、煤炭能源行业更加不景气,多达数百万的美国传统能源产业工人收入缩减,生活陷入贫困的境地。在此背景下,特朗普提出振兴传统能源产业,实际上是应对可能愈演愈烈的社会危机的必要措施。而特朗普的竞选团队和支持金主中,更是集中了一大批传统能源业巨头。能源转型已经超出纯粹的技术和经济范畴,而更加凸显其社会和政治属性。作为当前全球经济最发达、能源技术最先进、能源法制最完善、能源产业实力最雄厚的国家,当代美国能源转型的复杂性和非线性历程尤其值得其他国家研究和借鉴。

五结论:能源转型是一个长期的、非线性的、复杂的系统性工程。

能源转型是一个复杂的非线性的历史过程。从人类能源发展史来看,能量密度趋高是能源转型的基本趋势,绿色低碳可再生是人类观念进步的重要表现。但是能源转型是一个漫长的过程,至少要经历三五代人才能完成。同时,能源转型也是一个社会系统的复杂工程,涉及能源技术、消费观念、政治体制、劳工就业、利益分配等诸多问题,需要高超的政治治理能力予以调配,这决定了能源转型进程势必是一个复杂、多变、甚至有回流可能的过程。对我国而言,要更深刻、全面地认识能源转型,弄清楚能源转型的规律性和复杂性,克服简单乐观的盲目态度,积极稳妥地推进。


原标题:重磅 |国网能源研究院苗中泉:能源转型的非线性与复杂性

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