典型國(guó)家能源轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢(shì)概述能源是人類文明發(fā)展進(jìn)步的根本基石，是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，可以說能源是現(xiàn)代社會(huì)存在和發(fā)展的源泉。人類社會(huì)文明發(fā)展史同時(shí)也是一部能源的變遷發(fā)展史，二者的發(fā)展息息相關(guān)，存在著辯證的關(guān)系。地球上的能源種類繁多，但大致可分為兩大類：非再生能源（傳統(tǒng)能源）和可再生能源。前者主要是指化石燃料（主要包括煤炭、石油和天然氣等），后者則包括太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能、生物能和海洋能等。這些能源共存在于自然界中，隨著人類智力的發(fā)展而不斷地被發(fā)現(xiàn)，被開發(fā)利用。人類能源變革歷程如圖1-1所示，從原始的木炭使用到今天原子能和各種新能源的開發(fā)，每一種新能源的被發(fā)現(xiàn)和被利用，都強(qiáng)有力地推動(dòng)了人類文明的發(fā)展，能源的每一次飛躍，都引起了人類生產(chǎn)技術(shù)的變革，進(jìn)一步推動(dòng)了生產(chǎn)力的發(fā)展；同時(shí)生產(chǎn)技術(shù)的變革，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，給人類帶來更高水平的生活和物質(zhì)文明，意味著對(duì)能源需求量的急劇增加。圖1-1人類能源變革歷程20世紀(jì)50年代以后，由于石油危機(jī)的爆發(fā)，對(duì)世界經(jīng)濟(jì)造成巨大影響，國(guó)際輿論開始關(guān)注起世界“能源危機(jī)”問題。隨著社會(huì)不斷地向前發(fā)展，能源消費(fèi)持續(xù)強(qiáng)勁增大，能源供需之間的矛盾呈現(xiàn)惡化的態(tài)勢(shì)。由于化石燃料的不可再生性，許多人甚至預(yù)言：世界石油資源將要枯竭，能源危機(jī)將是不可避免的。世界能源危機(jī)是人為造成的能源短缺。石油資源將會(huì)在一代人的時(shí)間內(nèi)枯竭。它的蘊(yùn)藏量不是無(wú)限的，容易開采和利用的儲(chǔ)量已經(jīng)不多，剩余儲(chǔ)量的開發(fā)難度越來越大，到一定限度就會(huì)失去繼續(xù)開采的價(jià)值。在世界能源消費(fèi)以石油為主導(dǎo)的條件下，如果能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不改變，就會(huì)發(fā)生能源危機(jī)。煤炭資源雖比石油多，但也不是取之不盡的。目前，從全世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)來看，占主導(dǎo)地位的依舊是化石燃料，2016年化石燃料利用約占全球能耗的85%。從新油田的開采情況來看，石油探明儲(chǔ)量雖保持小幅上升，從近20年來，在世界范圍內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的油田卻越來越少，相比能源生產(chǎn)能力增長(zhǎng)緩慢，煉油能力持續(xù)增長(zhǎng)，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的能源消費(fèi)需求卻快速上升。縱觀世界能源格局，在世界范圍內(nèi)來看，雖然石油供應(yīng)和需求在總體上保持平衡，甚至供略大于求，但這一平衡顯得十分脆弱。在某些國(guó)家和地區(qū)（如西亞、北非等地），往往由于自然災(zāi)害、社會(huì)動(dòng)亂等原因，致使某些國(guó)家和地區(qū)不時(shí)發(fā)生油荒、電荒等能源供應(yīng)緊張局面，這些地區(qū)的動(dòng)蕩局勢(shì)雖然出現(xiàn)過短時(shí)性的平穩(wěn)，但由于種種原因，在未來的一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)趨于平穩(wěn)，并且由于不確定因素的繼續(xù)積聚，上述地區(qū)不穩(wěn)定態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)蔓延趨勢(shì)，進(jìn)而導(dǎo)致油價(jià)波動(dòng)，拖累全球經(jīng)濟(jì)。2019年一年內(nèi)，歐洲主要國(guó)家基本明確了2050年凈零溫室氣候排放的目標(biāo)。首先是1月份北歐五國(guó)聯(lián)合發(fā)展表明，確認(rèn)在2050年前實(shí)現(xiàn)凈零排放。丹麥?zhǔn)?050年，瑞典2045年，冰島2040年，芬蘭2035年，挪威2030年。2019年6月，英國(guó)走完法律程序，氣候變化法修訂為2050年凈零排放。在英國(guó)宣布法律生效的第二天，法國(guó)宣布2050年凈零排放。2019年8月，瑞士宣布2050年凈零排放。此后不久，德國(guó)宣布2050年凈零排放。歐盟在各種場(chǎng)合不斷強(qiáng)調(diào)“氣候緊急狀態(tài)”，在2019年12月達(dá)成共識(shí)，發(fā)布的《歐洲綠色協(xié)定》，明確整個(gè)歐盟在2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放，也即“碳中和”。該協(xié)定的發(fā)布意義非凡，很多學(xué)者都認(rèn)為《歐洲綠色協(xié)定》的確立是構(gòu)建人類生態(tài)命運(yùn)共同體進(jìn)程中一座劃時(shí)代里程碑。能源安全始終是世界各國(guó)關(guān)注的最重要的問題之一，確保能源的安全供給更是國(guó)家核心利益所在。不僅如此，能源與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活等議題緊密相關(guān)，因此近幾年來，能源相關(guān)的話題不僅持續(xù)得到了各國(guó)政府的密切關(guān)注，而且已經(jīng)受到了廣大普通民眾的極大關(guān)切。代替石油的其他能源資源，除了煤炭之外，能夠大規(guī)模利用的還很少。太陽(yáng)能雖然用之不竭，但代價(jià)太高，并且在一代人的時(shí)間里不可能迅速發(fā)展和廣泛使用。其他新能源也如是。因此，人類必須預(yù)計(jì)到，非再生礦物能源資源枯竭可能帶來的危機(jī)，從而將注意力轉(zhuǎn)移到新的能源結(jié)構(gòu)上，盡早探索、研究開發(fā)利用新能源資源。否則，就可能因?yàn)橄虼笞匀凰魅∵^多而造成嚴(yán)重的后果，以至使人類自身的生存受到威脅。近年來，國(guó)際政治、經(jīng)濟(jì)、能源格局有了新的變化，相應(yīng)的很多國(guó)家已經(jīng)在能源轉(zhuǎn)型方面開展了行動(dòng)。目前，全球已經(jīng)有170多個(gè)國(guó)家制定了可再生能源發(fā)展目標(biāo)，其中近150個(gè)國(guó)家出臺(tái)了相關(guān)支持政策，推動(dòng)新能源利用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展是其中最重要的議題之一。（1）德國(guó)能源轉(zhuǎn)型與風(fēng)力發(fā)電最為代表性的就是德國(guó)的能源轉(zhuǎn)型，德國(guó)的能源轉(zhuǎn)型也成為了當(dāng)今能源時(shí)代，各國(guó)競(jìng)相研究和效仿的熱點(diǎn)。德國(guó)是傳統(tǒng)的工業(yè)強(qiáng)國(guó)，尤其是德國(guó)的制造業(yè)尤為發(fā)達(dá)，由于制造業(yè)的高耗能性，同時(shí)德國(guó)也是能源消耗大國(guó)和能源進(jìn)口大國(guó)，其在可再生能源發(fā)展與研究方面有許多經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。德國(guó)能源轉(zhuǎn)型過程中，具有典型代表的“能源合作社”模式（柏林公民能源合作社）、2001年德國(guó)政府提出的建設(shè)生物能源村的規(guī)劃（生物能源村計(jì)劃以零碳排放的生物質(zhì)能源取代傳統(tǒng)的化石能源）等。據(jù)德國(guó)經(jīng)濟(jì)能源部（FederalMinistryforE-conomicAffairsandEnergy，BMWI）統(tǒng)計(jì)，2017年德國(guó)一次能源消費(fèi)總量中礦物油占比最高，如圖1-2所示。圖1-2德國(guó)2017年一次能源消費(fèi)分布圖2010年9月，德國(guó)聯(lián)邦政府正式發(fā)布了《能源規(guī)劃綱要：致力于實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好、安全可靠與經(jīng)濟(jì)可行的能源供應(yīng)》（以下簡(jiǎn)稱為《綱要》），《綱要》制定了未來四十年的能源發(fā)展目標(biāo)。依據(jù)其禁止核能及地理資源特點(diǎn)，太陽(yáng)能、風(fēng)能及生物質(zhì)能成為其發(fā)展目標(biāo)，發(fā)展能量的戰(zhàn)場(chǎng)在農(nóng)村。在可再生能源發(fā)展方面，提出預(yù)計(jì)到2020年，可再生能源占德國(guó)總能源消費(fèi)比例達(dá)到18%，占德國(guó)總電力消費(fèi)比例達(dá)到35%。（圖1-3為2019年德國(guó)的發(fā)電情況分布圖，圖1-4為2019年德國(guó)可再生能源發(fā)電情況分布圖）。圖1-3德國(guó)2019年發(fā)電情況分布圖圖1-4德國(guó)2019年可再生能源發(fā)電情況分布圖到2030年，可再生能源占德國(guó)總能源消費(fèi)比例達(dá)到30%，占德國(guó)總電力消費(fèi)比例達(dá)到50%；到2040年，可再生能源占德國(guó)總能源消費(fèi)比例達(dá)到45%，占德國(guó)總電力消費(fèi)比例達(dá)到65%；到2050年，可再生能源占德國(guó)總能源消費(fèi)比例最終實(shí)現(xiàn)提高到60%，占德國(guó)總電力消費(fèi)比例提高到80%。近年來，德國(guó)的風(fēng)力發(fā)電發(fā)展較為迅速，在德國(guó)的可再生能源發(fā)電體系中，風(fēng)力發(fā)電占據(jù)著舉足輕重的地位，2019年德國(guó)風(fēng)力發(fā)電量約為127TWh，相比2018年增長(zhǎng)15.7%（圖1-5為德國(guó)近年來風(fēng)力發(fā)電總量和裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)），第一次成為德國(guó)能源轉(zhuǎn)型體系中最強(qiáng)勁的能量來源。圖1-5德國(guó)風(fēng)力發(fā)電量和風(fēng)電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)（2）美國(guó)能源轉(zhuǎn)型與風(fēng)力發(fā)電近年來，美國(guó)的可再生能源得到了超預(yù)期的飛速發(fā)展，可再生能源領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)的井噴式涌現(xiàn)正在影響著其電力系統(tǒng)的形態(tài)，如當(dāng)前電網(wǎng)資源規(guī)劃調(diào)整方式、電力公司運(yùn)營(yíng)的商業(yè)模式、創(chuàng)新技術(shù)在需求端降低傳統(tǒng)電力部門碳排放的有效利用及如何合理評(píng)估分布式能源資源的價(jià)值等方面。美國(guó)在過去幾年中，大力推進(jìn)頁(yè)巖氣革命，當(dāng)隨著頁(yè)巖氣和新能源開發(fā)快速推進(jìn)，美國(guó)能源自給和節(jié)能減排取得重要進(jìn)展，這使美國(guó)在全球節(jié)能減排的呼聲增大，并將其逐步融入《跨太平洋伙伴關(guān)系協(xié)議》等國(guó)際貿(mào)易規(guī)則當(dāng)中。從石油進(jìn)口國(guó)變成了出口國(guó)，這促進(jìn)了油價(jià)降低，明顯改變了世界能源格局，此外美國(guó)在部署儲(chǔ)能和光伏（代表為加州），推動(dòng)電動(dòng)汽車（代表為TESLA），研發(fā)和推進(jìn)下一代電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)（代表為北卡羅來納大學(xué)的FREEDM項(xiàng)目）等方面的進(jìn)展值得關(guān)注。美國(guó)在推行能源轉(zhuǎn)型過程中，推行城市能源公司（Municipalpowercompanies），以德克薩斯州為例，該州是美國(guó)最大的能源生產(chǎn)州，同時(shí)其能源消耗量和碳排放量也居全美前列，德克薩斯州從事能源經(jīng)營(yíng)的主體為該州的城市電力公司，其中最具代表性的為奧斯汀能源公司（1895年成立，公有電力公司），該公司為奧斯汀地區(qū)100多萬(wàn)具體提供電力服務(wù)，由奧斯汀市議會(huì)直接管理。2007年，奧斯汀市議會(huì)通過一項(xiàng)氣候保護(hù)計(jì)劃，旨在使奧斯汀能源公司成為全美減少溫室氣體排放的公用事業(yè)領(lǐng)先者，并在2020年前達(dá)到城市電力30%由可再生能源供應(yīng)的目標(biāo)。隨后，奧斯汀市議會(huì)又于2010年和2014年將這一目標(biāo)持續(xù)擴(kuò)大，將可再生能源發(fā)電比重提升至2025年的55%，并承諾在2050年前實(shí)現(xiàn)零排放目標(biāo)?；诤笃谔乩势照畬?duì)新能源政策立場(chǎng)的轉(zhuǎn)變，可再生能源市場(chǎng)發(fā)生了重大變化，可再生能源價(jià)格迅速下跌。針對(duì)這一局面，奧斯汀市議會(huì)通過重新調(diào)整能源公司的目標(biāo)，根據(jù)可再生能源的價(jià)格、發(fā)電技術(shù)成本等因素，實(shí)時(shí)調(diào)整能源公司的可再生能源發(fā)電量占比，使發(fā)電量保持在能源公司可承受的能力范圍內(nèi)，這一模式后來被許多州的監(jiān)管機(jī)構(gòu)所采用。奧斯汀能源公司作為公有事業(yè)的成功典范，其利用國(guó)家經(jīng)濟(jì)公有化回暖的契機(jī)，讓城市重新掌握公用設(shè)施的所有權(quán)，并通過城市與州、國(guó)家層面進(jìn)行積極對(duì)話，走在氣候與能源一體化的前列。2018年是美國(guó)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過程中重要的一年，多個(gè)里程碑式的事件展現(xiàn)了正在崛起的強(qiáng)大力量，并影響著整個(gè)電力部門的形態(tài)。包括紐約、新澤西和華盛頓在內(nèi)的多個(gè)州都制定了在不同時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)100%清潔能源的目標(biāo)。Xcel能源公司成為全美首個(gè)提出并承諾100%零碳排放的私營(yíng)電力公司，其他電力公司也都宣布了各自計(jì)劃，朝零碳電力方向大步前進(jìn)。美國(guó)多個(gè)州的州長(zhǎng)都曾親自參與許多清潔能源的推廣計(jì)劃，并制定出100%可再生能源配額的目標(biāo)。這些標(biāo)志性事件預(yù)示著能源變革將給全美能源用戶和行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者帶來巨大機(jī)遇，但挑戰(zhàn)依然存在。（3）日本能源轉(zhuǎn)型與風(fēng)力發(fā)電戰(zhàn)后，在經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)的背景下，日本電力市場(chǎng)規(guī)模隨之?dāng)U大，石油需求不斷增加。到20世紀(jì)70、80年代，在兩次石油危機(jī)的沖擊下，日本為了擺脫對(duì)石油的依賴，以資源能源廳設(shè)置為契機(jī)，采取了擴(kuò)大石油儲(chǔ)備、促進(jìn)節(jié)能、推進(jìn)天然氣和核能的使用等措施。20世紀(jì)90年代以后，受全球氣候變化和《京都議定書》簽訂影響，低碳的環(huán)境價(jià)值引起關(guān)注，可再生能源也逐漸成為日本能源的重要構(gòu)成部分。在上述過程中，日本制定和實(shí)施了“陽(yáng)光計(jì)劃”、“月光計(jì)劃”、“新陽(yáng)光計(jì)劃”、3E（能源供給穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)效率性、環(huán)境適應(yīng)性）平衡能源計(jì)劃以及多次的能源基本計(jì)劃等多項(xiàng)能源領(lǐng)域的開發(fā)利用戰(zhàn)略和計(jì)劃，推動(dòng)了其能源結(jié)構(gòu)的演變。2011年?yáng)|日本大地震、東京電力福島第一核電站事故以后，核能的利用出現(xiàn)波動(dòng)和萎縮，能源開發(fā)利用的安全性也引起了廣泛關(guān)注。日本歷史上就是一個(gè)缺少能源資源的國(guó)家，作為能源消費(fèi)大國(guó)，日本的能源資源匱乏嚴(yán)重，能源自給率較低。日本政府長(zhǎng)期致力于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，大力推動(dòng)可再生能源技術(shù)開發(fā)利用，鼓勵(lì)成立地方型能源公司。2014年，日本全面實(shí)現(xiàn)發(fā)電業(yè)自由化，能源經(jīng)營(yíng)主體取得許可證之后即可從事發(fā)電業(yè)，典型案例為日本第一個(gè)政府與市民成功合作的電力公司——三山智慧能源電力公司。從一次能源供給的角度來看，石油、煤炭、天然氣仍是日本能源供給中最重要的構(gòu)成部分，來自“日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省資源能源廳”統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2017年三者占比分別達(dá)到39.1%、25.2%、23.4%，可再生能源占比達(dá)到4.6%（如表1-1所示）；其次，從能源消費(fèi)角度看，石油、電力、煤炭是最主要的構(gòu)成，分別占能源最終消費(fèi)總量的48.2%、25.6%和10.2%，供熱比占較大為7.1%。值得關(guān)注的是，可再生能源在供給結(jié)構(gòu)中占比達(dá)到4.6%，但在最終消費(fèi)中所占比重卻很?。ㄈ绫?-2所示）。表1-12017年日本一次能源供給能源種類占比較前一年增長(zhǎng)比煤炭25.2%0%石油39.1%-0.5%天然氣23.4%-0.7%可再生能源4.6%14.7%水力3.4%4.1%核能1.3%80.0%其他3.0%2.8%合計(jì)100%1.0%表1-22017年日本最終能源消費(fèi)能源種類占比較前一年增長(zhǎng)比煤炭10.2%-0.6%石油48.2%0.1%天然氣8.6%4.2%可再生能源0.1%-5.3%電力25.6%0%供熱7.1%1.1%其他0.2%3.3%合計(jì)100%0.4%日本的可再生能源利用，內(nèi)容主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?。通過對(duì)表1-1與表1-2數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)，從一次能源供給角度看，近年來可再生能源市場(chǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，能源結(jié)構(gòu)經(jīng)過長(zhǎng)期調(diào)整，開再生能源的規(guī)模實(shí)現(xiàn)了一定程度的增長(zhǎng)；可從能源消費(fèi)的角度看，石油和電力部門的能源消費(fèi)規(guī)模最大，其次是煤炭、天然氣消費(fèi)，而可再生能源的直接消費(fèi)規(guī)模較小。在日本的可再生能源體系中，風(fēng)力發(fā)電占據(jù)著重要的位置。日本對(duì)風(fēng)力發(fā)電政策的支持始于1997年，此后通過實(shí)施電力質(zhì)量保障制度，風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)工作穩(wěn)步推進(jìn)。根據(jù)新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)，2016年日本新增風(fēng)力發(fā)電設(shè)備2203臺(tái)，新增裝機(jī)輸出功率約336萬(wàn)千瓦。從全球范圍看，截至2017年底，日本風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量排名世界第19位，落后于中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)等制造業(yè)大國(guó)同時(shí)，也落后于印度、土耳其等新興國(guó)家。著眼日本國(guó)內(nèi)發(fā)電市場(chǎng)，近年來風(fēng)力發(fā)電占發(fā)電總量的比重：2010年占比重為0.35%，其后風(fēng)力發(fā)電所占比重緩慢增長(zhǎng)，2011年上升到0.4%以上，2015年上升至0.5%，到2017年上升至0.6%。2010-2017年，各年風(fēng)力發(fā)電量的比例皆不足1%，由此可以看出，風(fēng)力發(fā)電的市場(chǎng)規(guī)模仍十分小。實(shí)際上，在日本發(fā)電構(gòu)成結(jié)構(gòu)中，風(fēng)力發(fā)電占總發(fā)電量的比重僅大于地?zé)岚l(fā)電，其作為新能源的潛力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被挖掘。此外，2019年一年內(nèi)，歐洲主要國(guó)家基本明確了2050年凈零溫室氣候排放的目標(biāo)。首先是1月份北歐五國(guó)聯(lián)