能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型綜述

呂冉+孫肖陽+魏新強(qiáng)

摘 要：全球處于環(huán)境危機(jī)倒逼能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的嚴(yán)峻階段，能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型存在復(fù)雜性、長期性和迫切性。通過對國外能源轉(zhuǎn)型歷史、路徑方向、模型研究和路徑不確定性等四個領(lǐng)域的文獻(xiàn)總結(jié)，希望對國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型分析與研究提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：能源轉(zhuǎn)型；能源轉(zhuǎn)型模型；能源發(fā)展

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.18.090

1 前言

當(dāng)前，全球范圍內(nèi)的極端氣候、水土污染、霧霾鎖城等環(huán)境問題不斷凸顯，對各國的能源發(fā)展提出了新挑戰(zhàn)。以發(fā)展可再生能源，減少傳統(tǒng)的化石能源，降低碳排放量為主要目標(biāo)的能源轉(zhuǎn)型，已經(jīng)成為全球多個國家能源發(fā)展的主要方向。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，全球約164個國家針對可再生能源發(fā)展制定了規(guī)劃，近145個國家頒布了可再生能源發(fā)展的支持政策。其中，德國是能源轉(zhuǎn)型最為積極的國家，可再生能源發(fā)電比例已引領(lǐng)全球，并計(jì)劃到2050年可再生能源發(fā)電占比達(dá)到80%；荷蘭積極實(shí)施可再生能源支持計(jì)劃，制定了到2020年可再生能源占比達(dá)到16%的目標(biāo)；日本在福島核電站事故后大力發(fā)展風(fēng)能和太陽能，計(jì)劃到2030年，海上風(fēng)力、地?zé)?、生物質(zhì)、海洋等領(lǐng)域的發(fā)電能力擴(kuò)大到2010年度的6倍以上；中國也于2014年提出了能源領(lǐng)域“四個革命，一個合作”的戰(zhàn)略思想，以綠色低碳為發(fā)展方向，提出了到2020年非化石能源達(dá)到15%以上，到2030年非化石能源達(dá)到20%左右的目標(biāo)。

盡管綠色低碳的發(fā)展方向是全球能源轉(zhuǎn)型的共識，但技術(shù)的局限性、產(chǎn)業(yè)的不經(jīng)濟(jì)性，傳統(tǒng)能源的排擠性是可再生能源發(fā)展不可避免的問題，如何采用一種恰當(dāng)?shù)姆绞脚c途徑實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有能源系統(tǒng)向“以可再生能源為主導(dǎo)”的能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)變還有待深入研究。基于此，本文從能源轉(zhuǎn)型歷史、路徑方向、模型研究和路徑不確定性等四個方面對國外文獻(xiàn)進(jìn)行整理歸納，以期對國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型分析與研究提供借鑒和參考。

2 能源轉(zhuǎn)型歷史研究綜述

“能源轉(zhuǎn)型”一詞最早來自1980年德國科學(xué)院《能源轉(zhuǎn)型：沒有石油與鈾的增長與繁榮》，主要呼吁徹底放棄石油和核電，到21世紀(jì)后逐漸形成德國的能源政策，轉(zhuǎn)變?yōu)椤稗D(zhuǎn)向分布式可再生能源和提高能源效率”。此后，眾多學(xué)者從歷史角度展開了能源轉(zhuǎn)型的研究。Barry D. Solomon研究了全球能源轉(zhuǎn)型的歷史、戰(zhàn)略和未來發(fā)展方向，并以巴西、法國和美國等三個能源轉(zhuǎn)型成功國家作為案例進(jìn)行分析，認(rèn)為未來能源轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向，應(yīng)更多的關(guān)注能源效率、智能電網(wǎng)、能源發(fā)展的新模式和新業(yè)態(tài)。Geert Verbong使用社會技術(shù)和多層次理論對發(fā)達(dá)國家上世紀(jì)六七十年代的能源轉(zhuǎn)型進(jìn)行分析，認(rèn)為當(dāng)時(shí)能源轉(zhuǎn)型成功的主因并非環(huán)境因素，而是國家經(jīng)濟(jì)社會的開放和歐洲化，同時(shí)總結(jié)了可再生能源技術(shù)選擇經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。Bruno Turnheim從時(shí)間軸角度出發(fā)，系統(tǒng)回顧了英國1913-1997年的能源發(fā)展歷程，調(diào)研了能源轉(zhuǎn)型對英國現(xiàn)有機(jī)制和工業(yè)行業(yè)的負(fù)面影響，并以史為鑒，對目前世界范圍內(nèi)的能源轉(zhuǎn)型提出了建議。Roger Fouquet基于歷史角度，分析了英國能源轉(zhuǎn)型歷史中的外在環(huán)保要求，同時(shí)分析了立法與工業(yè)轉(zhuǎn)型對國家能源轉(zhuǎn)型的影響。Daniel Rosenbloom總結(jié)了加拿大安大略省1885-2013年的電力制度歷史改革，從歷史案例中得到未來低碳發(fā)展，認(rèn)為碳減排是未來能源轉(zhuǎn)型的動力。

3 能源轉(zhuǎn)型路徑方向研究綜述

世界各國均認(rèn)為低碳是未來能源發(fā)展的主流方向，但如何實(shí)現(xiàn)低碳能源的主導(dǎo)地位，各國學(xué)者眾說紛紜。Simone DAlessandro認(rèn)為化石能源要與非化石能源協(xié)同發(fā)展，運(yùn)用程序化的動態(tài)模型重點(diǎn)分析了化石能源稀缺下可非化石能源投資問題，強(qiáng)調(diào)要警惕經(jīng)濟(jì)高增長的危害，認(rèn)為政策應(yīng)將低增長率作為目標(biāo)以激勵可替代能源資源的投資，促進(jìn)非化石能源的平穩(wěn)增長。Will McDowall認(rèn)為氫能源將在能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用，并根據(jù)不同的技術(shù)發(fā)展情景，通過建立定量能源系統(tǒng)模型，提出三種可能的轉(zhuǎn)型路線，明確了每種轉(zhuǎn)型路徑中的關(guān)鍵因素和決策點(diǎn)。Timothy J. Foxon認(rèn)為低碳是電力系統(tǒng)發(fā)展的未來方向，通過總結(jié)英國電力系統(tǒng)的發(fā)展歷史，了解能源轉(zhuǎn)型的背景與動因，借助多層次框架，探索未來英國電力系統(tǒng)發(fā)展低碳轉(zhuǎn)型路徑的方法。Ehsan Shafiei認(rèn)為可再生能源是未來能源轉(zhuǎn)型的主攻方向之一，以冰島可再生能源系統(tǒng)為例，采用系統(tǒng)動力學(xué)模型，對比分析了電力、氫能、生物燃料等能源發(fā)展路徑。Robert Hefner III在《能源大轉(zhuǎn)型》著作中認(rèn)為能源存在固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種狀態(tài)，而氣態(tài)能源，包括天然氣、風(fēng)能、太陽能和氫能，將是未來轉(zhuǎn)型的方向。

4 能源轉(zhuǎn)型路徑模型研究綜述

現(xiàn)有的能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型定量模型種類繁多、應(yīng)用廣泛，不僅可以應(yīng)用于全球能源系統(tǒng)模擬，還可以針對單個國家進(jìn)行能源政策的分析研究，Amorimet al、 Ekins et al.、Jebaraj和Iniyan 、 Bhattacharyya和Timilsina、以及Pfenninger et al.、Hourcade等學(xué)者對這些模型的歷史和應(yīng)用進(jìn)行了匯總和整理。其中，比較經(jīng)典的是Hourcade學(xué)者，他將能源系統(tǒng)分析模型分為自下而上、自上而下和混合模型三類。自下而上的模型包括MARKAL， MESSAGE， TIMES以及 OSeMOSYS等，這類模型類似部門分析法，基于微觀的部門和技術(shù)，自下而上分析能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)微觀成本和宏觀技術(shù)的結(jié)合；自上而下的模型包括GEM-E3、MERGE等模型，這些模型可以很好地反映宏觀經(jīng)濟(jì)和微觀經(jīng)濟(jì)因素的相互作用，但對技術(shù)細(xì)節(jié)的描述相對缺乏；混合模型涉及CGE-MARKAL、REMIND-R 和E3MG等模型，此類模型結(jié)合了自上而下和自下而上的模型，彌補(bǔ)各自的不足，分析內(nèi)容也相對全面。

現(xiàn)有的能源模型因?yàn)樽非罅炕治?，不可避免的較少考慮技術(shù)、政策、社會和人類行為等因素。只有極少數(shù)文獻(xiàn)把社會技術(shù)觀點(diǎn)加入到能源系統(tǒng)模型中，例如能源系統(tǒng)模型和利益相關(guān)者、模擬管理情節(jié)、行為異質(zhì)性等因素結(jié)合。未來能源轉(zhuǎn)型模型的發(fā)展方向?qū)⒉粌H僅局限于能源和經(jīng)濟(jì)，還應(yīng)包含氣候、社會和行為等多種方面，F(xiàn)oxon，Hughes and Strachan， Nielsen and Karlsson，Pfenninger et al.，和Trutnevyte et al.等學(xué)者也持同樣建議。

5 能源轉(zhuǎn)型路徑不確定性研究綜述

Rodrigo P認(rèn)為現(xiàn)有文獻(xiàn)對于能源轉(zhuǎn)型路徑的動態(tài)研究不充分，研究了能源轉(zhuǎn)型動態(tài)關(guān)鍵因素和可選擇路徑，以時(shí)間和空間因素為重點(diǎn)，構(gòu)建了能源可持續(xù)性多維評價(jià)模型。Bosman R根據(jù)不同的情景設(shè)定構(gòu)建了荷蘭能源轉(zhuǎn)型的動態(tài)模型。認(rèn)為，盡管當(dāng)前存在不同的系統(tǒng)元素，但系統(tǒng)元素間的相互作用機(jī)理對未來結(jié)果的影響更為重要。Usher W使用兩階段隨機(jī)能源系統(tǒng)模型研究英國中長期能源轉(zhuǎn)型不確定性在優(yōu)化近期投資決策的作用，證明了對沖投資會對英國2030年前的能源發(fā)展路線的獨(dú)立性造成干擾。Parkinson研究了環(huán)境績效在長期能源計(jì)劃中的不確定性。將多種能源技術(shù)融入隨機(jī)環(huán)境績效矩陣，將環(huán)境目標(biāo)作為能源資源開發(fā)的硬約束，得出了適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)溢價(jià)有利于對沖環(huán)境績效風(fēng)險(xiǎn)。Pye S使用創(chuàng)新的能源系統(tǒng)模型ESME，通過概率分布描述多種不確定性，權(quán)衡能源轉(zhuǎn)型情景的成本效益，結(jié)果表明生物質(zhì)可獲得性、天然氣價(jià)格和核電成本是影響碳減排主要因素。此外，該作者還強(qiáng)調(diào)需求響應(yīng)和成本效益應(yīng)該在能源低碳轉(zhuǎn)型中重要性，通過把不滿意彈性加入到假設(shè)中，使用概率方法評估了各種不確定性下的需求響應(yīng)。Bellaby在分析能源轉(zhuǎn)型路徑中，不僅關(guān)注需求側(cè)的技術(shù)變化，還關(guān)注制度和文化方面的變化，認(rèn)為這些變化對于生成能源政策意愿和消費(fèi)需求很有必要，將會引起技術(shù)變化和廣泛采用。

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