張寧, 薛美美, 吳瀟雨, 代紅才, 張運洲, 劉林, 張棟
（國網(wǎng)能源研究院有限公司，北京 102209）
摘要：當前全球能源轉型正處于加速推進(jìn)時(shí)期，各國轉型進(jìn)程呈現出一定的差異化特征?；趯δ茉崔D型發(fā)展方向的剖析，提出涵蓋能源結構、能源效率、能源安全、能源價(jià)格4個(gè)維度的能源轉型評價(jià)指標體系。在此基礎上，對中國、美國、德國、法國、日本、韓國等主要國家能源轉型情況進(jìn)行對比分析，進(jìn)而提出對中國能源轉型的結論與啟示。
引文信息
張寧, 薛美美, 吳瀟雨, 等. 國內外能源轉型比較與啟示[J]. 中國電力, 2021, 54(2): 113-119, 155.
ZHANG Ning, XUE Meimei, WU Xiaoyu, et al. Comparison and enlightenment of energy transition between domestic and international[J]. Electric Power, 2021, 54(2): 113-119, 155.
引言
21世紀以來(lái)，國內外能源轉型加速推進(jìn)，實(shí)現能源可持續供應和應對氣候變化成為世界的共同使命，對各國經(jīng)濟和能源發(fā)展產(chǎn)生了深刻影響[1]。當前針對國家能源轉型的研究主要集中于轉型目標與政策梳理[2-3]，多關(guān)注能源結構、能源效率、能源自給率、對外依存度、氣體排放等指標[3-4]，以及重點(diǎn)領(lǐng)域對轉型的促進(jìn)作用[5-10]。但從研究對象看，已有研究多針對特定國家或地區的時(shí)間序列數據分析[2-4]，或在同一時(shí)間斷面下對多個(gè)國或地區進(jìn)行橫向比較[5]，同時(shí)兼顧多個(gè)國家或地區時(shí)序變化的研究尚不多見(jiàn)。從研究?jì)热萆峡?，已有研究更多聚焦于能源結構分析，包括一次能源中化石能源和清潔能源的演化趨勢[3-10]以及終端能源消費結構等[7-8, 10]。在排放方面，相關(guān)研究多關(guān)注二氧化碳排放情況[2]，缺乏二氧化硫、氮氧化物等污染物的對比分析。在能效方面，部分專(zhuān)家開(kāi)展了基于能耗強度和特定二次能源轉換利用效率的能耗水平比較[6, 8]，鮮有對能源系統加工轉換整體效率的探討。在能源安全方面，相關(guān)研究集中于油氣對外依存度以及能源整體自給率[4]。另外，關(guān)于能源可負擔的對比研究較少，對區分工業(yè)和居民消費的各類(lèi)能源價(jià)格對比分析相對匱乏。
為此，本文首先梳理世界能源轉型的歷程和規律特點(diǎn)；其次，結合當前能源轉型的主要方向，構建能源轉型評估指標；然后，針對關(guān)鍵指標變化特點(diǎn)，對各主要國家的能源轉型進(jìn)行對比分析；最后，得出針對中國能源轉型的結論和啟示。
1 能源轉型歷程規律
世界理事會(huì )（World Energy Council）將能源轉型描述為能源系統的一種多維、非線(xiàn)性、復雜的長(cháng)期結構性演變[11]?；仡櫲祟?lèi)社會(huì )發(fā)展歷程，一般認為已發(fā)生2次能源轉型，目前處于第3次能源轉型的初級階段，如圖1所示?？傮w來(lái)看，能源轉型具有以下規律特征。
圖1 能源轉型歷程示意
Fig.1 Schematic diagram of energy transition process
從轉型動(dòng)因來(lái)看，人類(lèi)能源利用是在技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境和政策等因素綜合作用下發(fā)生演變。其中，技術(shù)進(jìn)步貫穿能源發(fā)展始終，是歷次能源轉型的不竭動(dòng)力；經(jīng)濟可行性決定能源轉型的成敗或速度；環(huán)境和政策因素是最新一輪能源轉型的重要驅動(dòng)力。
從轉型表現來(lái)看，一次能源主導地位更替是能源轉型的主要標志。18世紀60年代，煤炭接替木材成為第一大能源，迎來(lái)了第一次能源轉型。19世紀70年代石油接替煤炭成為第一大能源，迎來(lái)了第二次能源革命。21世紀以來(lái)，各國陸續進(jìn)入可再生能源替代傳統化石能源的第三次轉型階段。能源轉型背后是能源系統升級和供需體系優(yōu)化，與人類(lèi)社會(huì )的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步緊密相關(guān)[5, 10]。
從轉型目標來(lái)看，“清潔低碳、安全高效”是當前能源轉型的主要方向。能源轉型方向與能源在經(jīng)濟社會(huì )中的角色定位密切相關(guān)。過(guò)去人類(lèi)更多關(guān)注能源的使用效率和環(huán)境影響，因此歷次轉型均具有“從低效到高效”“從高碳到低碳”等特征。隨著(zhù)能源在國家政治、經(jīng)濟發(fā)展中的地位愈加凸顯，能源安全成為能源轉型的重要考量要素，當前中國能源轉型就是構建清潔低碳、安全高效的能源體系。
從轉型軌跡來(lái)看，碳密度降低和熱值提高是2條主要線(xiàn)索。一條軌跡對應碳密度降低，即分子結構中H、C占比由農耕時(shí)代木材的1∶10，過(guò)渡到蒸汽時(shí)代煤炭的1∶2，再到石油的2∶1和天然氣的4∶1。另一條軌跡對應能源熱值的提高，對于常規能源，同等質(zhì)量的木材、煤炭、石油、核能等，熱值逐步提升[12]。
2 能源轉型評價(jià)指標
能源轉型評價(jià)通過(guò)對多維度指標的分析，刻畫(huà)國家能源轉型發(fā)展趨勢，支撐各國發(fā)展的差異化對比，提出實(shí)現能源轉型目標的相關(guān)建議。世界知名國際能源組織紛紛開(kāi)展能源轉型發(fā)展評價(jià)，當前主要能源轉型評價(jià)體系包括世界經(jīng)濟論壇（World Economic Forum）發(fā)布的能源轉型指數（energy transition index，ETI）、世界經(jīng)濟論壇與埃森哲聯(lián)合發(fā)布的全球能源架構績(jì)效指數（energy architecture performance index，EAPI）、世界能源理事會(huì )的能源三難指數（energy trilemma index，ETI）等。
能源轉型指數于2018年首次發(fā)布，最新報告更新至2020年[13]，對115個(gè)國家在平衡能源的安全性和獲得性與環(huán)境可持續性、能源可負擔性方面的表現進(jìn)行排名，并預測了能源轉型的未來(lái)趨勢。能源轉型指數ETI基于能源架構績(jì)效的“能源三角形”模型理念，由能源系統性評分和轉型準備程度兩類(lèi)指標組成。其中，能源系統性評分分為3個(gè)維度，分別為經(jīng)濟發(fā)展和增長(cháng)、能源安全和可獲得性、環(huán)境可持續；轉型準備程度分為6個(gè)維度，分別為能源系統結構、資本和投資、有效監管和政治承諾、人力資本和消費者參與、支持性基礎設施和有活力的商業(yè)環(huán)境、穩定的機構框架和政治局勢。
EAPI由世界經(jīng)濟論壇和埃森哲于2012年首次聯(lián)合發(fā)布，當前為2017版本[14]，覆蓋了127個(gè)國家。EAPI從經(jīng)濟增長(cháng)與發(fā)展、環(huán)境可持續發(fā)展、能源獲取與安全3個(gè)維度，評估和分析政府和能源價(jià)值鏈中的其他利益相關(guān)方確定自身能源系統各要素的相對績(jì)效，其中，經(jīng)濟增長(cháng)與發(fā)展子指數專(zhuān)門(mén)用于衡量能源架構對經(jīng)濟增長(cháng)與發(fā)展的支持（而非阻礙）程度，包含6個(gè)變量；環(huán)境可持續發(fā)展子指數用于衡量能源架構降低環(huán)境負面表征的程度，包含6個(gè)變量；能源獲取與安全子指數旨在衡量能源架構在能源安全影響下的風(fēng)險程度，以及全體國民是否能獲取充足能源，包含6個(gè)變量。
能源三難指數由世界能源理事會(huì )、奧緯咨詢(xún)公司（Oliver Wyman）于2017年首次合作發(fā)布，最新2019年版本覆蓋128個(gè)國家[15]。能源三難指數從能源績(jì)效和關(guān)系績(jì)效兩個(gè)層面建立分析體系，其中能源績(jì)效包括能源安全、能源平等（可獲得性和可負擔性）、環(huán)境可持續性3個(gè)維度，關(guān)系績(jì)效包括政策強度、社會(huì )強度、經(jīng)濟強度3個(gè)維度。其中，能源安全是指有效管理來(lái)自國內和國外的一次能源供應、能源基礎設施的可靠性以及能源供應商滿(mǎn)足當前和未來(lái)需求的能力；能源平等強調整個(gè)人口的能源供應的可及性和可負擔性；環(huán)境可持續性包括供應和需求方能源效率的實(shí)現以及可再生和其他低碳能源供應的發(fā)展。
聯(lián)合國制定的可持續發(fā)展目標（sustainable development goals, SDGs）于2015年正式通過(guò)，為國際合作以實(shí)現全球可持續發(fā)展提供了強大的框架，其中聚焦17個(gè)核心目標和169個(gè)子目標[16-17]。其中，SDG7中明確可負擔、可靠和可持續的現代能源目標；SDG11提出建設包容、安全、堅韌和可持續的城市；SDG13提出采取緊急行動(dòng)應對氣候變化及其影響，對應清潔低碳能源、能源效率以及能源價(jià)格。
基于對能源轉型的規律認識，結合國際主流機構能源轉型評價(jià)方法，本文的能源轉型指標主要設置能源結構、能源效率、能源安全、能源價(jià)格4個(gè)一級指標，分別體現清潔低碳、優(yōu)質(zhì)高效、安全可靠和成本可控?？紤]指標的代表性和可獲取性，選取17個(gè)二級指標，如表1所示。
表1 能源轉型主要指標
Table 1 Major indicators of energy transition
3 主要國家能源轉型比較
本文選取美國、德國、法國、日本、韓國五個(gè)具有典型代表的國家與中國進(jìn)行橫向對比。六國能源資源稟賦、經(jīng)濟發(fā)展水平和能源發(fā)展政策各異。其中，美國資源豐富，堅持以“能源獨立”為導向的能源發(fā)展路徑，在克林頓執政時(shí)期釋放戰略石油庫存，小布什時(shí)期大力支持天然氣和核能發(fā)展，奧巴馬時(shí)期推動(dòng)“清潔能源國家戰略”，特朗普時(shí)期提出“美國優(yōu)先能源計劃”，恢復發(fā)展傳統化石能源。德國資源相對匱乏，在經(jīng)歷煤炭、石油、核能等戰略重心之后，通過(guò)《可再生能源法》明確了綠色轉型方向，依靠政策機制和科技創(chuàng )新保障能源轉型實(shí)施。法國同樣存在化石能源資源匱乏的問(wèn)題，20世紀70年代啟動(dòng)大規模核能開(kāi)發(fā)計劃，當前出于降低對核能過(guò)度依賴(lài)、響應歐盟能源戰略、爭奪應對氣候變化領(lǐng)導力等方面的考慮，出臺了“可再生能源全國行動(dòng)計劃”，積極實(shí)施面向可再生能源的轉型政策。日本的資源條件更加薄弱，曾大力發(fā)展核電并視為“國產(chǎn)能源”，福島核事故后其能源戰略進(jìn)一步強調技術(shù)創(chuàng )新，發(fā)布《氫能基本戰略》《第5次能源基本計劃》，加大在新能源發(fā)電、氫能產(chǎn)業(yè)等方面的布局，爭奪能源科技主導權。韓國同樣資源匱乏，20世紀70年代起大力發(fā)展核電，近年來(lái)提出中長(cháng)期可再生能源發(fā)展計劃，加快開(kāi)發(fā)風(fēng)能和太陽(yáng)能，由早期的“供給導向”逐步轉向“綠色低碳”。中國能源消費長(cháng)期以煤炭為主，近年來(lái)先后出臺《能源生產(chǎn)和消費革命戰略（2016—2030）》等政策文件，提出了中長(cháng)期能源轉型發(fā)展的戰略目標，明確將“構建清潔低碳、安全高效的能源體系”作為能源轉型方向。
3.1 能源結構方面
主要國家能源結構指標[18-24]對比如圖2所示。中國非化石能源占比快速提升，但對標國際領(lǐng)先水平仍有較大發(fā)展空間。伴隨著(zhù)中國終端電能消費占比和發(fā)電用能占比逐步提高，非化石能源在一次能源和發(fā)電量結構中的比重快速上升，2010—2018年間增幅分別為6.8和9.1個(gè)百分點(diǎn)，遠高于其他五國，非化石能源規模已位居世界第一。但從占比絕對值來(lái)看，由于起點(diǎn)較低，中國與法國相比分別差34.2和61.0個(gè)百分點(diǎn)；排除核電占比較高的法國，中國與位居第2位的德國也相差6.4和16.8個(gè)百分點(diǎn)，尚存提升空間。
圖2 主要國家能源結構指標對比
Fig.2 Comparison of energy structure indicators in major ries
受能源結構、經(jīng)濟結構及環(huán)保技術(shù)等因素影響，中國單位GDP二氧化碳和主要污染物排放強度遠高于其他五國。盡管中國二氧化硫、氮氧化物排放已于2006年和2011年先后達峰，但由于中國化石能源尤其是煤炭消費比重居高不下，疊加電力熱力行業(yè)和能源密集型工業(yè)，在用能方式、環(huán)保技術(shù)應用等方面與發(fā)達國家存在差距，中國二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物排放強度遠高于其他五國，分別約為非化石能源占比最高的法國的9.1、17.2和4.4倍。
3.2 能源效率方面
主要國家能源效率指標[18-19, 20-21, 24]對比如圖3所示。中國單位GDP能耗強度迅速下降，部分工業(yè)產(chǎn)品單耗已接近國際先進(jìn)水平，但整體能耗強度與其他五國相比仍然差距較大。從整體能耗強度看，2010—2018年中國單位GDP能耗強度下降約1/4，年均降幅為3.7%，居各國之首。但受產(chǎn)業(yè)結構、用能方式和節能技術(shù)影響，中國整體能耗強度與其他五國相比仍差距顯著(zhù)。2018年，中國能耗強度分別為日、德、法、美、韓的4.1、3.7、3.7、2.4、1.4倍。結合產(chǎn)業(yè)結構看，中國與日、德、法、美、韓五國的工業(yè)占比分別為40.7%、29.1%、27.5%、16.9%、18.2%和35.1%[24]，中國工業(yè)用能占比高的結構特點(diǎn)決定了中國單位GDP能耗相對較高的客觀(guān)事實(shí)，韓國的產(chǎn)業(yè)結構與中國較為接近，因此中國與韓國單位GDP能耗差距相對較小。近年來(lái)中國工業(yè)能耗強度顯著(zhù)下降，部分工業(yè)產(chǎn)品單耗與國際先進(jìn)水平差距逐步縮小，2018年中國鋼鐵可比能耗標煤為613 kg/t，比國際先進(jìn)水平576 kg/t高出6.4%[25]。
圖3 主要國家能源效率指標對比
Fig.3 Comparison of energy efficiency indicators in major ries
中國能源系統加工轉化整體效率提升較慢，與德國、美國差距拉大。各國能源加工轉換整體效率較為接近，為60%~73%。2017年中國能源系統效率僅略高于法國和韓國，與德、美、日分別相差7.8、5.4和2.6個(gè)百分點(diǎn)。從增幅來(lái)看，2010—2017年間中國系統能效提升幅度最低（僅0.3個(gè)百分點(diǎn)），與德國、美國差距被進(jìn)一步拉大；日本提升幅度最大（5.6個(gè)百分點(diǎn)），系統效率已超過(guò)中國。
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