对全球能源转型与数字化融合的展望

李鸿

摘 要：本研究以能源转型和数字化为主题，基于可持续发展、能源经济学、低碳经济、能源替代等理论，引入国际政治经济学视角，对能源转型以及数字化融合趋势进行分析。通过对比美国、中国、日本、中东国家等全球几大主要经济体的能源转型措施，得出我国可借鉴的经验。从国家和企业层面对能源转型与数字化提出路径建议：①明确未来走可再生能源的道路；②根据现实情况选择过渡能源；③加大对科技创新和数字化的支持力度；④抓住大数据机遇，推动企业业务和商业模式创新。

关键词：能源转型；数字化；低碳经济

中图分类号：F49    文献标识码：A 文章编号：1005-6432（2023）34-0195-04

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2023.34.195

1 研究背景

能源是人类正常生产生活的必要保障，如今已与人们的生活深度融合、息息相关。从世界能源发展历程来看，人类利用能源已经经历了两次成功的转型：第一次转型是从粗放、简易的木柴到稳定的煤炭，时间节点大约在18世纪80年代，这时煤炭在一次能源中的比重超过了薪柴，人类真正进入了煤炭时代［1］。蒸汽机此时也应运而生。第二次转型为从煤炭到油气，20世纪60年代石油比重超过了煤炭，真正完成了第二次能源革命，即从煤炭时代过渡到石油时代［2］。内燃机在第二次能源转型中起到了非常重要的作用，人类正式进入“油气时代”，生产更高效、快速，大大解放了生产力，促进了社会发展。两次能源改造都展示了能量浓度的持续增长，能源形状从固体转变至液体和气体，以及从高碳到低碳的能源品质进步趋势和模式。随着人类文明越来越进步，对能源的认知已和往日不同，鉴于资源匮乏与分布不均、环境污染、气候变暖、物种减少等一系列问题，人们对能源清洁、低碳甚至零碳的要求也越来越高。像太阳能、水能、陆海风能、核能、生物能、地热以及氢能等新能源，不仅拥有清洁和零碳排放特性，在成本方面也更具优势。因此，全球能源消耗结构中，新能源的应用量和比例在逐渐增加。这也进一步推动了能源产业向低碳、无碳和可持续绿色转型的势头，学界认为第三次能源转型很可能是以新能源替代化石能源［3］。

电力化的能源使用是能源使用模式未来的发展方向。随着储能技术的持续优化和太阳能及风能发电技术的稳定升级，电力化正在逐步成为全球不可阻挡的趋势。我国在“两个减排文件”中强调了发展清洁低碳电力的重要性。电能在清洁性、高效性、便捷性和适用性方面要优于传统化石能源，是终端能源消费中最有增长潜力的能源品种。根据计算，当终端能源消耗中电能的占比（也就是电气化率）增加1%，我国的单位GDP能耗就有可能降低2.4%。我国现代化进程加速，用电需求增长迅速，使得终端电气化水平从2005年的14.5％增长到了2018年的25.5％，与OECD国家的平均水平相当［4］。有研究预测，2025年、2035年和2060年我国终端电气化率将提升至32％、41％和66％。鉴于电力行业碳排放量巨大、电能将成为支撑社会发展的主要能源，电力低碳转型将是我国实现碳中和目标的突破口和主要驱动力。

人们对能源需求的不断增加，推动了所有能源技术的创新和颠覆性变革，这些新兴的技术也会反作用于甚至改变人们的生活方式和经济模式。根据世界经济论坛的研究数据，数字技术有潜力使全球的二氧化碳排放减少15%。此外，许多国家在制定气候改变战略时都明确提出，如欧洲的绿色新政策和日本的绿色发展战略等，都将数字化视为推动绿色低碳过渡的工具。伴随着工业和信息技术的密切结合，能源领域和数字化的加深融合，让数字技术在能源系统中的运用更为广泛。在当下的能源产业中，新能源领域的技术正在快速发展，除了传统的化石燃料如煤炭、石油，各种多能源协作、智能互联已经成为能源行业创新的重要趋势。数字技术在能源行业的研发、生产、运营管理、能源消耗监测、风险预警和客户服务等所有方面的深度应用和融合，正在引导着能源行业经历一场大规模的改变和重塑。

2 文献综述

2.1 对能源转型的研究

“能源转型”的概念最早出现在1980年德国的一篇报告中，目前，学术界对能源转型的内涵仍然没有统一的定义和标准。Smil曾经指出，能源模式的变迁有一个明显的标记：新能源在总能源消费中占有5%的份额时，表示能源变迁已经启动；当新能源的占比超过50%或者占据最大的份额时，说明变迁已经完成。很多学者一致认为，能源变迁最终体现的是消费能源方式的改变。观察全球的主导能源，可以分析出能源变迁的三个步骤：从以柴薪为主的时期变为以煤炭为主的时期，再从以煤炭为主的时期变为以石油为主的时期，最后从以石油为主的时期变为以可再生能源为主的时期。大部分学者都认为目前全球仍处于石油时代，正在第三次能源转型进程中。

学术界关于能源转型的研究主要集中在能源转型的内涵、能源转型的规律、能源转型的影响因素、能源转型的效果四个方面。我国有学者将能源转型的内涵扩充为能源安全、能源效率、能源政策、能源價格等部分。从政治经济学的角度来看，全球能源转型也具有政治、技术、管理和商业四方面内涵。有学者认为能源转型有四个基本规律，其中技术进步是能源转型的关键驱动力，尤其是高效储能技术。也有学者认为碳密度降低和热值提高是能源转型的两条主要线索。能源转型的影响因素包含环境与政策、经济可行性、技术等方面，其中，技术贯穿能源转型的始终，也与能源安全紧密相关；经济可行性决定转型结果；环境与政策对能源转型起到强大的引导力。同时，世界能源格局的空间、地域不均衡是内部驱动力。全球政治格局也对全球能源产生了重要影响，大国博弈和地缘政治角力加剧，西方对俄罗斯、伊朗和委内瑞拉的制裁正对世界油气供应造成越来越大的破坏，增加了全球能源转型的压力。能源转型产生了诸多正向影响，对产业发展、经济效率改进、可持续发展等方面具有推动作用。前两次能源转型不仅深刻影响着全球工业化和城镇化甚至地缘政治格局，而且带来了能源生产和消费的根本变化。还有学者发现收入水平越高，第三次能源转型对经济增长的正向影响就更为持续和显著。

2.2 对能源与数字化融合的研究

随着工业化与信息化、能源革命与数字革命走向深度融合，我国学术界也已开始进行初步的理论研究。数字化可以有效助力能源生产加速清洁化、促进能源高效利用、催生新兴市场主体等。全球油气等行业的智能化、数字化总体还处于起步阶段，能源数字化转型中遇到了诸如数字化和碳减排的协同水平不够、数字化人才和数字基础设施建设不足、能源安全、数字孤岛等问题。以企业的角度考虑，未来的能源公司必须依靠数字转型对能源价值链进行深层次的重塑。在这个数字化转型的过程中，能源企业应从强化数字人才引进培养、加强能源新基建、坚持创新引领三方面加快能源企业数字化转型，推动能源产业可持续发展。还有学者提出要重视企业数字化转型的战略规划和路径方案设计，大力推进生产环节智能化提质增效等。从行业角度来看，未来能源领域的数字化转型应着重于资产全生命周期的数字管理、协同作用的生态系统和新兴商业领域，以推进能源领域数字化的发展。

2.3 文献评述

综上所述，前人关于能源数字化转型的研究非常有价值，值得借鉴。但是也有以下几点不足：第一，少部分学者对企业转型案例进行了研究，但选取的都为我国大型电网企业（如国家电网、南方电网），忽略了技术密集企业、能源服务商和能源产业链中的其余角色。第二，目前学术界的研究仅提出数字化改革可以努力的方向，较少提及对于企业来说切实可行的商业模式和技术路线以及未来发展趋势的详细预测。第三，现有文章较多从我国“双碳”目标来引入我国数字化转型的历程、挑战等，较少从全球视角来看待能源数字化转型。第四，虽然已有学者在文章中指出能源转型等事件会影响政治关系等，但并未延伸讨论，目前较少有学者使用国际政治经济理论来讨论能源转型和数字化融合。

因此，本研究的创新点在于将拓宽研究视角，对全球几大主要经济体进行对比分析，指出我国可借鉴的方面。本研究将引入国际政治经济学理论，对能源转型和数字化融合可能带来的影响进行分析，并对数字化融合趋势进行较为全面的预测。此外，对我国能源相关企业的数字化转型提出更有价值的商业模式和路径建议。

3 主要国家能源转型对比

全球能源转型一直在发展之中，由于资源禀赋、经济发展、体制机制、技术水平等的不同，国家间的转型历程存在很大的差异。文章将重点关注美国、德国、日本、中东国家和中国的经验成就及存在的问题。

3.1 美国

作为世界第一大经济体，300年来美国能源消费量扩大了近400倍。石油危机促使美国能源政策的核心转向“能源独立”。为了实现能源独立，美国将目光放在开发新能源、研发新能源技术、调控市场和扩大供给。自2009年以来，美国能源部资助了有关太阳能、清潔发电技术、清洁燃料、能源存储技术、碳捕捉技术和建筑节能等数百项研究项目，为世界能源技术进步做出突出贡献。2000年美国化石能源占一次能源的比例为85%，而到2020年该比例降至79%。美国能源转型是在能源独立基础上不断推动能源系统清洁化，由此可见，美国将可再生能源、核电、天然气和CO2零排放的燃煤电厂都定义为清洁能源，且其转型倾向于能源清洁化利用，但不苛求可再生能源比量的100%。美国化石能源充足，基于此资源，美国将天然气和核能作为过渡能源，以顺利推进能源转型。

3.2 德国

德国由于缺乏资源优势，石油和天然气对外依存度超过90%。20世纪90年代，德国试图通过可再生能源的发展缓解能源安全问题。21世纪初期德国提出实现可持续发展是能源政策的第一要义，目标为“能源安全、经济效率、环境可承受”。德国能源转型的核心是可再生能源，能源效率的提高是辅助措施。2000—2019年，德国可再生能源发电比例增加了36%，提前实现了2020年的目标。其研究主要集中在如何提高分布式能源的利用效率、提高可再生能源消纳的稳定性和灵活性、扩大能源领域的合作。德国能源转型的成功主要得益于三点：第一，发展高效风电和生物质能的再利用；第二，智能化和自动化的管理系统、新材料的开发利用以及各部门效率提升；第三，能源系统的智能化和集成化。

3.3 日本

作为发达国家中能源自给率最低的国家，日本能源转型的重点在于通过技术优势弥补资源劣势。在能源供给方面，寻求能源种类的多样性，例如海油、气等资源的勘探和可燃冰的商业开发等。自2011年东日本大地震以及核事故发生以来，其一直在努力减轻影响。在技术供应方面，推动煤气化联合循环发电系统、燃料电池发电系统、碳捕捉与封存。在能源需求方面，将氢能规模化利用作为重要抓手，大力推动氢能产业链的发展。日本着力构建“氢能社会”，并计划在2050年构成零碳氢源。目前，日本在氢能和燃料电池的技术专利申请领域遥遥领先，已经开始在商业上推广燃料电池汽车和家用燃料电池。

3.4 中国

作为世界第二大经济体、人口第一大国，中国面临着人口、资源、环境、发展等诸多问题。虽然煤炭仍然占主导地位，但在国家政策的大力支持下，目前中国风力、光伏发电产业不断扩大规模；进行供给侧结构性改革，调整能源结构；拓宽电力应用领域，供冷系统、电动汽车和数字化大力发展。中国能源转型面临的主要问题为：

（1）对于石油、天然气等传统能源的进口依赖使中国在能源安全领域容易受到国际关系震荡、全球市场价位动荡、地理政治事件等因素的牵制，进而可能对我国的内部经济和社会稳定带来影响。未来需求将越来越大，挑战也将越来越多。

（2）中国已经宣告了“双碳”目标，但是针对当前的环境状况，中国正面对着巨大的碳排放减少压力。由于受限于资源分布和全球能源市场的约束，中国目前以及在将来的一段时间内，对于煤炭的需求依然迫切。此外，随着中国经济社会的连续发展，其能源需求会持续上升。

（3）可再生能源比重较低，综合利用效率不高。

（4）能源效率较低。

（5）能源管理体制无法适应能源转型的要求，电力系统运行机制无法适应可再生能源发展的要求。长期以来，我国电力市场的特点是全国的市场被划分为多个省级市场，这些市场自给自足，各自为政，并比较封闭。然而，在各个地区之间，我国的电力供需存在着重大的不平衡，东部地区电力需求集中，发电站也集中于此，但是无法满足供应需求；对照西部地区，电力负荷相对较低，化石能源和可再生能源丰富，但是电力供应却大于需求。受到当前电网结构和布局的影响，西部地区风电、水电等可再生能源的并网能力严重不足，现有的省级电力市场模式和计划调度系统导致无法在本地消费的电力进行有效的跨省调度和交易。

（6）市场价格机制尚未形成，并且经常只将开发成本纳入考虑，却对其稀有性和环保成本视而不见，因此价格无法真实反映其实际价值，这也造成了价格的失真，阻止了市场在优化资源配置上的功效。这种普遍偏低的能源价格引发了能源资源的大量浪费、降低了能源效率，并恶化了生态环境等诸多问题。

中国能源转型的趋势可能为：第一，可能直接跳过石油时代，直接从煤炭时代跨越到可再生能源时代；第二，分产业能源效率的提升。目前，中国极力推进能源转型，但是一系列储能技术和智能化电网的难关还未突破，这也是全球正面临的共性问题。

4 启示与建议

4.1 明确未来走可再生能源的道路

需进一步明确中国能源转型的方向最终是迈向可再生能源时代，本着实事求是和行之有效的原则，我们需制定对应的能源系统规划和进度计划。针对可再生能源技术的熟悉程度、设备的规模以及发电的成本，需要适当调整政策来为其提供支持。我们必须结合全额保证购买以及绿色证书的交易等制度，构建清晰、合规且透明的补贴退出和缩减机制。同时，提前公布补贴的减少和退出的时间表，为市场明确预期，倒逼可再生能源企业主动提升技术和管理水平，有效降低成本。在偏远地区和农村以及独立社区建设分布式可再生能源示范项目，此外，如何让化石能源逐步退出，涉及工厂、大量发电机组与劳动力，这也是需要考虑的问题。

4.2 根据现实情况选择过渡能源

中国天然地理条件为富煤、少气、缺油，目前仍在煤炭时代。从资源配给、环境承载力以及能源安全等全面因素考虑，中国在转型期间应重视煤炭和天然气作为主要过渡能源的位置，通过科技创新和政策干涉逐步推动煤炭清洁高效的应用，发展像智能煤礦等诸多方面；并通过积极推动国家管网公司的成立、改革现有的单一授权运营体制、加大对非常规天然气（如页岩气、煤层气、致密气、深水天然气）等领域的科技创新和政策支持力度等措施，提高天然气在一次能源消费结构中的比重。

4.3 加大对科技创新和数字化的支持力度

纵观全球能源转型，离不开技术进步和数字化创新融合。当前，世界已进入后数字化时代，大数据、AI智能、物联网等前沿信息技术快速崛起，科学技术正以它的方式重塑全球竞争格局，成为影响能源格局的重要力量。国家要加速数据中心建设，提高我国天然气产业的智慧化程度；煤炭、油气、电力等不同能源细分产业需根据其特定需求和发展条件，多元化探索数字技术应用和推动传统产业数字化转型；加强与国际的合作，突破可再生能源、储能方面的瓶颈。在科技领先的方式上，要强化技术的传递和输出；在跟踪科技发展的方式上，需要及时监控和学习国际最新的成果；在并行发展的方式上，鼓吹合力进行研究合作。另外，应加速科研人才的培养，创设优秀的科研环境。能源安全问题也需引起高度重视，需要开辟能源数据安全的核心技术攻坚，在数据密码化、算法、保护、备用、传输等方面掌握关键技术，以提供能源系统安全运行的有力科技保障。

4.4 抓住大数据机遇，推动企业业务和商业模式创新

公司应当运用数据搭建相互关联、高智能、整合的管理平台，从而实现公司内部数据探索、数据共享以及数据流动的联通。要结合能源企业所在领域的技术发展趋势，根据企业实际稳步推进企业技术创新。例如，能源生产环节的先进风电光伏、负碳生物质能、清洁高效灵活煤电、地热能等技术；能源传输环节的智能电网、多能互补等技术；能源储存环节的多种类型储能技术；能源消费环节的综合能源利用、需求响应、虚拟电厂、电能替代等技术。能源与生存各个领域息息相关，并在不同行业和区域中具有高度透明度，以能源为核心进行商业模式探索有许多跨领域创新的可能，为与能源相关的公司提供了充足的实践机会。随后的能源商业模式将更多地受到数据和电子技术的推动，而且持续向低碳环保、高效使用、分散性等方向进步。公司在未来也将更加依据消费者需要提供相关产品和服务，从而实现企业运营和商业模式的创新。

参考文献：

［1］熊倩.中国煤炭产业发展现状与趋势［N］.中国石油报，2010-02-04（4）.

［2］丁永霞.中国家庭能源消费的时空变化特征分析［D］.兰州：兰州大学，2017.

［3］邹才能，赵群，张国生，等．能源革命：从化石能源到新能源［J］．天然气工业，2016，36（1）：1-10.

［4］中电联.中国电气化发展报告2019［R］.北京：中国电力企业联合会，2020.