国内外能源转型比较与启示

国内外能源转型比较与启示

张宁, 薛美美, 吴潇雨, 代红才, 张运洲, 刘林, 张栋

（国网能源研究院有限公司，北京 102209）

摘要：当前全球能源转型正处于加速推进时期，各国转型进程呈现出一定的差异化特征。基于对能源转型发展方向的剖析，提出涵盖能源结构、能源效率、能源安全、能源价格4个维度的能源转型评价指标体系。在此基础上，对中国、美国、德国、法国、日本、韩国等主要国家能源转型情况进行对比分析，进而提出对中国能源转型的结论与启示。

引文信息

张宁, 薛美美, 吴潇雨, 等. 国内外能源转型比较与启示[J]. 中国电力, 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世纪以来，国内外能源转型加速推进，实现能源可持续供应和应对气候变化成为世界的共同使命，对各国经济和能源发展产生了深刻影响[1]。当前针对国家能源转型的研究主要集中于转型目标与政策梳理[2-3]，多关注能源结构、能源效率、能源自给率、对外依存度、气体排放等指标[3-4]，以及重点领域对转型的促进作用[5-10]。但从研究对象看，已有研究多针对特定国家或地区的时间序列数据分析[2-4]，或在同一时间断面下对多个国或地区进行横向比较[5]，同时兼顾多个国家或地区时序变化的研究尚不多见。从研究内容上看，已有研究更多聚焦于能源结构分析，包括一次能源中化石能源和清洁能源的演化趋势[3-10]以及终端能源消费结构等[7-8, 10]。在排放方面，相关研究多关注二氧化碳排放情况[2]，缺乏二氧化硫、氮氧化物等污染物的对比分析。在能效方面，部分专家开展了基于能耗强度和特定二次能源转换利用效率的能耗水平比较[6, 8]，鲜有对能源系统加工转换整体效率的探讨。在能源安全方面，相关研究集中于油气对外依存度以及能源整体自给率[4]。另外，关于能源可负担的对比研究较少，对区分工业和居民消费的各类能源价格对比分析相对匮乏。

为此，本文首先梳理世界能源转型的历程和规律特点；其次，结合当前能源转型的主要方向，构建能源转型评估指标；然后，针对关键指标变化特点，对各主要国家的能源转型进行对比分析；最后，得出针对中国能源转型的结论和启示。

1 能源转型历程规律

世界理事会（World Energy Council）将能源转型描述为能源系统的一种多维、非线性、复杂的长期结构性演变[11]。回顾人类社会发展历程，一般认为已发生2次能源转型，目前处于第3次能源转型的初级阶段，如图1所示。总体来看，能源转型具有以下规律特征。

图1 能源转型历程示意

Fig.1 Schematic diagram of energy transition process

从转型动因来看，人类能源利用是在技术、经济、环境和政策等因素综合作用下发生演变。其中，技术进步贯穿能源发展始终，是历次能源转型的不竭动力；经济可行性决定能源转型的成败或速度；环境和政策因素是最新一轮能源转型的重要驱动力。

从转型表现来看，一次能源主导地位更替是能源转型的主要标志。18世纪60年代，煤炭接替木材成为第一大能源，迎来了第一次能源转型。19世纪70年代石油接替煤炭成为第一大能源，迎来了第二次能源革命。21世纪以来，各国陆续进入可再生能源替代传统化石能源的第三次转型阶段。能源转型背后是能源系统升级和供需体系优化，与人类社会的发展和技术进步紧密相关[5, 10]。

从转型目标来看，“清洁低碳、安全高效”是当前能源转型的主要方向。能源转型方向与能源在经济社会中的角色定位密切相关。过去人类更多关注能源的使用效率和环境影响，因此历次转型均具有“从低效到高效”“从高碳到低碳”等特征。随着能源在国家政治、经济发展中的地位愈加凸显，能源安全成为能源转型的重要考量要素，当前中国能源转型就是构建清洁低碳、安全高效的能源体系。

从转型轨迹来看，碳密度降低和热值提高是2条主要线索。一条轨迹对应碳密度降低，即分子结构中H、C占比由农耕时代木材的1∶10，过渡到蒸汽时代煤炭的1∶2，再到石油的2∶1和天然气的4∶1。另一条轨迹对应能源热值的提高，对于常规能源，同等质量的木材、煤炭、石油、核能等，热值逐步提升[12]。

2 能源转型评价指标

能源转型评价通过对多维度指标的分析，刻画国家能源转型发展趋势，支撑各国发展的差异化对比，提出实现能源转型目标的相关建议。世界知名国际能源组织纷纷开展能源转型发展评价，当前主要能源转型评价体系包括世界经济论坛（World Economic Forum）发布的能源转型指数（energy transition index，ETI）、世界经济论坛与埃森哲联合发布的全球能源架构绩效指数（energy architecture performance index，EAPI）、世界能源理事会的能源三难指数（energy trilemma index，ETI）等。

能源转型指数于2018年首次发布，最新报告更新至2020年[13]，对115个国家在平衡能源的安全性和获得性与环境可持续性、能源可负担性方面的表现进行排名，并预测了能源转型的未来趋势。能源转型指数ETI基于能源架构绩效的“能源三角形”模型理念，由能源系统性评分和转型准备程度两类指标组成。其中，能源系统性评分分为3个维度，分别为经济发展和增长、能源安全和可获得性、环境可持续；转型准备程度分为6个维度，分别为能源系统结构、资本和投资、有效监管和政治承诺、人力资本和消费者参与、支持性基础设施和有活力的商业环境、稳定的机构框架和政治局势。

EAPI由世界经济论坛和埃森哲于2012年首次联合发布，当前为2017版本[14]，覆盖了127个国家。EAPI从经济增长与发展、环境可持续发展、能源获取与安全3个维度，评估和分析政府和能源价值链中的其他利益相关方确定自身能源系统各要素的相对绩效，其中，经济增长与发展子指数专门用于衡量能源架构对经济增长与发展的支持（而非阻碍）程度，包含6个变量；环境可持续发展子指数用于衡量能源架构降低环境负面表征的程度，包含6个变量；能源获取与安全子指数旨在衡量能源架构在能源安全影响下的风险程度，以及全体国民是否能获取充足能源，包含6个变量。

能源三难指数由世界能源理事会、奥纬咨询公司（Oliver Wyman）于2017年首次合作发布，最新2019年版本覆盖128个国家[15]。能源三难指数从能源绩效和关系绩效两个层面建立分析体系，其中能源绩效包括能源安全、能源平等（可获得性和可负担性）、环境可持续性3个维度，关系绩效包括政策强度、社会强度、经济强度3个维度。其中，能源安全是指有效管理来自国内和国外的一次能源供应、能源基础设施的可靠性以及能源供应商满足当前和未来需求的能力；能源平等强调整个人口的能源供应的可及性和可负担性；环境可持续性包括供应和需求方能源效率的实现以及可再生和其他低碳能源供应的发展。

联合国制定的可持续发展目标（sustainable development goals, SDGs）于2015年正式通过，为国际合作以实现全球可持续发展提供了强大的框架，其中聚焦17个核心目标和169个子目标[16-17]。其中，SDG7中明确可负担、可靠和可持续的现代能源目标；SDG11提出建设包容、安全、坚韧和可持续的城市；SDG13提出采取紧急行动应对气候变化及其影响，对应清洁低碳能源、能源效率以及能源价格。

基于对能源转型的规律认识，结合国际主流机构能源转型评价方法，本文的能源转型指标主要设置能源结构、能源效率、能源安全、能源价格4个一级指标，分别体现清洁低碳、优质高效、安全可靠和成本可控。考虑指标的代表性和可获取性，选取17个二级指标，如表1所示。

表1 能源转型主要指标

Table 1 Major indicators of energy transition

3 主要国家能源转型比较

本文选取美国、德国、法国、日本、韩国五个具有典型代表的国家与中国进行横向对比。六国能源资源禀赋、经济发展水平和能源发展政策各异。其中，美国资源丰富，坚持以“能源独立”为导向的能源发展路径，在克林顿执政时期释放战略石油库存，小布什时期大力支持天然气和核能发展，奥巴马时期推动“清洁能源国家战略”，特朗普时期提出“美国优先能源计划”，恢复发展传统化石能源。德国资源相对匮乏，在经历煤炭、石油、核能等战略重心之后，通过《可再生能源法》明确了绿色转型方向，依靠政策机制和科技创新保障能源转型实施。法国同样存在化石能源资源匮乏的问题，20世纪70年代启动大规模核能开发计划，当前出于降低对核能过度依赖、响应欧盟能源战略、争夺应对气候变化领导力等方面的考虑，出台了“可再生能源全国行动计划”，积极实施面向可再生能源的转型政策。日本的资源条件更加薄弱，曾大力发展核电并视为“国产能源”，福岛核事故后其能源战略进一步强调技术创新，发布《氢能基本战略》《第5次能源基本计划》，加大在新能源发电、氢能产业等方面的布局，争夺能源科技主导权。韩国同样资源匮乏，20世纪70年代起大力发展核电，近年来提出中长期可再生能源发展计划，加快开发风能和太阳能，由早期的“供给导向”逐步转向“绿色低碳”。中国能源消费长期以煤炭为主，近年来先后出台《能源生产和消费革命战略（2016—2030）》等政策文件，提出了中长期能源转型发展的战略目标，明确将“构建清洁低碳、安全高效的能源体系”作为能源转型方向。

3.1 能源结构方面

主要国家能源结构指标[18-24]对比如图2所示。中国非化石能源占比快速提升，但对标国际领先水平仍有较大发展空间。伴随着中国终端电能消费占比和发电用能占比逐步提高，非化石能源在一次能源和发电量结构中的比重快速上升，2010—2018年间增幅分别为6.8和9.1个百分点，远高于其他五国，非化石能源规模已位居世界第一。但从占比绝对值来看，由于起点较低，中国与法国相比分别差34.2和61.0个百分点；排除核电占比较高的法国，中国与位居第2位的德国也相差6.4和16.8个百分点，尚存提升空间。

图2 主要国家能源结构指标对比

Fig.2 Comparison of energy structure indicators in major ries

受能源结构、经济结构及环保技术等因素影响，中国单位GDP二氧化碳和主要污染物排放强度远高于其他五国。尽管中国二氧化硫、氮氧化物排放已于2006年和2011年先后达峰，但由于中国化石能源尤其是煤炭消费比重居高不下，叠加电力热力行业和能源密集型工业，在用能方式、环保技术应用等方面与发达国家存在差距，中国二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物排放强度远高于其他五国，分别约为非化石能源占比最高的法国的9.1、17.2和4.4倍。

3.2 能源效率方面

主要国家能源效率指标[18-19, 20-21, 24]对比如图3所示。中国单位GDP能耗强度迅速下降，部分工业产品单耗已接近国际先进水平，但整体能耗强度与其他五国相比仍然差距较大。从整体能耗强度看，2010—2018年中国单位GDP能耗强度下降约1/4，年均降幅为3.7%，居各国之首。但受产业结构、用能方式和节能技术影响，中国整体能耗强度与其他五国相比仍差距显著。2018年，中国能耗强度分别为日、德、法、美、韩的4.1、3.7、3.7、2.4、1.4倍。结合产业结构看，中国与日、德、法、美、韩五国的工业占比分别为40.7%、29.1%、27.5%、16.9%、18.2%和35.1%[24]，中国工业用能占比高的结构特点决定了中国单位GDP能耗相对较高的客观事实，韩国的产业结构与中国较为接近，因此中国与韩国单位GDP能耗差距相对较小。近年来中国工业能耗强度显著下降，部分工业产品单耗与国际先进水平差距逐步缩小，2018年中国钢铁可比能耗标煤为613 kg/t，比国际先进水平576 kg/t高出6.4%[25]。

图3 主要国家能源效率指标对比

Fig.3 Comparison of energy efficiency indicators in major ries

中国能源系统加工转化整体效率提升较慢，与德国、美国差距拉大。各国能源加工转换整体效率较为接近，为60%~73%。2017年中国能源系统效率仅略高于法国和韩国，与德、美、日分别相差7.8、5.4和2.6个百分点。从增幅来看，2010—2017年间中国系统能效提升幅度最低（仅0.3个百分点），与德国、美国差距被进一步拉大；日本提升幅度最大（5.6个百分点），系统效率已超过中国。