世界能源轉型的漫長進程及其啟示*

王卓宇

[內容提要] 世界能源轉型是能源消費朝低碳、清潔、可靠方向演進的長期過程。它既是一個自發的過程，與自然資源稟賦密切相關；又是一個自覺的過程，為的是解決經濟社會發展中的資源約束和外部性問題。世界能源轉型有其內在的動力和特點。20世紀70年代以來，國際社會對于加快能源轉型的呼聲漸高，各國實踐互相激勵，但成效有限。其原因有時代形勢下的難題，如工業社會能源密度大、基數大、基于化石能源系統的基礎設施盤根錯節等；也有替代性的非化石能源自身難以增產、擴張等不利因素。這兩方面因素相互交織，造成世界能源轉型的當前困局，轉型目標遠未實現，現有可再生能源只是化石能源體系的有益補充，尚無大規模替代化石能源的新型能源。

進入21世紀，世界能源轉型明顯加快，清潔能源等新能源的開發及商業化、生活化應用日益廣泛，對世界經濟和國際關系產生了深刻影響。這是20世紀70年代以來世界能源轉型持續推進的一個縮影，表明能源轉型日益成為有關國家、國際社會的一種政策實踐和共同追求。對能源轉型形勢的預估更是各種國際機構的國際能源報告和許多國家國內發展報告中的保留板塊。但是，關于世界能源轉型的成效，國際社會不太樂觀。國際可再生能源署在《全球能源轉型：2050路線圖(2019)》中稱，為了實現巴黎協定的目標，全球能源系統轉型需取得實質性進展。[注]International Renewable Energy Agency, Global Energy Transformation: A Roadmap to 2050，2019 Edition, Abu Dhabi, 2018.2018年，美國媒體Axios引用專業報告指出，200年來，人類可選擇的能源種類有所增加，但全球從未有過能源轉型。[注]“Global Energy Sources 1800-2015,” https://www.axios.com/authors/DanielRaimi.(上網時間：2019年6月18日)英國石油公司(BP)首席執行官表示，2017年全球能源低碳轉型在一定程度上受挫了。作為消耗一次能源最多、在能源轉型進程中具有舉足輕重作用的電力行業，在政策上鼓勵低碳化的發電，然而全球發電結構在過去20年里并沒有變化。令人驚訝的是，2017年世界范圍內煤電占比與1998年持平，非化石燃料發電占比仍然很低。[注]《BP世界能源統計年鑒2018》，https://www.bp.com/zh_cn/china/reports-and-publications/_bp_2018-_.html. (上網時間：2019年7月1日)世界經濟論壇在最新發布的《促進有效的能源轉型報告(2019)》中表示，能源轉型進展趨緩，全球能源轉型指數平均得分的同比增幅為過去五年來的最低值。[注]World Economic Forum, Fostering Effective Energy Transition, 2019 Edition, http://www3.weforum.org/docs/WEF_Fostering_Effective_Energy_Transition_2019.pdf.(上網時間：2019年6月10日)世界能源轉型進展的有限性得到了有關統計數據的佐證。根據BP最新的能源數據，2017年，世界上一次能源消費總量中的85.2%依然由傳統的化石能源供給，作為轉型備選的核能、水電和可再生能源只占全球一次能源消費總量的14.8%。即使到2040年，世界上一次能源中的63%依然由化石能源供給，屆時核能、水電和可再生能源合計將占世界一次能耗的26%。[注]《BP世界能源統計年鑒2018》、《BP世界能源展望2019》，https://www.bp.com/zh_cn/china/reports-and-publications.(上網時間：2019年7月1日)全世界對能源轉型的重視、助推與近半個世紀以來世界能源轉型的些微成效形成明顯反差。有鑒于此，本文擬全面梳理能源轉型的演進，總結其特點，以期有助于認清世界能源轉型的歷史必然性，應對好現實中的能源困局。

一、世界能源轉型的緩慢進展

就實際內涵而言，能源轉型指的就是傳統的能源消費格局逐漸被替代和升級。它既是持續不斷的過程，又是指向的目標或達成的結果。就總體趨勢而言，世界能源轉型是一個由高碳到低碳、由不清潔燃料向清潔燃料轉向的過程。其目的是為了獲取更好的能源服務，并盡量減少特定能源消費的副作用。這種趨勢在許多國家被視為能源轉型的目標或階段性任務。[注]Knowledge, Policy and Finance Center, Global Energy Transformation: A Roadmap to 2050, IRENA, Abu Dhabi, 2018.能源轉型往往伴隨技術的革新和產業的升級，必然提升能源效率，進而帶來更好的能源服務，因此，能源轉型升級的過程就是文明進步的過程。人類社會已經實現兩次大的能源轉型。[注]關于能源轉型的階段，有不同的劃分方式，常見的有兩次轉型、三次轉型、四次轉型說。第一次能源轉型發生在18世紀中后期，木柴、秸稈等傳統生物質能被煤炭所取代，煤炭為主的能源消費格局取代幾個世紀以來依靠柴薪、風力、水力及畜力等的傳統能源消費格局。這一轉型造就了工業革命的成功，直接將人類帶入工業化時期。第一次能源轉型從英國開始，然后向歐洲其他區域擴散，各國轉型開始及完成轉型的時間有所不同，整個進程大致持續了200年。[注][加]瓦科拉夫·斯米爾著，高峰等譯：《能源轉型：數據、歷史與未來》，科學出版社，2018年，第128頁。第二次轉型發生在19世紀末到20世紀初，煤炭被石油所取代，開啟石油工業時代。在二次大戰中，英國軍艦的能源動力由石油替代傳統的煤炭，提高了軍事行動的效能，奠定了反法西斯戰爭勝利的基礎。二戰之后，石油成為工業的血液，推進了世界范圍內的工業化和電氣化發展，加速了新的工業革命，帶來巨大的電力技術進步和物質繁榮。目前正在進行中的能源轉型，肇始于20世紀五六十年代，在70～80年代石油危機助推下高漲，此后隨著周期性的國際油價大波動而起落，21世紀以來又夾帶著各主要國家和國際社會的減排努力，相關政策實踐日益多元、收效更加不易。

從能源消費格局的轉型、升級意義上說，世界能源轉型的征途目前只能說是剛剛開始。瓦茨拉夫·斯米爾在分析一個國家能源轉型時認為，“在由一種能源轉向另一種新能源的過程中，如果新能源在能源消費總量中達到5%，則可認為是能源系統開始轉型的標志。而倘若新能源在能源消費總量中的比例超過一半或占據最大部分，則可認為是這一轉型完成的標志。”[注]轉引自裴廣強：“近代以來西方主要國家能源轉型的歷程考察——以英荷美德四國為中心”，《史學集刊》，2017年第4期，第79頁。自1965年以來，非化石能源的生產和消費也不斷增多，但其在一次能源消費中所占比重依然很低；50年來，水電、核電、風電、太陽能、生物質能、地熱等在世界一次能源消費結構中合計所占的比重逐漸提高，1965年為5.9%，1975年為7.3%，1985年為11.2%，1995年為13.1%，后曾略有下降而再度回升，到2015年進一步漲至14%。[注]根據BP的相關統計數據計算整理而來，http://www.bp.com/statisticalreview. (上網時間：2019年6月10日)所有特定能源在其中的占比更是微不足道。根據《BP世界能源展望》報告，到2040年，上述非化石能源合計在一次能源消費中所占比重可望達到26%。

縱向考察整個歷史進程可以發現，世界能源轉型的根本動力源自兩個方面：避免或克服“舊能源”之局限性和尋找新能源的愿望、需求；在尋找新能源的過程中，依靠政策支持和技術進步的推動，某種更具競爭力的能源在多種備選替代能源中勝出，不斷降低成本、提高效率、最終完成某一輪的能源轉型。具體動因主要有以下幾點。

第一，舊能源的局限性。每一種能源都有其內在的局限性，當這些局限性超出人們的承受能力時，就會激發出尋找替代能源的動力，推動能源轉型。每一種能源被替代，并不是說該種能源已被耗竭，而是其相對高昂的成本日益超越社會承受力，以及出現了更加優質、局限性相對較小的新能源。[注][美]羅伯特·海夫納三世著，馬園春、李博抒譯：《能源大轉型》，中信出版社，2013年，第6頁。在柴薪時代，用明火焚燒柴薪直接造成室內空氣污染，損害了居民的健康。根據世界衛生組織2018年的報告，全球依然有30億人口在用傳統燃料簡易爐灶做飯；2016年，室內空氣污染導致380萬人死亡。[注]WHO, World Health Statistics 2018: Monitoring Health for the SDGs, (Sustainable Development Goals), Geneva：World Health Organization, 2018. p.9.因此，這部分人在家庭能源轉型或升級方面面臨更緊迫的任務。相較于煤炭，柴薪燃燒效率低下且收集耗時、不易儲存，為了獲取柴薪所需人力和時間成本高且可能導致森林砍伐，進而引發水土流失問題。在第一次轉型中，相較于柴薪，煤炭具有燃燒效率更高、儲量豐富、價格低廉、便于儲運等優點。因此，盡管燃燒煤炭釋放了大量的煙霧，但“兩害相權取其輕”，在歷史發展中由于其巨大的能量而被廣泛應用，取代了木柴的主導地位。

第二，新能源的可靠性。新能源的可靠性主要體現在儲量、質量和服務價格上。作為舊能源之競爭對手和轉型主角的新能源，首先要有一定的儲量和可預期的開采或開發前景，這是能源轉型的前提和基礎。無論是煤炭替代柴薪，還是石油、天然氣代替煤炭，都是在發現富足的煤礦、油礦和天然氣礦之后實現的。繼而，就要看新能源在價格上的競爭力。歷史上的能源替代過程，在新舊能源轉型尚未完成之前，往往都要經歷舊燃料價格攀升、產量下滑而難以滿足社會需求的階段。15世紀之初，在工業革命萌芽之際，英國對燃料的需求不斷增加，而可供砍伐的樹木有限，木材和木炭的價格飛漲，能源危機隨之而來。[注]從1540年到1650年，英國的木材價格上漲了8～10倍，木炭的價格更是上漲了十幾倍。參見《世界能源中國展望》課題組：《世界能源中國展望(2013-2014)》，社會科學文獻出版社，2013年，第62頁。在危機的反推下，煤炭逐漸代替木柴，木柴慢慢退出歷史舞臺。石油的出現同樣有價格因素的驅動。在石油時代之前，歐洲人都是使用鯨魚燈照明的，而從1850年開始對鯨油的需求劇增，鯨油供不應求、價格飆升，從而刺激商人尋找替代品。當時正值美國賓夕法尼亞州石油鉆探成功，更多人滿懷希望前去開采廉價的原油。[注]胡森林：《能源大變局：中國能否引領世界第三次能源轉型》，石油工業出版社，2015年，第11、17頁。由此，煤油逐漸替代昂貴的鯨油。新能源的競爭力還體現在能源服務上。因為人們不能直接消費能源，能源只有在轉化為能源服務并帶來光、熱和動能之后，才能在社會經濟和日常生活中發揮作用。從這個意義上講，能源轉型與否，取決于新能源是否帶來新的能源服務或降低了已有能源服務的成本。新能源如果帶來更好、更物廉價美的能源服務，往往能加速擴散。[注]Roger Fouquet, “The Slow Search for Solutions: Lessons from Historical Energy Transition Sector and Service”, Energy Policy, Vol. 38, 2010, p. 6593.

第三，技術上的革新。技術的創新和進步是能源轉型中不可或缺的因素。在煤炭代替木柴的過程中，蒸汽機的發明以及各種以煤為動力的運輸工具和基礎設施的出現具有推動作用。以汽油為燃料的內燃機的發明，顯示了石油的巨大能量。內燃機的廣泛使用，意味著對石油的需求不斷增加。此后，隨著汽車工業的發展，石油消費時代到來。[注]同前引胡森林：《能源大變局：中國能否引領世界第三次能源轉型》，第19、20頁。正是得益于技術進步，能源終端(energy end-use)不斷革新，特別是出現了使用新能源的終端設備,從而帶動了對替代能源的消費。[注]Arnlf Grubler, “Energy Transitions Research: Insights and Cautionary Tales,” Energy Policy, Vol. 50, 2012, pp.8-16.在當代，借助新技術，可再生能源適用的領域不斷拓展。比如在巴西，為了提高生物乙醇的消費比例，雙燃料汽車研制成功并開始推廣，2004年試飛世界上首架酒精燃料飛機，2010年建成世界上首座乙醇發電站。再如人類發明零污染的氫燃料發電技術后，它很快應用到航天中；日本則率先大范圍在家庭使用該技術，2015年豐田公司首先開始商業化生產氫燃料電池汽車，2018年建成世界上首座由人工智能運營的氫燃料發電廠。

第四，政策的支持。能源轉型的實現從來都不是自發完成的，鼓勵尋找替代能源的政府政策是其重要條件。這在當代能源轉型中表現得尤為突出。一方面，政府政策的支持體現在鼓勵替代能源相關的研發項目上。一種新的能源從技術突破到占據明顯的市場份額往往有很長的路要走，其間需要政府的研發經費扶持、產業轉化政策、稅收優惠等。生物乙醇的生產在早期沒有商業競爭力，都是靠政府的政策傾斜得以存活、發展起來的。比較典型的例子除了美國，就是巴西。巴西政府在1975年11月14日頒布專門法令，啟動“國家乙醇計劃”，加大投資力度，鼓勵甘蔗乙醇相關技術的發展。另一方面，政府政策體現在對替代能源相關“幼稚產業”的支持上。美國是可再生能源生產和消費大國，從20 世紀 70 年代開始開始實施一系列鼓勵替代能源發展的政策。1978年的《能源稅收法案》和 1980 年的《原油暴利稅法》，對非常規油氣的勘探和生產實施稅收優惠。為了提高可再生燃料消費，美國環保署全面實施可再生燃料標準(RFS)等，促進生物能源產業的發展。德國能源政策生變是在1998年綠黨和社民黨贏得大選之后，2010年提出“能源設想”闡釋德國中長期的能源戰略，明確了到2050年實現能源轉型的目標；在所有能源消費中提升可再生能源份額，對可再生能源給予政策支持。巴西政府在1973年決定給予補貼以增加乙醇燃料的使用量。日本在氫燃料電池的生產、應用中走在世界前列，主要得益于日本政府的高度重視和大力扶持，它從70年代開始不斷加強氫能源技術及其產品研發背后始終都有政府的身影，尤其是日本政府2013年首次將氫能源的發展提升為國策、2014年提出建設“氫能源社會”的口號并將氫能源與電能和熱能并列為核心二次能源，對家用氫燃料發電器、氫燃料電池汽車的購買者提供的補貼金分別約占物品價格的22%和42%。

二、世界能源轉型的特點

世界能源轉型雖然進展有限但始終未曾停息，在50年來的現代歷史上走過了極不平坦的一段路，呈現出鮮明的時代特點。

第一，地區之間能源轉型進展不平衡。不同地區、不同國別甚至同一國家的不同地方，面臨的轉型任務都是不一樣的。由于發展層次的差異，它們的能源消費水平和所獲得的能源服務有很大的不同。在一部分國家致力于實現能源消費的低碳化、降低化石能源消費份額的情況下，最為貧窮落后的一些國家或地區還沒有接入現代能源，無法讓民眾享受到現代能源服務。從全球看，部分欠發達地區尚未實現第一次、第二次能源轉型，依然以傳統的枯草樹枝秸稈為燃料、以牛馬為動力，沒有接入電力，沒有現代化的動力系統，處于能源貧困狀態。正因如此，聯合國2030年可持續發展目標之一就是實現人人享有負擔得起的清潔能源。[注]“Ensure Access to Affordable, Reliable, Sustainable and Modern Energy,” https://www.un.org/sustainabledevelopment/energy/.(上網時間：2019年6月16日)由于近幾年發展提速，全球電力未普及地區的人口突破10億，全球未接入電力的人口、未接入清潔家庭能源的人口2017年仍分別有8.4億、29億，這兩項數字在2010年分別達12億、29.6億。[注]Tracking SDG7: The Energy Progress Report (2019), https://www.irena.org/publications/2019/May/Tracking-SDG7-The-Energy-Progress-Report-2019.(上網時間：2019年6月16日)上述人口所在的地區和國家都需要加大力度推進能源轉型。它們主要分布在非洲和亞洲的欠發達地區，不僅亟待接入電力、實現電氣化，而且需要跨越式發展，在增加能源消費的同時盡量減少碳排放，這意味著其能源轉型任務的艱巨性。它需要跨越第一次、第二次轉型滯后導致的發展鴻溝，還要兼顧當下低碳轉型的需求。而以歐盟為代表的發達經濟體，是當代能源轉型的重要倡導者和實踐者。歐盟委員會在2007、2014、2018年分別通過了2020、2030、2050年的能源和氣候政策，這些政策的內容之一就是提高可再生能源所占比重。為了實現能源綠色創新，推進太陽能、風能、智能電網的發展，歐盟大力支持北海到波羅的海的海上風電場和歐洲電力運輸走廊等重點項目。[注]European Commission, 2050 Long-term Strategy, November 28, 2018.

當云浮族面臨某些重要的決策，而又無法統一意見時，天葬師會施法問天，懇請天神做出正確的指示。但這僅限于事關云浮興衰命脈的大事，可能一年也遇不到一兩件。

從時序上看，能源轉型各階段之間并非完全的承前啟后關系，也有交叉和重疊，也即在上一次轉型未完成前，下一次轉型就已開啟。[注]裴廣強：“近代以來西方主要國家能源轉型的歷程考察——以英荷美德四國為中心”，第85頁。這在欠發達國家的能源轉型中表現得尤為明顯。

第二，能源轉型路徑差異化。歷史地看，一般國家轉型的典型路徑是從傳統的生物燃料木材轉向木炭、再到煤炭再到石油天然氣這樣的序列，但這一路徑并非普遍現象。實際上的能源轉型是各國因地制宜利用本國資源稟賦的過程。比如荷蘭，在17世紀主要依賴泥炭和風能度過了黃金時代。亞洲、非洲的一些國家沒有或幾乎沒有煤炭儲量，但擁有豐富的油氣資源，但在20世紀“直接從生物燃料時代跨入了碳氫化合物燃料時代”[注][加]瓦科拉夫·斯米爾著，高峰等譯：《能源轉型：數據、歷史與未來》，第46頁。，跨越了煤炭時代。能源轉型取得一定進展的國家主要有美國、巴西和德國等。[注]根據《BP世界能源統計年鑒2018》，2017年，在世界生物燃料產量中，美國、巴西和德國的產量名列前三甲，三國產量占世界總量的69.8%。根據《BP世界能源展望2019》，美國已經實現了能源結構的多元化。[注]《BP世界能源展望2019》。預計到2040年，美國和巴西將會成為兩大主要的生物燃料生產國，將從200萬桶/日增長到400萬桶/日。[注]《BP世界能源展望2019》、《BP世界能源統計年鑒2018》。不過，這三個國家的轉型模式也不盡相同且不可復制。巴西從自身的地理優勢出發，利用甘蔗乙醇促進能源轉型。美國利用技術優勢發展玉米乙醇、生物柴油等。德國則一邊“棄核”，一邊利用可再生能源如風能、太陽能等，降低化石能源在能源消費中的比重。

在國家之間，轉型進度也有差異性。一般而言，由于路徑依賴和發展慣性，資源豐富的小國能源轉型速度要比大國更快。比如荷蘭、科威特這類國家，前者借助本國國內的大量泥煤迅速實現了轉型，后者國內豐富的石油資源助其快速進入石油時代。又如冰島，借助可再生能源中的水力和地熱擺脫了對煤炭和石油的高度依賴。相反，一些大國尤其是那些人均能源消費較高的國家，“由于已經建設了與其燃料需求相匹配的廣泛基礎設施，因此無法迅速地實現能源替代。”同樣發現了大量天然氣，英國盡管大力推進儲量豐富地區及近海地區的天然氣產業，但花了30年時間依然無法達到荷蘭在10年內取得的成果。[注][加]瓦科拉夫·斯米爾著，高峰等譯：《能源轉型：數據、歷史與未來》，第34頁。

第三，替代能源多元化。不同于歷史上某種主體能源替代另一種能源的轉型形式，當前的能源轉型呈現出多元化的態勢，即存在多種替代能源的選擇，但沒有一種能源具有超越其他能源的競爭力。當代能源轉型過程中尚未出現可以促進能源轉型的能源資源或成熟技術，某些替代能源或技術一度被看好但后來漸漸失去吸引力。上世紀70年代初，樂觀者稱核能將會在2000年取代煤電，核電將會成為電力的主要形式；80年代初，有人認為21世紀第一個十年美國的能源消費有30%或50%將會來自可再生能源。在過去30年里，人們曾被告知天然氣將會成為最為重要的現代能源。[注]Valclav Smil, “Moore’s Curese and the Great Energy Delusion,” The American, November 19, 2008, pp.1-6.在能源技術領域，尚未發展成熟卻過早規模化導致的失敗案例比比皆是，因此要避免進展“太快、太大、過早”。[注]Arnlf Grubler, “Energy Transitions Research: Insights and Cautionary Tales,” Energy Policy, Vol. 50, 2012, pp.10, 14,15.當前，替代化石能源的各種其他能源如核能、水電、風電、生物質能仍將繼續在能源轉型進程中發揮作用，但任何單一能源都難以取得壟斷性的優勢。

當前能源結構的多元化突出體現在電力系統中。能源消費的三大板塊包括交通、供熱和電力，電力占一次能源需求的42%。能源轉型的進展主要體現為發電能源選擇的多元化。發電市場目前擁有非常廣泛的選項，煤炭、天然氣、水力、核能、石油、陸上和海上風力、生物質、太陽能光伏和其他可再生能源都可用于發電。不同電力來源之間的競爭態勢較為復雜。根據BP 2010～2015年間統計數據分析發現，在新增裝機容量部分，可再生能源大致相當于煤炭和天然氣的合計新增容量。這說明，電力部門正在經歷重大轉型。[注]《BP技術展望2018》，https://www.bp.com/zh_cn/china/reports-and-publications/bp_/_bp_2018_.html. (上網時間：2019年6月10日)

如果現有的技術和資源條件不變，在可預見的將來，能源格局多元化的態勢還將繼續。“到2040年，全球能源結構將呈現最為多元化的態勢，石油、天然氣、煤炭和非化石燃料各占1/4。可再生能源以五倍速度增長，是目前增速最快的能源，約占一次能源的14%。”[注]《BP世界能源展望2019》，https://www.bp.com/content/dam/bp-country/zh_cn/Publications/19EOBook.pdf. (上網時間：2019年6月10日)

第四，能源轉型難度更大。一是現代社會工業化程度高，能源消費規模巨大，同等份額的消耗所需替代能源數量更多，同樣替代的能源如今所需量遠超歷史上的能源轉型。所以，各種替代化石能源的新型能源雖然在增長，但在一次能源消費中占比的提升卻比較緩慢。“在20世紀傳統生物燃料消耗的絕對值有很大的增長，但是在全球一次能源供給方面的份額卻相對下降。”[注][加]瓦科拉夫·斯米爾著，高峰等譯：《能源轉型：數據、歷史與未來》，第205頁。1965～2015年，全球消耗的核電、水電和可再生能源從2.18億噸油當量增長到18.3億噸油當量，但在一次能源消費中占比只是從5.9%提高到了14%。[注]“Global Energy Sources 1800-2015”.能源已經滲透到了社會經濟活動的所有方面，替代能源意味著需要調整經濟發展模式。這是當代能源轉型的獨特之處，歷史上的轉型都是新的能源資源開創新的經濟活動。[注]Wallace E. Tyner, “Our Energy Transition: The Next Twenty Years”, American Journal of Agricultural Economics, Vol. 62, No.5,December 1980, p.957.二是現代能源相關的基礎設施遍布各行各業，能源轉型的附加成本更高。基于化石能源的能源基礎設施已經深植于工業、建筑、交通和電力等幾大主要能耗行業，能源轉型就需要有大量的能源資源替代現有能源，而且鋪設相匹配的能源管線及儲運、接受的設備和設施。因此，當代能源轉型的真正實現也就意味著整個工商業的用能結構和模式都需要轉型、升級，這不僅是技術難題，而且需要高昂的經濟成本。所以，從柴薪至原油再到天然氣直至碳氫化合物燃料的能源轉型越來越難、越來越慢。三是能源的更新換代也是能源效率不斷提升的過程，但能源轉型效率提升的空間越來越小。每次新舊能源交替之際，新能源與它所替代的能源相比往往具有更高的能源效率和相對較小的外部效應，而這對當代轉型提出了更高的要求。在古代三石為爐明火做飯時，只能將不到5%的能源轉化為有用的熱量。“簡易的家庭爐灶配上適當的煙囪將效率提高到了30%，而現代最高效率的家庭爐灶可以把天然氣中94%～97%的能量轉化為室內熱量。最早的商業蒸汽機僅能將煤炭中大約0.5%的能量轉換出來，瓦特蒸汽機2.5%，19世紀末最好的復合蒸汽機達20%左右的轉換效率。”[注][加]瓦科拉夫·斯米爾著，高峰等譯：《能源轉型：數據、歷史與未來》，第17頁。

三、世界能源轉型中的問題

當代世界能源的轉型遠未完成，從現有進程看還存在不少問題，這些問題正是能源轉型難以在短期內完全實現的癥結。這些問題涉及核電的風險，水電、風能、地熱能的分布不均衡，生物能源的不可靠性、低密度等方面，反映了當今令人看好的幾種能源如生物能源、水電、核電等在生產或消費中面臨的困難和挑戰。

第一，非化石能源具有環境成本高等內在局限性。生物乙醇、水電、風電、太陽能、核電是當今較被看好的幾種替代能源項目，但卻有其內在局限，故而難以撼動化石能源的地位。生物能源的內在局限性有幾個方面。一是在能源生產而非消費的過程中造成環境污染。一般認為，生物能源是一種清潔的能源，有助于減少溫室氣體排放。然而，對生物能源是否比化石能源更有利于減排的質疑一直不斷。在瑞士政府委托進行的一項評估中，研究者通過將汽油、柴油和天然氣與26種來自農作物的不同生物燃料就使用時的環境成本和收益加以對比分析發現，包括美國的玉米酒精、巴西甘蔗酒精和大豆柴油以及馬來西亞棕櫚油柴油等近一半的生物能源(26種里面的12種)總體的環境成本遠高于化石能源。[注]轉引自 J?rn P.W.Scharlemann and William F. Laurance, “How Green Are Biofuels?” Science, New Series, Vol. 319, No. 5859, January, 2008, pp.43-44.生物乙醇在消費的時候不會造成污染，然而，在為生產提煉這些生物燃料而種植單一經濟作物、蠶食耕地或雨林而變更土地用途的過程中，對環境造成了間接污染。事實上，生物能源的生產而非消費的確間接導致了碳排放的增多。比如，美國政府為擴大玉米乙醇生產而采取的補貼政策，致使美國農民為了玉米增產而將種植大豆的土地用于種植玉米。這又促使全球范圍內大豆價格的上升，反過來增強了經濟刺激，驅使其他地區如巴西熱帶大草原和亞馬遜森林中更多地毀林圈地，以種植大豆。[注]同上。這種土地用途的變更特別是蠶食森林的行為，是溫室氣體排放增加的重要原因。此外，生物能源的生產需要直接消耗傳統的化石能源，還可能因種植其他生物能源原料而破壞土壤的活性、焚燒各種植物秸桿和枝葉時污染空氣、清洗環節大量用水造成水資源的浪費和污染等。二是生物燃料生產對糧食生產及其安全帶來消極影響。在國際層面，美國和歐盟鼓勵生物能源發展的大項目驅使糧價上漲，減少了糧食庫存，導致糧價不穩定性因素增多。因此，以減少溫室氣體、增強能源安全為名的生物燃料支持政策頗具爭議。“在最好的情況下，它們是在低效地實現這一目標；在最壞的情況下，這一做法排除了前景更好的選擇，如電力汽車等。”[注]Robert Bailey, “The Food Versus Fuel Nexus,” in Andreas Goldthau ed., The Handbook of Global Energy Policy, John Wiley & Sons, Ltd., 2013. pp.265-281.三是由糧食或經濟作物轉化而來的生物燃料受制于農作物屬性而難以大規模增產。在全球加速城鎮化、可耕地面積日漸減少的趨勢下，生物燃料原料種植或生產的持續擴大可能會得不償失。國際上生物燃料生產和消費的大戶主要是美國和巴西。2018年，美國、巴西的生物燃料產量占世界總產量的69%，其中生物乙醇產量占世界的83%。[注]REN21, Renewables 2019 Global Status Report, Paris：REN21 Secretariat.pp.74-75.“以總能量計算，美國乙醇替代機動車年汽油消耗量的份額一直低于10%。顯然，就算是農田面積廣闊的美國也無法用玉米乙醇來滿足其運輸業的需求。”[注][加]瓦科拉夫·斯米爾著，高峰等譯：《能源轉型：數據、歷史與未來》，第208頁。生物柴油同樣面臨無法大規模增產的問題。按歐盟統計局2015年的數據，要滿足歐盟大約260吉瓦(GW)的生物柴油需求量，就必須種植大約2.2億公頃的油菜，而歐盟可耕地總面積只有約1.03億公頃；如果選擇出產率最高的棕櫚果來提煉生物柴油，則需要通過大量砍伐熱帶天然雨林，以便大規模種植油棕櫚樹。[注]同上，第210頁。顯然，按現有模式，生物能源在能源轉型的進程中只能發揮極為有限的作用。

水電的局限性同樣明顯。一是水電站的修建有損河流的自然屬性。水電站大壩造成水質變化、老化、大壩后方溫度下降。根據加拿大麥吉爾大學、世界自然基金會(WWF)等機構共組團隊對全球河流連通狀況的調研顯示，水壩和水庫有損河流暢通、健康的流動，也不利于保護自然多樣性。“研究估計全球約有6萬座大型水壩，目前正在規劃或建造的超過3700座水電站大壩。”“世界上最長的246條河流中僅有37%尚可以自由流動。”[注]G. Grill, B. Lehner, M. Thieme, B. Geenen,C. Zarfl etc, “Mapping the World’s Free-Flowing Rivers,” Nature, Volume 569,Issue 7755, 2019, pp.215-221.這意味著全球主要河流中有2/3已經無法正常流動，因而難以順乎自然地為大眾造福。二是人工水壩的截流攔河造成一系列環境和生態問題。陳舊的水壩及水電設施在設計方面未能考慮到魚群的洄游、水電廠對河流載運能力的影響以及水庫儲水造成的腐蝕等突出問題，因而沖擊了水生動植物的既有生態習慣和環境。隨著技術的進步和設計的革新，上述問題部分可以得到緩解，但水電設施建設帶來的環境成本等更多問題無法借助技術消解。三是水電的潛力有限，難以進一步規模化量產。同樣根據前述關于河流的研究，全球尚能自由流動的河流主要分布在偏遠的北極、亞馬遜盆地和剛果盆地。這表明，地球人類聚居區及其附近的水電資源已經接近開發利用的極限，水電生產的規模難以進一步突破。因此，在BP對2015～2050年能源形勢的技術展望中，沒有將水電納入分析范圍。[注]《BP技術展望2018》。

核能的巨大風險使得其局限性更顯突出。核泄漏的可能性及核事故的災難性后果可以說已經成為核能發展中的緊箍咒。早在20世紀五六十年代，隨著核能的興起，擺脫化石能源的訴求不斷加碼。西方國家和蘇聯普遍看好高效而清潔的核能，美蘇兩國在50年代初期相繼建立核電站。然而，此后發生了英國溫斯凱爾核反應堆大火、蘇聯克什特姆和切爾諾貝利的核爆炸、美國多次核爆炸和核泄漏、不少人仍然記憶猶新的日本福島核泄漏，以及法國、捷克、巴西、印度、韓國等國一連串核擴散和核爆炸事故，嚴重挫傷了人類發展核能的熱情。2011年日本福島核泄漏事件之后，德國、瑞士、意大利等國加速“棄核”。在新興經濟體國家和其他經濟轉型國家，經濟的進一步發展無疑會助推能源需求的持續增長，從而推高核能的生產和消費，但對于核能安全性的質疑和擔心仍具有約束作用。即便沒有核泄漏問題，核能的開發利用帶來的核污染以及高放射性核廢料的處置始終是棘手的難題。

上述主要非化石能源因為生產達到一定規模、可以納入統計數據，而使其局限性更加受到關注。其他能源也存在各自的問題，如太陽能，雖然太陽光取之不盡、用之不竭，但日照時間和強度在空間上分布不均且難以大規模搜集、封存；風能存在類似的問題，大風呼嘯、適合建設風電廠站的地方普遍遠離人口聚居的用電區，因此需要額外的基礎設施用于電力輸送，風電場還可能引發鳥類死亡等生物多樣性方面的問題。其他如可燃冰等尚未發展到商業開采的階段。

第二，能源轉型的內在動力不足。當代的能源轉型更多依靠政策驅動。但是，無論是在國家層面抑或國際層面，那些支持能源轉型的政策根本目的并非能源轉型本身，那只不過是減少能源依賴、提高能源獨立性的一種手段或策略。1973年之后石油價格飆升，各國紛紛出臺了能源轉型的政策，各種非常規能源、可再生能源以及新能源等都因政策傾斜而獲得了發展機會。隨著學術界關于化石燃料消費對氣候和環境影響的研究日益深入，國際社會日益重視能源轉型，而且已將能源轉型作為降低溫室氣體排放的主要手段或途徑。1981年聯合國新能源和可再生能源大會(The United Nations Conference on New and Renewable Sources of Energy)的召開，即被視為國際組織首次呼吁在世界范圍內促進能源轉型。[注]Morris Miller, “The U.N. Conference on New and Renewable Sources of Energy: Response to the Challenge of the Global Energy Transition,” The Energy Journal, Vol. 2, No. 3, July 1981, pp. 138-141.正是在這一年，聯合國通過了《促進新能源和可再生能源發展與利用的內羅畢行動綱領》，鼓勵在世界范圍內尋找新能源和清潔能源。20世紀90年代以來，氣候變化日益成為國際社會一個重要的政治議題，聯合國政府間氣候變化專門委員會的研究結論更加明確，即化石能源的大規模使用帶來的溫室氣體排放極有可能是全球氣候變暖的主要原因。從1997年的《京都議定書》到2015年的《巴黎協定》，都成為推動能源轉型落實的重要文件。2019年4月國際可再生能源署發布的《全球能源轉型：2050年路線圖》報告指出，為了實現《巴黎協定》的目標，“全球能源系統的轉型需要大幅加速”。[注]IRENA, Global Energy Transition: A Roadmap to 2050, 2019.正是能源轉型在這種價值序列中的附屬性限制了轉型自身的進展。

與此同時，受政策驅動的能源轉型容易在政策波動時擱淺。石油價格自20世紀80年代中期起進入為期十年左右的低迷期，在一定程度上促進了石油消費，導致替代化石能源的能源轉型乏力。進入21世紀以來，隨著全球能源需求高漲、油價攀升以及溫室氣體減排壓力增大等，尋找替代能源的能源轉型再次成為國際社會的熱門話題和各國發展的重要目標。[注]趙宏圖：“國際能源轉型現狀與前景”，《現代國際關系》，2009年第6期，第36頁。但是，只有政治動力，能源轉型是遠遠難以順利推進的。以往能源轉型的經驗表明，儲量豐富的新能源資源及其衍生的能源服務如取暖、照明、烹飪、交通等都是能源轉型過程中需要著力的關鍵點。對消費者來說，能源服務而非能源本身更為重要。由此說來，能源轉型問題與其說是新能源對于舊能源的替代問題，不如說是新型能源服務的選擇問題。因此，為了促使消費者做出選擇，能源及其相關領域和部門既要提供更高性價比的能源，又要提供高質量的新型能源服務，或者在替代能源的開發利用中創造或提供新的能源服務。當代能源轉型的進展與否將取決于作為化石能源替代的新能源所提供的服務質量或價格。但是，目前，作為化石能源主要替代的其他能源，無論在價格、可靠性、能源密度上還是在所提供的能源服務上，都沒有競爭優勢。

第三，能源格局多樣化難以形成某種能源的規模效應。可再生能源作為整體在世界能源格局中的比重開始增多，但可以預計，任何一種可再生能源在大約20年內不太可能成為主導型燃料。據BP預計，到2035年，所有化石燃料的比重大約在26%～28%之間，屆時將出現工業革命以來首次沒有任何一種主導性燃料的狀況。[注]《BP 2035世界能源展望》，https://www.bp.com/zh_cn/china/reports-and-publications/bp2035.html.(上網時間：2019年6月10日)除非在開發替代能源方面出現重大的技術突破，或者技術成本降低以及技術擴散，否則，未來能源格局多樣化、分散化和去中心化的態勢將更加明顯。

能源格局的多樣化固然意味著在能源及能源服務方面有了更多的可能性、更大的選擇余地。然而，這也意味著任何特定能源都難以形成規模優勢，還會帶來多重項目協調和整合的問題[注]Karolina Safarzyńska, Jeroen C.J.M. van den Bergh, “An Evolutionary Model of Energy Transitions with Interactive Innovation-selection Dynamics,” Springer-Verlag Berlin Heidelberg, DOI 10.1007/s00191-012-0298-9, 2012, p.273.，增加成本。根據BP預計，到2050年，風能和太陽能發電將會迅速增長。“風力和陽光不但變化無常，而且具有間歇性，因此如果使用風能和太陽能進行發電，則必須具備可靠的后備支持。”間歇性問題的應對成本即整合成本將會增加。[注]《BP技術展望2018年》。

四、世界能源轉型的啟示

從世界整體看，能源消耗主要集中在建筑、交通和電力三大部門中。目前，世界能源轉型的進展主要是在電力行業。由于傳統化石能源的基礎設施和能源轉換設備集中在建筑和交通運輸業，可以預計，未來很長一段時間能源轉型的進展依然會在電力領域。而電力能源的多元化特別是分布式發電能源的增多，從長遠來看可能會削弱國家的管控權。因此，電力能源的多元化及其新型發電方式的興起，可能引發新一輪地緣政治經濟格局的調整。從更廣的意義上說，它涉及的是人的價值觀念、人與人在不同地緣政治層面的關系以及人與大自然的關系。

第一，分布式能源的增多沖擊國家管控權。不同于傳統的電網以國家集中供給，以小規模、分散化的生產和供能為特點的分布式能源的出現，帶來了能源領域的深刻變化，也對國家和全球治理構成挑戰。目前，在美國、德國、北歐其他國家，對分布式小規模發電的政策支持以及屋頂太陽能發電規模的擴大，正在打破國家權力對能源的壟斷。就其影響而言，這可以說是雙刃劍。一方面，分布式能源有利于民生、民主的發展。可再生能源可以擴展到幾乎任何人群，而且設施可以分散。“可再生能源也將成為民主化的有力工具，因為它們可以分散能源供應，賦予公民、地方社區和城市權力。”[注]IRENA, “A New World: the Geopolitics of the Energy Transformation 2019,” https://www.researchgate.net/publication/330358460_A_New_World_The_Geopolitics_of_the_Energy_Transformation/download.(上網時間：2019年6月17日)另一方面，分布式能源的增多將挑戰政府管理。如果在能源轉型中進一步增多分布式能源供給，國家能源結構繼續朝多樣化、分散化和去中心化方向演進，那么將不單單是一個技術問題，而是一個廣泛的社會技術問題[注]Gerhard Fuchs and Nele Hinderer, “Situative Governance and Energy Transitions in Spatial Context: Case Studies from Germany,” Energy, Sustainability and Society, No. 4, 2014, p.4, p.10, p.11.，將給政府治理增加任務、加大難度。

第二，能源轉型助推全球權力版圖的重塑。化石能源的地理分布塑造的地緣政治版圖依然在全球權力結構中具有舉足輕重的作用。石油天然氣不僅是能源，而且是國家發展的重要戰略資源，這也是中東等石油儲量豐富的地區和國家具有戰略重要性的主要原因。在能源轉型的進程中，隨著能源生產和消費格局逐漸多元化，煤炭、石油等傳統能源在全球版圖中的重要性逐漸下降。隨著更多、更有競爭力的能源出現，世界權力的重心將逐漸轉移。在化石能源向可再生能源轉型的過程中，霍爾木茲海峽或馬六甲海峽等傳統的化石能源重鎮及運輸通道的戰略價值和地位必然下降。[注]IRENA, “A New World: the Geopolitics of the Energy Transformation 2019.”化石燃料在全球能源體系的控制力將會逐漸削弱直至喪失。同時，清潔技術和生產清潔能源所需的各種礦物或金屬將會凸顯價值，可能提升這些資源儲藏地區或國家的戰略重要性。由此也會出現新的風險。對鈷、銅、鋰、鎳、稀土以及其他礦產和金屬的需求可能會產生類似的問題，就像如今對石油和天然氣出口的依賴困擾著生產國一樣。世界上約60%的鈷供應來自剛果民主共和國，電動汽車對鈷的需求激增，導致該國出現了各種問題。[注]同上。

第三，世界能源轉型是與人類文明進步相伴隨的過程。歷次能源轉型都源于并且必然反推科學技術的重大突破和經濟社會的巨大發展。在當代面對化石能源消費帶來的環境污染、可能的資源枯竭前景，面對經濟社會發展引發的巨大能源需求，能源轉型一直受到重視，被寄望于可以化解經濟社會發展中的資源約束等問題。但是，歷史和現實已經并將繼續證明，一次或兩次能源轉型根本無法解決上述問題，也不存在同時具有污染小、開發成本低、儲量豐富的某種資源。更加切實可行和更具長效的做法是，改變觀念、節約資源、提高效率、減少浪費。

在實踐中，為了降低二氧化碳排放而激進地增加可再生能源產量，短期內可以收到一定效果，長遠看將會付出更高的環境成本，因而是不可持續的。實行低碳能源替代的能源轉型在技術上或許可行，但問題是要以什么為代價、最終能夠走向什么結局？迄今為止，任何能源的消費都具有負面性，低碳能源、碳氫化合物燃料等也不例外。環境惡化的人類活動誘因不僅僅是化石燃料消費，還有可再生能源帶來的森林砍伐、土地利用變更、大規模的水電建設，以及大規模風能建設帶來的噪音污染、鳥類等動物棲息環境的變化等。世界上已有各種能源對環境的危害只有程度上的差異。[注]Michael Bradshaw, “Sustainability, Climate Change, and Transition in Global Energy,” in Andreas Goldthau ed., The Handbook of Global Energy Policy, John Wiley & Sons, Ltd. 2013, pp.48-63.這意味著，世界能源轉型沒有終點，而是一次又一次沒有止境的探索，人類的價值觀念、政策導向、技術水準和大自然那看不見的手無不各盡其能，各顯其用。○