對全球能源轉型與數字化融合的展望

李鴻

摘?要：本研究以能源轉型和數字化為主題，基于可持續發展、能源經濟學、低碳經濟、能源替代等理論，引入國際政治經濟學視角，對能源轉型以及數字化融合趨勢進行分析。通過對比美國、中國、日本、中東國家等全球幾大主要經濟體的能源轉型措施，得出我國可借鑒的經驗。從國家和企業層面對能源轉型與數字化提出路徑建議：①明確未來走可再生能源的道路；②根據現實情況選擇過渡能源；③加大對科技創新和數字化的支持力度；④抓住大數據機遇，推動企業業務和商業模式創新。

關鍵詞：能源轉型；數字化；低碳經濟

中圖分類號：F49????文獻標識碼：A?文章編號：1005-6432（2023）34-0195-04

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2023.34.195

1?研究背景

能源是人類正常生產生活的必要保障，如今已與人們的生活深度融合、息息相關。從世界能源發展歷程來看，人類利用能源已經經歷了兩次成功的轉型：第一次轉型是從粗放、簡易的木柴到穩定的煤炭，時間節點大約在18世紀80年代，這時煤炭在一次能源中的比重超過了薪柴，人類真正進入了煤炭時代［1］。蒸汽機此時也應運而生。第二次轉型為從煤炭到油氣，20世紀60年代石油比重超過了煤炭，真正完成了第二次能源革命，即從煤炭時代過渡到石油時代［2］。內燃機在第二次能源轉型中起到了非常重要的作用，人類正式進入“油氣時代”，生產更高效、快速，大大解放了生產力，促進了社會發展。兩次能源改造都展示了能量濃度的持續增長，能源形狀從固體轉變至液體和氣體，以及從高碳到低碳的能源品質進步趨勢和模式。隨著人類文明越來越進步，對能源的認知已和往日不同，鑒于資源匱乏與分布不均、環境污染、氣候變暖、物種減少等一系列問題，人們對能源清潔、低碳甚至零碳的要求也越來越高。像太陽能、水能、陸海風能、核能、生物能、地熱以及氫能等新能源，不僅擁有清潔和零碳排放特性，在成本方面也更具優勢。因此，全球能源消耗結構中，新能源的應用量和比例在逐漸增加。這也進一步推動了能源產業向低碳、無碳和可持續綠色轉型的勢頭，學界認為第三次能源轉型很可能是以新能源替代化石能源［3］。

電力化的能源使用是能源使用模式未來的發展方向。隨著儲能技術的持續優化和太陽能及風能發電技術的穩定升級，電力化正在逐步成為全球不可阻擋的趨勢。我國在“兩個減排文件”中強調了發展清潔低碳電力的重要性。電能在清潔性、高效性、便捷性和適用性方面要優于傳統化石能源，是終端能源消費中最有增長潛力的能源品種。根據計算，當終端能源消耗中電能的占比（也就是電氣化率）增加1%，我國的單位GDP能耗就有可能降低2.4%。我國現代化進程加速，用電需求增長迅速，使得終端電氣化水平從2005年的14.5％增長到了2018年的25.5％，與OECD國家的平均水平相當［4］。有研究預測，2025年、2035年和2060年我國終端電氣化率將提升至32％、41％和66％。鑒于電力行業碳排放量巨大、電能將成為支撐社會發展的主要能源，電力低碳轉型將是我國實現碳中和目標的突破口和主要驅動力。

人們對能源需求的不斷增加，推動了所有能源技術的創新和顛覆性變革，這些新興的技術也會反作用于甚至改變人們的生活方式和經濟模式。根據世界經濟論壇的研究數據，數字技術有潛力使全球的二氧化碳排放減少15%。此外，許多國家在制定氣候改變戰略時都明確提出，如歐洲的綠色新政策和日本的綠色發展戰略等，都將數字化視為推動綠色低碳過渡的工具。伴隨著工業和信息技術的密切結合，能源領域和數字化的加深融合，讓數字技術在能源系統中的運用更為廣泛。在當下的能源產業中，新能源領域的技術正在快速發展，除了傳統的化石燃料如煤炭、石油，各種多能源協作、智能互聯已經成為能源行業創新的重要趨勢。數字技術在能源行業的研發、生產、運營管理、能源消耗監測、風險預警和客戶服務等所有方面的深度應用和融合，正在引導著能源行業經歷一場大規模的改變和重塑。

2?文獻綜述

2.1?對能源轉型的研究

“能源轉型”的概念最早出現在1980年德國的一篇報告中，目前，學術界對能源轉型的內涵仍然沒有統一的定義和標準。Smil曾經指出，能源模式的變遷有一個明顯的標記：新能源在總能源消費中占有5%的份額時，表示能源變遷已經啟動；當新能源的占比超過50%或者占據最大的份額時，說明變遷已經完成。很多學者一致認為，能源變遷最終體現的是消費能源方式的改變。觀察全球的主導能源，可以分析出能源變遷的三個步驟：從以柴薪為主的時期變為以煤炭為主的時期，再從以煤炭為主的時期變為以石油為主的時期，最后從以石油為主的時期變為以可再生能源為主的時期。大部分學者都認為目前全球仍處于石油時代，正在第三次能源轉型進程中。

學術界關于能源轉型的研究主要集中在能源轉型的內涵、能源轉型的規律、能源轉型的影響因素、能源轉型的效果四個方面。我國有學者將能源轉型的內涵擴充為能源安全、能源效率、能源政策、能源價格等部分。從政治經濟學的角度來看，全球能源轉型也具有政治、技術、管理和商業四方面內涵。有學者認為能源轉型有四個基本規律，其中技術進步是能源轉型的關鍵驅動力，尤其是高效儲能技術。也有學者認為碳密度降低和熱值提高是能源轉型的兩條主要線索。能源轉型的影響因素包含環境與政策、經濟可行性、技術等方面，其中，技術貫穿能源轉型的始終，也與能源安全緊密相關；經濟可行性決定轉型結果；環境與政策對能源轉型起到強大的引導力。同時，世界能源格局的空間、地域不均衡是內部驅動力。全球政治格局也對全球能源產生了重要影響，大國博弈和地緣政治角力加劇，西方對俄羅斯、伊朗和委內瑞拉的制裁正對世界油氣供應造成越來越大的破壞，增加了全球能源轉型的壓力。能源轉型產生了諸多正向影響，對產業發展、經濟效率改進、可持續發展等方面具有推動作用。前兩次能源轉型不僅深刻影響著全球工業化和城鎮化甚至地緣政治格局，而且帶來了能源生產和消費的根本變化。還有學者發現收入水平越高，第三次能源轉型對經濟增長的正向影響就更為持續和顯著。

2.2?對能源與數字化融合的研究

隨著工業化與信息化、能源革命與數字革命走向深度融合，我國學術界也已開始進行初步的理論研究。數字化可以有效助力能源生產加速清潔化、促進能源高效利用、催生新興市場主體等。全球油氣等行業的智能化、數字化總體還處于起步階段，能源數字化轉型中遇到了諸如數字化和碳減排的協同水平不夠、數字化人才和數字基礎設施建設不足、能源安全、數字孤島等問題。以企業的角度考慮，未來的能源公司必須依靠數字轉型對能源價值鏈進行深層次的重塑。在這個數字化轉型的過程中，能源企業應從強化數字人才引進培養、加強能源新基建、堅持創新引領三方面加快能源企業數字化轉型，推動能源產業可持續發展。還有學者提出要重視企業數字化轉型的戰略規劃和路徑方案設計，大力推進生產環節智能化提質增效等。從行業角度來看，未來能源領域的數字化轉型應著重于資產全生命周期的數字管理、協同作用的生態系統和新興商業領域，以推進能源領域數字化的發展。

2.3?文獻評述

綜上所述，前人關于能源數字化轉型的研究非常有價值，值得借鑒。但是也有以下幾點不足：第一，少部分學者對企業轉型案例進行了研究，但選取的都為我國大型電網企業（如國家電網、南方電網），忽略了技術密集企業、能源服務商和能源產業鏈中的其余角色。第二，目前學術界的研究僅提出數字化改革可以努力的方向，較少提及對于企業來說切實可行的商業模式和技術路線以及未來發展趨勢的詳細預測。第三，現有文章較多從我國“雙碳”目標來引入我國數字化轉型的歷程、挑戰等，較少從全球視角來看待能源數字化轉型。第四，雖然已有學者在文章中指出能源轉型等事件會影響政治關系等，但并未延伸討論，目前較少有學者使用國際政治經濟理論來討論能源轉型和數字化融合。

因此，本研究的創新點在于將拓寬研究視角，對全球幾大主要經濟體進行對比分析，指出我國可借鑒的方面。本研究將引入國際政治經濟學理論，對能源轉型和數字化融合可能帶來的影響進行分析，并對數字化融合趨勢進行較為全面的預測。此外，對我國能源相關企業的數字化轉型提出更有價值的商業模式和路徑建議。

3?主要國家能源轉型對比

全球能源轉型一直在發展之中，由于資源稟賦、經濟發展、體制機制、技術水平等的不同，國家間的轉型歷程存在很大的差異。文章將重點關注美國、德國、日本、中東國家和中國的經驗成就及存在的問題。

3.1?美國

作為世界第一大經濟體，300年來美國能源消費量擴大了近400倍。石油危機促使美國能源政策的核心轉向“能源獨立”。為了實現能源獨立，美國將目光放在開發新能源、研發新能源技術、調控市場和擴大供給。自2009年以來，美國能源部資助了有關太陽能、清潔發電技術、清潔燃料、能源存儲技術、碳捕捉技術和建筑節能等數百項研究項目，為世界能源技術進步做出突出貢獻。2000年美國化石能源占一次能源的比例為85%，而到2020年該比例降至79%。美國能源轉型是在能源獨立基礎上不斷推動能源系統清潔化，由此可見，美國將可再生能源、核電、天然氣和CO2零排放的燃煤電廠都定義為清潔能源，且其轉型傾向于能源清潔化利用，但不苛求可再生能源比量的100%。美國化石能源充足，基于此資源，美國將天然氣和核能作為過渡能源，以順利推進能源轉型。

3.2?德國

德國由于缺乏資源優勢，石油和天然氣對外依存度超過90%。20世紀90年代，德國試圖通過可再生能源的發展緩解能源安全問題。21世紀初期德國提出實現可持續發展是能源政策的第一要義，目標為“能源安全、經濟效率、環境可承受”。德國能源轉型的核心是可再生能源，能源效率的提高是輔助措施。2000—2019年，德國可再生能源發電比例增加了36%，提前實現了2020年的目標。其研究主要集中在如何提高分布式能源的利用效率、提高可再生能源消納的穩定性和靈活性、擴大能源領域的合作。德國能源轉型的成功主要得益于三點：第一，發展高效風電和生物質能的再利用；第二，智能化和自動化的管理系統、新材料的開發利用以及各部門效率提升；第三，能源系統的智能化和集成化。

3.3?日本

作為發達國家中能源自給率最低的國家，日本能源轉型的重點在于通過技術優勢彌補資源劣勢。在能源供給方面，尋求能源種類的多樣性，例如海油、氣等資源的勘探和可燃冰的商業開發等。自2011年東日本大地震以及核事故發生以來，其一直在努力減輕影響。在技術供應方面，推動煤氣化聯合循環發電系統、燃料電池發電系統、碳捕捉與封存。在能源需求方面，將氫能規模化利用作為重要抓手，大力推動氫能產業鏈的發展。日本著力構建“氫能社會”，并計劃在2050年構成零碳氫源。目前，日本在氫能和燃料電池的技術專利申請領域遙遙領先，已經開始在商業上推廣燃料電池汽車和家用燃料電池。

3.4?中國

作為世界第二大經濟體、人口第一大國，中國面臨著人口、資源、環境、發展等諸多問題。雖然煤炭仍然占主導地位，但在國家政策的大力支持下，目前中國風力、光伏發電產業不斷擴大規模；進行供給側結構性改革，調整能源結構；拓寬電力應用領域，供冷系統、電動汽車和數字化大力發展。中國能源轉型面臨的主要問題為：

（1）對于石油、天然氣等傳統能源的進口依賴使中國在能源安全領域容易受到國際關系震蕩、全球市場價位動蕩、地理政治事件等因素的牽制，進而可能對我國的內部經濟和社會穩定帶來影響。未來需求將越來越大，挑戰也將越來越多。

（2）中國已經宣告了“雙碳”目標，但是針對當前的環境狀況，中國正面對著巨大的碳排放減少壓力。由于受限于資源分布和全球能源市場的約束，中國目前以及在將來的一段時間內，對于煤炭的需求依然迫切。此外，隨著中國經濟社會的連續發展，其能源需求會持續上升。

（3）可再生能源比重較低，綜合利用效率不高。

（4）能源效率較低。

（5）能源管理體制無法適應能源轉型的要求，電力系統運行機制無法適應可再生能源發展的要求。長期以來，我國電力市場的特點是全國的市場被劃分為多個省級市場，這些市場自給自足，各自為政，并比較封閉。然而，在各個地區之間，我國的電力供需存在著重大的不平衡，東部地區電力需求集中，發電站也集中于此，但是無法滿足供應需求；對照西部地區，電力負荷相對較低，化石能源和可再生能源豐富，但是電力供應卻大于需求。受到當前電網結構和布局的影響，西部地區風電、水電等可再生能源的并網能力嚴重不足，現有的省級電力市場模式和計劃調度系統導致無法在本地消費的電力進行有效的跨省調度和交易。

（6）市場價格機制尚未形成，并且經常只將開發成本納入考慮，卻對其稀有性和環保成本視而不見，因此價格無法真實反映其實際價值，這也造成了價格的失真，阻止了市場在優化資源配置上的功效。這種普遍偏低的能源價格引發了能源資源的大量浪費、降低了能源效率，并惡化了生態環境等諸多問題。

中國能源轉型的趨勢可能為：第一，可能直接跳過石油時代，直接從煤炭時代跨越到可再生能源時代；第二，分產業能源效率的提升。目前，中國極力推進能源轉型，但是一系列儲能技術和智能化電網的難關還未突破，這也是全球正面臨的共性問題。

4?啟示與建議

4.1?明確未來走可再生能源的道路

需進一步明確中國能源轉型的方向最終是邁向可再生能源時代，本著實事求是和行之有效的原則，我們需制定對應的能源系統規劃和進度計劃。針對可再生能源技術的熟悉程度、設備的規模以及發電的成本，需要適當調整政策來為其提供支持。我們必須結合全額保證購買以及綠色證書的交易等制度，構建清晰、合規且透明的補貼退出和縮減機制。同時，提前公布補貼的減少和退出的時間表，為市場明確預期，倒逼可再生能源企業主動提升技術和管理水平，有效降低成本。在偏遠地區和農村以及獨立社區建設分布式可再生能源示范項目，此外，如何讓化石能源逐步退出，涉及工廠、大量發電機組與勞動力，這也是需要考慮的問題。

4.2?根據現實情況選擇過渡能源

中國天然地理條件為富煤、少氣、缺油，目前仍在煤炭時代。從資源配給、環境承載力以及能源安全等全面因素考慮，中國在轉型期間應重視煤炭和天然氣作為主要過渡能源的位置，通過科技創新和政策干涉逐步推動煤炭清潔高效的應用，發展像智能煤礦等諸多方面；并通過積極推動國家管網公司的成立、改革現有的單一授權運營體制、加大對非常規天然氣（如頁巖氣、煤層氣、致密氣、深水天然氣）等領域的科技創新和政策支持力度等措施，提高天然氣在一次能源消費結構中的比重。

4.3?加大對科技創新和數字化的支持力度

縱觀全球能源轉型，離不開技術進步和數字化創新融合。當前，世界已進入后數字化時代，大數據、AI智能、物聯網等前沿信息技術快速崛起，科學技術正以它的方式重塑全球競爭格局，成為影響能源格局的重要力量。國家要加速數據中心建設，提高我國天然氣產業的智慧化程度；煤炭、油氣、電力等不同能源細分產業需根據其特定需求和發展條件，多元化探索數字技術應用和推動傳統產業數字化轉型；加強與國際的合作，突破可再生能源、儲能方面的瓶頸。在科技領先的方式上，要強化技術的傳遞和輸出；在跟蹤科技發展的方式上，需要及時監控和學習國際最新的成果；在并行發展的方式上，鼓吹合力進行研究合作。另外，應加速科研人才的培養，創設優秀的科研環境。能源安全問題也需引起高度重視，需要開辟能源數據安全的核心技術攻堅，在數據密碼化、算法、保護、備用、傳輸等方面掌握關鍵技術，以提供能源系統安全運行的有力科技保障。

4.4?抓住大數據機遇，推動企業業務和商業模式創新

公司應當運用數據搭建相互關聯、高智能、整合的管理平臺，從而實現公司內部數據探索、數據共享以及數據流動的聯通。要結合能源企業所在領域的技術發展趨勢，根據企業實際穩步推進企業技術創新。例如，能源生產環節的先進風電光伏、負碳生物質能、清潔高效靈活煤電、地熱能等技術；能源傳輸環節的智能電網、多能互補等技術；能源儲存環節的多種類型儲能技術；能源消費環節的綜合能源利用、需求響應、虛擬電廠、電能替代等技術。能源與生存各個領域息息相關，并在不同行業和區域中具有高度透明度，以能源為核心進行商業模式探索有許多跨領域創新的可能，為與能源相關的公司提供了充足的實踐機會。隨后的能源商業模式將更多地受到數據和電子技術的推動，而且持續向低碳環保、高效使用、分散性等方向進步。公司在未來也將更加依據消費者需要提供相關產品和服務，從而實現企業運營和商業模式的創新。

參考文獻：

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