基于社会—技术系统转型分析的智慧电网发展障碍及路径研究

聂 龑，吕 涛

(中国矿业大学管理学院，江苏 徐州 221116)

基于社会—技术系统转型分析的智慧电网发展障碍及路径研究

聂 龑，吕 涛

(中国矿业大学管理学院，江苏 徐州 221116)

本文基于社会—技术转型理论，首先从宏观环境、中观体制和微观利基三个层次分析了中国电网向智慧电网转型的关键要素及机制，并据此将电网转型分为宏观压力强化、多利基涌现、优势利基成长、新体制确立四个阶段；然后从电网安全、电网结构演化、政策引导和市场消费者习惯四个方面分析了电网转型存在的障碍，提出了突破电网转型障碍的四种路径：运行安全、管理智能、使用智能和绿色电网。最后，从加强政策引导和电网监管提出了加速电网转型的建议。

智慧电网；电网转型；社会—技术转型理论

现今环境恶化严重、雾霾天气频发、煤炭产能严重过剩，中国对其自身的能源革命和能源转型的要求达到前所未有的迫切程度。《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中明确指出中国未来五年内的能源规划重点集中在建立高效智能的电力系统、推广煤炭清洁利用和储能设施建设、发展分布式可再生能源发电[1]。由此可见，化石能源清洁利用和非化石能源的规模化发展是未来能源革命的主攻方向，这也决定了基于非化石能源发展的电网转型在能源革命和能源转型中的重要地位。虽然近年来中国电网转型步伐较快，但仍面临种种问题，如：电网基础设施不适应新能源发展的要求、电网转型的战略规划和有效政策的缺失和电网安全等。

1 文献综述

社会—技术系统可持续性转型研究在近年来受到了学者的广泛关注，尤其针对电力系统的转型研究[2-3]。Yücel认为荷兰电力系统的压力来自于紧缩的碳税和环境挑战，并利用ElecTrans模型对能源供给进行仿真预测，探索出可行的低碳发展道路[4]；吕涛总结了国外关于社会—技术系统转型的实践经验，为中国电力能源转型提供有益启示[5]；薛奕曦发现中国替代燃料汽车的发展依赖技术和社会的协同创新[6]。基于多层次转型理论，很多研究中均提出政策干预是控制电网体系转型的重要手段[7-8]，尤其是政府主导的电网转型更依赖政府政策支持和干预[9]。此外，董朝阳提出了更加坚强更加智能的“能源互联网”来丰富电网转型的研究[10]；曾鸣构建出横向多源互补和纵向“源-网-荷-储”协调的能源互联网运营模式[11]；严太山以电网为枢纽，综合电气化交通网、天然气网、热-电联合等系统构建出较完善的能源互联网模式[12]。

本文借鉴发达国家在电网系统转型方面的研究成果和实践经验，以面向可持续性的社会—技术系统转型理论为分析基础，探索中国电网系统转型的内在规律，分析现有电网体制在转型过程中遇到的发展障碍，构建出现阶段电网体制内主体间的相互作用路径；并基于现有的发展障碍和转型路径理论，分析中国电网转型的四种路径，为未来中国电网系统的发展提供借鉴。

2 面向智慧电网的社会—技术系统转型分析

社会—技术系统转型是实现某种社会功能的社会—技术系统的根本性变化，这种变化涉及面广，包括技术、原料、组织、制度、政治经济结构、社会文化等多个维度的变化，往往需要经历很长时间[13]。在转型过程中，新的产品、服务、商业模式、组织形式、制度体系的出现，部分或者全部取代已有的产品、服务和商业模式等[13]。在多个社会—技术系统转型理论框架中，Geels基于演化经济学、社会网络理论、制度经济学等提出的多层次视角研究框架影响最大[14]。基于多层次研究框架，本文从宏观环境、中观体制和微观利基三个层次入手分析现阶段中国电网系统中的关键要素，并且定性中国电网所处的转型阶段，提出智慧电网发展存在的机遇和障碍。

2.1 宏观环境

宏观环境是指影响社会—技术体制和利基发展的外部环境，包括政治、经济、社会、文化等因素，宏观环境的变化一般非常缓慢，一旦发生变化，会对现行体制产生压力，同时为创新性利基的呈现、发展和集聚提供机会[15-16]。现阶段中国的电网体系以政府主导，燃煤发电为主体，尚未形成完整的售电市场；风电、光伏的消纳率较低，2015年全国平均弃风率达到15%，西北部分地区平均弃光更是高达30%[17]；电力信息不够联通，储能电站和电动汽车的数量严重不足，且电动汽车数量与充电桩数量不匹配。这些外部环境会对现存的电力系统施加转型压力，促进中国电力系统的智慧转型，其中环境压力和电网升级转型需求是压力产生的最大方面。

(1)环境压力激升。随着绿色、低碳经济概念的深入普及，以及“十面霾伏”带来的生存压力，人们的环保意识迅速增强。李克强总理在2016年的能源工作会议上重点指出，重拳治理大气雾霾要减少燃煤排放和机动车排放、提高洁净能源比重，并加强煤炭清洁高效利用[18]。在此宏观背景下，传统燃煤发电产生的粉尘颗粒和汽车排放的尾气被当作雾霾的重要“元凶”，这给现存电网系统带来了洁净化转型压力。

(2)电网升级转型需求迫切。近几年，电网转型要求发电侧去产能，进行能源结构优化，建设能源调控平台；对于用电侧要求开放市场，建立多方参与平台；输电方要加快新能源配套输电通道建设；储能方要加快蓄能电站建设，增加充电桩数量。未来几年是电网全面转型升级的重要战略机遇期，中国必须考虑能源战略安全，拓展可再生和清洁能源，培育和发展电网新产业，促进电网系统优化升级[18]。

2.2 中观体制

中观体制是社会—技术系统发展过程中形成的由社会—技术系统中占主导地位的用户偏好、产品、技术、组织、规制、标准、知识等构成的高度关联的稳定结构[15]。中国现有的电网系统仍具有较强的稳定性，社会技术体制的稳定性由三类相互联系的要素共同决定：行动者和社会集团网络；指导行动者的规范、意识和规则；原料、技术、基础设施等[16]。社会—技术体制一旦形成，就具有路径依赖和技术锁定的特点，使其体制在短期内难以改变，结合上述三类要素分析现有电网系统的社会—技术体制要素，如图1所示。

图1 电网的社会—技术体制

中国电网的社会—技术体制不仅包括电网本身及智慧电网体现的技术水平，还包括行业标准、市场消费习惯、电网运行模式、电网基础设施、政策法规、科技研发、文化影响和投资补贴。这些都是影响中国现行电网社会技术体制稳定性的关键要素，它们之间相互联系，互为依赖。根据每项要素的属性特征，将其划分为4个类型：电网安全，电网结构演化，政策引导市场消费习惯改变。

中国电网系统中存在政府、银行金融、媒体、科研单位及高校、零部件制造商、消费者、发电商、输电商、配电商、储电商以及智能监控及维修11个主体，并通过电网的发、配、输、用四个子系统相联系，彼此交互作用构成一种以电网主体为映射的社会网络，其主体间的具体行为又与社会—技术体制内的8大要素紧密联系，如：行业标准、政策法规均由政府制定的；投资和补贴由政府制定规则，银行金融行业按规则进行资金扶持；零部件制造商同发电、输电、配电和储电商相互协作形成行业结构和电力基础设施；科技研发和文化影响来自于媒体、科研单位和高校之间的相互作用；消费者的日常消费习惯主导电网市场的发展。

2.3 微观利基

利基是满足特定市场需求的创新企业、创新技术或创新产品，利基的呈现和集聚会对现有体制产生压力，但是由于现有体制的稳定结构，利基的扩散往往面临重重阻力[19]，可通过示范项目分析微观利基。示范项目都是在政府引导下的进行的利基实验，用来测试企业、技术和市场的发展程度。中国从2014年开始逐步构建了智慧电网示范项目，如：苏州工业园区试点，南京示范项目和扬州示范项目等。

创新利基分为技术利基、产品利基、市场利基。技术利基是经过生产研发和示范运营而形成的前沿技术，包括：智能电表技术、可再生能源发电和储能技术；产品利基存在于智慧电网的衍化产品中，包括：充电桩和家庭式储能装置；市场利基包括智能建筑物和电力交易市场。中央和地方政府以财政补贴和科研投入作为主要激励措施，为智慧电网系统发展提供支持。创新企业包含大部分的电网行为主体，如发电企业、配电企业。

微观层级的创新性利基能够吸引更多的主体加入社会网络，促进配套设施等支持性要素的功能升级，并确定占主导地位的电网技术[19-20]。创新利基逐渐累积会突破微观层，进入中观层，同现行体制竞争，形成自下而上的创新利基推动力[20]。但目前中国微观层级的电网系统创新性利基发展不够稳定，指导主体行为的政策法规不够具体，占主导地位的智慧电网管理技术也未完全确定，这些都会影响创新利基的发展和成熟。

2.4 电网转型机制

根据上述分析，本文将电网转型分为四个阶段：宏观压力强化阶段、多利基涌现阶段、优势利基成长阶段以及新体制确定阶段。这四个阶段依次推进、相互协调，形成连贯的转型战略，完善了电网转型机制的建设。

在电网转型初期，宏观环境的变化对传统电网体制产生压力，也为利基发展提供机遇；体制中的市场用户习惯、标准、政策、文化和技术水平五大要素都与传统电网系统相互关联，形成统一的稳定结构，市场和用户都习惯于传统电网运行模式，电网标准和技术水平都与传统电网相契合，文化和政策也针对传统电网；但微观层已经出现较多利基，如：可再生能源发电、电动汽车和智能电表等，它们通过学习逐步成长并且明确发展方向。电网转型初期包括两个阶段，宏观压力强化阶段和多利基涌现阶段。

中国电网转型已经经历了初级阶段，即将进入优势利基成长阶段。在此阶段，宏观环境对现有电网体制产生了一定程度的压力，压力逐渐变大且呈现出突破之势；中观体制中智慧电网系统已初现雏形；相关技术也已进入科研攻关阶段，政策、标准和技术三要素持续影响消费者，使其习惯发生转变；微观利基逐步发展，各省市规划智慧电网示范项目，两大国家级电力交易中心也宣告成立，智慧电网基础设施的资源配置能力不断提高。

最终，智慧电网将会进入新体制确定阶段，创新利基与原有传统电网体制抗衡，传统电网体制的稳定结构被打破，与利基融合或被淘汰，智慧电网体制得以重构；新的社会—技术体制形成，智慧电网的标准、政策和技术都得到确立，市场和消费者适应了智慧电网的运行模式，进而影响文化重心的转移，并反作用于宏观环境，形成稳定的发展空间。

3 面向智慧电网的转型障碍

结合上述电网社会—技术体制内的关键要素，从指导行动者的规范、意识和规则角度出发[20]，分析当今中国电网转型所面临的主要障碍，明确障碍之间内在的反馈机制。

3.1 电网安全

(1)智慧电网相关新技术推广缓慢。社会—技术转型理论起源于技术变革研究，强调技术的创新对于转型实现具有重要意义。目前中国智慧电网虽然即将进入优势利基成长阶段，但可再生电力消纳、储能电池设计和智能家居等核心技术创新程度依然较低；部分关键零部件依赖进口；很多先进设备距离商业化仍有距离。技术革新不仅影响整体电网的智能化转型速率，还影响产品的质量和价格，导致消费者风险感知程度加剧，从而降低对政府的信任程度。

(2)智慧电网基础设施建设不足。基础设施是支撑智慧电网发展的关键要素，要素之间的互补性是复杂电网体系保持稳定的主要原因。纵观国内电网基础设施：充电桩数量和建筑物智能发电装置少，热、冷、电一体化通道尚未构建，分布式发电和储能设施不完善等。因智慧电网设施使用程度较低，消费者不愿参与电网体系转型，其转型缺少动力。

3.2 电网结构演化

基于现有国情，中国电网转型迫在眉睫，但电网系统存在的惰性及资金限制成为影响电网结构调整的关键原因。

(1)电网系统内在惰性。中国现行电网系统中发电端由传统燃煤主导，电网技术和输电方式都与传统发电形式相适应。建筑物未配备智能发电、储能和冷、热、电一体设施，不具备智能电力调节功能。这些都是电网的惰性，它们挤占大量空间，给电网转型带来巨大挑战。

(2)利益博弈。智慧电网技术的扩散存在一个重要前提——权衡各方利益平衡。可再生能源发电与传统燃煤发电之间存在利益博弈，在全国电力需求不变的前提下，提升可再生电力配额必导致煤电利益受损；若燃煤电厂不进行技术升级也将丧失原有的主供电地位，这两点均损害了传统燃煤电厂的利益，阻碍可再生能源电力在全国范围内推广。而电力企业、地方政府间的利益博弈，也造成了区域分割和资源配置的利益矛盾，影响了智慧电网的整体发展。

3.3 政策引导

政策引导一直都是新型事物发展的“催化剂”，尤其是智慧电网这类大型事物更需要国家政策为其发展提供保障，但现阶段政策法规的缺失和资金不足成为影响电网转型的两大因素。

(1)资金限制。虽然智慧电网已经进入项目示范阶段，可再生能源发电也已日渐成熟，但是实现电网智能化还需要较长的市场培育期，电力企业仍然需要投入大量的资金用于技术研发和传统设备改造。因此在相当长的一段时间内，智慧电网将面临持续、大量的资金投入，并且这种投入在短时间内较难获得回报，这导致智慧电网各方面存在不同程度的资金不足问题。

(2)支撑智慧电网发展的相关政策法规缺失。中国虽然公布了很多关于智慧电网的政策法规，但这些政策缺乏对智慧电网的激励机制和行业标准。激励机制可以促进用户参与电网转型，提供转型动力；行业标准可以提供智慧电网衡量准则，规范电力市场。

3.4 市场消费习惯改变

用户在已有电力市场氛围中形成了较为固定的消费习惯，这些习惯反映了市场惯性和用户偏好，不仅会引导用户行为，还会影响智慧电网的规模化发展。主要偏好包括以下两点：

(1)价格偏高。价格是影响中国多数用户选择电力种类的重要因素，如果电网智能化会导致电力资源价格上升，这将严重影响智慧电网的发展。此外，价格因素还体现在电动汽车的售价方面，新能源汽车处在发展初期，尽管有政府补贴，但价格依然高于同档次的传统汽车，这也严重抑制了用户对新能源汽车的选择。

(2)用户对智慧电网接受程度不高。传统电网为用户提供了稳定安全的用电环境，如果进入智慧电网时代，用电不能确保安全便捷，这必将严重影响智慧电网的发展。目前由于充电桩安置数量少，新能源汽车出行便利性差，而且基于智慧电网的冷、热、电一体化设施和家庭式发电、储能装置都没有得到用户的认可，这些都会影响智慧电网实际推进速度。

上述影响因素之间形成复杂的互馈机制和动态联系，众多闭合因果机制难以有效破解，维持了现行电网系统的稳定，但政策标准、投资补贴和技术投入都对现有的稳定系统起到正向推进，影响电网行业结构调整、基础设施设置，进而影响用户的选择，从总体上加速整个电网转型；但是电价和传统煤电都对抑制电网转型，在一定程度上影响用户决策，降低电网转型速率。具体动态联系如图2所示。

4 面向智慧电网的转型路径

社会—技术系统转型存在四种转型路径：改革路径、技术替代、重构路径和分裂-重置路径[20]。根据中国电网存在的四大转型障碍，划分出四个转型重点：电网安全E1、智能管理E2、市场消费习惯改变E3和环境问题E4，再结合四类转型路径，提出中国智慧电网转型的四种路径(见图3)。

4.1 电网安全为主的转型路径

本情景以保障整体电网安全为转型目标。第一阶段是改革，从政策实施入手，为涉及电网安全的行业制定出标准，如《能源监管条例》，这是最为温和的转型路径。第二阶段是技术替代，试图通过技术提升来适应环境压力。这一阶段的转型不仅需要完善电力监督体系，还需要利用电网管理系统定位故障、安排维修、设计规避路线。通过这两个较为温和的转型后，电网变得更加安全，但是并未彻底改变原有的电网供能主体，此路径针对物理层进行转型。

图2 电网要素的因果关系图

图3 智慧电网转型升级的路径分析

4.2 智能管理为主的转型路径

本路径强调电网的智能管理。第一阶段仍是改革，通过相关的电力政策支持，如：《可再生能源全额保障性收购管理办法》和《国家重点研发计划智慧电网技术与装备专项实施方案》，以及建立开放的投资平台等行为，来规范电力市场，为下一阶段的重构提供实施平台。这一阶段的行动主体是政府、发电企业和金融行业，三者共同协作支撑智慧电网投资系统，达到积累社会资本和规范投资市场的目的。第二阶段进行重构，实现现有体制与成熟利基的融合，达到体制重构的目的。这一阶段属于较为激进的转型过程，现有电网实现体制重构后，拥有健全的智慧电力基础设施和相关的电网监督管理体系，此路径针对管理层进行转型。

4.3 市场消费习惯为主的转型路径

本路径强调市场消费偏好的改变。改革阶段通过相关的政策推动电网附属产品特性变革，用以迎合市场和消费者的喜好。第二阶段的技术替代，不仅要实现建筑物电力与热力、供冷系统的多能贯通，满足不同形式间的能源相互协调，提高智能家居的覆盖率，改善智能家居使用的便捷程度；还要增加充电桩的数量，保证电动车稳定的动力供应，并利用技术替代来延长电动车的续航能力，降低车辆成本和重量。第三阶段的重构路径，打破了传统体制，构建出更合理的电力消费体制，此路径针对用户层进行转型。

4.4 环境保护为主的转型路径

本路径强调环境问题。改革阶段通过环保政策为电网系统转型带来压力。第二阶段的技术替代，针对可再生能源发电的精确预测和洁净煤技术的推广，保障能源的利用率。第三阶段经历分裂和重置，多个利基进行竞争，最终最优利基脱颖而出，发展成为新的体制取代旧的体制。但是环境压力过大的情况下，不排除从第一阶段直接跨越到第三阶段的转型可能。舆论评价和煤电发展制约都是影响其激进转型的重要原因。新体制下的智慧电网拥有适量的储能装置，开放的售电终端市场。此路径下绿色发展的电网反作用于智慧电网体系，推动智慧电网向更加绿色环保的方面发展。

5 结论和建议

文章基于可持续性的社会—技术系统转型理论，分析中国电网系统的转型问题。研究结果表明：现阶段中国以燃煤发电为主体的电力系统存在较大的环境压力，需要通过电网各主体间的相互作用进行有效的转型。但是，现行电网的体制要素之间存在的反馈机制和动态联系造成了电网系统的路径依赖和状态锁定，成为影响电网转型的巨大障碍。针对智慧电网基础设施建设不足、电网系统内在惰性、支撑智慧电网发展的相关政策法规缺失和价格偏高等转型障碍，分析其突破方式并结合转型路径理论，提出中国电网系统转型的四种路径，其中运行安全、管理智能、使用智能三条路径的协同演进，分别从用户层、管理层和物理层构建智慧电网，而绿色电网的构建作用于前三条路径推动智慧电网的发展。

分析上述研究内容发现，政府监管和政策引导在中国电网转型中充当着重要角色：首先，环境的自然约束能力不足以快速改变现行电力体制，政府应当制定出相关的环境规制政策，加强宏观层面的政策影响，促进电网体系的转型，避免转型动力不足；其次，政府应制定相关政策推进标杆企业编制出行业认可的电网转型标准和制度，从行业角度有效约束和规范电网转型，指导电网突破现有路径依赖和技术锁定状态；最后，政府应积极调整储能设施、分布式发电和电网技术等相关利基的补贴方式，平衡市场，促进有效的创新技术出现，从技术、市场、产品的角度激励电网转型发展。

[1]光明网.《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要(草案)》[EB/OL].(2016-03-06)[2016-05-01].http://news.gmw.cn/2016-03/06/content_19187914_2.htm?8996.

[2]WEBER K M.Transforming large socio-technical systems towards sustainability：on the role of users and future visions for the uptake of city logistics and combined heat and power generation[J].Innovation，2003，16(2):155-176.

[3]GEELSs F W.From sectoral systems of innovation to socio-technical systems：insights about dynamics and change from sociology and institutional theory[J].Research policy，2004，33(6-7):897-920.

[4]YÜCEL G，VAN Daalen C.A simulation-based analysis of transition pathways for the Dutch electricity system[J].Energy policy，2012，42:557-568.

[5]吕涛,王春玲,王飞.社会—技术系统转型理论及其在能源系统转型中的应用[J].中国科技论坛，2015(10):109-114.

[6]薛奕曦,邵鲁宁,尤建新,毕晓航.面向新能源汽车的社会—技术域分析及其转型推动研究[J].中国软科学，2013(03):78-88.

[7]MAH D N Y，VANDER VLEUTEN J M，IP J C M，HILLS P R.Governing the transition of socio-technical systems：a case study of the development of smart grids in Korea[J].Energy policy，2012.45:133-141.

[8]VERBONG G P，GEELS F W.Exploring sustainability transitions in the electricity sector with socio-technical pathways[J].Technological forecasting and social change，2010,77(8):1214-1221.

[9]YUAN J，XU Y，HU Z.Delivering power system transition in China[J].Energy policy，2012(50):751-772.

[10]董朝阳,赵俊华,文福拴.从智慧电网到能源互联网:基本概念与研究框架[J].电力系统自动化，2014，38(15)：1-11.

[11]曾鸣,杨雍琦,刘敦楠，等.能源互联网“源-网-荷-储”协调优化运营模式及关键技术[J].电网技术,2016(01):114-124.

[12]严太山,程浩忠,曾平良.能源互联网体系架构及关键技术[J].电网技术,2016(01):105-113.

[13]BOELIE Elzen，FRANK W.GEELS，KENNETH Green.System Innovation and the transition to sustainability：theory，evidence and policy[M].Edward Elgar Publishing，2004.

[14]GEELS F.Technological transitions as evolutionary reconfiguration processes：a multi-level perspective and a case-study[J].Research policy，2002，31(8-9)：1257-1274.

[15]GEELS F.Processes and patterns in transitions and system innovations：Refining the co-evolutionary multi-level perspective[J].Technological forecasting & social change，2005，72(6)：681-696.

[16]陈卓淳,姚遂.中国电力系统低碳转型的路径探析——基于社会技术转型思路[J].中国人口·资源与环境，2012，22(2)：62-68.

[17]财经网博客.“弃风弃光”严重，如何走出电力过剩困局[EB/OL].(2016-04-08)[2016-05-01]. http://blog.caijing.com.cn/expert_article-151158-89941.shtml.

[18]中国网.2016年国务院总理李克强政府工作报告(全文)[EB/OL].(2016-03-05)[2016-05-01].http://www.china.com.cn/guoqing/2016-03/05/content_37944298_9.htm.

[19]AUDLEY Genus，Anne-Marie Coles.Rethinking the multi-level perspective of technological transitions[J].Research policy，2008，37(9)：1436-1445.

[20]GEELS F W.The multi-level perspective on sustainability transitions：responses to seven criticisms[J].Environmental innovation and societal transitions，2011，1(1)：24-40.

[21]HOFMAN P S，ELZEN B.Exploring system innovation in the electricity system through socio-technical scenarios[J].Technology analysis & strategic management 2010；22(6)：653-670.

(责任编辑 刘传忠)

Obstacles and Transition Path of Smart Grid：Social-Technical Regime Analysis in China

Nie Yan，Lyu Tao

(School of Management，China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116，China)

Based on the social-technical theory，this paper analyzed the main elements and feedback mechanism of China’s power grid transformation from three levels：landscape，regime and niche.The process of power grid transformation is divided into four stages，including the reinforce of macro-pressure，the emergence of multi-niche，the maturity of predominant niche，the establishment of new regime.Then，obstacles to development are revealed from four aspects：the power grid security，structure evolution of power gird，policy guidance and the habits of market and consumer.Based on the transformation obstacles，there are corresponding to four transition path：the operation security，the intelligent management，the using intelligence and the green power grid.Finally，we provided policy recommendations for China’s power grid development，which government decision-making and regulation would be the most crucial element.

Smart gird；Power grid transition；Social-technical transition theory

2016-07-19

聂龑(1988-)，女，甘肃兰州人，中国矿业大学管理学院博士研究生；研究方向：能源经济管理。

F205

A