中國一次能源結構演變、問題及對策研究
——基于供給多樣性視角

薛欽源，聶新偉，鞏 凱

（1.中國社會科學院大學 工業經濟系，北京102488；2.國家發展和改革委員會 區域發展戰略研究中心，北京100824；3.中國石油天然氣集團有限公司 思想政治部，北京100007）

作為經濟增長、社會發展、技術進步、國家安全保障的重要物質基礎，現代經濟社會發展的動力之源，能源在我國的建設和發展進程中扮演著重要的角色。然而“富煤貧油少氣”的資源稟賦特點，導致我國油氣能源供給難以滿足消費需求，需要依賴進口補充來平衡供需。隨著油氣進口量的不斷增大，我國能源對外依存度也逐年攀升，2019 年油、氣對外依存度分別達到72%、43%，不利于我國能源穩定供給和國家經濟安全保障。此外，我國能源結構不均衡，對化石能源依賴過大，導致環境治理問題突出［1］。

當前，我國經濟發展面臨的外部環境和內部條件已經發生變化。一方面，在COVID-19 疫情的影響下，未來面臨的外部形勢將更加嚴峻；另一方面，2020 年中央經濟工作會議上提出要在2030 年前實現“碳達峰”，并力爭2060 年前實現“碳中和”，這要求我國未來要加大能源結構調整的力度，加快實現能源清潔化轉型。在此背景下，調整優化能源結構，保障能源有效供給，促進經濟穩定發展變得愈發重要。本文基于能源供給多樣性視角，回顧了我國一次能源的發展歷程，分析了能源結構演變規律和特點，研究了世界主要經濟體的能源結構及其演變規律，探討了我國能源發展及其結構優化過程中存在的問題，有助于把握我國能源發展的時代脈搏和未來趨勢，為我國在保障能源安全的情況下加速能源轉型，順利實現碳達峰和碳中和目標提供參考。

1 理論基礎及研究方法

1.1 一次能源結構問題及研究重點

一次能源發展主要體現為能源量和能源結構的狀態及其變化特征。能源量是指各類能源消費或供給數量的總和，是絕對性指標。一般來說，人口基數大、經濟發展水平高的地區，需要消耗的能源量越多［2］，而資源稟賦越豐富、勘探開采水平越高，所能供給的能源量也就越多［3］。能源結構是指在能源供給或消費中，各類一、二次能源的構成及比例關系。能源結構是一個相對性問題，存在“此消彼長”的關系。即在某一時期內，一種能源的擴張反映在結構上必然表現為另外一種或幾種能源結構占比的縮減，導致對能源結構的定量化評價較為困難［4］。以往我國經濟發展主要依賴資源投入，對能源供需數量問題研究較多，對能源結構及其優化問題關注較少。隨著我國經濟步入高質量發展階段，環境和能效問題變得越發重要，在保證能源供給量的同時，能源結構、能源 轉 型［5］、環 境 治 理［6，7］等 問 題 逐 漸 引 起學者的重視。

1.2 能源結構定量化研究方法

關于能源問題的研究，除了定性描述外，通常以“Shannon- Wiener Index”（香農—維納指數）進行定量化分析［8］。Shannon- Wiener指數也被稱之為多樣性指數，其借鑒了信息“熵”的概念，是一種基于信息理論的測量指數。Shannon - Wiener 指數中不僅包含了分析對象的“種類”豐富度信息，也包含了各品種之間的均勻程度信息，并最終能夠將評價結果以數值定量化方式直觀呈現［9］，是兼顧絕對比較與相對比較的綜合性指標［10］。在多樣性應用及其相關研究方面，Jared Diamond 在其著作《槍炮、病菌與鋼鐵：人類社會的命運》中所述，多樣性代表更多的可能性和更多的選擇性，相比單一性系統，多樣性較高的系統更有可能長久存在并不斷演化下去［11］。此外，部分學者從系統多樣性與生產力關系的視角對這一問題進行了研究，認為生態系統中的層次結構及物種多樣性越豐富，系統的初級生產力值也就越高［12，13］。也有研究認為，系統多樣性能夠使系統抵抗沖擊及部分突發事件的能力得到提高，即系統多樣性愈加豐富，其抵御風險沖擊的能力也就越強［14，15］。另有學者針對能源供給多樣性與能源效率之間的關系進行了研究，發現二者之間存在著長期的穩定協整關系，當多樣性指標每增加1 個單位值，能源效率可提高12.5%［16］?？梢哉f，能源供給多樣性指數是包含能源系統韌性與發展性的綜合指標，不僅反映了一國能源供應的豐富度信息，也反映了對單一能源品種的依賴程度，以及主體能源斷供的風險應對能力。

1.3 能源供給多樣性指數

根據上述分析，本文立足于能源供給側，采用Shannon- Wiener 多樣性指數對我國能源結構進行定量化判斷，同時分析能源發展過程中結構演變及其存在的問題。具體應用過程如下［17，18］：

首先，對于一個特定的能源系統，S 表示系統中能源種類總數目，ei表示第i 種能源的總量，從而確定能源系統的總量P：

其次，確定系統中不同種類能源對系統的貢獻度pi：

最后，得到能源供給多樣性指數（簡稱SWI）：

在能源供給種類數目一定的情況下，各類能源供給越均衡，多樣性指數值越大；如果能源供給種類數較少，或能源供給集中于少數甚至是單一的能源品種，則供給多樣性程度較低。可以說，能源供給多樣性指數越高，表明該國對單一能源供應的依賴程度越小，各類能源供給越均衡。

2 我國一次能源發展及結構演變

2.1 我國一次能源發展概況及供給多樣性

1949—2019 年，我國的能源工業從無到有、從小到大，逐步發展壯大?？偭可?，從1949 年的2374 萬tce增長到2019 年的39.7 億tce，年均復合增長率達到7.59%，遠高于世界能源供給的平均增長速度；結構上，從1949 年以煤炭、石油、水電為主的一次能源供給體系，發展到2019 年煤炭、石油、天然氣、水電、核電和以光伏、風電為主的可再生新能源共存的局面。國內具有一定規模的一次能源供給品種數在不斷擴大，不同種類一次能源占比差距正在逐步縮小。尤其是2012 年以來，雖然煤炭供給仍然是我國能源供給的主導力量，但是天然氣、水電、核電和可再生新能源供給總量和占比較以往有了大幅的增長。

根據《新中國60 年統計資料匯編》《中國統計年鑒》（2008—2019）和國家統計局數據，計算我國能源供給多樣性指數，結果見表1。其中，能源供給按結構占比分為6 大類，分別是煤炭、石油、天然氣、核電、水電和可再生新能源。從表1 可見，能源供給多樣性從1949 年的0.176 增加到2019 年的1.095，我國對單一能源供應的依賴程度逐漸降低，各類能源供給愈發均衡。同時，能源供給多樣性的變化趨勢也比較明顯，經歷了迅速增長—緩和—再增長的過程。

表1 1950—2019年中國能源供給多樣性指數

2.2 我國一次能源結構演變及階段性特征

根據能源供給多樣性指數，結合我國能源結構的變化特點（圖1），對1949—2019 年我國一次能源的供給狀況及其演變規律進行分析。我國能源供給結構演變歷程經歷了3 個階段：第一階段（1949—1976 年）、第 二 階 段（1949—1976 年）、第 三 階 段（2012—2019 年）。

第一階段（1976—2012 年）：隨著“三大改造”的完成和“五年計劃”的有序實施，我國能源供給總量不斷增加。尤其是自1959 年大慶油田被發現及其后續開發，使我國石油工業的落后面貌得以改變。石油開始成為我國主要能源品種，能源結構從建國初“一煤獨大”的一元供給結構變為以煤炭和石油為主的二元供給結構。能源多樣性方面，一次能源的供給種類由3 類變為4 類，煤炭供給從96.3%下降到68.5%，石油供給從0.7%上升到23.7%。隨著能源種類數增加以及結構的均衡化，多樣性指數值從0.176 上漲到0.794，能源多樣性水平得到了顯著提升。

第二階段（1977—2021 年）：改革開放后，我國進入快速發展期，體制機制變革使能源工業效能大幅提升。自“六五”計劃開始，可再生新能源開發和利用被列入國家重點科技攻關計劃。進入21 世紀，我國可再生新能源裝機容量初具規模，到2011 年風電裝機總量達到68.3GW。1991年我國第一座核電站——秦山核電站建成并網，截至2011 年又陸續建設投運了9 座核電站，核電供給能力得到了大幅提升。能源多樣性方面，具有一定規模的能源供給由4 類提高到6 類，核電和以風電、光伏為主的可再生新能源初具規模。在此期間，多樣性指數值圍繞0.75 左右波動，我國能源供給多樣性水平未有明顯改善。究其原因，雖然能源種類增多，但是因為石油供給增長的回落和能源需求大幅增長背景下對煤炭資源稟賦優勢的依賴，煤炭占比從1976 年的68.5%上升到2011 年的77.8%，能源結構再次趨于集中。

第三階段（2012—2019 年）：十八大以來，我國經濟發展進入新常態，依靠基本生產要素大量投入的經濟增長方式已不可持續［19］。隨著“三期疊加”時代到來，加之綠色發展和環境規制的需要，煤炭和火電行業的發展受到了嚴重影響，投資規模收縮且出現了大面積虧損，自此能源供給總量增長開始放緩，能源供給進入結構優化期。能源多樣性方面，在傳統化石能源產業受到規制，供給增長速度有所降低的同時，可再生新能源產業得以快速發展，具體表現為煤炭和石油占比同步下降，可再生新能源占比不斷提升。在此期間多樣性指數值從0.79 上升到1.09，能源結構趨于均衡化和清潔化，能源多樣性水平得到了顯著提升。

圖1 我國一次能源結構及多樣性指數

整體來看，自新中國成立以來，我國能源工業發展迅速，一次能源供給量持續增加，供給結構逐步優化，能源多樣性指數持續提高。工業化初期，主要能源消耗在于滿足工業生產，因此更多依賴具有資源稟賦優勢且經濟成本較低的煤炭作為主要能源品種。隨著2012 年前后我國進入工業化后期［20］，環境問題、可持續發展問題和能源安全問題變得愈發突出，國家對能源多樣化、清潔化和可持續發展的需求日益遞增，并出臺一系列政策鼓勵可再生新能源和清潔能源的發展和應用?？稍偕履茉?、水電和核電在能源結構中占比不斷上升，能源結構均衡化程度進一步增強，能源多樣性指數不斷提高，使得我國應對主體能源斷供風險能力增強的同時，能源結構進一步朝著清潔化和可持續化方向發展。

3 世界主要經濟體能源結構演變及比較

將世界主要經濟體的能源供給量和能源結構進行比較，借助能源多樣性指數進行定量化判斷，分析不同國家能源供給及其結構方面的差異。圖2—5分別展示了1985—2019 年間美國、英國、俄羅斯和印度的能源供給總量和供給結構。從能源供給量來看，1985 年以來，美國能源供給經歷了先平穩后上升的趨勢，2009 年以來受益于“頁巖革命”技術進步及應用，能源產能水平得到大幅提升，能源供給量不斷增大，2019 年成為能源凈出口國；英國能源供給經歷了先上升后下降的趨勢，主要原因是：自20 世紀90 年代開始，英國調整國內產業結構，高耗能產業不斷轉移，加之國內的油氣供給能力持續下降，能源供給總量從1999 年開始不斷降低；俄羅斯的能源供給呈先下降后上升的趨勢，能源供給除了滿足本國發展的需要，主要用于對外能源貿易，因此國際能源需求對俄羅斯能源供給量影響較大；印度作為世界上第二大發展中國家，為滿足經濟發展需求，能源供給逐年增大。

圖2 美國能源供給量和供給結構

圖3 英國能源供給量和供給結構

圖4 俄羅斯能源供給量和供給結構

圖5 印度能源供給量和供給結構

從能源供給結構來看，美國能源結構較為穩定，能源供給主要集中于石油、天然氣和煤炭，約占總供給的80%，且三者分布較為均衡。2009 年以后，隨著“頁巖革命”成果凸顯，天然氣和石油供給開始增加，煤炭供給持續下降，到2019 年美國煤炭供給已不足20%。俄羅斯以油氣為主的二元結構長期穩定，主要原因在于該國能源稟賦為石油和天然氣，二者結構占比接近，共占能源總供給的80%左右。此外，受區位因素、資源稟賦和經濟因素的影響，俄羅斯的可再生新能源對油氣替代性低，可再生新能源占比極小，預計未來一段時期該國的能源結構不會發生較大的改變。英國能源結構變化較為明顯，自2000年以來煤炭占比持續降低，尤其是在2008 年后，英國加大了可再生新能源和核電的供給強度，清潔能源占比大幅提升，2019 年二者規模已經接近能源總供給的30%。隨著“潔凈空氣戰略”、“零排放之路”戰略的實施，未來英國能源供給結構將進一步向非化石能源轉型。印度能源供給結構和我國較為接近，同樣是“一煤獨大”。隨著印度進入工業化階段，未來對能源的需求將進一步加大，考慮到該國的煤炭資源稟賦優勢，未來煤炭在能源結構中的占比有可能得到進一步提升。

從能源多樣性（表2）來看，發達國家的能源多樣性水平普遍高于發展中國家。其中，美國能源多樣性水平最高，其次分別為英國、俄羅斯、印度和中國。美國的能源供給豐富度最高，對單一能源的依賴度也最小，主體能源斷供風險的應對能力最強。1985—2019 年，各國的能源多樣性水平均得到了不同程度的提高。其中，我國的能源供給多樣性自2012年開始大幅上升，并在2018 年首次超過了印度，分析期內我國的能源多樣性提高了47.5%。

表2 世界主要經濟體一次能源供給多樣性指數

4 我國能源發展及結構優化面臨的問題

隨著資源與環境問題日益突出，主動破解困局，加快能源轉型已成為世界各國的自覺行動［21］。近年來，我國陸續出臺了一系列政策措施，調整優化能源結構，提高能源多樣性，將能源供給向綠色、清潔、可持續的方向推進。但相比發達國家，我國仍面臨能源結構較為單一、能源多樣性有待進一步提高等問題。未來進一步優化能源結構，提高能源多樣性，降低對單一能源的依賴，增強主體能源斷供風險應對能力，我國仍將面臨以下4 個方面的問題。

自然資源稟賦限制：相比發達國家，我國能源供給多樣性較低，能源結構對煤炭的依賴程度較高。雖然世界能源清潔低碳發展趨勢已成，但是從中短期來看，我國“富煤貧油少氣”的資源稟賦特點，加之煤炭具有成本低廉、發電穩定、易于儲運的優勢，決定了在未來一段時期煤炭仍將發揮主體能源的作用［22］。盡管煤炭價格相對低廉，開發煤炭資源切合我國的資源稟賦，依靠煤炭資源有助于降低能源對外依存度，增強能源供應的安全性，但煤炭的過量使用會帶來霧霾、煙塵和酸雨等環境問題，且容易形成對煤炭資源的路徑依賴，不利于其他種類能源的發展和應用，進而影響能源結構優化調整和能源多樣性水平的提高。

水電開發難度日益加大：我國水能資源豐富，但按照發電量計算，當前水電開發程度僅有39%，同發達國家仍有較大的差距，未來水電利用率須得到進一步提升。然而，投資規模巨大、建設周期長、建設難度大是水電站建設的主要特點。此外，雖然我國水電技術日趨成熟，但水電站選址要考慮當地生態結構承受能力和上下游物種保護等諸多問題，同時要妥善解決建設區移民安置工作。隨著新建水電站逐漸向西部地區推進，新建工程的地理位置偏遠，地質條件和對外交通條件相比東部地區更加復雜，建設成本將進一步增大，從而使項目投資回收周期變得更長［23］?？梢灶A計，隨著水電開發不斷推進，未來我國水電開發難度也將日益增大。

油氣上游探采領域開放仍存實質性障礙：我國“缺油少氣”，但長久以來油氣上游勘探和開采領域處于壟斷局面，對于部分擁有探采權的壟斷企業而言，壟斷的體制和壟斷利潤導致其進一步開采意愿不強，相關技術投入有所不足。雖然我國自2019 年開始逐步有序放開油氣上游勘探和開采市場，但現實情況是油氣上游行業的勘探和開發需要一定的專業設備和專業技術人員，部分大型國有石油企業已經在油氣上游市場盤踞多年，相比擬新進入的民營企業和外資企業更具有競爭優勢，因此短期內民營企業和外資企業進入油氣上游探采領域仍將面臨重重障礙。

可再生新能源發展仍存困境：當前技術水平下，可再生新能源開發成本高于傳統化石能源，且存在能量隨機性和波動性較大、對電網穩定性要求高等諸多問題，目前還難以大規模地替代傳統化石能源。究其原因，一是風能、太陽能資源富集區多位于我國經濟欠發達的“三北”地區，而這些地區的電力消納能力有限［24］；二是由于新能源發電不穩定，光電受日照時間和強度的影響，風電受風能密度和風速的影響，導致發電能力時強時弱［25］；三是綜合技術水平較低，如當前可再生新能源仍面臨轉化效率偏低、入網限制、儲能技術有待突破等問題。

5 建議

基于上述研究結論，本文結合研究中發現存在的問題，提出以下4 個方面的對策建議：①進一步優化能源供給結構，提高能源供給多樣性。能源多樣化發展有助于降低對單一能源品種的依賴，提高能源供給均衡度，減少不確定性風險對能源供給的沖擊。提高能源供給多樣性的路徑在于堅持能源轉型戰略，持續推進能源供給側改革，增加天然氣、水電、核電和新能源在一次能源供給中的占比，逐步降低對煤炭的依賴。值得注意的是，改善能源供給結構不能以犧牲企業競爭力和家庭用能成本為代價，如果在新能源技術開發和利用不成熟、替代成本過大的情況下盲目減少煤炭的供給，有可能會對我國經濟發展造成一定的影響。②注重水電建設多樣化，提高水電開發程度。水電站開發方式應更加靈活多樣化，例如未來需要加大混合式抽水蓄能水電站和農村小水電的建設力度。抽水蓄能水電站不僅能夠滿足系統“調峰填谷”的需要，還能緩解發電用水和其他季節性用水的矛盾。農村小水電投資小、周期短、見效快，同時有利于控制水土流失，吸收農村剩余勞動力就業。③鼓勵多元合作，提高油氣勘探開采效率。建議從政府層面進一步加強頂層設計，強化戰略引導，鼓勵民營企業進入油氣上游領域，對擁有先進探采技術的企業給予相應的財政扶持和稅收優惠。同時，進一步落實油氣上游領域的區塊退出機制，實行區塊競爭性出讓制度，支持和鼓勵以市場化為導向轉讓礦業權，尤其是向非國有企業開放更為優質的油氣區塊。此外，需要加大能源勘探和開采相關技術研發投入，逐步增強我國的資源探采技術水平。④加大能源互聯網技術創新力度，保障可再生新能源消納。加大可再生新能源相關產業鏈技術研發投資，提高推廣應用水平，發揮規模優勢，是降低可再生新能源成本、提高其競爭力、促進可再生新能源消納的有效路徑。入網限制相關問題的解決，需要在電網建設中做到規劃意識超前，堅持采用先進的并網、通訊和控制技術，應用堅強的網架結構，加大能源互聯互通網絡的建設力度。同時，需要進一步完善能源互聯網產業鏈的標準和規范，破除新能源上網的障礙。此外，要加大儲能技術研發投資和政策支持力度，提高儲能系統的智能化水平，探索多元化儲能途徑，從多方位、多角度、多層次破解可再生新能源的發展困境，保障新能源消納。