每周一书 | 《能源转型：数据、历史与未来》
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能源转型：数据、历史与未来
科学出版社
著：（加）瓦茨拉夫-斯米尔（Vaclav Smil）
译：高峰，江艾欣，李宏达
《能源转型：数据、历史与未来》基于海量的数据、丰富的历史资料，深入解读和分析了全球和中、美、德、日等九大经济体的能源转型过程，给出了能源转型的共性模式和不同时间和区域下的特性模式，为政府、企业、科研机构和社会大众探索现阶段能源转型，设定政策方向、投资方向、科研方向和工作方向提供了很好的参考，让读者能够相当系统地从历史及技术准确的角度来正确理解能源转型。本文简单回顾全书的主要内容。
/ 作者简介 /
瓦科拉夫·斯米尔
瓦科拉夫·斯米尔( Vaclav Smil)，加拿大曼尼托巴大学终身名誉教授,加拿大皇家学会院士，曾在2010年被《外交政策》杂志评选为“全球50位著名思想家”之一,在能源、环境和人口变化、粮食生产和营养、技术创新、风险评估和公共政策等领域开展跨学科研究。他在中国出版有《美国制造:国家繁荣为什么离不开制造业》《材料简史及材料未来:材料减量化新趋势》《能源神话与现实》等口碑之作，比尔·盖茨一直是他最忠实的读者。
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译者序
本书存在的理由
节选 | 各国能源转型：共性与特性
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能源是人类乃至地球生物赖以生存和活动的基础。随着认知水平的提升和科学技术的发展,人类开发和利用能源的方式不断地进步和革新,也进而推动了人类文明和社会的进步和变革。火的发现和利用,使得人类摆脱了茹毛饮血的时代,其可控生产则使得人类从石器时代步入青铜时代,而不断增长的能原需求使得火的来源从木材到木炭再到煤炭等不断改变。蒸汽机的发明、改进和普遍利用带来了工业革命,也使人类进入了现代社会,而蒸汽机这种能源利用方式也逐渐改进为内燃机和汽轮机等。
能源转型是能源生产、消费、体制、技术多元综合演变的过程,贯穿于人类发展的历史长河。早期的能源转型是自发的,依赖于技术和认知的自我进步。而近现代的能源转型则体现出自觉的特点,往往由政府等社会组织通过设置科技研发、产业市场等方面的扶持政策和机制,推进满足设定目标的能源转型。2016年底《巴黎协定》的达成,则打开了世界范围内共同推动以低碳发展为目标的能源转型新局面。
以人为鉴,可以知得失。以史为鉴,可以知兴替。”本书作者,曾被《国外政策》杂志推选为全球最著名的50位思想家之一的瓦科拉夫·斯米尔( Vac lay Smi),基于海量的数据、丰富的历史资料,深入解读和分析了全球和中、美日等九大经济体的能源转型过程,给出了能源转型的共性模式和不同时间和区域下的特性模式,为政府、企业、科研机构和社会大众探索现阶段能源转型,设定政策方向、投资方向、科研方向和工作方向提供了很好的参考。本书的中译名没有采用《能源转型》的直译,而是取用了《能源转型:数据、历史与未来),以更加体现本书的特点和价值。本书原版成稿之时,美国新任总统特朗普还未就职,也还没有出现美国宜布退出(巴黎协定》的情况。这也体现了本书对能源转型做出的“能源系统虽然有些部分正在经历快速的转变,而其他部分却依然保持着惊人的惯性”这个判断的准确性和预见性。
斯米尔教授以客观的事实告诉大家要冷静地看待能源转型,对于小型经济体,能源转型可以快速实现,而大型经济体或全球能源转型则是一个旷日持久的过程,往往需要几十年的时间。不过作者也强调,如今的情况与过去明显不同,未来转型到非化石能源的速度要快得多,这是因为我们的认知、技术和材料基础都是前所未有的。作者也在援引比尔盖茨对加速能源创新的乐观态度时表示,如果能源研发费用大幅增加,这将显著加速全球脱碳进程。作者认为逐步降低人均能耗是更可行的一个路径,建议将大幅提高能源转换效率与逐步降低人均能耗水平结合起来,成为最有力的推动当前能源转型的组合方案。
这个组合方案在中国正在进行的能源转型得到了升华。2014年6月我国从新的高度提出了能源革命,强调“推动能源消费革命,抑制不合理能源消费”,“推动能源供给革命,建立多元供应体系",“推动能源技术革命,带动产业升级”,“推动能源体制革命,打通能源发展快车道全方位加强国际合作,实现开放条件下能源安全”,为我国未来能源的发展提出了纲领性目标。
能源互联网作为能源革命的实现手段和具体形态,正在中国如火如茶地进行中,受到政、产、学、研、金、用多方的关注。能源互联网是以绿色、协调、高效为目标,多种能源协同、供给与消费协同、集中式与分布式协同,大众广泛参与的新型生态化能源系统。在互联网理念、先进信息技术与能源产业深度融合基础上,通过多能协同的能源网络、信息物理融合的能源系统、创新模式的能源运营,实现物质流、能量流、信息流、业务流、资金流的优化配置。
今天的中国,已经是全球风电装机和制造第一大国,也是全球太阳能发电装机和制造第一大国,还是全球电动汽车销量最大的国家,可以说中国正在引领世界新一轮的能源转型,而能源互联网的模式将加速这一转型进程。（高峰）
“转型”一词的一般解释是:从一种情况或行为转变到另种情况或行为的过程。这种解释很直观,非常容易理解,但如果在它的前面加上“能源”二字,理解起来就比较复杂了。众所周知,“能源”本身就是一个很难直观下定义的概念,涵盖了多种多样的状态和过程,也正因为如此,我们有必要对能源转型”这一术语做出进一步的解释。首先,我们要知道能源转型具有多重含义,因为只追踪单一变量的变化会使我们的理解比较片面,因此我们应该从国家和全球的层面上,采取多种不同的方式来追踪能源转型的复杂性。管目前“能源转型”尚无正式的定义或公认的含义,但这一术语常常被用于描述“一次能源供给构成(结构)的变化过程"。这一过程的最重要和最普遍的案例就是从传统的生物燃料(木材、木炭和农作物残留物)到化石燃料(煤和碳氢化合物)的转型。在这次伟大的转型中具体涵盖了:用更低污染的木炭替代木材来取暖的转型;用更方便处理、更清洁的石油替代煤炭作为家用和工业燃料的转型;增加天然气发电、减少煤发电的转型,以及从化石燃料直接燃烧到以火电方式间接利用的转型。
在研究能源供给结构变化时,我们通常会着眼于时间段,即从一种新的一次能源资源的出现,到这种新能源在整个市场中占据大量的份额,或者甚至成为贡献最大或者主导性的供给能源。除了从时间跨度上来关注能源供给的发展之外,我们也应该密切关注转型过程中的绝对量变与质变,因为它们拓宽了能源的实用性,使得那些能源在应用上更灵活、更高效更便利,同时也将降低它们对环境的影响。只有综合以上的各个方面,我们才能很好地理解能源转型的过程。
此外,在研究能源转型时我们还应当关注替代了动物和人类肌肉将次能源转化为机械动力的“新型非生物原动机”的逐渐普及。关注“原动机”让我们明确了一个前沿的概念,那就是——转型是技术创新和资源替代这两大普遍过程的具体分支。如果没有化石燃料的大量燃烧,现代文明就不可能诞生,然而对化石燃料的强依赖却是大气中C02增加的源头,是导致人为全球变暖的主要原因。这也正是为什么在推动能源转型时,我们会重点关注碳减排和化石燃料的替代,提高对无碳可再生能源的依赖程度。
在对全球能源转型和国家能源转型进行研究时,我将会采用上面所提及的所有方法来进行评估。值得一提的是,大型经济体或全球性的能源转型必然是一个旷日持久的过程,因为转型需要技术与基础建设(许多经济学家称之为“锁定效应”或“路径依赖”,我认为这种称法并不太准确),并且转型可能会带来大量不可预见的对社会、经济及环境的影响。资源丰富的小经济体则已经快速地实现了能源转型,想想荷兰或科威特吧。然而,在能源使用的特定类别中,要想让一种新的能源、新的转型或者新的消费模式占据主导地位,或者最终占据全球主要能源需求的重大份额,则需要几+年而非仅仅几年的时间。
因为人们对某种特定能源或原动机的依赖程度越高,这种特定能源的普及和转换程度就越高,与之相关的基础设施就越复杂,价格越昂贵也越持久耐用,因而其替代过程所需要花费的时间也越长。但是这一明显的结论常常被人们所忽视,否则我们对各种新的能源生产或转换装备即将大获成功的预测怎么会一再地落空呢?另外,大规模能源转型内在的渐进属性,也是除了一些不同一般和前所未有的投资、监管活动外,当前可再生能源加速替代化石燃料的承诺在很大程度上没有兑现的关键原因。
一个没有化石燃料燃烧的世界可能是一个理想世界,乐观点讲,人类集体的决心、奉献与坚持会加快我们进入这一理想世界的速度。但实现这一目标不仅需要付出高昂的经济成本与组织成本,还需要坚定的奉献精神和极大的耐心。与过往一样,正在开展的全球能源转型也将花费几十年的时间,现代文明对化石燃料的依赖不会因政府制定的目标而终结。要理解现代文明下的能源前景,首先必须先理解这些能源发展的基本现状,可能没有什么比这个更重要了。这就是这本书存在的理由,这也是一条关键的信息。
亚洲领导者：日本和中国（节选）
日本跟法国和瑞典非常像,都选择核电来降低对进口能源的高度依赖日本在东海村( Tokai)建设的首座商业核反应堆采用的是英国的气冷堆设计:其他的则采用的是沸水堆和压水堆设计,包括柏崎刘羽核电站,这座位于日本海边的世界上最大的核电站建于1985年到1997年之间(七座核反应堆的总装机容量达7965GW)2010年,日本核反应堆的发电量占全国总发电量的份额接近30%(占一次能源总量的份额为13%),但是在2011年,日本东北太平洋地区发生大地震,继而发生海啸,导致福岛核电站发生事故(根据国际核事件分级表,该事故为最高的7级),受此液及他核电站都被关闭(国际原子能机构,2015)。
费舍尔一普瑞也绘制了日本第二次世界大战以后的能源转型图,从上面我们也无法看出趋势的必然性和可预见性(如图3.7)。即便在1973年以前廉价原油进口量暴增,但是煤炭的份额没有出现相应的急速下降(日本还需要煤炭用于发电,以及生产焦炭支持该国庞大的钢铁行业),并且煤炭的份额在1980年到2010年实际上是上涨了(从17%上涨到24%,40%左右的涨幅).此后还在继续增长(在2015年接近27%),这是因为日本需要使用煤炭弥补核电站关停导致的电力损失。相比之下,在1973年达到峰值以后,在2010年之前石油的份额稳步回落,但是受到福岛核事故的影响,石油份额再次上涨10%到2014年的42%。在20世纪70年代,液化天然气进口的增长速度几乎可以匹敌石油进口的增长速度;但是在80年代增长速度下降很多,此后稳步增长,从1995年到2015年翻了一番,占一次能源的份额约为23%。
目前，我们还没有发现什么能源可以马上取代这三种化石燃料。日本的河流较短,无法开发利用大型水电工程,二战结束以后日本水电的份额直在稳步下降,从1946年的接近40%(这个份额高的反常,因为争期间日本能源供应的其他组成部分被摧毁)下降到1960年的15%，2000年以后更是降到了4%以下。福岛事故以后,日本大胆的核扩张计划(到2017年核电份额占40%,2030年占50%)被搁置:目前最大的希望就是能够逐步重启在2011年被关停的43座可以正常运转的核反应堆(在2016年8月的时候有5座已经重启)。
日本的能源转型有一个很显著的特征,即对进口燃料的依赖日益增强。在20世纪初期,日本进口能源占能源总供应量的份额低于4%；到了1940年，原油和成品油的份额依然低于7%。二战后这一份额下降到2%，但是到了1950年就再次上升到了1940年时的份额,到了1960年，进口份额超过了50%，1970年起就一直高于99%,因此日本能源供应的组成和量级都发生了巨大的改变。1970年的时候，日本天然气、煤炭和石油的进口份额分别为26%、57%和100%,到2010年的时候,基本上全部都到了100%,进口总量上升超过70%，从1970年的10EJ左右上升到2010年的超过17.3EJ，2015年时接近18EJ。如果要用国内的可再生能源替代从国外进口的化石燃料，这种几乎完全依然进口的情况给日本带来了无与伦比的挑战。
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