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國網能源研究院苗中泉:對國際能源轉型的長時段透視

2018-11-06 16:01:36 能源研究俱樂部 作者:苗中泉  點擊量: 評論 (0)
在最通俗的意義上,“能源轉型”(energy transition)可以被理解為能源的更替和變化。但如果要對能源轉型的歷史進行詳細的審視,就必須對這一概念進行更為精細的界定。

一、能源轉型是由能源原動機推動的、能源體系發生深刻變革的、一次能源消費結構發生深刻變化的、長期的過程。

在最通俗的意義上,“能源轉型”(energy transition)可以被理解為能源的更替和變化。但如果要對能源轉型的歷史進行詳細的審視,就必須對這一概念進行更為精細的界定。

目前,學術界對此有著不同的理解,一種為大多數人所接受的觀點認為,能源轉型就是指一個國家或者社會主導能源的轉換或者更替過程1 。另一種觀點認為能源轉型就是經濟增長過程中能源在利用數量、能源品質、消費結構和能源經濟效率等四個方面的變化及各個方面之間的相互作用2。還有一種觀點認為能源轉型是能源構成不斷變化的持續過程。每當效率更高的新能量“原動機”(prime movers)3出現并取代舊的原動機、顯著提高人類所能利用的能源量級時,能源轉型就會發生4。也有一種觀點認為,能源轉型是由能量原動機推動的、伴隨著能源體系深刻變革的、一次能源長期結構發生變化的過程5。

相較而言,在上述界定中,第一種觀點過于寬泛,第二種觀點將能源轉型局限于能源的經濟方面,缺乏對能源轉型進程中社會結構變化的應有關注。后兩種觀點從能源轉型的根本動力出發,注重能源原動機的革新,并且關注到能源體系的綜合變化,是目前對能源轉型比較深刻、全面的理解;同時,該界定尤其是第四種界定明確規定了考察能源轉型的關鍵是一次能源的“長期結構”的變化,從而在研究中能夠最大程度地避免一次能源與二次能源在轉型進程中的重疊現象,使研究更具科學性。本文對“能源轉型”所展開的討論,就是以最后一種學術界定為基礎的。

二、審視歷史,能源轉型并非一蹴而就的單向演化的進程,而是歷時長久的、道路曲折的變革過程。

如果分析關于能源轉型的政策文件、學術報告、企業行動規劃等文獻,會發現在“低碳綠色”和“可持續發展”成為符合人類發展前景的“政治正確”的當下,能源轉型大體被認定為可以在不遠的將來被迅速完成的任務;其核心是以可再生能源取代煤炭、石油等傳統高碳值排放的能源品種。然而,這種思維可能會過于單一、過于樂觀。

根據能源史學家的分類,在幾千年的人類社會發展中,曾經出現過至少三次能源轉型,第一次是以煤炭取代薪柴,開始時間大約在18世紀工業革命時期;第二次是以石油取代煤炭,大致開始時間是19世紀末20世紀初;第三次是21世紀以來,主要發展趨勢是以可再生能源取代傳統化石能源。然而,這樣的三次轉型論是以主要能源消費品種的變遷為衡量標準的,忽視了能源轉型的動力源分析,并且過于簡略。根據加拿大著名能源學者斯米爾教授的量化歷史分析,在煤炭對薪柴等生物質能源的替代過程中,煤炭所占能源消費比例首次達到5%6是在1840年,1855年占據全球市場份額的10%,1865年達到15%,1870年達到20%,1885年達到33%,1895年達到40%,1900年達到50%。從時間維度上看,煤炭取代薪柴等生物質能源從起始點到各里程碑節點之間的間隔年數序列為15-25-30-35-45-55-60。同樣的,原油取代煤炭和薪柴等生物質燃料、達到上述里程碑節點的時間間隔序列分別為15-20-35-40-50-607。換言之,從新型能源在全球能源消費結構中占比5%開始,到該占比達到或者接近50%,煤炭和原油均經歷了長達半個多世紀的時間。

而如果從每次能源轉型的重大推力,即高效率使用新型能源的原動機的出現開始計算,無論是煤炭取代薪柴,還是石油取代煤炭,都是一個更為長期的過程。其中,對煤炭而言,從1769年瓦特改進蒸汽機使得這種以煤炭為主要燃料的原動機開始大規模在人類社會被采用開始,到1900年煤炭成為全球最重要的能源產品為止,經歷了長達130年的時間,其中從蒸汽機被改良到煤炭在全球能源消費中占比達到5%,就花去了70多年的時間;對石油而言,從19世紀70年代到19世紀末,內燃機、汽油發動機、柴油發動機的相繼出現,拉開石油大規模使用的序幕,到一戰前在全球能源消費中接近5%,大約經歷了40多年的時間,到1964年在世界能源消費中占比達到34%,超越煤炭成為最重要的能源品種,則經歷了將近一個世紀。值得一提的是,直到20世紀末,在全球能源消費結構中,石油也并未一統天下,煤炭與原油的消費占比分別為25%和37%,石油時代的煤炭依然在能源結構中占據重要地位。天然氣從原動機出現到大規模采用,也經歷了相似的過程。以液化天然氣為例,從1850年前后出現液化天然氣的技術突破開始,到1964年首次商船運輸液化天然氣,再到1999年全球液化天然氣出口總量在天然氣銷售總量中占比超過5%,花去了超過100年的時間;如果從發現液化天然氣的原理開始算,這一時間跨度超過150年。因此,審視煤炭、石油、天然氣等能源品種替代上一個主導型能源的歷程,我們必須對能源轉型的時間成本有足夠的思想準備。

不僅僅是歷時長久。在漫長的轉型進程中,能源品類之間的替代與被替代也存在著回環往復,而不遵循機械的、單一線性的發展歷程。“薪柴—煤炭—石油—天然氣—可再生能源”并非人類能源轉型的必然路徑。以美國為例。1807年美國蒸汽船試航成功,開始了向煤炭轉型的時代。1845年,煤炭在美國能源消費中占比首次超過5%,1885年占比達到50.3%,超過薪柴成為主導能源;1910年,煤炭消費占比達到76.8%,達到歷史極值。此后不斷下降,到1972年開始又逐年回升,占比從16.6%逐漸升至21世紀初的23%,并成為美國發電的主要能源品種。與此同時,1903年美國開始向石油轉型,1910年石油消費占比達到6%,1920年達到12.5%,1930年達到24.9%,1950年超過煤炭(35.7%),達到38.5%,成為美國社會的主要能源產品。1977年美國石油消費占比達到47.7%的峰值,此后逐漸下降,到21世紀初大致保持在38%的水平。對比兩個替代進程,可以發現,石油對煤炭的替代并非完全是單一線性進化的,石油與煤炭之間的替代關系存在著回環往復的情況。更為獨特的是荷蘭天然氣對煤炭的替代。根據歷史學家的數據,1910年時荷蘭的煤炭消費占比達到90%,而被煤炭所取代的泥炭消費占比只有5%,原油占比則不足3%。到1958年,荷蘭的煤礦行業因為原油價格過于便宜而變得無利可圖。就在荷蘭可能成為石油主導的能源消費國時,1959年格羅寧根超大氣田被發現,并迅速成為荷蘭能源的主要供給方。此后,荷蘭能源消費中天然氣的比重不斷提升,煤炭和原油比重連續下降。1965年,荷蘭決定關停國內所有煤礦,該年天然氣消費占比為5%;1971年,天然氣在荷蘭能源消費中占比升到30%,四年后達到46%,與原油比例持平;同一時段,荷蘭煤炭的消費占比從26%下降到了2.5%。在全球主要國家從煤炭向石油主導的能源轉型之際,荷蘭實現了天然氣和石油對煤炭的同時替代,能源消費結構從以煤炭為主轉型為石油和天然氣雙重主導。

核能在戰后能源結構中的變化,同樣能夠反映出能源轉型進程中回環往復的特征。二戰后,核能被美、日、歐、法、德等國視為傳統能源的主要替代品種、“能源行業的救世主”,核能發電廠在全球主要發達國家迅速擴充,美國原子能主席甚至告訴人們,核能發電將“便宜到懶得算價錢”。但是到1960年代,受制于安全、技術等因素,核電產業突然減速,在整個70年代,大型核電站建設都比較緩慢。1978年,美國甚至發布命令禁止新建任何核電站。此后,核能在電力領域的發展速度不斷下降,從數十年年均7%的增長速度下降到了只有1%~2%,甚至有些年份還有負增長。到80年代,核能技術有了較大的改進,美國開始新一輪的核電擴張,但增長比例依然有限。到2000年,美國核電的份額從1980年的4%提高到了8%,此后一直保持在這一水平,并無明顯變化8。從核能開始被和平使用,到在社會能源消費中占比8%,美國的核電發展歷程展現出高速擴張、迅速減緩、保持低水平穩定態勢的L型增長曲線。這同時也是英、德、日本等國家核電發展歷程的共性特征。回望1950年代關于核能和核電將替代傳統能源的看法,不僅顯得過于樂觀,而且不無盲目。

因此,審視能源轉型的歷史,不能對這一進程懷抱一蹴而就的急躁心態,而要有更為充分的思考,有更為耐心的態度;也不能對轉型的前景持有線性的、單向化的認識,而應保持更為開放、多元的理性立場,結合國家和社會發展的具體情勢進行實事求是的分析。

三、考察社會演進,能源轉型并非僅僅是能源使用本身的問題,而是系統的復雜的社會變革工程。

目前學者在討論能源轉型時,多傾向于技術視角或者經濟視角,側重討論新型能源的技術可行性和經濟效益情況,但是考察過去五百年的人類社會演進歷程,可以發現,能源轉型從來都不是簡單的使用何種能源為人類社會提供能量動力的問題,而是一個牽涉到社會整體變革的復雜的系統性工程。

首先,能源轉型的前提是關鍵性技術突破與應用型設備創新。從人類能源使用歷史上看,早在羅馬帝國時期煤炭就已經在不列顛地區被使用;中國的漢朝時期,工匠就已經普遍使用煤炭進行冶煉工作。但是,直到瓦特改進蒸汽機為止,在近兩千年中,煤炭都沒有成為主要的能源品種,主要原因就在于人類缺乏對煤炭更高效率的使用方式。石油的使用甚至比煤炭更早,但只有到了內燃機等設備發明之后,才開始逐漸取代煤炭和薪柴成為新的主導能源。同樣,液化天然氣在全球能源消費中占比的迅速增加,也是得益于1964年液化天然氣運輸商船的建造和試航成功。能源技術和設備的進步與擴散,決定著能源轉型的速度與規模。由此而言,側重從技術角度分析能源轉型確實非常有必要。

其次,作為人類社會演進的重要標志,能源轉型的廣度和深度勢必會超出技術本身,而發展成一項復雜的系統性社會工程。一是新型原動機的大規模擴散使用意味著人類社會動力系統的大規模革新,這不僅會徹底改變人類基本的交往方式,而且會深刻地改變人們的思想觀念,促使人類重新認識世界、認識自我。例如,在化石燃料時代,煤炭和石油提供的能量動力,成為人類征服自然、探索世界的力量源泉,與之伴生的就是人類在思想上開始徹底擺脫上帝造物、萬物神創的觀念,轉而擁抱科學、理性。人文主義、科學主義取代神學思想、宗教認識而成為世界觀念的主流。又如,進入煤炭和石油時代后,人們注意到這些資源在自然地理分布上的獨特性,于是出現了能源地緣研究,并在很長一段時間中成為各國發展戰略和國家間關系的重要指導。二是新型能源作為效率更高的能源品種,在替代舊能源的過程中,勢必會加速社會的淘汰作用,從而產生舊有能源及其相關領域利潤下滑、就業下降、失業上升等社會問題,假如應對不當,就可能引發社會動蕩。這其中最明顯的例子來自英國。1913年,英國煤炭產量達到292噸,為歷史峰值,此時英國有3024座深層煤礦和110萬煤礦工人。1970年代隨著石油和天然氣使用量的不斷上升,英國煤炭開采量逐年下降,煤礦利潤也不斷下降,煤炭工人生活窘迫。1984年,英國煤炭工人舉行大罷工,煤炭開采量下降到了35噸,此后盡管有短暫的上升,但整體上的下降趨勢已經無法挽回。到20世紀末,英國煤炭開采量僅為31噸,煤礦工人僅有1100人。到2010年,英國深井煤炭的開采量僅為7噸,地表煤開采量為11噸。2015年12月,英國開始禁止開采深井煤礦。在煤炭被石油和天然氣取代的進程中,英國的煤炭行業從蓬勃發展變成蕭條冷落,從業人口從110萬下降到2014年的不足4000人,其中在石油和天然氣消費占比迅速上升的1980年代,還接連爆發煤炭工人大罷工等社會抗爭事件9。與此同時,在整個能源轉型進程中,維系英國社會運轉的主要動力機械,經歷了從蒸汽機到內燃機、電動機的轉變,汽車工業、石油煉化工業等取代煤炭采掘業成為國民經濟的支柱,也成為吸納新就業勞動力最多的產業部門。而所有身處轉型進程中的人們,也都被強力塑造。那些年紀較大的、習慣了煤炭時代生活方式、并且無法在新的進程中迅速吸收新知識的人,很快被新的生產方式超越,成為無可奈何的淘汰者,甚至因此引發了一系列的社會動蕩。隨著能源轉型的深入發展,英國的產業結構、社會階層、人們觀念、生活方式等都發生了復雜而深刻的改變。這些表明,能源轉型是一場深層次的系統性的社會變革,不僅要看到轉型帶來進步的一面,同時也不能忽視它對舊有產業、舊有社會群體的沖擊效應。如果處理不當,這些沖擊很可能成為能源轉型中無法估量的社會代價。三是能源轉型歸根到底會對國家和社會管理體制、政治制度產生重大的考驗,從而使得能源轉型在本質上具有政治屬性。無論是促進技術和設備的創新,還是應對轉型造成的社會問題,歸根到底都需要國家不斷提升治理能力,既不能太過激進,又不能太過保守,而必須根據本國能源基本國情、技術發展水平、經濟社會運行階段、人們思想觀念變化情況等對能源政策、管理體制等進行實事求是的改革。對那些以保守主義著稱的政府和黨派而言,能源轉型意味著深刻改變現有的社會關系,因而其態度往往趨于消極或冷漠,從而很可能延遲甚至阻礙轉型進程。而對那些堅持進步主義觀念的政府而言,能源轉型意味著徹底突破舊秩序,加速社會進化,因而天然地傾向于支持,甚至變得激進和盲目樂觀。核能在二戰后的發展就是這方面最好的例子。當美國政府1950年代懷抱著對核能的無比樂觀大規模推廣核電技術時,實際上核能作為新型能源所能實現的與人們的期望之間仍存在較大的差距。政策上激進的后果就是在那些盲目擴張核電的國家和地區先后出現了嚴重的核泄漏事件,人類為此付出了慘痛的無可挽回的代價。進入21世紀,日本福島核電站在大地震中泄漏的案例,更是令大多數國家對核能產生了恐懼。民眾的恐懼情緒迫使包括德國在內的多國宣布放棄核電計劃,甚至永久不再開發核能。能源轉型體現出明顯的政治屬性。另一個例子是政府的能源補貼。在轉型過程中,由于新型能源的使用技術和設備在最初階段的市場占有太少、成本投入太高,市場競爭力極差。那些意欲推進能源轉型的國家因此往往在初始時期對新型能源進行政策扶持。當前,全球主要發達經濟體正在發生的新一輪能源轉型中,各國較多采取的一種做法也是實施對新的尚處于推廣階段的可再生能源的補貼。補貼是以國家權力為基礎,對財富在各社會階層和產業領域內重新分配的過程。對能源轉型初期的新能源進行政府補貼,正集中體現了能源轉型的政治屬性。

綜上所述,能源轉型首先是新的能源技術和原動機大規模推廣使用的過程,但又不僅限于此。它同時還會造成社會生產關系的大幅調整,在催生一大批新的產業、新的社會階層的同時,淘汰掉一大批舊產業、舊階層,在新舊轉換的過程中,勢必會產生劇烈的社會動蕩。能源轉型因而表現為一種深刻、復雜的系統性社會轉型。為應對那些社會動蕩,國家需要在政治上進行必要的調整,不斷提升國家治理能力,既適應能源轉型作為生產力解放的客觀要求,又適度調控對個人和社會群體而言過于劇烈的、由能源轉型造成的社會動蕩,這就使能源轉型大大超出技術和社會范疇,而具有了鮮明的政治屬性。就此而言,那些單單囿于能源品類的使用、能源技術的發明與推廣,卻無視能源的社會屬性、政治屬性而談能源轉型的論點,不無偏狹之嫌。

四、典型國家正在進行的能源轉型充分印證了該進程的非線性與復雜性。

以美國為例。美國從未明確制定過有關“能源轉型”的戰略或推進步驟。但學界一般將上世紀70年代尼克松政府提出“能源獨立”算作當代美國能源轉型的開端。主要因為能源獨立意味著美國決心要在立足國內石化能源開發的基礎上發展清潔能源技術,發展新能源和可再生能源。此后,美國頒布一系列能源法規和總統命令,以支持乙醇燃料為重點調整美國能源消費結構。小布什政府時期,美國加大對能源轉型的支持力度,通過《能源政策法》等法案,大幅提升可再生能源的法律地位。奧巴馬政府時期,美國開始實施以“清潔能源”為核心的能源新政,大幅增加在綠色能源發展方面的投資,同時不斷削減對傳統化石能源的支持力度,收緊在油氣開采方面的政策管制10。可再生能源產業發展迅速。美國從石油為主導的能源結構向以新能源為主的結構轉型的進程看起來線性而單一。但實際上,這只是過于簡化的印象。詳細考察從尼克松政府至今的美國能源政策,可以發現,美國推進能源轉型的重點并非是可再生能源,而是對煤炭、石油等傳統能源的清潔高效利用。真正有較大轉折的是奧巴馬政府對可再生新能源的積極態度,而這一時期美國在新能源領域的投資尤其令人印象深刻。

然而,就在全球觀察家對美國能源向可再生能源持積極樂觀態度之際,共和黨人特朗普出任美國總統,迅速推出并大力實施了以“能源現實主義”為特征的美國優先能源計劃。其主要措施是:恢復和壯大美國傳統化石能源產業,去除阻礙能源生產和限制經濟增長的過度監管;放松油氣資源出口管制;加強傳統能源基礎設施建設,新建、擴建和升級現有油氣管網和液化天然氣出口平臺,打造“能源運輸走廊”;減少對新能源及氣候行動的支持;削減乃至取消對新能源產業的補貼和稅收支持,廢止對傳統化石能源產業發展的氣候規制約束,削減環保署預算,限制其權責,退出《巴黎協定》;以稅收、財政和貨幣政策吸引美元回流,鼓勵投資國內傳統能源產業。相較于奧巴馬政府時期,特朗普政府對能源轉型的態度逆轉,傳統化石能源尤其是石油、煤炭和天然氣再度成為美國政府積極扶持的能源品類,可再生能源被冷落。

特朗普政府的能源政策并非毫無民意。進入21世紀后,美國在中東北非地區接連發動不同規模的戰爭,國內經濟社會危機乍現。2008年的次貸危機更是波及全球,美國產業蕭條,增長乏力。在奧巴馬政府大力支持新能源的背景下,美國傳統石化、煤炭能源行業更加不景氣,多達數百萬的美國傳統能源產業工人收入縮減,生活陷入貧困的境地。在此背景下,特朗普提出振興傳統能源產業,實際上是應對可能愈演愈烈的社會危機的必要措施。而特朗普的競選團隊和支持金主中,更是集中了一大批傳統能源業巨頭。能源轉型已經超出純粹的技術和經濟范疇,而更加凸顯其社會和政治屬性。作為當前全球經濟最發達、能源技術最先進、能源法制最完善、能源產業實力最雄厚的國家,當代美國能源轉型的復雜性和非線性歷程尤其值得其他國家研究和借鑒。

五結論:能源轉型是一個長期的、非線性的、復雜的系統性工程。

能源轉型是一個復雜的非線性的歷史過程。從人類能源發展史來看,能量密度趨高是能源轉型的基本趨勢,綠色低碳可再生是人類觀念進步的重要表現。但是能源轉型是一個漫長的過程,至少要經歷三五代人才能完成。同時,能源轉型也是一個社會系統的復雜工程,涉及能源技術、消費觀念、政治體制、勞工就業、利益分配等諸多問題,需要高超的政治治理能力予以調配,這決定了能源轉型進程勢必是一個復雜、多變、甚至有回流可能的過程。對我國而言,要更深刻、全面地認識能源轉型,弄清楚能源轉型的規律性和復雜性,克服簡單樂觀的盲目態度,積極穩妥地推進。

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責任編輯:仁德財

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