全球能源轉型及我國能源革命戰略系統分析

趙云龍 ，孔庚 ，李卓然 ，麻林巍 ，倪維斗

（1. 清華大學電力系統及發電設備控制和仿真國家重點實驗室，北京 100084；2. 清華大學能源與動力工程系，北京 100084；3. 清華-BP清潔能源研究與教育中心，北京 100084）

一、前言

推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系，是我國能源發展的重要戰略。2016年，國家發展和改革委員會、國家能源局印發的《能源生產和消費革命戰略（2016—2030）》中提出了“四個革命，一個合作” 的戰略任務。從系統角度看，“四個革命，一個合作”并不是各自分立的，而是具有較強內在關聯的一個有機系統。隨著我國全球化進程的不斷深入，也有必要從全球能源發展的高度動態審視中國的能源生產和消費革命戰略，推動能源轉型，促進經濟社會發展和生態環境保護。

為對能源戰略進行系統分析，本文建立了SEGO（sustainable development，energy system，governance of society，operation of market）方法，結合可持續發展、能源系統、社會治理、市場運行等因素，對全球能源轉型及我國能源革命進行探討，提出推動我國能源革命進程的建議。

二、研究方法

能源戰略可以理解為：一個特定的社會組織為應對能源可持續發展的相關挑戰，從整體社會治理角度所提出的能源系統發展的統領性計劃。該計劃主要作用于能源市場運行，最終影響能源系統的物理構成和技術性能，以實現特定的社會治理和可持續發展目標。本文運用SEGO方法對能源戰略進行系統分析（見圖1）。該方法包含4個基本要素：①可持續發展面臨的相關能源挑戰，簡稱能源挑戰；②能源供應、轉化、消費和基礎設施的物理系統，簡稱能源系統；③與能源相關的社會治理，簡稱能源治理；④與能源相關的市場運行，簡稱能源市場。

圖1 SEGO能源戰略分析方法框架示意圖

（一）能源挑戰

能源是可持續發展的必要支撐條件。可持續發展的能源挑戰指為了滿足人們日益增長的需要，特定社會組織因面臨能源、資源和環境等方面的約束而提出的對一些問題和現象的質疑。國際應用系統分析研究所（IIASA）將全球面臨的能源挑戰劃分為能源公平、能源供應安全、能源綠色化三類 [1]。

針對能源領域的挑戰，不同國家和地區需根據實際情況進行調整，如對發展中國家來說，經濟發展仍是國家發展的首要任務。中國能源可持續發展的目標是滿足經濟發展所需的動力需求、保障能源安全、保護公眾健康與生態環境、消除能源貧困 [2]。因此，在分析具體國家或地區的能源挑戰時，首先要明確社會組織的需求；其次要明確不同能源挑戰的優先級，確保更合理地應對能源挑戰；再次，對特定區域的社會狀況和資源環境等邊界條件進行描述；最后，辨識在當前環境下的能源需求，明確滿足能源需求所面臨的可持續發展挑戰，以更好應對。

（二）能源系統

能源系統是能源進行轉化和利用的載體，是將能源資源轉變為社會生產和生活所需要的特定能量服務形式（有用能）的過程。能源利用鏈包括來源、運輸、轉化、分配和終端利用5個過程。世界各國的能源系統存在差異，面對可持續發展挑戰，能源系統的優化是必要措施，亟需開展能源系統的深入分析。

能源系統分析是以系統整體最優為目標，對能源系統從生產到終端利用的各個環節進行定性與定量分析，從而為決策者提供參考。在進行能源系統分析時，首先要明確研究區域能源系統的組成結構，確定系統邊界及相關環節和部門、物理系統運作的原理，利用模型和方法描繪該區域能源系統的概貌。在此基礎上，著手進行調研，采集相關數據填充模型，分析系統變化規律與影響。最后，結合面臨的能源挑戰，在能源物理系統中找出問題產生的根源，提出改進措施和可行性方案。

（三）能源治理

能源領域公共產品屬性和外部性問題突出，亟需通過治理來解決。根據聯合國的定義，治理指行使經濟、政治、行政權力以管理國家和地區的各級事務。能源治理指如何就提供能源服務而進行的社會治理，通常包括作出決定的行為者、制度和程序，涉及與能源有關的行動者，如政府、非政府組織、公司、公民、公私伙伴關系和與能源規則有關的議程制定、談判、執行、監測、執行程序。

目前，在國家及全球層面支撐能源治理的目標均是應對能源的可持續發展挑戰，但側重點各有不同。國家能源治理是為了應對能源供應安全挑戰，而全球能源治理主要是為了應對能源公平和能源綠色化的挑戰。

（四）能源市場

能源市場指交換商品為能源商品的市場。能源市場的運行主要涉及能源開發利用的人或組織的日常行為和相應機制。對能源市場運行的研究分析，是能源戰略系統分析的重要組成部分。

能源市場運行分析的過程為：首先，識別某區域參與能源市場的利益相關方，確定影響能源市場構成與運行的人或組織；其次，明確各利益相關方在該區域能源市場中扮演的角色及其利益訴求，確定市場利益相關者之間的現行機制與模式，分析現有機制形成的特點，探討是否存在因利益沖突而無法滿足社會治理要求的問題；最后，針對市場運行現狀與治理目標之間存在的可能沖突，提出能源市場協調與優化的方向。

（五）SEGO方法的整體統一性

SEGO方法四要素間具有整體統一性，以能源挑戰為原因、能源系統為主要載體、能源治理為手段、能源市場為傳導機制，共同構成能源與生態、環境、經濟、社會等交融互聯的復雜動態機制，成為能源系統戰略分析中不可或缺的組成部分。具體來看，要素間的聯系為：為有效應對能源挑戰，首先要理解能源系統的基本構成、發展趨勢以及未來的技術選項；為實現能源系統的轉型調整，需要能源治理層面的整合協調機制；由于不同國家和地區間的能源治理模式存在差異，利益相關方也不盡相同，能源作為一種商品必須通過市場由生產者傳向消費者，實現能源的終端利用，因此，需理解能源市場運行機制，探討利益沖突問題，使能源系統轉型在能源治理的干預和指導下，更好地滿足全社會的能源消費需求。

具體地，能源挑戰應依據世界或國家能源發展中已遇到或可能遇到的困難，講明世界或國家面臨的能源發展困局；能源系統應圍繞目標區域的能源生產結構、消費結構等展開；能源治理應以某區域的能源治理結構為核心，厘清權力結構和治理模式，提出改革建議；能源市場旨在闡明某區域能源市場的主要利益相關者，理清能源市場主體間的關系及沖突，提出面向市場體制與機制發展的建議。

三、全球能源轉型的系統分析及其啟示

（一）全球能源挑戰

根據IIASA對全球能源挑戰的劃分，能源公平是指為全人類提供可支付得起的能源服務。目前，全球仍有26億多人無法獲得現代能源服務，而能源公平問題主要受能源供應和能源成本兩方面影響。某一地區能源的穩定提供在于穩定的能源輸送，由于能源商品具有危險性和不易保存性，能源穩定輸送在一定程度上依賴能源基礎設施。對經濟發展水平落后的國家來說，基礎設施投資不足致使基礎設施建設水平嚴重滯后，無法保障穩定的能源輸送。另外，能源的有限性需要人們對所使用的能源支付成本，特別是在一些能源資源稟賦匱乏的地區，能源的運輸成本以及關稅等將能源價格推高，從而進一步加劇了能源貧困。

能源供應安全指對能源系統各部分增長的能源需求有安全的能源供應能力，可以防范并減少與能源相關的風險和間歇性供應中斷，不斷擴大儲能能力。傳統能源安全主要指石油的供應安全，而在現代能源安全觀中，電力也被視為能源安全的重要組成部分。能源供應安全問題從本質上講源于資源的分布不均。當一個國家對能源進口產生依賴時，能源供應安全問題就會變得顯著。而目前世界能源市場機制的不完善導致能源被部分國家壟斷，加大了其他國家出現能源供應危機的風險。另外，資源、市場、基礎設施等也是能源供應安全問題產生的誘因。

能源綠色化指在能源生產和利用過程中，從以較低的比例利用綠色能源的狀態逐漸向以更高比例利用綠色能源的狀態過渡的過程。能源綠色化主要解決環境保護和生態兩方面問題。其中，環境保護問題主要包括空氣、水和土壤的治理問題；生態方面，不合理的能源結構導致生態系統的非正常化現象，如全球氣候變化、臭氧層空洞等。

過去人們一直致力于用化石能源來解決能源貧困和供應安全問題，但化石燃料的過度使用帶來了顯著的負面影響，難以同時兼顧能源綠色化。因此，為盡可能同時實現能源公平、能源供應安全和能源綠色化，首先，需要從能源系統，即物理系統層面提出更適應目標要求的解決方案；其次，能源與國家安全、區域安全息息相關，社會治理結構和相關制度要與能源發展相適應并協調配合，形成實現能源轉型三元目標的制度保障；最后，在已經形成的局域性能源市場基礎上，在區域和世界層面形成更完善的市場機制，充分發揮市場的資源調配和優化配置功能。

（二）全球能源系統

重塑世界能源體系需要各個國家共同努力和協作應對，促使能源體系發生重大的根本性變革。盡管清潔能源、綠色能源的概念逐步被認識并看好，但是化石能源的主導地位到目前為止依舊沒有出現明顯的減弱跡象。根據國際能源署（IEA）統計數據顯示（見圖2），2016年全球煤炭、石油、天然氣三大傳統化石能源占一次能源生產總量的比例高達81.4%，仍居于絕對的核心和主導地位 [3]。

圖2 2016年全球一次能源生產總量的分布情況

雖然化石能源仍是解決能源貧困等挑戰的主要途徑，然而對這一路徑的過度依賴，使全球生態體系承受巨大壓力。為解決該困局，提倡在總量上控制化石能源的消費量，同時注重內部結構的合理調整。從IEA基于電熱當量法繪制的2016年能源桑基圖中可以看出 [4]，在能源終端消費方面，全球約有65%的石油用于交通領域，超過67%的煤炭用于電力行業，約有58%的天然氣用于工業和建筑領域。從總體消費用途來看，全球約有28.8%的能源用于工業領域，28.8%的能源用于交通領域，33.3%的能源用于建筑領域。因此可以看出，目前工業、交通運輸、建筑三大領域對化石能源的依賴程度依然較高。具體來看，在宏觀層面，全球能源使用結構固化問題仍然嚴重，亟需從物理結構上調整能源終端消費結構。在微觀層面，交通運輸領域對石油能源的依賴程度很高，可通過采用先進發動設備和大力發展新能源汽車、燃料電池等降低該領域對石油的依賴；工業領域對煤炭嚴重依賴，需要相關部門出臺更嚴格的監督管理措施，加強政府機構對工業企業能源利用的合理引導，配合稅收等行政手段對能源利用結構進行調整；在建筑領域，從使用分布式、可再生、易獲取的清潔能源入手，發展清潔低碳的建筑能耗結構。

（三）全球能源治理

全球治理即從全球視角出發的社會治理，包括兩種模式：一是強調多主體參與的、多邊力量共同主導的全球治理模式；二是以個別國家掌握主要權力的超級大國模式。全球大多數國家希望形成更加平等互惠，有利于維護全世界和平穩定、經濟發展的由多邊力量共同主導的全球治理模式。能源是國民經濟的重要命脈，在國際政治關系中扮演著重要角色。在全球多邊政治力量角逐過程中形成的國際組織，如聯合國，圍繞能源領域一直進行著控制和協調。除此之外，為促進世界或區域能源的安全與可持續發展，一些專門針對能源治理管控的國際間組織也逐步形成，如石油輸出國組織（OPEC）和IEA。

目前全球能源治理的主要問題是面對美國長期以來的超級大國地位，國際組織在能源治理方面發揮的作用有限。而世界多數國家希望形成的多邊力量共同主導的全球治理模式和美國希望延續的超級大國模式間的博弈帶來較多不確定性，同時，能源領域各國各自為戰的情況也較為普遍。因此，全球能源治理現狀既為能源的清潔低碳化發展帶來挑戰，也為全球各方組織力量的變化帶來歷史機遇。

（四）全球能源市場

能源作為一類商品在世界范圍內流通和貿易，從市場觀點出發進行能源問題分析具有重要價值。能源在市場中的主要形式有能源商品的現貨貿易、期貨貿易和能源技術的合作共享。世界能源貿易體系由能源生產國、過境國和主體消費國構成，國際組織如世界貿易組織（WTO），架構在上層進行統一指導和協調（見圖3）。與此同時，金融機構作為金融市場的重要參與者和中介服務機構參與到能源貿易中；部分跨國公司由于自身業務涉及全球多個地區的市場，在國際貿易中能夠提供增值服務或具備參與優勢，也會參與到能源貿易中。以WTO為代表的國際組織作為最上層的能源貿易協調和管理體系，對整個貿易條款的簽訂、貿易的實施環節進行管控。

圖3 世界能源貿易體系模型圖（簡易）

在能源貿易過程中，由于部分國家結構性權力的存在，部分超級大國的影響力較強，并通過WTO、金融機構和跨國公司對能源貿易進行干涉。為此，應當建立以市場為中心的能源商品貿易機制，促進能源商品化，充分發揮市場的優化資源配置功能，同時輔以必要的區域治理和社會治理結構優化，建立更加成熟的能源運行體系。

（五）總結與啟示

目前，全球能源系統面臨公平化、供應安全和綠色化發展挑戰，存在嚴峻的不確定性，化石能源占據全球一次能源生產的主導地位。全球能源系統的結構轉型亟需強有力的全球治理。而國際組織在能源和氣候變化領域的領導能力有限，地區沖突和發展目標的不同導致世界能源的統一領導體制難以建立。能源的商品屬性要求建立完善的市場機制推動國家間的能源貿易往來。能源系統、治理體系和市場機制的全面完善，才可以推動世界能源體系朝資源利用更加低碳、層次更加合理的現代化方向轉型。

全球能源系統的現狀分析對中國具有啟示意義。首先，能源系統的有序轉型和健康發展離不開有效統一的國家治理。在能源問題上具有高度統一的領導和高效堅決的執行力，于國于民都將有所裨益。其次，能源的商品屬性不容忽視，能源市場是連接能源生產轉化端和消費利用端的重要橋梁。中國應積極主動地參與到世界能源市場體系的構建當中，為世界能源體系的發展作出貢獻，同時使我國能源體系不斷邁向成熟。

四、我國能源戰略的分析及其啟示

（一）我國能源挑戰

作為發展中國家，除了能源公平、能源安全、能源綠色化這世界共同的三大能源挑戰外，我國還需要協調好經濟發展與能源挑戰的關系。我國能源可持續發展面臨五大能源挑戰 [2]：巨大且持續增長的能源需求、快速增加的油氣進口依存度、嚴重的常規環境污染、農村和小城鎮缺乏清潔能源服務、巨大且迅速增長的溫室氣體排放。

1. 巨大且持續增長的能源需求

我國能源需求總量巨大，2018年我國一次能源消費總量達到4.58×109tce，占世界一次能源消費總量的23.6%。同時，我國的能源需求仍在持續增長，如2007—2018年，我國能源消費平均年增長率達到了3.9% [5]。為此，我國提出的目標為：到2030 年能源消費總量控制在6.0×109tce以內，到2050 年能源消費總量基本穩定。

2. 快速增加的油氣對外依存度

我國能源資源稟賦的特點是“富煤貧油少氣”。2018年，我國原油進口總量為4.6×108t，進口依存度達72.9%。天然氣對外依存度的增長也十分迅猛，從2007年的2%增加到2018年的43.7% [5]。

3. 嚴重的常規環境污染

我國常規環境污染和生態破壞問題仍然十分嚴峻。常規環境污染主要是大氣污染、水污染和土壤污染，還包括臭氧層損耗、持續性有機物污染等問題。經過長期的污染治理工作，我國整體環境已得到了極大改善，但問題仍然存在：個別地區全年優良天氣天數比例仍不到60%；磷污染問題凸顯，超標水域斷面達19.7%；部分重有色金屬礦區及周邊耕地土壤環境問題較為突出 [6]。

4. 農村和小城鎮缺乏清潔能源服務

相比于城鎮地區，農村地區缺乏高效清潔的能源服務，具體體現為：能源公平問題突出，能源消費層次較低；劣質散煤利用量大，燃煤污染排放嚴重；能源基礎設施落后；可再生能源利用度低 [7]。

5. 巨大且迅速增長的溫室氣體排放

2018年，中國與能源相關的CO2排放量達9.43×109t，在世界能源相關碳排放總量中占比為27.8%。2008—2018年，我國能源相關CO2年排放量增長了2.02×109t，年增長率達3.2% [8]。2015 年我國在巴黎氣候變化大會上作出承諾，將于2030 年左右使CO2排放達到峰值并爭取盡早實現。2030 年之后，我國將面臨控制碳排放總量的國際壓力，這對我國能源發展提出更加嚴峻的挑戰。

在上述我國的能源挑戰中，持續增長的能源需求是為了滿足我國經濟發展所需要的動力需求，農村和小城鎮地區缺乏清潔能源服務屬于能源公平問題，油氣對外依存度的快速增長屬于能源安全問題，環境污染和溫室氣體排放則屬于能源綠色化問題。總之，對我國而言，最重要的問題仍是為經濟發展提供能源，同時逐步解決現有的能源公平、能源安全和能源綠色化問題，確保能源可持續發展。

（二）我國能源系統

1965—2019年，一次能源消費量（見圖4）及消費結構（見圖5）的變化情況顯示 [8]：我國一次能源消費量從1.87×108tce增長到4.83×108tce，年均增長率為6.25%；而能源相關CO2排放量則從4.89×108t增加到 9.83×109t，年均增長率為 5.74%；在此期間，煤炭始終占據能源主力位置，但占比從87.0%下降至57.4%。

能源資源的粗獷式利用為我國社會、環境、氣候等帶來諸多問題，為解決這一問題，近十幾年來能源發展逐漸進入轉型期。一方面，能源消費呈持續增長趨勢，我國一次能源消費量在2009年首次躍居全球首位，成為全球最大的能源消費國。另一方面，能源轉型成果顯著。2007—2018年，由于控制總能耗，能源消費年均增長率驟降至3.89%；可再生能源消費量年均增長率為12.54%；非化石能源在能源消費總量中的占比從5.9%增長至13.9%；煤炭在能源消費總量中的占比則從73.7%下降至58.3%，并在2014 年首次實現負增長，能源相關碳排放也在2014 年首次實現下降。目前，我國能源發展正處于從高速發展向高質量發展的轉型階段，協調好滿足經濟發展與人民美好生活需要和實現清潔低碳安全高效等目標間的關系是中國能源系統未來發展的重要問題。

圖4 中國一次能源消費量歷史變化曲線

圖5 中國一次能源消費結構變化曲線

（三）我國能源治理

在我國能源治理中，政府發揮著決定性作用，組織各利益相關方形成能源治理的制度和規則，并對其他利益相關方進行引導和監督。中央政府把握能源治理的主旋律和大方向，提出能源發展的戰略目標和實施方案，各級地方政府在此基礎上制定各自的能源發展規劃，自上而下地實現能源治理。

我國政府的能源治理行為具體體現在：在政治意識方面，節約資源、保護環境，增強可持續發展能力是我國歷屆國家領導人的共識，從將改善生態環境作為全面建設小康社會的目標之一，到“綠水青山就是金山銀山”的生態文明理念，始終在堅持以經濟發展為中心的同時，不斷提升對可持續發展的重視程度。在國家戰略規劃方面，國家對能源領域的規劃主要通過制定五年規劃來體現。總之，通過開展能源革命，優化能源消費結構，提高能源利用效率，在我國建立清潔低碳、安全高效的現代能源體系。

能源治理的利益相關方包括政府、民間社會團體（行業協會、非營利性組織等）、能源企業、公民等，這些利益相關方在政府的領導和組織下，發揮各自的不同作用。

面對可持續發展的能源挑戰，我國仍需進一步加強能源治理：在維持經濟增長的同時，控制能源消費總量；改善一次能源消費結構，進一步減少化石能源的比重，增加可再生能源的使用；提高能源利用效率，推廣先進能源利用技術，逐步淘汰落后產能；提升終端能源服務水平，進一步推進終端能源服務的電氣化。

（四）我國能源市場

我國能源市場的主要運行形式與貿易模型和世界能源市場的基本相同，即我國能源市場運行中的主要形式也包括了能源商品的直接貿易、能源技術的合作共享以及能源期貨的交易買賣；貿易的基本模式包括了能源的生產者、運輸者和消費者，并由政府部門在上層進行統一的指導協調。與世界能源市場的不同主要表現在：①我國政府在上層的協調指導能力遠高于國際組織，在能源市場中發揮著更大作用；②我國能源市場中絕大多數運輸者和生產者的角色是由國有企業擔任，可根據區域的實際需求，對能源價格有所調整；③與世界能源市場的發展情況相比，我國能源市場的期貨市場發展還不夠完善。

（五）總結與啟示

面對我國在能源公平、能源安全、能源綠色化和經濟發展需求等方面的挑戰，需要在了解能源系統發展現狀的同時，進一步加強對我國能源系統的優化，包括加強被動系統的設計、加強基礎設施的聯通、推廣節能技術、增強能源系統靈活性和可再生能源消納能力。為實現對能源系統優化，需要在能源治理上進行戰略調整，而能源治理相關措施的落地，則需要運用有效的政策工具來引導能源市場的運行。今后仍要進一步完善能源治理的相關制度和規則，同時繼續推進能源的市場化，完善能源市場。

五、結論及政策建議

（一）主要發現

本文提出了一套“SEGO”能源戰略系統分析方法，從可持續發展、能源系統、能源治理和能源市場運行方面對全球能源轉型和中國能源革命進行了探討。

全球面臨能源公平、能源安全和能源綠色化等多重能源挑戰。由于缺乏強有力的全球能源治理體系，各國能源戰略難以得到有效整合以及在全球層面一致、有力地執行，導致全球能源系統轉型總體較為緩慢，中國被期望在推動全球能源系統轉型中起到更加積極主動的作用。

我國的能源挑戰愈發復雜和嚴峻，但由于政治意愿堅定，形成了“控總量、調結構”的系列能源戰略共識，有效推動能源轉型，實現了少耗能、少排放。然而，隨著深度節能要求的不斷提高、可再生能源的大規模引入以及信息通信技術的發展，能源系統集成（核心是基礎設施）將成為巨大挑戰和重大機遇。中國能源系統的發展應在經濟、社會、生態環境全景視角下進行全局系統優化和全程精細管控，做好電力、熱力和燃料等多種不同類型能源網絡之間共建、共享、共調的深度協同，加速可再生能源和信息通信技術等能源新技術、新產業的顛覆式創新。

（二）政策建議

1. 加強領導和管理，樹立“節能低碳第一、堅決抑制浪費”理念

在政策引導、發展規劃、市場監管、金融支持等能源治理的各方面，牢固樹立“節能低碳第一、堅決抑制浪費”的理念。為加強能源戰略決策和統籌協調，在國家能源委員會的領導下，各主要區域成立跨區域能源委員會，加強對主要區域在推進能源革命方面的統籌領導和管理，做好能源發展的全局系統優化和全程精細管控。

2. 加強“兩個協調”，做好能源革命的相關規劃

在國家和區域層面，加強能源規劃與經濟社會、生態環境規劃等的協調；同時，加強區域間能源規劃的協調，出臺主要區域的跨省市能源革命長期規劃和能源發展五年規劃，積極推動能源轉型，使能源革命戰略的相關要求可以具體實施。

3. 以促進創新為導向，大力深化能源市場改革

加快研究和出臺有效的政策工具，進一步促進能源市場開放，回歸能源商品屬性，鼓勵民營資本進入更多領域。允許各主要區域自主創新，加速能源新技術、新產業的顛覆創新，提出適合本區域的特有能源市場改革方案，加強區域能源市場改革經驗的交流和分享。

4. 重視多能協同技術和系統的發展

建議將多能協同技術和系統的發展，提升到國家能源戰略層面，作為重大系統工程的國家攻關項目來推進，如煤炭和生物質耦合發電供熱技術。鼓勵各主要區域視自身情況，提出自主創新的多能協同技術和系統方案，并支持開展示范應用和推廣。