城市能源系统清洁低碳转型的实现探讨

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城市能源系统清洁低碳转型的实现探讨

　　摘要：城市在能源消费中居于主要地位，实现城市能源系统的清洁低碳转型对我国环境友

好型社会建设以及经济绿色低碳发展具有重要意义。从社会-技术制度理论、转型情景设计以

及驱动路径、转型政策协同机制等方面总结现有研究成果，并对研究方向进行展望。

　　关键词：城市能源系统；清洁低碳转型；研究综述；

　　　　 0　引言

回顾世界能源转型史，迄今为止人类历史上发生了两次能源转型。在 19 世纪初发生了由生物

质能向煤炭的第一次能源转型。20 世纪发生了第二次能源转型，可将其划分为两个阶段：前一

阶段发生在上世纪 60 年代，呈现为石油对煤炭的替代；后一阶段发生在上世纪 70 年代，呈现

为核电与天然气的增长。目前，第三次能源转型正在进行中，清洁能源与可再生能源成为实现

能源转型的关键性目标能源，对清洁低碳能源体系的构建以及经济社会的发展具有重要意义。

一部分学者对能源转型的特点进行了总结，并将其形象地概括为"固体-液体-气体"的转型，并

且在每一次转型中都呈现出了低碳化的特征。城市作为能源消费的主领域，集聚了全球 50%的

人口，创造了 80%的GDP、消费了 75%的自然资源以及 80%的能源供应，产生了约 75%的碳

排放（王雪，2018）。因此，研究城市能源转型对实现中国温室气体减排目标，促进经济绿色

低碳与高质量发展具有重要意义。在城市能源清洁低碳转型过程中技术、制度和外部环境通过

不同主体的多重实践和相互作用紧密地交织在一起。为此，在研究城市能源利用的清洁低碳化

问题时，需要从技术、制度、外部环境因素以及之间的耦合进行分析。

本文主要从以下 3个方面对城市能源系统清洁低碳转型发展进行文献梳理：第一，基于社会-技

术转型理论的城市能源系统清洁低碳转型影响因素；第二，城市能源系统清洁低碳转型发展的

情景设计与驱动路径；第三，在多主体多环节下城市能源系统低碳转型发展的政策协同机制。

　　 1　基于社会-技术转型理论城市能源系统清洁低碳转型影响因素

社会-技术制度转型理论在 1994 年由 Kemp et al.（1994）首次提出。这一理论的特点是从社会-

技术环境探索能源系统低碳转型的驱动机制。近年来，许多学者对社会-技术理论展开了研究

与应用，Geels 等学者提出多层次框架，RenéKemp、Jan Rotmans 等人提出转型管理理论。

在社会-技术多层次框架理论下，能源系统的低碳转型受创新利基、社会技术制度因素、宏观

环境（外部环境）因素的共同影响（Essletzbichler, 2012）。其中，创新利基是微观层面的问

题，是促使低碳转型最直接的影响因素，被誉为是低碳转型新技术的"孵化室";社会技术制度因

素是中观层面的问题，指目前主要的制度和技术环境特征；外部环境因素是宏观层面问题，指

政治、社会、经济和文化。转型是创新利基、现有体制、宏观环境各因素之间相互作用的结

果。其作用过程是：外部环境的变化对现有的体制产生压迫，并为利基出现带来机会，随着利

基的发展与壮大，其对资源的配置能力以及制度的影响力就会不断提升，这时就会与已有的社

会技术体制产生碰撞，使现有体制的稳定状态被打破，进而推动新技术的出现以及体制的改

革，并对外部环境产生影响（Geels,2004）。

在社会-技术转型管理框架理论下，转型管理由转型战略管理（长期）、转型策略管理（中

期）、转型运作管理（近期）三个层次所构成。转型战略管理注重可持续性发展观念与文化的

建立；转型策略管理注重社会-技术体制本身的优化，例如技术、产品、政策等；转型运作管

理注重转型中的实践活动，通过一系列的实践活动使得利基出现并逐步成长壮大，进而实现对

现有社会-技术制度的革新或代替。转型管理理论不同于传统的线性管理，注重现有的政策体

系要与愿景相匹配。并在可持续性的要求下根据愿景制定分阶段的目标，并在目标下制定具体

的政策措施以及实施方案，通过阶段化目标的完成，实现愿景达成最终目标。

1.1 城市能源系统清洁低碳转型的关键技术与驱动制度

以信息技术和新能源技术为代表的第三次科技革命正在全方位、多角度影响着城市能源利用模

式的转变。当前第三次能源转型正在进行中，其特征表现为信息技术与清洁能源、可再生能源

相衔接的分布式智能化能源体系，代替以化石能源为主的集中式能源体系，向绿色、低碳的可

持续发展道路转变。为此，金之钧（2020）指出能源科技的发展对未来的能源格局具有深刻的

影响，因而在能源转型的过程中要注重把握能源领域未来科技发展趋势。具体来说，何建坤

（2014）指出氢能在能源转型过程中扮演着重要角色，而氢能技术则是这一转型过程中的关

键。此外，在城市能源利用转型技术分析中，激励清洁与可再生能源发展技术进步已经成为一

个热点研究领域。张昱（2019）在对北京市城市交通能源转型进研究后指出要重视节能技术的

发展，并加大在节能技术方面的投入，在技术层面深入挖掘节能潜力，以期更好地完成城市交

通能源的转型。陈贵锋等（2014）指出在大型煤炭生产基地，推广与实施先进技术，将煤炭转

化成清洁的能源和原材料，对实现煤炭清洁高效利用具有重要作用。王少哲（2014）指出在推

进清洁能源技术市场化的进程中，专利保护起着重要作用，为此我国应当加强对清洁能源技术

专利政策与法律层面的支持，进而推动能源系统的清洁低碳化发展。Nicolli and Vona （2016）

通过对可在生能源政策与市场调节对不同可在生能源创新技术活动影响的研究，表明放宽进入

限制是可在生能源创新更为重要的驱动因素。

由于资源配置时交易成本的存在，因此制度因素对资源配置效率起着至关重要的作用（诺

斯，1992）。此外，实现制度机制的优化设计，降低交易成本，是提升效率的重要基础

（Coase, 1960）。因此，在分析城市能源清洁低碳化利用的问题时，越来越多的学者开始关注

制度因素的影响作用。关婷等（2016）指出提高能源利用效率能够促进节能减排、经济绿色发

展与加快能源转型的步伐，而要提高能源利用的效率，必须要有合理的制度保障。同时，谢旭

轩（2014）指出要推动能源生产和消费革命，现能源转型离不开制度保障。此外，鲁刚

（2018）在城市能源变革的研究中指出，我国城市智慧能源系统的构建从设计到落地在理论、

技术、实践方面还存在大量的难题，解决这一难题需要集成创新，更需要体制机制方面的变

革。盛春红（2019）指出，我国在能源转型的过程中应当完善法律机制、信息公开透明机制以

及财政机制的建设。为此，应加快能源体制、机制改革，从制度上保障城市能源转型的可持续

性。

1.2 城市能源系统清洁低碳转型的外部环境压力

宏观环境（外部环境）的变化是推动社会-技术-制度体制改革的根本性因素。吕涛等（2015）

指出，宏观环境主要是由政治、经济、文化、社会因素所构成。通常来说，宏观环境的变化是

一个较为漫长的过程，但是只要其发生变化，便会对现有的体制产生强大的压迫力，弱化甚至

于打破现有的体制结构，并为利基的出现提供窗口。党的十九大提出"推进能源生产和消费革

命，构建清洁低碳安全高效的能源体系".我国经济已经由高速增长阶段转向高质量发展阶段，

提出发展环境友好型的低碳经济。全球气候变暖、化石能源的可耗竭性、生态环境的破坏与城

市雾霾污染，给我们的生产生活带来了巨大的环境压力。资源节约型环境友好型社会理念提

出、绿色低碳宣传的力度不断加大，人们的环保意识不断增强。孙祥栋等（2017）通过对我国

能源转型过程中外部环境的约束与规律以及能源生产与消费现状的分析，认为能源体系的清洁

低碳是未来的发展方向。周志洪等（2018）认为随着我国外部环境的变化，应对电力体制的改

革提出新要求，为此国网公司应当及时应对外部环境的变化对其供电服务体系进行优化与升

级，以推动我国能源系统清洁低碳转型的顺利进行。

1.3 技术、制度因素通过外部环境对城市能源系统清洁低碳转型作用机制

技术、制度因素对城市能源系统清洁低碳转型的作用机制包括直接作用与间接作用两条路径，

直接作用主要体现在能源转型相关的技术进步及政策措施对城市能源系统清洁低碳转型产生的

直接影响，间接作用主要是指技术、制度因素通过外部环境对城市能源系统清洁低碳转型产生

的影响。聂等（�� 2017）将电网转型分为 4个阶段：外部环境压迫阶段、多利基涌现阶段、

优势利基成长阶段、新体制建立阶段。这 4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。对现有文献进行梳理时发现，关于技术、制度因素通过外部

环境对城市能源系统清洁低碳转型的作用机制的研究还基本处于空白，然而厘清技术、制度-

外部环境-能源系统清洁低碳转型这一传导路径中各因素之间的作用关系，对推动城市能源系

统清洁低碳转型具有重要现实意义。

1.4 基于转型管理理论的城市能源系统低碳转型

转型管理理论强调当前策略要与长远的愿景相一致，为此许多学者将其运用到城市能源系统低

碳转型的可持续性研究中。李彪铭（2019）指出在城市能源系统中，城市能源规划与城市规划

政策、城市总体规划及其他层次的规划应紧密结合。城市能源战略实施中，要注重城市基础设

施建设与城市能源战略相匹配，推动城市发展规划与能源规划的长期协调发展。罗曦（2016）

在对城市能源进行规划时，建立了宏观层面、中观层面、微观层面的低碳能源规划体系，这有

利于能源结构的调整、提高城市能源利用效率以及低碳城市的建设。另外，瑞典斯德哥尔摩环

境研究所开发了 LEAP 模型（Giatrakos etal, 2009），它可模拟未来中长期时间段内的各情景下

的能源消费量及 CO2 排放情况，为城市能源转型战略与策略的制定提供信息技术支持。

　　 2　城市能源系统清洁低碳转型发展的情景设计与驱动路径

中国提出在 2030 年碳排放达峰目标，为此有学者通过能源规模型对能源系统低碳转型情景进

行分析，提出可再生能源的最优接入方案。刘国旺（2019）指出推进全球能源转型需遵循 4个

路径：一是推动能源终端利用环节从"肮脏"向清洁转型；二是推动能源供应链从高碳向低碳转

型；三是推动能源利用方式从低效向高效转型；四是推动能源产业由传统向智能发展，使电子

信息技术与新能源技术紧密结合，打造绿色低碳智慧能源系统。本文主要从节能减排与利益协

调约束、产业结构优化路径、市场化改革路径、区域能源交易路径 4方面对城市能源系统清洁

低碳转型发展的情景设计与驱动路径展开文献梳理。

2.1 节能减排与利益协调约束下的城市能源清洁低碳化情景设计

目前，有许多关于能源系统分析的模型，但是只有四个：EnergyPLAN、Mesap

PlaNet、INFORSE 和LEAP 已经模拟了100%的可再生能源系统的利用情形。其

中，EnergyPLAN、Mesap PlaNet 可以实现进行 1小时或更短时间步长的分析。由于

EnergyPLAN 模型操作性更强、使用更简便，所以更经常地被用于能源系统分析，然而运用该

模型对中国能源系统进行分析的研究还比较少。孙肖杨（2017 ）采用Energy PLAN 模型以及多

指标评估方法对我国能源转型中可在生能源组合的选择进行了评估。在综合考虑碳减排、投入

成本、多余电量的产生、能源系统的可持续、水电资源的限制等因素之后得出：低核电-均衡

情景（16.55%的水电、13.72%的风电、8.79%的太阳能光伏发电）是可能最易实现的情景。此

外张春成等（2016）利用 Energy PLAN 模型对未来可再生能源的发展情景进行了分析，以京津

冀地区为例构建了基准情景、中等情景、高等情景三类情景，并分析了每种情景下在

2016、2020、2030 年这三个时点的可再生能源发展状况。最后得出，政府需要在当前政策的基

础上进一步加大可再生能源发展的政策激励。

2.2 产业结构调优化路径对城市能源系统清洁低碳转型发展的影响

产业结构中第一产业、第二产业及第三产业之间的相互转化以及每个产业的内部调整都会对城

市能源系统清洁低碳转型产生重要影响。在我国，第二产业在城市经济社会发展中扮演着重要

角色，但由于其工艺流程的自身特点在日常的生产作业中需要消耗大量的能源，不可避免地造

成大量的碳排放。因此，其内部结构的调整以及规模大小的改变均将极大程度影响着城市能源

系统的清洁低碳转型发展。马丽梅（2018）指出一定的产业基础是能源转型的必备条件，优化

产业结构将为能源转型奠定重要基础，并在能源转型的阶段式发展路径中指出2025-2035 年中

国的人均GDP 将与产业结构处于同一水平上，并且已经实现了中等收入陷阱的跨越，经济发

展质量得到提升，因此在能源消费上可以制定较高比例的可再生能源发展目标。在这一期间，

我国的能源转型应当围绕着产业革命展开，甚至于由其决定。另外，王震（2016）指出我国的

工业化进程在世界上已经取得了不错的成就，国内工业生产总值在2010 年首次超过日本，并

在此后一直位居第二，且与美国的差距不断缩小，与此同时我国能源消费以及碳排放总量也连

续多年保持世界第一的位置。煤炭在我国能源消费中长期占据着半壁江山，大量的碳排放给我

国带来了严重的环境问题，这与我国产业结构的不合理密不可分，与美日德等发达国家相比我

国第三产业在经济中的占比仍然偏低。能源转型与产业结构的转型升级互为依存关系，为实现

能源系统的清洁低碳化发展，必须加快产业结构优化升级的步伐。

2.3 市场机制改革路径对城市能源系统清洁低碳转型发展的影响

市场机制改革是能源清洁低碳化利用的重要驱动力。如何发挥市场机制的作用，通过竞争手段

来促进城市能源清洁低碳利用，已经得到了越来越多国家的关注与重视

（Meyer,2004;Zarnikau,2011）。关于市场化机制改革，已有许多学者从财税机制、价格机制改

革的角度对能源的清洁低碳化转型展开研究，认为财政补贴政策对低碳能源的发展有正向效应

（Carley, 2009;Zhao et al., 2013; Polzin et al., 2015;Romano et al., 2017）。目前可再生能源利用

技术尚不成熟，相对于其他能源来说在成本上不具有竞争力，因此仅仅凭借市场的自我调节难

以推动可再生能源的发展，为此要想推动能源系统的清洁低碳化转型，政府应当充分发挥宏观

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城市能源系统清洁低碳转型的实现探讨　　摘要：城市在能源消费中居于主要地位，实现城市能源系统的清洁低碳转型对我国环境友好型社会建设以及经济绿色低碳发展具有重要意义。从社会-技术制度理论、转型情景设计以及驱动路径、转型政策协同机制等方面总结现有研究成果，并对研究方向进行展望。　　关键词：城市能源系统；清洁低碳转型；研究综述；　　　　0　引言回顾世界能源转型史，迄今为止人类历史上发生了两次能源转型。在19世纪初发生了由生物质能向煤炭的第一次能源转型。20世纪发生了第二次能源转型，可将其划分为两个阶段：前一阶段发生在上世纪60年代，呈现为石油对煤炭的替代；后一阶段发生在上世纪70年代，呈现为核电与天然...

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