能源转型进程中过渡能源的选择

    能源转型本质上是能源生产、消费方式、商业模式，乃至观念的转变。选择恰当的“过渡能源”是一个国家能源转型顺利推进的关键。
    随着能源转型的推进，以及可再生能源的快速发展，我国能源行业出现了一些问题，同时也产生了一些观念冲击和争议。比如，我们习惯于把能源转型简单地理解为一次能源品种的替代，而没有意识到，这种转型本质上是能源生产、消费方式、商业模式，乃至观念的转变。
    所以，当我们说“化石能源在2050年仍将是我国的主力能源”时，言外之意恐怕更多意味着“可再生能源靠不住”，自然也没必要花那么大力气推动培育和推动真正适合可再生能源发展的新模式，其结果必然是可再生能源更加靠不住了。此外，我们往往还会把能源安全与能源转型对立起来，因为可再生能源的“不稳定”、“不安全”。
    本文基于能源转型的视角和逻辑，围绕两个问题谈谈看法。一是如何认识能源转型与能源安全的关系；二是能源转型进程中过渡能源的选择问题。
    能源转型可以成为改善能源安全的助推器
    近年来，包括中国在内的很多国家逐渐将其能源政策的核心目标集中到三个方面：实现能源供应安全、可负担且环境友好。这三个目标显然不可能同时实现，由于国情不同，不同国家优先顺序也不同。其中最优先目标就成为决定能源转型方向的核心动机。从德国和美国能源转型实践看，美国能源转型的核心动机一直非常明确，那就是改善能源安全，降低对进口能源的依赖，环境保护等其他动机的地位是次于能源安全动机的；相反，德国能源转型动机中，环境保护一直明显居于最主要地位，尽管能源安全动机对德国也非常重要。
    1.  德国能源转型的核心动机是大气与环境保护
    2011年6月6日，德国联邦议院决定将德国能源政策的三个政策目标——能源安全、负担得起的能源、与环境兼容的能源供应——作为指导其能源转型的指南。因此，理论上，能源供应的安全、可负担和环境兼容均可视为德国能源转型的重要动机。
    然而，这三者显然难以同时实现。从2000年以来德国能源转型进程看，能源供应安全动机当然一直是重要动机，但环境友好的能源供应近年来已经逐渐超过供应安全动机成为能源转型的核心动机。
    为了使能源转型与环境兼容、安全并且可负担，德国制定了能源转型的总体目标和分层目标，并把大力发展可再生能源和提高能源效率作为推进德国能源转型的两大支柱。2000年以来，德国可再生能源在能源结构中地位日益提升：可再生电力消费的比重从2000年的6.2%增加到2014年的33.1%。
    显然，大力发展可再生能源既与环境保护动机有关，也与能源供应安全动机有关。一方面，与化石能源相比，可再生能源没有污染物和温室气体排放；另一方面，可再生能源都是本地化能源，对石油和天然气主要依靠进口的德国来说，用可再生能源替代化石能源有明显的“能源安全”效应。可以想象的是，当2050年德国实现终端能源消费中60%来自可再生能源时，能源安全状况必然大为改观。
    如果说大力发展可再生能源是环境保护与能源安全双重动机驱动的，那么德国决定2022年之前完全淘汰核能的政策走向只能理解为环境动机日益重要，并成为能源转型核心动机作用的结果。因为核能发展对改善德国能源对外依赖程度明显有积极作用。也就是说，德国政府和公众把与降低核事故和核废料处理的事故风险有关的环境问题放到了比“供应安全”问题具有更为优先的位置。
    同样，出于对大规模单一种植所导致的“生物多样性”损失的担忧，德国近年来对生物燃料的支持力度有所下降，比如，2006年开始，德国政府开始逐步取消生物燃料的税收优惠政策以来，生物燃料产量开始趋于下降。从2007年的324.3万吨油当量下降到2014年319.8万吨油当量。
    2.  美国能源转型的核心动机是能源安全，并且有效改善了能源安全
    与德国追求“纯粹”的“可再生能源转型”不同，美国追求的是“清洁能源转型”。这里的清洁能源，主要包括可再生能源、天然气和核电。美国能源政策，以及当前正在推进的清洁能源转型的核心动机始终是追求能源独立，确保能源安全。美国政府很早就出台了生物燃料发展的鼓励政策。1978年《能源税收法案》就规定全国汽油中添加10%的乙醇。《1980年能源安全法案》引入贷款担保等融资机制，鼓励乙醇燃料和太阳能等新能源发展；同时规定从1980年3月1日起，对石油公司利润征收50%的暴利税，主要用于研究和开发新能源。卡特政府甚至更为激进，1979年成立的“国有”的美国合成燃料集团，联邦政府连续5年为其提供了200亿美元作为启动资金，向利用煤炭和页岩生产气化和液化燃料的公司提供投资和贷款保证。所有这些举措，目的只有一个，就是替代国内石油的消费，增加国内石油替代能源的生产，减少对进口石油的依赖。
    从20世纪70年代末到现在，美国为实现“能源独立”而推动的能源转型主要依靠如下四个“支柱”：一是大力发展生物燃料，以减轻交通燃料对石油产品的依赖；二是鼓励清洁能源和非常规化石能源的发展，包括核电、页岩气、煤层气以及煤炭清洁利用等；三是提高能源效率；四是积极推动风能、太阳能等可再生能源发展。
    总体上，生物燃料和可再生能源都是在2000年以后才开始出现加速发展态势。而且，在“页岩气革命”效果显现之前，上述应对措施对于降低美国石油进口依赖方面没有产生实质性影响。2005年开始，作为美国“页岩气革命”的结果，美国石油进口量开始触顶回落。到2013年，美国石油进口量比2005年减少近40%，极大地改善了美国石油安全状况。
    3.  能源转型应有利于改善我国的能源安全状况
    我国的能源消费结构以煤炭为主导，但进入“煤炭时代”的时间并不长。根据哈佛大学历史能源数据库的数据，我国直到20世纪60年代中后期，煤炭消费才完全超过薪柴成为一次主导能源，进入“煤炭时代”。也就是说，我国进入煤炭时代的时间还不到50年，而德国煤炭时代持续了100多年，美国持续了65年。从能源转型阶段看，在世界平均已经进入石油时代的背景下，我们依然处于煤炭时代。2010年，我国一次能消费中，煤炭消费份额为62%，石油消费份额为17.8%，天然气消费份额只有3.6%，同时薪柴依然占有8.1%的消费份额。因此，一个可以预期的中期趋势是我国将从煤炭时代向石油时代过渡，即石油和天然气消费份额将进一步上升，而煤炭份额将出现明显下降。
    然而，考虑到我国能源资源禀赋状况和最近二十年来能源供需，特别是石油天然气供需变化，能源结构的上述变化趋势将带来更大的“能源安全”压力。2017年，我国原油和天然气占一次能源消费份额为18.3%和6.2   2%情况下，其对外依存度已经分别达到了68.6%和39%。显然，在我国能源消费总量达峰之前，我国原油和天然气对外依存度进一步提高是一个必然的趋势。
    尽管如此，将这一问题置于50年以上的能源转型大背景下来考虑，应该确立一个基本的思路是：从长期来看，能源转型战略的事实应有利于减少对外能源依赖，改善能源安全状况。如前德国与美国实践所表明的，能源转型本身也可以成为改善能源安全助推器。要使能源转型的能源安全改善效应真正变成现实，需要从当下开始，梳理阻碍能源转型的政策、机制与体制障碍，以“蚂蚁搬家”、“遍地开花”的观念和心态，利用真正符合可再生能源低能量密度和分散化特点的生产与消费方式、商业模式构建可再生能源发展的产业生态，扎实推动可再生能源发展。
    选择恰当的“过渡能源”是国家能源转型顺利推进的关键
    关于能源转型的讨论和交流，我观察到一个有趣的现象：可再生能源圈往往有意无意“高估”可再生能源的现实影响和冲击（低估了体制的韧性和利益调整的难度）；而化石能源圈往往有意无意“低估”可再生能源的现实影响和冲击（只看技术创新，忽略商业模式与技术创新交互作用的冲击）。而两者共同一个的“认知陷阱”是：忽略了从“当下”到我们讨论的能源转型的目标之间怎么办的问题，即如何从一个以化石能源为主导的能源系统逐渐转向一个以可再生能源为主导的能源系统。
    这个问题的回答当然不简单，但首要涉及的是“过渡能源”的选择问题。德国与美国的能源转型实践表明，过渡能源的选择是一个国家能源转型战略的必备要件。选择恰当的、符合本国国情的过渡能源不仅有利于能源转型进程的推进，而且对能源转型的成本高低有着重要影响。
    1.  美国能源转型明确以核能和天然气为过渡能源
    美国的“清洁能源”转型战略，明确将天然气和核能作为通向“可再生、可持续”能源体系的过渡能源。这是美国现阶段以清洁能源为导向的能源转型战略下的一个必然选择，同时是美国在能源安全动机驱动下，长期鼓励“非常规能源”开发的结果。
    2000年以来，天然气和核能在美国向清洁能源转型中起到了非常重要的作用。2000-2016年之间，天然气份额从26%增加到31.5%，核能份额从7.8%增加到8.4%，非水可再生能源从0.76%增加到3.7%。同期煤炭消费份额大幅下降，从24.6%下降到15.8%，而石油消费份额大致保持不变。
    因此，美国水电份额有所下降，天然气份额大幅上升和核电份额稳中有升，确保了美国清洁能源转型战略的顺利推进。同时，较低价格的天然气份额增加对于降低美国能源转型成本和推进难度起到了关键作用。
    2.  德国取消核能作为过渡能源妨碍了煤炭和石油下降趋势
    相比之下，德国能源转型战略是全力推进可再生能源发展，并力图在2050年前使可再生能源成为主导能源。其能源转型战略中不存在明确的“过渡能源”安排。然而，无论是否选择，“过渡能源”都是能源转型过程中的现实“需要”。因此，在没有确定“过渡能源”及其配套政策，同时核能发展又被明确排除在外的情况下，市场会主动选择“性价比”最好，但却未必符合能源转型大方向的过渡能源。
    
    德国一次能源消费中不同能源品种地位变化
    资料来源：BP Statistical Review of World Energy 2017
    如图所示，德国能源转型战略的三个特征非常明显：一是可再生能源份额增长迅速。一次能源消费中非水电可再生能源份额从2000年的0.84%快速增长到2016年的11.7%；二是核能从2011年宣布2022年前永久弃核之后，核能份额迅速下降。2000年核能占一次能源消费份额为11.5%，2010年下降到9.9%，2011年快速减少到7.9%，2016年进一步减少到5.9%；三是天然气的份额从上升转为下降：从2000年的21.5%增加到2005年的23.4%，然后转为趋势性下降。2014年达到阶段最低值20.4%后有所反弹。2016年，天然气份额回升到22.5%，仍然没有超过2010年的份额。
    然而，德国可再生能源发展取得很大成绩的同时，非清洁能源煤炭和石油的份额近年来却有抬头的趋势。石油份额从2000年从38.9%稳步下降到2007年的34.4%之后，石油份额开始止跌反弹到2009年的36.7%。此后，2010-2016年，石油份额围绕35%左右小幅波动。煤炭份额从2000年的25.6%下降到2009年的23.1%后开始止跌反弹。2014年煤炭份额再次接近2000年水平，为25.5%。2016年，煤炭份额为23.3%，仍高于2009年的水平。可见，德国在加速向可再生能源转型的过程中，由于没有选择适当的过渡能源，同时将核能排除在未来能源结构之外，导致能源转型过程中煤炭和石油等“非清洁”能源下降趋势受阻。
    
    德国发电量结构2000-2016
    资料来源：德国BMWI
    德国能源转型没有主动选择恰当的“过渡”能源的不利影响还表现在褐煤发电难以下降，对德国电力清洁化和碳减排产生不良影响。如图所示，2000-2016年，德国总发电量中非水电可再生能源份额从5.4%快速增加到2016年的29.2%，同期，虽然硬煤发电下降较快（从24.8%下降到17.2%），而核能因为政策原因开始也呈现快速下降趋势（从29.4%下降到12.4%），故而2010年德国褐煤发电和天然气发电出现了相反的走势：褐煤发电2010止跌连续两年出现反弹，从2011年的23%回升到2012年的25.5%，2013-2014年连续两年维持在25%以上，此后开始下跌，但2016年褐煤发电份额为23.1%，接近2010年水平。同期天然气发电份额从2010年开始停止增长势头转而下降：从2010年的14.1%下降到2014年的9.5%，四年下降了4.6个百分点。近两年有所反弹，但2016年依然不到13%，不超过2010年的水平。
    3.  我国能源转型应选择一个恰当的过渡能源“组合”
    一旦确定可再生能源是未来能源系统的主要构成部分，就已确定了我们讨论能源转型的时间跨度至少在30年以上，甚至50年或者更长。在这一长达数十年的“过渡期”内，能源品种的替代，能源系统的转型是一个渐进过程。因此，推动我国能源转型，一方面，要通过体制改革和完善政策机制，构建有利于可再生能源发展及其技术创新的制度环境；另一方面，根据化石能源近期难以大量退出的现实，需要选择一个恰当的过渡能源“组合”。我国国情决定了我们不可能像美国选择1-2个品种作为过渡能源，而只能选择一个包括核能、天然气、煤炭、石油在内的“组合式”过渡能源。
    “过渡能源”的含义，不仅是指这些能源利用在排放上要符合清洁、低碳的要求，更重要的是，在利用方式上要更具“灵活性”，使其能较好的与未来能源系统“兼容。因为以可再生能源为主导的未来能源系统中，“系统灵活性”是最大的稀缺资源，因此，越大越好的传统利用方式要“有节制”的发展，以降低未来成为“搁置资产”的风险。这些过渡能源组合中的能源品种，在满足低碳清洁的条件下，能够以具有竞争力的成本提供“灵活性”的能力越强，则在能源转型进程中的生命周期越长。此外，作为过渡能源，应该有利于改善我国能源安全状况。
    从上述前两个标准看，天然气显然是作为过渡能源的最佳选择。相对于其他化石能源，天然气不仅相对“清洁”,而且从利用方式上，兼具集中式和分布式特点，是化石能源系统向可再生能源系统转型的最佳桥梁。但从我国实际情况看，天然气作为过渡能源存在两个不足：一是天然气价格缺乏竞争力，影响市场渗透率；二是从我国目前天然气勘探开发情况看，天然气份额的快速提高将大幅增加我国能源对外依赖度，不利于能源安全状况的改善。因此，从必要性和可能性考虑，天然气作为过渡能源，将有一个适度的份额，但不宜过度依赖。
    核能作为“无碳”能源，成本具有一定的市场竞争力，是我国能源转型进程中过渡能源的较好选择。但从未来能源系统特点和要求看，核能在过渡能源组合中的地位，根本上取决于其供能的“灵活性”程度。
    综合考虑清洁低碳、经济性、灵活性和能源安全等要求的情况下，天然气和核能近中期可能也难以完全“承担”过渡期职责的情况下，煤炭与石油的清洁利用应作为一个退而求其次的选择。当然，即使是天然气，同样存在进一步清洁利用问题。这些清洁能源利用技术的进展和商业化时间，将不仅影响过渡能源“过渡期”的长短，而且决定各过渡能源品种的相对地位。比如，如果二氧化碳的资源化利用技术能够实现规模化推广和商业应用，解决了目前化石能源系统二氧化碳大规模排放问题，则煤炭、石油和天然气均可成为“无碳”能源，这将对未来能源结构发生重大影响。此外，核聚变技术的研发和工业化进展，将不仅影响目前的核能利用方式和寿命，而且对未来能源转型方向和路径产生不可忽视的影响。