【摘要】能源轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為全球共識，占全球GDP總量70%以上的國家和地區(qū)承諾到本世紀中葉實現(xiàn)碳中和的目標。發(fā)達國家的實踐表明，降低經(jīng)濟發(fā)展的能源依賴度，提高可再生能源占比，建設(shè)新能源體系在技術(shù)上和實踐中都是可行的。圍繞新能源革命，全球?qū)⒄归_一場改變貿(mào)易規(guī)則、重塑投資格局的國際競爭、升級發(fā)展模式開展技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)競賽、重塑地緣政治關(guān)系與話語權(quán)的大國博弈。發(fā)達國家的能源轉(zhuǎn)型實踐表明，能源轉(zhuǎn)型是一項系統(tǒng)工程，提高能源效率、增加可再生能源占比、提升系統(tǒng)靈活性、開展碳捕集封存、燃料轉(zhuǎn)換等都將發(fā)揮重要作用。在這個過程中，科技和商業(yè)模式創(chuàng)新是最大的推動力，完善的市場體系建設(shè)是基本條件。根據(jù)新能源革命與碳中和的國際經(jīng)驗，建議做好能源轉(zhuǎn)型與碳中和的頂層設(shè)計，加快完善我國能源市場化改革，多措并舉優(yōu)化能源轉(zhuǎn)型路徑，加快科技和商業(yè)模式創(chuàng)新，同時鼓勵全民參與能源轉(zhuǎn)型，達成能源轉(zhuǎn)型與碳中和的廣泛社會共識。
【關(guān)鍵詞】新能源革命 碳中和 系統(tǒng)工程 創(chuàng)新 市場化建設(shè) 社會共識
【中圖分類號】X24 【文獻標識碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2021.14.006
楊雷，北京大學能源研究院副院長、研究員，清華大學能源轉(zhuǎn)型與社會發(fā)展研究中心學術(shù)委員會委員，國際燃氣聯(lián)盟（IGU）協(xié)調(diào)委員會候任主席。研究方向為能源轉(zhuǎn)型、能源改革和全球能源治理。主要著作有《能源的未來——數(shù)字化與金融重塑》、《天然氣市場化改革——國際經(jīng)驗要點及對中國的啟示》（編著）等。
2020年是全球能源領(lǐng)域具有分水嶺意義的一年，不僅因為新冠肺炎疫情造成了全球經(jīng)濟衰退和能源消費大幅降低，也因為世界主要經(jīng)濟體紛紛提出到本世紀中葉實現(xiàn)碳中和的承諾。截至目前，占全球GDP總量70%以上的經(jīng)濟體都已經(jīng)宣布了到本世紀中葉實現(xiàn)碳中和的愿景，能源轉(zhuǎn)型正在加速進行。[1]
過去十年，用“能源革命”來描述全球能源領(lǐng)域的變化恰如其分。作為曾經(jīng)的全球最大能源進口國，美國通過頁巖油氣革命的成功，實現(xiàn)了“能源獨立”這個即使在5年前仍然看似不可能的目標。過去10年，諸多光伏、儲能、電動汽車等新能源技術(shù)邁過了規(guī)模化、商業(yè)化發(fā)展的門檻，開始了爆發(fā)式增長。
近年來，可再生能源在全球能源生產(chǎn)消費中的比重不斷提升?！禕P世界能源統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示，2019年，全球新增發(fā)電量的96%來自可再生能源。[2]根據(jù)21世紀可再生能源政策網(wǎng)絡(luò)（REN21）的數(shù)據(jù)，全球2020年可再生能源在全部發(fā)電量中占比達29%。[3]
從2009年到2020年，全球風電裝機容量從1.5億千瓦增加到7.3億千瓦，光伏發(fā)電裝機容量從2400萬千瓦增加到7.1億千瓦。[4]風電在一些地區(qū)已經(jīng)逐步成為最主要的增量能源，太陽能發(fā)電在一些地區(qū)已成為最具競爭力的電源，新能源革命已經(jīng)成為全球潮流。
新能源革命與碳中和已經(jīng)成為國際潮流
歐美實踐表明能源轉(zhuǎn)型在技術(shù)和經(jīng)濟上是可行的。過去十年，光伏發(fā)電和風力發(fā)電（以下將光伏和風電統(tǒng)稱為波動性可再生能源）成本大幅下降，根據(jù)國際能源署（International Energy Agency，以下簡稱IEA）和拉扎德公司（LAZARD）統(tǒng)計，光伏發(fā)電和陸上風電的平均平準化度電成本分別從2000年的500美元／兆瓦時和94美元／兆瓦時，下降到2019年的70美元／兆瓦時和55美元／兆瓦時。[5]在阿布扎比Noor Abu Dhabi百萬千瓦級光伏電站2020年4月新一輪招標中，創(chuàng)下了1.35美分／千瓦時的歷史最低中標價格記錄，折合人民幣每度電上網(wǎng)電價只有1毛錢。
2019年，風電和光伏發(fā)電量占丹麥、德國和英國全部發(fā)電量的比重分別達到60%、32%和31%。[6]北歐五國作為能源轉(zhuǎn)型的先鋒，可再生能源比重都相對較高，冰島、瑞典、挪威、芬蘭、丹麥分別達到了85%、55%、46%、40%、32.7%。全球來看，可再生能源的交通用能市場份額約為3.3%，占供熱比重的10%以上。隨著可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2018年全球可再生能源就業(yè)人數(shù)達到1100萬，其中我國402萬、歐洲123萬、巴西112萬、美國85萬。[7]
根據(jù)歐盟以及Statista網(wǎng)站數(shù)據(jù)，1990年至2019年間，歐盟人口增長了7％，人均GDP增長了52％（按購買力平價計算），但與能源相關(guān)的二氧化碳總排放量卻減少了24％，總體溫室氣體排放也下降了24%。據(jù)國際能源署分析，這一方面可歸功為單位GDP的能源強度下降，另一方面是因為單位能源供應(yīng)的二氧化碳強度下降。2020年受新冠肺炎疫情影響，歐盟溫室氣體排放量又在2019年的基礎(chǔ)上下降了13.3%。[8]這一趨勢反映了歐盟經(jīng)濟和能源的結(jié)構(gòu)性變化，以及能源效率的大幅提升。
2017年，時任美國總統(tǒng)奧巴馬在科學雜志上發(fā)表了題為《清潔能源發(fā)展勢頭不可逆轉(zhuǎn)》[9]的署名文章，指出從2008年到2015年，美國與能源相關(guān)的二氧化碳排放量降低了9.5%，與此同時，經(jīng)濟增產(chǎn)超過了10%，單位GDP能源強度降低了約11%，單位能源消費二氧化碳排放強度降低了8%，單位GDP二氧化碳排放降低了18%。他認為這個趨勢已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)，這種經(jīng)濟增長與能源領(lǐng)域二氧化碳排放的“脫鉤”，對于那些認為應(yīng)對氣候變化需要以降低經(jīng)濟增長和生活水準為代價的看法，是最有力的回應(yīng)。
值得指出的是，我國的發(fā)展階段與發(fā)達國家有所不同，我們的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化還沒有完成，但新能源技術(shù)突飛猛進的發(fā)展已與一二十年前發(fā)達國家實現(xiàn)碳達峰時大不相同，可以說如今實現(xiàn)新能源革命的條件和門檻已經(jīng)大大降低了。
全球能源轉(zhuǎn)型的趨勢與展望。全球能源轉(zhuǎn)型的基本趨勢表現(xiàn)為：一是低碳化。在傳統(tǒng)的化石能源中，天然氣的使用在過去二十年快速增長，作為一種低碳能源，在替代煤炭的過程中顯著減少了二氧化碳排放。美國的二氧化碳排放量在過去十年降低了10%左右，其中最主要的貢獻就是來自于頁巖氣對煤炭的替代。[10]過去10年，風、光等可再生能源的成本快速下降，風電、光伏等新增裝機快速增長，已經(jīng)成為增長最快的能源品類，加速了能源系統(tǒng)低碳化轉(zhuǎn)型的步伐。二是去中心化（分布式），以去中心化為特征的分布式能源正在成為傳統(tǒng)的集中式能源強有力的補充，改變了原來能源供應(yīng)金字塔的主體結(jié)構(gòu)。諸如冷熱電多能互補系統(tǒng)、電動汽車、屋頂光伏、余熱利用、生物質(zhì)能源和多種消費側(cè)儲能等分布式能源正在改變傳統(tǒng)能源系統(tǒng)的價值鏈，也大大提升了可再生能源并入能源系統(tǒng)的比例。三是數(shù)字化。數(shù)字技術(shù)為能源系統(tǒng)的升級轉(zhuǎn)型賦能，數(shù)字化降低了分散的、小型化的可再生能源的系統(tǒng)接入成本，也能夠更加實時和智能地對變動性需求作出響應(yīng)。數(shù)字化使供給側(cè)和需求側(cè)之間的界限變得模糊，一方面為“生產(chǎn)型消費者”的產(chǎn)生提供了條件，另一方面為更加廣泛的需求側(cè)響應(yīng)創(chuàng)造了技術(shù)條件。[11]
當前，光伏和風電為主的可再生能源成本仍在進一步下降，光伏發(fā)電成本的下降速度超過了風電，在全球日照充足的地區(qū)，太陽能光伏已經(jīng)成為成本最低的發(fā)電資源，甚至低于傳統(tǒng)火電的燃料成本。風電近幾年來最重要的趨勢則是海上風電價格及成本的下降。
全球能源領(lǐng)域投資趨勢也反映出低碳能源日益顯現(xiàn)的成本優(yōu)勢。根據(jù)IEA統(tǒng)計，2019年可再生能源發(fā)電投資占全球發(fā)電資產(chǎn)投資總額的三分之二以上。IEA預(yù)測，從2020年到2025年，以風電和光伏為主的可再生能源裝機將快速超過火電，成為全球第一大發(fā)電裝機來源。[12]
國際能源企業(yè)的轉(zhuǎn)型實踐?；趯δ茉崔D(zhuǎn)型的認識，全球能源公司也正在積極投身這場意義深遠的能源革命。許多大型油氣公司都為未來幾年的發(fā)展制定了雄心勃勃的轉(zhuǎn)型目標，致力于從油氣公司轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合能源公司，并且設(shè)定了明確的減碳計劃。大型能源企業(yè)的行動有力地推動了新能源革命的進程。
埃信華邁（IHS Markit）數(shù)據(jù)[13]顯示，2019年至2020年，油氣公司在太陽能和風力發(fā)電領(lǐng)域分別進行了18次和17次收購，遠高于2017年的9次收購。其中，埃尼（Eni）、殼牌（Shell）和道達爾（Total）正在通過收購整個供應(yīng)鏈中的公司來改變其運營組織，并大力投資電力，他們還著重指出了電氣化在未來將發(fā)揮關(guān)鍵作用。法國能源公司（Engie）、英國石油公司（BP）和挪威國家石油公司（Equinor）通過投資可再生能源資產(chǎn)，積累能源服務(wù)供應(yīng)商的經(jīng)驗，使其投資組合多元化。
從資本市場上看，在過去15年中，油氣公司的平均年度股東整體回報率（TRS）落后于標準普爾500指數(shù)七個百分點，為了減少客戶流失和增加收入來源，許多公司將發(fā)展客戶端就地能源方案和數(shù)字化技術(shù)作為未來商業(yè)模式的重要組成部分。在電力供應(yīng)方面，現(xiàn)階段歐洲公司的可再生能源戰(zhàn)略仍由“建造—銷售—經(jīng)營”（BSO）模式繼續(xù)主導(dǎo)，他們也正在積極探索零補貼項目的新商業(yè)模式；美國公司更青睞綠色電價和新的可再生能源購電協(xié)議（PPA）結(jié)構(gòu)，這在歐洲也很普遍。
在電力需求方面，發(fā)達國家的企業(yè)客戶更注重綠色電力采購。2020年，美國的企業(yè)客戶可再生能源交易幾乎占了美國所有可再生能源合同交易量的一半。在歐洲，企業(yè)客戶在2020年簽署了約470萬千瓦的可再生能源購電協(xié)議（PPA）。新公司涌入該領(lǐng)域表明，PPA消費群體將在全球范圍內(nèi)擴大，為新的可再生能源生產(chǎn)提供了一個巨大的潛在市場，這也為未來碳標簽等政策工具的推廣奠定了基礎(chǔ)。
社會共識基本形成。歐盟各國在對待氣候問題上具有較高的共識，政府決策效率也較高，尤其表現(xiàn)在聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）提出的全球1.5攝氏度溫控目標上。盡管其在很多問題上長時間議而不決，但對簽署提高減排承諾的新一版綠色協(xié)定均高度贊成，很快就完成了法案的修訂，將原來的2050年碳減排目標從80%修改為100%，也即2050年實現(xiàn)溫室氣體凈零排放。[14]
法國最具特色的舉措之一是將從全國普通民眾中推選150人專門就國家的氣候變化和環(huán)保主題進行建言，相當于氣候議員，這是一項重大的制度創(chuàng)新。法國在氣候大會的宣傳語是“使我們的星球再次偉大”，計劃于2022年全面停用煤電，且公眾餐廳產(chǎn)品50%為源自本地的有機產(chǎn)品，2025年廢棄物100%得到回收和再生利用，2040年停止銷售內(nèi)燃機車輛。
德國于2019年通過立法的形式率先宣布2050年實現(xiàn)凈零碳排放，2030年使能源部門的二氧化碳排放比1990年減少61%～62%。2021年5月，德國總理默克爾表示，德國將爭取最早在2045年實現(xiàn)碳中和，并把2030年溫室氣體減排目標提升至較1990年減少65%。
這些歐洲國家高度認同IPCC的“1.5攝氏度報告”，并能夠快速作出響應(yīng)，其主要原因是普通民眾對此高度認同，歐盟及歐盟各國內(nèi)部各黨派可能在政見上存在或多或少的差異，但在環(huán)保問題上幾乎都能夠?qū)夂蜃兓涂沙掷m(xù)發(fā)展目標達成高度共識。因為在應(yīng)對氣候變化和可持續(xù)發(fā)展方面已經(jīng)形成了廣泛的民意基礎(chǔ)，這些黨派一般不會因此得罪群眾。
美國兩黨就氣候問題長期無法達成一致，導(dǎo)致其在氣候政策上出現(xiàn)多次反復(fù)，在實現(xiàn)碳中和這一目標上尚無明確立法，甚至沒有富有成效的政治協(xié)商進展。但值得注意的是，即使在特朗普政府時期美國政府退出《巴黎協(xié)定》，美國很多州和城市仍然形成了“美國氣候聯(lián)盟”，繼續(xù)按照《巴黎協(xié)定》要求，大力推進清潔能源轉(zhuǎn)型計劃。2018年9月，加利福尼亞州州長簽署法案，提出到2045年將實現(xiàn)100%清潔電力供應(yīng)。當前執(zhí)政的拜登政府在《清潔能源革命和環(huán)境正義計劃》中承諾，美國將在2050年之前達到凈零碳排放。
可以明確的是，美國的氣候和能源政策目標正越來越清晰。在采取強有力的政策手段之外，美國一直是能源領(lǐng)域研發(fā)的全球領(lǐng)導(dǎo)者。美國擁有成熟的學術(shù)和技術(shù)成果轉(zhuǎn)化機制，大量的公共資本和私人資本爭相投入碳中和相關(guān)行業(yè)，使得其產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，技術(shù)和服務(wù)世界領(lǐng)先，這也是美國力求保持的優(yōu)勢。
新能源革命的國際經(jīng)驗
能源轉(zhuǎn)型與碳中和需要多措并舉。實現(xiàn)碳中和涉及經(jīng)濟社會生活的方方面面，需要動員各方面力量，尋求最合適與經(jīng)濟的路徑。從能源角度來說，一方面是要減少排放，通過提高能效，提升可再生能源等零碳能源的比例以減少二氧化碳排放，另一方面是進行碳匯，除了森林碳匯，也包括碳的捕集、利用和封存（Carbon Capture, Utilization, and Storage，以下簡稱CCUS），以消除排放后果，綜合施策。國際能源署在《世界能源展望2020》[15]報告中提出，為實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》可持續(xù)發(fā)展的目標，按照可持續(xù)發(fā)展的情景展望，到2050年，節(jié)能和提高能效對二氧化碳減排的貢獻最大，占37%；然后是發(fā)展可再生能源，占32%；CCUS、核電、燃料替代等其它技術(shù)也共同推動可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)。
2020年7月，《歐盟能源系統(tǒng)整合戰(zhàn)略》發(fā)布，其中闡述了為實現(xiàn)碳中和目標，需要對能源系統(tǒng)進行升級整合的戰(zhàn)略，強調(diào)要打破能源的行業(yè)壁壘，提高系統(tǒng)效率，積極發(fā)展儲能、數(shù)字化、氫能等技術(shù)，提高系統(tǒng)靈活性，支撐更高比例的可再生能源發(fā)展，完善能源市場機制和碳排放交易機制，在實現(xiàn)碳中和的同時保持經(jīng)濟的繁榮發(fā)展。[16]
美國普林斯頓大學、麻省理工學院等研究機構(gòu)和智庫也積極開展“凈零美國”戰(zhàn)略研究，與奧巴馬時代美國政府頒布的“能源一體化戰(zhàn)略”一脈相承，這些解決方案都強調(diào)多種能源互補，采取最優(yōu)路徑實現(xiàn)碳中和。這些研究重點就能源效率、電氣化、可再生能源、零碳燃料（生物質(zhì)和氫能等）、碳捕集利用、碳匯等多個領(lǐng)域的共同作用開展研究，建議美國政府通過市場化的方法，尋找最經(jīng)濟和優(yōu)化的路徑。[17]
德國政府是碳中和的積極推動者，很早就制定了《氣候行動計劃2050》，不僅提出了明確的愿景和規(guī)劃，也強調(diào)以系統(tǒng)綜合的方法，統(tǒng)籌考慮提升能效，加大可再生能源比例，電力行業(yè)轉(zhuǎn)型，交通、建筑、工業(yè)等領(lǐng)域電氣化等問題，制定了相對清晰的步驟，提出2030年前以優(yōu)先開展電力領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型引領(lǐng)交通、建筑、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域全面減排，2030年后再加大力度深化以工業(yè)為首的各領(lǐng)域轉(zhuǎn)型及發(fā)展負碳技術(shù)等，其出發(fā)點也是從系統(tǒng)優(yōu)化考慮，以較低的轉(zhuǎn)型成本來實現(xiàn)碳中和。[18]
在能源轉(zhuǎn)型過程中，長期規(guī)劃和戰(zhàn)略對于引導(dǎo)投資者、形成社會共識非常重要，碳中和提供了一個非常重要的共同愿景，將有力地指導(dǎo)相關(guān)的能源、經(jīng)濟及社會發(fā)展的規(guī)劃工作。
能源體系需要系統(tǒng)性升級。新型能源系統(tǒng)最重要的特征是低碳，主要由風電、光伏等變動性可再生能源組成，這將與傳統(tǒng)化石能源構(gòu)成的能源系統(tǒng)有很大不同。一方面由于風電和光伏的發(fā)電特性受天氣影響較大，系統(tǒng)靈活性變得更加重要，這是因為供給側(cè)與需求側(cè)的不確定性都大幅提升了。另一方面與傳統(tǒng)的以集中式供能方式為主不同，分布式能源將快速增長并逐漸占據(jù)主體地位。
受風、光等波動性可再生能源對能源系統(tǒng)日益顯著的影響，在波動性可再生能源占高比例的情況下，能源系統(tǒng)能否靈活運行，是能源轉(zhuǎn)型的核心，對于確保現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全性至關(guān)重要。國際經(jīng)驗表明，在技術(shù)層面上，電力系統(tǒng)對波動性可再生能源的比例沒有硬性約束。
波動性可再生能源并網(wǎng)會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生多種影響，但并非突然出現(xiàn)，而是隨著波動性可再生能源占比的提高而逐步顯現(xiàn)。根據(jù)波動性可再生發(fā)電量占比上升對電力系統(tǒng)的影響及相關(guān)并網(wǎng)問題，IEA劃分了四個階段。[19]
在第一階段，能源系統(tǒng)開始出現(xiàn)少量波動性可再生能源，對系統(tǒng)基本沒有影響或造成極小的、局部的影響，通過調(diào)度就可以基本解決并網(wǎng)問題，這一階段波動性可再生能源發(fā)電量占比一般不高于5%。
隨著波動性可再生能源發(fā)電容量的增加，負荷與凈負荷之間的差異愈加明顯，現(xiàn)有系統(tǒng)資源難以在全部時段維持電力供需平衡，進入第二階段。在這個階段，一般通過提高供給側(cè)的備用容量和靈活性，改進系統(tǒng)運行方式，以更充分地利用現(xiàn)有系統(tǒng)資源，來滿足系統(tǒng)并網(wǎng)要求（例如進行火電靈活性改造以增加備用裝機）。然而，僅依賴供給側(cè)靈活性提高會帶來越來越高的系統(tǒng)成本，使并網(wǎng)過程難以為繼。
隨著可再生能源比例的繼續(xù)增高，波動性可再生能源發(fā)電量在特殊時段可以滿足部分區(qū)域的大部分供電需求，由此進入第三階段。這一階段需要對整個能源系統(tǒng)進行優(yōu)化，動員包括需求側(cè)響應(yīng)的靈活性資源，將用電需求引導(dǎo)、轉(zhuǎn)移向波動性可再生能源發(fā)電量較高的時段，還需要通過終端用能電氣化創(chuàng)造新需求。一般來看，這一階段可再生能源總體發(fā)電量平均將超過10%。
最后，在第四階段，波動性可再生能源發(fā)電量經(jīng)常會超過總體電力需求，如果沒有額外處理方式，將出現(xiàn)凈負荷的結(jié)構(gòu)性過剩，同時也面臨當風電、光伏出力持續(xù)較低時（比如北方冬季），如何滿足電力需求的挑戰(zhàn)。在這個階段，需要更加先進的技術(shù)，并采用季節(jié)性儲能，例如氫能。
全球多數(shù)國家目前都處在第一和第二階段，未來五年，隨著波動性可再生能源快速發(fā)展，越來越多的國家會進入第三和第四階段。國際經(jīng)驗表明，隨著可再生電力比例的不斷增長，進入第三階段后，與早期對電力系統(tǒng)的修修補補不同，需要對整個能源和電力系統(tǒng)進行升級優(yōu)化，提高源、網(wǎng)、荷、儲的靈活性，以更加動態(tài)和柔性的方式實現(xiàn)穩(wěn)定的電力和能源供應(yīng)。
科技和商業(yè)模式創(chuàng)新是最大驅(qū)動力。能源科技的發(fā)展深刻地影響了能源格局的變遷，各國十分重視能源科技的發(fā)展，并制定了能源戰(zhàn)略計劃，如美國的《全面能源戰(zhàn)略》、歐盟的《2050能源技術(shù)路線圖》、日本的《面向2030年能源環(huán)境創(chuàng)新戰(zhàn)略》等。
過去十幾年的發(fā)展表明，科技正逐漸取代能源資源成為能源發(fā)展的基石，發(fā)展低成本的新能源技術(shù)是重要趨勢，其中低成本可再生能源技術(shù)是能源科技發(fā)展的重點領(lǐng)域。美國能源信息署評估，美國2022年后投產(chǎn)的風電和太陽能發(fā)電項目的平準化度電成本（LCOE）都將低于燃氣發(fā)電。[20]
數(shù)字技術(shù)正在給能源領(lǐng)域帶來深刻變革。數(shù)字技術(shù)不僅提高了自動化水平，降低了成本，而且能夠使能源系統(tǒng)更加適應(yīng)高比例的變動性能源，提高需求側(cè)響應(yīng)能力，降低能源交易成本，大大增加系統(tǒng)的靈活性和柔性。[21]
綜合能源服務(wù)也正在成為能源行業(yè)商業(yè)模式的主流，相關(guān)企業(yè)利用先進的管理工具，如數(shù)字化平臺，對能源系統(tǒng)盡可能實現(xiàn)統(tǒng)籌和優(yōu)化，就近提供能源服務(wù)，能源服務(wù)可以讓能源供應(yīng)者和消費者創(chuàng)造新的價值。與能源服務(wù)相適應(yīng)，國際上越來越多的小型工業(yè)用戶和大型商業(yè)用戶開始參與需求響應(yīng)計劃。通過吸引更多利益相關(guān)者，綜合服務(wù)商可以降低平衡系統(tǒng)的成本，但可能需要實施有針對性的政策或監(jiān)管，以允許他們參與批發(fā)或輔助服務(wù)市場。
電動汽車與能源領(lǐng)域的協(xié)同性也日益增加，電動汽車快速發(fā)展，在成為日益重要的電力負荷的同時也成為系統(tǒng)靈活性的來源之一。智能充電可以減少高峰時段的負荷，車網(wǎng)融合（V2G）技術(shù)更是可以將電動汽車作為移動儲能站，獲取額外收益。車網(wǎng)融合已經(jīng)在全球擁有數(shù)以百計的商業(yè)應(yīng)用。
以技術(shù)帶動的能源領(lǐng)域商業(yè)模式創(chuàng)新正如雨后春筍一般在全球出現(xiàn)，吸引了全球資本市場的關(guān)注，并獲得了越來越多的資金支持，有力地促進了能源轉(zhuǎn)型。
完善的市場體系建設(shè)是能源轉(zhuǎn)型的基本條件。發(fā)達國家經(jīng)驗表明，發(fā)展高比例可再生能源，建設(shè)新型電力系統(tǒng)，需要完善的市場機制支持，這也是催生新的商業(yè)模式的基本條件。北美和歐洲的國際經(jīng)驗證明了實時的現(xiàn)貨市場在優(yōu)化電力系統(tǒng)和降低用戶用電成本方面的重要性，能源服務(wù)、儲能、氫能等都需要通過市場化的價格尋求合適的應(yīng)用場景。政府定價的方式無法實時體現(xiàn)電力的稀缺性，也不能發(fā)揮可再生能源邊際成本低的優(yōu)勢，難以消納更高比例的可再生能源。因此，建立流動性好的短期電力市場（現(xiàn)貨市場）是實現(xiàn)高比例可再生能源發(fā)展的關(guān)鍵，是對不同發(fā)電技術(shù)進行經(jīng)濟調(diào)度的基礎(chǔ)。[22]
歐美能源市場機制的設(shè)計也考慮到保證提供足夠激勵以覆蓋調(diào)峰資源的運行費用和固定成本，從而對能源安全形成有力的保障。一些地區(qū)的電力市場主要依靠發(fā)電收入來支付調(diào)峰電源的發(fā)電投資，其電力市場允許電力緊缺時電價大幅升高；還有一些市場運用容量補償機制，例如，向特定時段發(fā)電的企業(yè)提供容量費用，以保證尖峰負荷期間足夠的電力供應(yīng)。法國、英國、墨西哥、PJM（美國）和MISO（美國）的電力市場則是上述兩種機制相結(jié)合，以保證系統(tǒng)中的能源供應(yīng)有充裕度，在特殊時期能夠發(fā)揮保供的作用。
基于電力市場的復(fù)雜性，輔助服務(wù)市場也十分重要。隨著可再生能源發(fā)電量占比的提高，電力系統(tǒng)慣性降低，對穩(wěn)定系統(tǒng)頻率和電壓等服務(wù)的需求必然會增加。未來在高比例可再生能源系統(tǒng)中，系統(tǒng)波動性增加及化石能源裝機比重的下降，要求系統(tǒng)優(yōu)先調(diào)動其他靈活資源，如儲能和需求響應(yīng)。在這方面，愛爾蘭、澳大利亞和美國CAISO提供了很好的經(jīng)驗。
值得指出的是，電力市場和天然氣市場有很好的協(xié)同性，天然氣發(fā)電也具備明顯的調(diào)峰優(yōu)勢，能夠跨季節(jié)調(diào)峰，同時天然氣本身也有調(diào)峰的需要。自20世紀末開始，歐美主要國家先后啟動并完成了天然氣市場化改革，形成了我們熟悉的美國亨利中心、英國NBP、歐洲TTF等有影響力的天然氣價格指數(shù)。[23]在很多歐美國家，天然氣和電力的監(jiān)管部門都是合署辦公。
為了控制二氧化碳排放，以歐盟為首開展的碳交易市場建設(shè)成為推動能源轉(zhuǎn)型的一個非常有效的市場手段。碳交易市場通過對溫室氣體排放額度的交易，逐步形成了碳排放指標量化體系和明確的碳價。通過市場交易，可以有效發(fā)現(xiàn)碳價格，從而引導(dǎo)低碳經(jīng)濟模式的發(fā)展。從國際角度看，交易規(guī)則、減排政策、資金機制、運作模式是碳排放市場的關(guān)鍵要素，對金融市場也產(chǎn)生了越來越大的影響。
電力市場、天然氣市場和碳交易市場的有機結(jié)合，使得新能源革命的政策環(huán)境不斷完善，有力促進了相關(guān)國家經(jīng)濟發(fā)展模式的升級。
相關(guān)啟示
做好能源轉(zhuǎn)型與碳中和的頂層設(shè)計。新能源革命與碳中和是一項系統(tǒng)性工程，涉及能源供給側(cè)、需求側(cè)、提高能效、碳匯等多個方面，對幾乎所有行業(yè)都會帶來重大影響，需要綜合性和長期的視角，需要包括規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)、市場、政策等多個層面的支持，因此頂層設(shè)計至關(guān)重要。
新能源革命與碳中和需要強有力的政策機制和制度的保障。應(yīng)著手制定國家應(yīng)對氣候變化法規(guī)，統(tǒng)籌能源、環(huán)境、氣候和經(jīng)濟社會發(fā)展全局，以控制溫室氣體排放為抓手，推動我國經(jīng)濟體系、能源系統(tǒng)和生活方式的綠色低碳轉(zhuǎn)型。同時對當前的政策、制度、機制和法規(guī)進行梳理完善，使之符合新能源革命的需要。[24]
盡快啟動我國能源中長期發(fā)展戰(zhàn)略及規(guī)劃工作，作為市場參與者投資決策的依據(jù)。在制定規(guī)劃的過程中也要集思廣益，使各方就能源系統(tǒng)的發(fā)展方向逐漸形成共識，進而為制定具體政策以形成完善的市場框架提供基礎(chǔ)。[25]傳統(tǒng)能源規(guī)劃主要集中于供給側(cè)，需求側(cè)沒有引起足夠重視。要充分做好統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，整合包括能源領(lǐng)域不同行業(yè)之間的規(guī)劃、電力行業(yè)不同環(huán)節(jié)的規(guī)劃、需求側(cè)資源、區(qū)域間能源資源，并考慮在規(guī)劃中納入對系統(tǒng)靈活性的評估。
加快完善我國能源市場化改革。截至2020年底，我國風電和光伏等變動性可再生能源裝機約5.3億千瓦，占全部電力總裝機比重的24.2%，發(fā)電量占比接近10%。到2030年，風電和光伏發(fā)電總裝機容量要超過12億千瓦，[26]發(fā)電量也將大幅度提高，我國的能源和電力系統(tǒng)正在快速進入新階段，需要對整個系統(tǒng)進行優(yōu)化，其中靈活的市場價格將是引導(dǎo)整個系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵因素，完善我國能源市場，還原能源的商品屬性，使市場成為優(yōu)化資源配置的決定性因素。
目前，電力市場化改革與天然氣市場化改革均在深入推進，將為新能源革命提供強勁動力。適用于高比例可再生能源的電力市場設(shè)計需要重點關(guān)注建立電力現(xiàn)貨市場，發(fā)掘市場價格；改變現(xiàn)有電力調(diào)度方式，實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)度；加強跨省跨區(qū)電力交易，提高電力供應(yīng)安全性，提高系統(tǒng)效率，促進資源和需求的匹配；建立并完善輔助服務(wù)市場，激勵系統(tǒng)靈活性資源的投資和應(yīng)用；探索容量補償機制，滿足系統(tǒng)投資充裕度要求；還應(yīng)加速推進碳交易市場機制，將化石能源項目溫室氣體排放對于環(huán)境產(chǎn)生負面影響的社會成本內(nèi)部化。
天然氣市場化改革正在深入進行，重要目標之一是建立市場化的價格體系。管網(wǎng)公司獨立運行后，下一步應(yīng)從區(qū)域市場建設(shè)開始先行先試，做好市場設(shè)計；盡快建立托運商制度，完善容量分配機制；改革管輸費定價機制以支持“多對多”交易；建立運營調(diào)度管理辦法，完善應(yīng)急制度；加強監(jiān)管能力建設(shè)，大力提高透明度；堅持與國際接軌，盡早形成具有國際影響力的價格指數(shù)。
加快推進全國碳市場建設(shè)，探索構(gòu)建與碳排放交易機制結(jié)合的創(chuàng)新商務(wù)模式。建立統(tǒng)一的碳交易機制和碳減排核定方法，鼓勵相關(guān)能源利用行業(yè)積極參與碳交易，通過市場化的辦法降低排放，實現(xiàn)綠色發(fā)展。
以電力、天然氣和碳市場引領(lǐng)的能源領(lǐng)域市場化改革，是驅(qū)動我國實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展、創(chuàng)新商業(yè)模式的強勁動力，也必將不斷催生出儲能、需求側(cè)響應(yīng)、車網(wǎng)融合、新型能源服務(wù)等多種新能源發(fā)展的商業(yè)模式。
多措并舉優(yōu)化能源轉(zhuǎn)型路徑。能源轉(zhuǎn)型路徑有多種選擇，應(yīng)結(jié)合我國的實際情況，盡量走代價較小的路徑。隨著可再生能源技術(shù)成本的降低，電力領(lǐng)域去碳化難度相對較小，工業(yè)、航空等領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)仍不成熟，因此，要多措并舉，因地制宜開展新能源革命和碳中和工作。要盡快制定我國電力行業(yè)凈零排放的日程表和路線圖，淘汰燃油車的日程表和路線圖，要求新基建項目基本實現(xiàn)凈零排放等。
要高度重視提高能源效率，節(jié)約下來的能源是最清潔的能源。提高能源效率和發(fā)展非化石能源應(yīng)并重。2019年，我國單位GDP的能源強度仍是世界平均水平的1.4倍、發(fā)達國家的3倍左右。如果我國能源效率水平達到世界平均水平，能源消費總量中標煤可減少近20億噸；如果我國能源利用效率達到發(fā)達國家平均水平，2035年我國人均GDP收入達到中等發(fā)達國家水平時，能源消費可以比當前降低1／3。如果2060年我國的能源效率達到世界領(lǐng)先水平，我國可以在能源消費零增長，乃至負增長的情況下，建成現(xiàn)代化國家。[27]
要統(tǒng)籌能源轉(zhuǎn)型和發(fā)展轉(zhuǎn)型。正如習近平主席指出的，應(yīng)對氣候變化《巴黎協(xié)定》代表了全球綠色低碳轉(zhuǎn)型的大方向。[28]這不僅是能源轉(zhuǎn)型，還需要發(fā)展方式的轉(zhuǎn)型（實現(xiàn)由資源依賴向技術(shù)依賴轉(zhuǎn)型），實現(xiàn)能源的可再生和資源的循環(huán)利用。實現(xiàn)碳中和既是應(yīng)對氣候變化的戰(zhàn)略選擇，也是實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量根本好轉(zhuǎn)的重要措施，是對各類污染物排放的源頭治理。因此需要統(tǒng)籌能源轉(zhuǎn)型和發(fā)展模式的低碳轉(zhuǎn)型。
加快科技和商業(yè)模式創(chuàng)新?？萍际堑谝簧a(chǎn)力，科技也正在取代資源成為能源安全最重要的基石。未來除了在風、光、生物質(zhì)、地熱等可再生能源領(lǐng)域，在氫能、儲能、核聚變能以及能源新材料等方面都有可能出現(xiàn)顛覆性技術(shù)，將極大地改變世界能源供需格局。
數(shù)字技術(shù)可為能源生產(chǎn)、消費、技術(shù)、體制領(lǐng)域革命帶來新動能，在新能源革命領(lǐng)域以廣泛互聯(lián)、智能互動、靈活柔性、安全可控和開放共享的新一代電力系統(tǒng)為基礎(chǔ)。建議加快推動數(shù)字技術(shù)應(yīng)用，以“能源互聯(lián)網(wǎng)”形態(tài)，打破由技術(shù)、機制等因素造成的異質(zhì)能源系統(tǒng)之間及多元主體之間的行業(yè)壁壘與技術(shù)壁壘，推動更大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置，構(gòu)建電力、天然氣、熱力與互聯(lián)網(wǎng)運營商之間互惠共贏的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈，推動“物理能源消費”向“能源、信息、服務(wù)”綜合消費過渡。
能源服務(wù)正在突破原有的節(jié)能服務(wù)模式，向更加廣泛的領(lǐng)域發(fā)展，許多大型國際公司也都將自身定位為能源服務(wù)公司。應(yīng)積極鼓勵國有企業(yè)和其它主體的能源企業(yè)，發(fā)揮各自優(yōu)勢，創(chuàng)新商業(yè)模式，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
加強碳達峰、碳中和的國際合作，加大國際科技合作力度，擴大國際合作的范圍，共同發(fā)展碳達峰、碳中和亟需的科學技術(shù)、工藝路線和商業(yè)實踐。應(yīng)對氣候變化也是中美、中歐開展合作的重要抓手，應(yīng)積極謀求合作，相互學習、相互促進、共同進步。
鼓勵全民參與能源轉(zhuǎn)型。新能源革命和碳中和是一場集技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新及治理體系創(chuàng)新于一體的全球新競賽，不僅將重塑全球產(chǎn)業(yè)及投資貿(mào)易格局，也事關(guān)每一個人，[29]既是對傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員的一種挑戰(zhàn)，也是新能源行業(yè)從業(yè)人員的巨大機遇，從國際上的測算來看，新能源革命和碳中和將創(chuàng)造更多就業(yè)機會。[30]在實現(xiàn)碳中和的過程中，要以人為本，加強對弱勢群體的幫扶和轉(zhuǎn)型。新能源革命是實現(xiàn)美麗中國的必經(jīng)之路，應(yīng)加強宣傳和動員，達成最大范圍的共識，激發(fā)全民的創(chuàng)新力，鼓勵全民參與，打贏一場碳中和與新能源革命的“人民戰(zhàn)爭”。
新能源革命也需要培育低碳清潔“能源文化”，將節(jié)能減排融入普通百姓的生活、行為及出行方式，讓人們通過改變生活方式和轉(zhuǎn)變思想觀念來配合、推動能源革命的實踐。
（本文系中國工程院重點咨詢項目“能源、環(huán)境和氣候變化協(xié)同治理戰(zhàn)略研究”的階段性成果）
注釋
[1]IEA, "Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector", https://racetozero.unfccc.int/wp-content/uploads/2021/06/NetZeroby2050-ARoadmapfortheGlobalEnergySector.pdf, May, 2021.
[2][4][6]BP, "Statistical Review of World Energy 2021", https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html, July, 2021.
[3]REN21, "Renewables 2021 Global Status Report", https://www.ren21.net/reports/global-status-report.
[5]IEA, "World Energy Outlook 2019", https://www.eia.gov/outlooks/ieo/pdf/ieo2019.pdf, September 24, 2019.
[7]IEA, "Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector", https://racetozero.unfccc.int/wp-content/uploads/2021/06/NetZeroby2050-ARoadmapfortheGlobalEnergySector.pdf, May, 2021.
[8]IEA, "World Energy Outlook 2019", https://www.eia.gov/outlooks/ieo/pdf/ieo2019.pdf, September 24, 2019.
[9]Obama, B., "The Irreversible Momentum of Clean Energy", Science, 355:6321, pp. 126-129.
[10]GE, "Accelerated Growth of Renewables and Gas Power Can Rapidly Change the Trajectory on Climate Change", https://www.ge.com/content/dam/gepower/global/en_US/documents/future-of-energy/ge-future-of-energy-white-paper.pdf, January 18, 2021.
[11]楊雷：《能源的未來——數(shù)字化與金融重塑》，北京：石油工業(yè)出版社，2020年，第48～60頁；金之鈞、白振瑞、楊雷：《能源發(fā)展趨勢與能源科技發(fā)展方向的幾點思考》，《中國科學院院刊》，2020年第5期。
[12]IEA, "World Energy Outlook 2020", https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2020, October, 2020.
[13]Gabel E., "5 Top Global Power Renewables Trends 2021 Whitepaper", IHS Markit, 2021.
[14]EU commission, "Powering a Climate-neutral Economy: An EU Strategy for Energy System Integration", Brussels, COM/2020/299, August 7, 2020.
[15]IEA, "World Energy Outlook 2020", https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2020, October, 2020.
[16]McKinsey, "Net-Zero Europe: Decarbonization Pathways and Socioeconomic Implications", https://www.mckinsey.com › net-zero-europe-vf, 2020; EU commission, "Powering a Climate-neutral Economy: An EU Strategy for Energy System Integration", Brussels, COM/2020/299, August 7, 2020.
[17]Larson, E.; Greig, C., et al, "Net-Zero America: Potential Pathways, Infrastructure, and Impacts", https://netzeroamerica.princeton.edu/img/Princeton_NZA_Interim_Report_15_Dec_2020_FINAL.pdf, December 15, 2020.
[18]Prognos AG; Öko-Institut e.V, et al, "Towards a Climate-Neutral Germany by 2045", https://www.agora-energiewende.de/en/publications/towards-a-climate-neutral-germany-2045-executive-summary/, may, 2021.
[19]IEA, "China Power System Transformation, Assessing the Benefit of Optimised Operations and Advanced Flexibility Options", https://iea.blob.core.windows.net/assets/fd886bb9-27d8-4d5d-a03f-38cb34b77ed7/China_Power_System_Transformation.pdf, March 26, 2019.
[20]EIA, "Levelized Cost and Levelized Avoided Cost of New Generation Resources in the Annual Energy Outlook 2021", https://www.eia.gov/outlooks/aeo/pdf/electricity_generation.pdf, February, 2020.
[21]楊雷：《能源的未來——數(shù)字化與金融重塑》，北京：石油工業(yè)出版社，2020年，第48～60頁。
[22]IEA, "China Power System Transformation, Assessing the Benefit of Optimised Operations and Advanced Flexibility Options", https://iea.blob.core.windows.net/assets/fd886bb9-27d8-4d5d-a03f-38cb34b77ed7/China_Power_System_Transformation.pdf, March 26, 2019.
[23]楊雷：《關(guān)于中國天然氣市場結(jié)構(gòu)設(shè)計的思考》，《國際石油經(jīng)濟》，2019年第8期。
[24][27]李俊峰：《中國實現(xiàn)二氧化碳排放達峰與碳中和的機遇與挑戰(zhàn)》，《電力決策與輿情參考》，2020年第42、43期。
[25]陳新華等：《建言“十四五”能源發(fā)展系列活動總結(jié)報告匯編》，2020年，內(nèi)部報告。
[26]國家能源局：《2021年一季度網(wǎng)上新聞發(fā)布會文字實錄》，http://www.nea.gov.cn/2021-01/30/c_139708580.htm，2021年1月30日更新。
[28]習近平：《在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上的講話》，http://www.xinhuanet.com/politics/leaders/2020-09/22/c_1126527652.htm，2020年9月22日更新。
[29]何繼江、馬鈺：《德國2050光伏發(fā)展情景對我國能源轉(zhuǎn)型的啟示》，《環(huán)境經(jīng)濟》，2021年第7期。
[30]IEA, "Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector", https://racetozero.unfccc.int/wp-content/uploads/2021/06/NetZeroby2050-ARoadmapfortheGlobalEnergySector.pdf, May, 2021.
International Experience and Insights of New Energy Revolution and Carbon Neutralization
Yang Lei
Abstract: Energy transformation has become a global consensus. Countries and regions accounting for more than 70% of the global GDP have promised to achieve the goal of carbon neutrality by the middle of this century. The experience of the developed countries shows that it is both technologically and practically feasible to reduce energy dependence in economic development, increase the proportion of renewable energy and build a new energy system. Around the new energy revolution, the world will launch an international competition to change trade rules, reshape investment pattern, upgrade development model and carry out technological innovation, and the great powers will reshape geopolitical relations and vie to increase their voice. The practice of energy transformation in developed countries shows that energy transformation is a systematic project and the following efforts will all have an important effect on it, including improving energy efficiency, increasing the proportion of renewable energy, enhancing system flexibility, carrying out carbon capture and storage and fuel conversion. In this process, the innovation of science and technology and business model is the biggest driving force, and the construction of a perfect market system is the basic condition. According to the international experience of new energy revolution and carbon neutralization, this paper proposes to do a good job in making the top-level design for energy transformation and carbon neutralization, accelerating China's market-oriented energy reform, taking multiple measures to optimize the path of energy transformation, speeding up the innovation of science and technology and business model, encouraging all the people to participate in energy transformation and reaching a broad social consensus on energy transformation and carbon neutralization.
Keywords: new energy revolution, carbon neutralization, systematic project, innovation, marketization, social consensus
