第一章 可再生能源開發利用理論分析

第一節 可再生能源開發利用理論研究

一 新能源與可再生能源分析

1．新能源概念及內涵

新能源（New Energy）是指傳統能源之外的各種能源形式，主要是指剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源。新能源是一個相對的概念，是相對常規能源而言的，因此，又被稱為非常規能源，在不同的歷史時期和科技水平條件下，新能源有著不同的內容。

關于新能源的界定，國內外業內存在諸多爭論。一般來說，可以從廣義與狹義兩個方面來界定新能源概念。

從狹義上界定，新能源是相對目前普遍使用的化石能源而言的，只包括建構在現代開發利用技術基礎上的可再生能源，以及核能等少量不可再生能源。

對于狹義新能源，可以通過多種不同的路徑進行分類。

（1）按屬性分類，新能源包括：一是可再生能源，如太陽能、地熱、水能、風能、生物能、海洋能；二是非可再生能源，如核能。

聯合國開發計劃署（UNDP）則把新能源分為以下三大類：一是大中型水電；二是新可再生能源，包括小水電、太陽能、風能、現代生物質能、地熱能、海洋能；三是傳統生物質能（生質燃料）。

（2）按形成和來源分類，新能源包括：一是來自太陽輻射的能量，如太陽能、水能、風能、生物能等；二是來自地球內部的能量，如核能、地熱能；三是天體引力能，如潮汐能。

（3）按轉換傳遞過程分類，新能源包括：一是一次能源，直接來自自然界的能源，如水能、風能、核能、海洋能、生物能；二是二次能源，如沼氣、水電、核電、太陽能發電、潮汐發電、波浪發電、氫能等。在眾多新能源的二次能源中，氫能以其重量輕、無污染、熱值高、應用面廣等獨特優點脫穎而出，將成為21世紀的理想能源。

雖然使用鈾礦來發電的核能并不屬于化石能源，但是由于鈾礦儲藏量也是有限的，所以現行核分裂式的核能不算可再生能源。將來如果核聚變式的核能技術能有所突破，核能作為可再生能源的可能性和重要性才會增加。但在目前階段，核能屬于非可再生能源范疇。

從廣義上理解，新能源不僅包含狹義上的新能源，也包括利用新技術開發利用的傳統化石能源，如清潔煤、可燃冰等。

例如，中國新能源產業發展規劃把新能源界定為兩個方面：一是風電、太陽能、生物質能等新的能源；二是對傳統能源進行技術變革所形成的新的能源，比如對煤炭的清潔高效利用、車用新型燃料、智能電網等。

無論是廣義界定還是狹義界定，都有其合理性，因為“新能源”概念本身就不是一個絕對概念，更像是一個“大筐”。“新能源”是一個不斷發展的概念，當前所說的“新能源”是相對于污染問題嚴重且不可持續的傳統化石能源而言的，因此，所謂的“新能源”應以清潔且可持續的可再生能源為主體。

2．可再生能源的概念及內涵

可再生能源（Renewable Energy）是指來自大自然的能源，如太陽能、風能、潮汐能、地熱能等，是取之不盡、用之不竭的能源，會自動再生，是相對于會窮盡的不可再生能源而言的一種能源。

根據國際能源署可再生能源工作小組的界定，可再生能源是指“從持續不斷地補充的自然過程中得到的能量來源”。可再生能源泛指多種取之不竭的能源，不包含現時有限的能源，如化石燃料和核能。

在19世紀中葉煤炭發展之前，人們使用的所有能源都是可再生能源，其主要來源是畜力，以及水能（水磨）、風力（風磨）、太陽能和生物質能（柴火）。只是工業革命后，隨著石油、煤炭等化石能源的大規模使用，可再生能源才退居次要地位。

近年來，在化石能源面臨日益緊迫的資源枯竭、環境污染等問題的大背景下，可再生能源又重新引起人們的關注。當然，今天所說的可再生能源開發利用，不是傳統利用模式的再現，而是利用新技術、新方法對可再生能源進行的開發利用，是“新可再生能源”。

從一次能源角度看，可再生能源包括小水電、太陽能、風能、現代生物質能、地熱能、海洋能；從二次能源角度看，可再生能源包括氫能、可再生能源電力、可再生能源熱力、可再生能源燃料等。

隨著技術的進步和可持續發展觀念的樹立，過去一直被視作垃圾的工業與生活有機廢棄物被重新認識，作為一種能源資源化利用的物質而受到深入的研究和開發利用，因此，廢棄物的資源化利用也可看作可再生能源技術的一種形式。

傳統可再生能源的開發利用模式主要是直接利用，而現代可再生能源開發利用模式主要是轉化成電力、熱力、燃料等二次能源后再進行利用，現代可再生能源的用途見表1-1。

目前，開發利用可再生能源是國際能源領域的一個重點方向。全球可再生能源開發利用呈現出一些顯著態勢：可再生能源成為能源投資重點領域；全球主要經濟體都高度重視可再生能源的發展；可再生能源僅在發電領域比重較高，在終端能源消費中所占比例還不大；全球可再生能源仍處于快速發展階段；越來越多的經濟體提出宏大的中遠期可再生能源發展目標；可再生能源開發利用從由發達國家主導到發達國家、發展中國家“雙輪驅動”等。

3．關于可再生能源開發利用的爭議

盡管在能源安全問題、環境問題日益突出的大背景下，采用現代技術手段開發利用可再生能源具有現實意義。但由于可再生能源自身存在一些不足，因此，關于是否大規模開發利用可再生能源，國內外一直存有爭議。

最近，國內一些人對德國能源轉型中遇到的問題發表了自己的看法，其中有一種觀點將德國發展可再生能源與高電價、煤炭用量增加、能源對外依存度增加等沒有相關性的事物聯系在一起，試圖用一種錯誤的因果關系來證明德國發展可再生能源的結果與初衷“背道而馳”。德國作為世界上可再生能源領域技術和政策的“標桿”國家，其得失成敗對包括中國在內的所有有志于能源革命的國家都具有很強的示范性。有人不顧事實，甚至不惜以放大謠言的方式對其進行“闡釋”，也許并非故意為之，但至少是出于立場的需要，本質上是對可再生能源發展道路的反對。

一般來說，對于開發利用可再生能源，各方都沒有太大的異議，爭論焦點主要集中在開發利用的規模上。

支持可再生能源開發利用的人士認為，可再生能源資源足以滿足人類社會的需要，目前的主要問題是開發成本高、能源供給不穩定，但這些都是可以通過技術進步解決的。可再生能源不只可以大規模地開發利用，有些國家和地區甚至可以實現100%利用可再生能源。

“十年前，區域、城市和企業設定的20%可再生能源目標，就被認為是最前沿的。很少有人相信，幾十年后能實現一個更高的目標，任何人都認為，100%可再生能源目標是激進的。然而到今天，在歐洲大部分地區、美國，及越來越多的發展中國家，100%可再生能源目標正在成為新的常態。”

反對大規模開發利用可再生能源的人士認為，盡管可再生能源資源理論儲量很大，但由于分布面廣，能量密度低，理論儲量同實際可開發量存在很大的差異。同時，在可再生能源開發成本較高的大背景下，大規模開發利用可再生能源也不符合市場規律，難以得到民眾的支持。

本書認為，在化石能源資源終將枯竭的前提下，未來大規模開發利用可再生能源的趨勢不可逆轉，但受可再生能源資源特點的影響，又不能完全依賴可再生能源。能耗總量不大的小城鎮、農村比較適合大比例開發利用可再生能源。在能耗較大的大中城市，本地的可再生能源往往難以滿足城市能源需求，這就要求從新能源的角度來保障能源消費需求——既要大規模開發利用可再生能源，又要重視利用核能等高效新能源，并重視應用以新技術開發利用傳統化石能源，如清潔煤、可燃冰等。

4．關于可再生能源是“補充能源”還是“替代能源”的爭議

按開發利用規模及在整個能源消費體系中所起作用的大小，可再生能源的作用可被分為兩種：一是“補充”作用；二是“替代”作用。在化石能源占據能源消費絕對主流的背景下，可再生能源發揮的作用主要是充當“補充能源”。在化石能源消費總量受到控制，可再生能源所占比例日益提高的背景下，可再生能源所起的作用主要是“替代”化石能源。

目前，國內外對可再生能源是“補充能源”還是“替代能源”存在認知爭議。在國內，盡管更多的政策提法是利用可再生能源“替代”化石能源，但在目前階段，實際的政策導向很多是把可再生能源作為“補充能源”來引導的。

在國際上也有類似的認知困惑，如對德國保守的自由黨政府來說，可再生能源是“補充能源”，而不是一種“替代能源”。但對于大多數的紅—綠聯盟來說，21世紀的歷程，是可再生能源“替代”其他化石能源的過程，這是氣候戰略的一部分。

隨著可再生能源在能源消費中的比例不斷提高，可再生能源也將逐步從“補充能源”轉變成一種“替代能源”，發揮越來越大的作用。在可再生能源城市的建設過程中，可再生能源的主要作用是“替代”原有化石能源，屬于毫無爭議的“替代能源”。

二 可再生能源開發利用理論的研究路徑

近年來，國內外關于可再生能源開發利用理論的研究非常多，可謂浩如煙海。這些研究大體上可以歸為三類。

一是從理工科角度研究可再生能源技術。這類研究主要關注各種可再生能源技術本身，涵蓋基礎技術研究、應用技術研究等領域。這類研究的數量非常龐大，但不屬于本書研究的重點。

二是從能源、經濟、社會、環境、政治等角度研究可再生能源。由于可再生能源開發利用主要面臨成本、技術、政策等瓶頸，大量相關研究都是圍繞這三個方面展開的。例如，研究可再生能源的成本競爭力、可再生能源技術創新與擴散、可再生能源政策的制定與評價等。這類研究數量也較為龐大，不過，相關理論的構建也主要是把各領域原有的理論應用到可再生能源領域，如能源結構優化理論、市場失靈理論等，針對可再生能源提出的創新性理論并不多。

三是關于可再生能源的內涵等基礎理論研究。這類研究主要涉及可再生能源的內涵、特點、發展階段、可持續性評價等領域，相關研究數量相對少一些，卻是可再生能源開發利用理論研究的重要基礎。盡管專門研究可再生能源及其開發利用基礎理論的文獻較少，但國內外相關研究很多，大量應用性研究文獻也提出了可再生能源開發的思路、對策及理論架構，并涉及一些相關原理，如杰里米·里夫金、李河君等人在其專著中均提到技術領先、成本優先等多個可再生能源開發利用理念。

三 國內可再生能源理論研究現狀分析

1．國內可再生能源研究熱點分析

可再生能源領域的研究熱點是隨時間的推移而發生變化的，而且同化石能源價格的波動、氣候變化、低碳經濟等熱點密切相關。這一點我們可以通過原油價格走勢與中文相關文獻數量的變化看出。

2003年之后，原油價格持續上漲，在2008年7月創下接近150美元/桶的歷史最高紀錄。之后，雖有波動，但呈下降態勢。隨著化石能源價格的快速上升，氣候變化問題日益引起關注，可再生能源、新能源問題也日益引起研究者的關注。但近幾年，隨著化石能源價格的大幅度下跌，可再生能源受到的關注呈下降趨勢。

通過在中國知網上分別檢索“可再生能源”“新能源”“氣候變化”“低碳經濟”“低碳城市”“綠色經濟”“生態經濟”等關鍵詞，可以看出，包含這些關鍵詞的文獻數量均在2010年前后達到高峰。也就是說，可再生能源的研究同化石能源價格、氣候變化等問題密切相關。文獻數量走勢見圖1-1。

文獻數量高峰比原油價格高峰晚兩年的原因很容易解釋，2008年原油價格達到高峰后，研究者開始關注“替代能源”——可再生能源，由于論文發表有滯后性，2010年文獻數量達到高峰符合這一規律。同時，可再生能源同“氣候變化”“低碳經濟”“低碳城市”“綠色經濟”“生態經濟”等要素密切相關，這些領域受到關注，可再生能源自然也受到研究者的關注。

在可再生能源研究方面，“太陽能”“風電”“可再生能源發展”“可再生能源開發”“新能源發展”“新能源產業”等都屬于研究熱點。而且，這些方面的研究文獻數量也大都是在2010年前后達到研究的一個高峰（見圖1-2、圖1-3、圖1-4）。

2．國內可再生能源理論研究特點

在可再生能源理論研究方面，國內主要有以下幾個特點。

一是研究可再生能源的文獻很多，但可再生能源開發利用的基礎理論研究較少。由于可再生能源的一些基本概念已經相對清晰，再加上受重應用輕理論的傳統影響，我國可再生能源研究領域主要關注具體的開發利用方法與現狀，對基礎理論研究較少涉及。少量理論分析也大多是把其他領域的一些理論應用到可再生能源領域。如《實物期權理論在可再生能源項目投資決策中的應用研究》《我國可再生能源發展的經濟學分析——基于租金理論視角》《基于最優控制理論的可再生能源并網組合策略研究》《基于邊際機會成本理論的可再生能源環境價值研究》《創新理論框架下歐盟可再生能源發展路徑研究》等。

二是技術理論較多，特別是太陽能發電、風力發電等方面的技術理論較多，這在很大程度上推動了我國可再生能源技術及可再生能源產業的快速發展。盡管從社會、經濟、環境、資源等角度研究可再生能源開發利用的文獻數量較多，但有意于研究基礎理論的文獻很少。

三是從社會、經濟、環境、資源等角度進行的理論研究盡管數量較少，但涉及范圍較廣。已有文獻涵蓋了可再生能源產業、可再生能源政策、可再生能源規劃等多個領域。如《加快四川省可再生能源產業發展的理論解析》《區域可再生能源規劃理論研究》《可再生能源綠色證書政策的理論研究》等。

四是缺少系統分析可再生能源理論體系的專著。盡管已有一些關于可再生能源的專著，但它們大都側重于技術原理，如《可再生能源供熱理論與實踐》《熱泵技術及其理論基礎》10等，或者側重于分析現狀，少量理論分析也主要分散在一些以應用為主的專著中，如《可再生能源概論》1等，缺少系統分析可再生能源開發利用理論體系的專著。而本書則主要從城市、社會、經濟、環境、資源等角度系統構建了可再生能源開發利用的理論，希望能在一定程度上加強這方面的研究。

四 國外可再生能源理論研究現狀分析

國外對可再生能源的研究主要來自歐洲國家，因此，這里以分析歐洲國家的相關研究為主。由于發展程度不同、研究習慣不同，歐洲國家的可再生能源理論研究與中國有所不同。歐洲國家在可再生能源理論研究方面主要有以下幾個特點。

一是比較重視制定各種操作手冊，重視出版系統性的發展報告及預測性分析，專門的理論研究相對較少。由于歐洲國家有重視操作細節、關注嚴謹流程的傳統，因此，對于不同區域、不同類型的可再生能源，制定了很多具體的操作手冊，規范了很多具體的操作流程。同時，國際性的組織，如IEA、IRENA，以及多個國家的能源部門，都出版了大量的研究報告，對世界上可再生能源開發的現狀進行綜述，對未來發展趨勢進行情景分析。

二是理論研究涉及面較廣。專門的理論研究文獻盡管數量相對較少，但總量依然可觀，且重點涵蓋了可再生能源的政策理論、經濟與金融理論、性別問題理論、就業問題理論、可再生能源與政治理論、社區可再生能源理論、公眾能源運動理論等很多領域。其中，同中國的主要區別在于，歐洲國家在研究過程中，重視把可再生能源的開發利用同性別、社區、公眾等問題結合起來，這也體現出鮮明的地區特色。

三是歐洲國家的可再生能源理論研究也是以技術理論為主，如可再生能源發電理論、能源轉換理論等。歐洲國家有重視技術的傳統，因此，技術理論研究不僅起步早、涉及面廣，而且比較深入扎實。不過，由于中國的可再生能源開發利用工作進展較快，在世界上已穩居首位，因此，相關研究也快速后來居上。

四是重視研究利用可再生能源替代核能的理論。由于越來越多的歐洲國家開始棄核，因此，相關研究也重視可再生能源替代核能的理論與方法。不過，由于看法不一，這方面的研究也存在較大的爭議。

五是重視100%可再生能源研究。由于歐洲國家在可再生能源的開發利用方面起步較早，且能源消費數量有限，因此，100%利用可再生能源的研究逐步成為熱點。其中，德國對這方面的研究最為積極。

六是重視把模型分析與理論研究結合起來。歐洲國家在研究方面有重視模型的傳統，因此，在可再生能源研究方面，歐洲國家不僅重視利用傳統能源模型進行研究，而且開發了一些專門的可再生能源開發利用模型，如RETScreen模型及軟件。另外，歐洲國家也重視把模型與政策分析結合起來，如《利用一個系統動力學模型評估可再生能源政策的獨立性》等。