能源革命初探不止于碳中和

1、引言能量与能源是近乎永恒的话题，它们贯穿人类的历史，与文明的进步息息相关。火的使用是文明史的开篇，它令人类得以享用熟食、改良工具，并最终脱离茹毛饮血的原始时代；水、风和柴薪是农业文明的基础，水能与风能被广泛用于灌溉、研磨和运输，柴薪则提供光与热，三者共同推动了农业文明的繁荣；化石能源推动了工业革命的进程，并经由蒸汽机、内燃机、发电机等成为工业文明的根基；今天，人类仍在思考如何更加高效、清洁地利用能源，以拥有更为先进、舒适的未来。当前，全球应对气候变化目标与化石能源间的矛盾愈发凸显，包括中国在内的多个国家提出了在 21世纪中叶实现碳中和的目标，各国节能减碳运动的推进无疑压缩了化石能源的使用空间；

2、同时，地缘政治冲突导致的能源供给不足也再度成为全球经济发展的重要威胁，俄乌冲突局势的演进与西方国家对俄罗斯的制裁，迫使欧洲致力于降低对俄罗斯能源的依赖，部分国家在短期谋求重启煤电的同时，也在中长期布局加大对可再生能源的投资。当前世界面临百年未有之大变局，人类赖以建立繁荣现代文明的化石能源体系，也正处于前所未有的动荡之中，这意味着能源结构转型的进程需要进一步加快。作为能源产业系列研究的首篇，本报告对全球能源结构的变化历程做了简要梳理，并从能源安全的视角解释了化石能源体系的内生不足。而后，对世界各国保障能源安全的典型案例进行了解读，并进一步分析了中国能源体系面临的挑战。在此基础上，我们基于中国能源

3、体系转型所需发展的方向，给出了产业性的投资建议。一、 历史回顾：迈入化石能源时代化石能源为现代文明的发展、繁荣提供了物质基础。然而，化石能源不可再生、分布不均的特性同样导致当前全球能源安全受到挑战。保障能源安全、满足国家经济发展所需的能源供给，成为世界各国的重要议题。两次能源革命回顾： 从生物质能到化石能源时代人类文明所必须的能量，通常被认为有三大来源：地外天体（主要是太阳）、地球、地球及其它天体的相互作用1。其中，太阳除直接提供光和热，还催生了风能、水能、生物能等；地球本身的能量包括地热能、核能等；地球和地外天体之间的相互作用，则催生了潮汐能等其它能量。而能源，即提供人类可用能量的各类载体。

4、能源的开发与利用，为人类维持社会运转提供基础；而随着能源利用能力的提升，人类社会得以不断突破发展瓶颈，达到更高的文明水平。在人类对能源开发利用的过程中，有两次关键转折。第一次是火的使用，标着人类利用能源的开始，生物质能成为人类的主要能源；第二次是工业革命后，化石能源成为人类主要能源，而电力则成为重要的能源运用方式。每次能源革命背后，都是人类社会的长足进步。第一次能源革命：生物质能与农业文明火在人类文明起源中具有不可或缺的地位。虽然历史过于久远导致难以确切知晓人类究竟何时开始用火，以及火对人类的确切影响，但火的重要性是确定的：在东西方神话体系中，为人类带来火的神祗均具有崇高的地位，燧人氏被尊为“

5、三皇之首”2，普罗米修斯被视为人类之师，均暗示着火与1 何盛明.财经大辞典M.中国财经经济出版社.19902 中国社会科学院历史研究所.中国历史年表M.中国社会出版社.2018人类文明的起源密不可分；在考古研究中，火被认为改变了人类的饮食与工具使用，并成为人类进化的重要因素3。火的使用，即是人类利用初级生物质能的开始，人类由此逐渐进入农业时代。通过燃烧柴薪，人类得以获取、利用除阳光之外的更多光和热，并学会了冶炼和烧制金属、陶瓷工具与器皿，最终告别茹毛饮血的原始文明，进入农业文明4。农业文明期间，生物质能是人类的主要能源，风能、水能也有少量使用。在农业文明期间，人类的主要需求是满足温饱。与之对应

6、，以木柴、木炭为代表的生物质能被用于取暖、做饭；而风能、水能则通过风车、水车等原动力进行转化，以用于谷物的碾磨、田地的灌溉。与此同时，化石能源也在部分地区小范围使用，如东汉时中国已有烧煤瓦窑存在5，但受限于开采运用能力，化石能源的使用比较有限。第二次能源革命：化石能源与工业文明随着人类文明的发展，第二次能源革命与工业革命相伴到来。进入十八世纪，纽科门蒸汽机与瓦特蒸汽机的运用，令煤炭的供给能力与需求水平大幅提升，化石能源逐渐取代生物质能成为人类的首要能源。十九世纪，内燃机、汽轮机的出现，则令石油、天然气等其它化石能源走上舞台。二十世纪，电力的广泛商用改变了人类利用能源的方式，电力成为全新的商业能

7、量，并为信息网络的建设提供了基础。第二次能源革命改变了人类的能源结构和能源利用方式，对人类社会带来了巨大影响。农业文明时期，人类利用能源的方式以即时的太阳辐射为主，而对其转化使用极少；工业文明时期，人类开始依赖于提取巨大的能量储蓄（煤炭、石油、天然气等化石能源）6，并将其转化为其它形式的能量进行使用。从全人类的角度看，第二次能源革命后，全球生产力大幅提升，人口也随之出现爆发式增长。其背后，既是机械推动的工业化生产，又是交运进步带来的全球贸易扩张，更是城市化带来的生活质量改善。从国家角度看，十八世纪，英国作为全球主要煤炭生产国和第一次工业革命的诞生地，在七年战争后建立起庞大的日不落帝国，曾经的世

8、界霸主“风车之国”荷兰则逐渐没落；十九世纪，优质煤与油、气驱动了美国经济的腾飞，奠定了其列强地位，为后来的超级大国打下基础。3 Wrangham R. Catching Fire: How Cooking Made Us HumanM. New York. 20094 谢克昌等.推动能源生产和消费革命战略研究.综合卷M.科学出版社.20175 钱国祥.汉魏洛阳城发现的东汉烧煤瓦窑遗址J.考古,1997(02)6 斯米尔.能量与文明M.九州出版社.2021图表1 第二次能源革命后全球人口快速增长全球人口规模（亿人）第二次能源革命后7060第一次能源革命后50403020102000年, 61.4

9、4亿人1900年, 16.47亿人1800年, 9.85亿人1700年, 5.92亿人公元元年, 2.32亿人-2000-1500-1000-5000公元前 0公元后500100015002000资料来源： Our World in Data，回顾两次能源革命的历程，我们可以清晰地发现：人类文明很大程度是建立在能源之上的。能源的利用水平不仅从整体上影响着人类文明的进步，还从结构上深刻影响了各国的发展前景，潜移默化地塑造着地缘政治格局。一国在能源争夺与能源发展中的胜出，就几乎奠定了其中长期历史发展中的优势地位，英国如是，美国亦如是。而站在第三次能源革命的起点，未来能否在本轮能源结构调整与新能源的

10、发展过程中占据主导地位，可能是一国在较长历史时期中占据优势地位的决定性因素。因此，如何紧跟当前全球的能源结构调整趋势，掌握下一轮能源革命的主动权，对一国的中长期发展至关重要。化石能源时代：利用远古的太阳，造就现代的繁荣化石能源是太阳辐射的储蓄，它由古代生物的化石历经千百万年沉积而来，以碳氢化合物或其衍生物的形式存在。人类通过开采化石能源，为人类社会活动提供了充分的能量基础。在此基础上，全球生产力不断发展，经济总量飞速提升。化石能源占绝对主导现代能源利用方式更为复杂，以电力为主的二次能源利用广泛。如前所述，现代社会对于能源的使用方式愈发复杂，不仅有直接的使用，也有转化使用。由此，能源可以分为一次

11、能源（Primary Energy）与二次能源（Secondary Energy）。其中，一次能源即未经过转化、直接从大自然中获取的能源，如原油、天然气、煤炭、生物质、水、风等；二次能源即经过转化才可间接获得的能源，如电、热等7。在各类二次能源中，电是最为特殊的二次能源：它易于生产、输送和使用，同时也可以方便地转化为热能、机械能、光能、声能等其他形式的能量，广泛应用于工业、农业、交运、第三产业等8。7 一次能源与二次能源的划分并非绝对精确，如风电及水电实际由风能与水能转化而来，但其通常被统计为一次能源；又如电本身实际在大自然中也广泛存在（闪电），只是难以获取。关于我国一次能源统计口径，见：国家

12、统计局.中国统统计年鉴 2021M/OL.中国统计出版社.2022.中国统计年鉴2021 ()8 陈砺,严宗诚,方利国.能源概论M.化学工业出版社.2018图表2 一次能源与二次能源示意资料来源：Watt Watchers of Texas，为方便统计及解读，我们可直接通过一次能源消费量观察当前全球能源消费情况。如下图所示，全球一次能源消费量仍处于快速上升阶段；而以煤、石油、天然气为代表的化石能源占全球一次能源消费量的比重自 1965 年以来就一直在 80%以上。图表3 全球一次能源直接消费量及结构（右轴单位：TWh）100%80%60%40%20%0%煤炭石油天然气传统生物质能其它可再生能源

13、水核风生物燃料太阳能一次能源直接消费总量（右）横坐标单位为10年横坐标单位为1年180000160000140000120000100000800006000040000200001800183018601890192019501966196919721975197819811984198719901993199619992002200520082011201420170资料来源： Our World in Data，全球经济飞速增长化石能源的广泛使用，为全球经济增长提供了基础。十九世纪以来，人类利用化石能源创造了繁荣的现代文明。以 2011 年美元不变价计算，全球 GDP 自 1820 年的

14、 1.1 万亿美元快速提升至 2018 年的 113.6万亿美元，实现了百倍的增长；与此同时，全球一次能源直接消费量自1820年的约6000TWh提升到了 2018 年的约157000TWh。图表4 全球 GDP 与一次能源直接消费量120100806040200全球GDP（万亿美元，2011不变价）全球一次能源直接消费（TWh，右）107.1110.4113.689.859.943.031.921.813.21.1 1.41.9 8.41820 1850 1870 1900 1920 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2016

15、2017 2018横坐标单位为20-30年横坐标单位为10年横坐标单位为1年180000160000140000120000100000800006000040000200000 资料来源： Our World in Data，二、 立足当前：繁荣下的挑战随着人类社会的进一步发展，能源需求进一步提升，以化石能源为绝对主导的能源体系，渐渐无法满足人类发展的需要，这直接表现为全球能源安全存在挑战。所谓能源安全，即 “以可接受的价格满足经济发展所需的能源供给9”，而能源需求、供给与市场三者耦合，对其形成了较大的挑战。从需求侧看，随着全球经济的发展，能源需求量将不断增加；从供给侧看，化石能源不可再生、

16、环境污染、分布不均三大特征导致其产能扩张受限，供需平衡困难；从市场来看，汇率波动及金融市场投机行为的存在，进一步加剧了能源价格波动。9 能源安全缺乏精确定义，此处选用IEA 说法。见，https:/ HYPERLINK /areas-of-work/ensuring-energy-security /areas-of-work/ensuring-energy-security图表5 化石能源时代的能源安全挑战路径资料来源：自行绘制，需求侧：经济发展必然导致能源需求提升能源与经济是同一个硬币的两面，经济发展必然导致能源需求持续提升。一个高收入国家，其人均能源产量可能微不足道，但其人均能源消耗却必

17、然很高（如卢森堡）；而一个发展中国家，可能是能源生产大国，但其人均能源消耗却大概率偏低（如中国）。如果不考虑人口锐减的情况，则随着全球经济的发展，能源消耗总量的持续提升几乎是必然趋势。以欧盟与美国为例，其 GDP 不变价同比与一次能源消费量同比走势高度相关，保障经济发展的能源需求是长期以来各国的重要目标。图表6 人均能源消耗与人均GDP 高度相关（2020 年）人均能源消耗（贸易调整，MWh）人均GDP不变价（万美元，右）140121201010088066044020200卢瑞爱挪美澳丹瑞荷芬奥英加德比法韩意塞西马斯葡爱捷斯希立拉波匈克土罗中俄墨巴保南印印森士尔威国大麦典兰兰地国拿国利国国大

18、浦班耳洛萄沙克洛腊陶脱兰牙罗耳马国罗西西加非度度堡兰利利大时利路牙他文牙尼伐宛维利地其尼斯哥利尼亚斯尼亚克亚亚亚亚西亚亚资料来源：Our World in Data， 注：能源消耗经贸易调整，即能源消耗=国内生产耗能+进口商品生产耗能-出口商品生产耗能，能更好体现能耗与经济发展间的关系。 图表7 欧盟 GDP 不变价与一次能源消费量同比（%）图表8 美国 GDP 与一次能源消费量同比（%）6420-2-4-6-81996-10欧盟27国GDP不变价同比欧盟27国一次能源消费量同比86420-2-4-6-8-10美国GDP不变价同比美国一次能源消费量同比 19982000200220042006

19、20082010201220142016201820201966196919721975197819811984198719901993199619992002200520082011201420172020资料来源：Our World in Data， Wind，资料来源： Our World in Data， Wind，供给侧：三大特性限制化石能源供给扩张如前所述，化石能源是太阳辐射的储蓄，这导致了其具有不可再生、存在污染、分布不均的特点。1）不可再生：化石能源形成时间漫长，无法与人类利用化石能源的速度相匹配；同时，化石能源无法被回收利用，其使用具有不可逆性。2）环境污染：化石能源的利用方

20、式多数会导致环境破坏，除为人熟知的温室气体排放外，还包括不充分燃烧时所产生的气、固体废物对大气、土地形成的污染，以及化石能源发电所产生的余热（如废热水）被排放到附近水域中时，对水域的污染等。3）分布不均：全球化石能源并非平均分布于世界各地，而是集中分布于部分地区，且集中度极高。长期看：化石能源不可再生及环境污染的特性，令其产能扩张受限化石能源不可再生的特性天然限制其产能扩张。虽然随着全球勘探力度的增加，化石能源已探明储量（Proved Reserves）在不断上涨，但化石能源扩产能力实际有限：一来能源消费量增长导致储采比10呈现下降趋势，能源枯竭的隐忧长期存在，世界各国在化石能源扩产方面均有顾

21、虑；二来大部分化石能源储量在当前并不具备经济可开采性，产能扩张存在技术限制。化石能源的污染特性进一步抑制了其扩产水平。化石能源是全球温室气体排放的最大来源，在全球不断推进温室气体减排的当下，化石能源扩大供给的能力被不断削弱。近年来，大量机构投资者开始退出化石能源领域的投资：如 2021 年 9 月，哈佛大学捐赠基金宣布在未来不会再投资于化石能源领域11；2021 年 10 月，全球最大养老金之一的荷兰养老金（ABP）宣布将于 2023 年剥离对化石能源生产商的投资，对应资产总量达到约 150 亿欧元12。10 采储比（ Reserves-to-Production Ratio， R/P rat

22、io）是指年末剩余储量与当年产量之比，用于表示剩余储量可供生产的时长。11 见哈佛大学官网，https:/ HYPERLINK /president/news/2021/climate-change-update-on-harvard-action /president/news/2021/climate-change-update-on-harvard-action12 见 ABP 官网， https:/ HYPERLINK http:/www.abp.nl/english/press-releases/abp-stops-investing-in-fossil-fuel-producers

23、.aspx www.abp.nl/english/press-releases/abp-stops-investing-in-fossil-fuel-producers.aspx 图表9 化石能源已探明储量不断增长图表10 原油及天然气采储比存在下降趋势2.01.51.00.5原油已探明储量（万亿桶）煤炭已探明储量（万亿吨）天然气已探明储量（万亿立方米，右）2101601101980198319861989199219951998200120042007201020132016201960原油储采比（年）天然气储采比（年）555353515453535150505150 50495654525

24、04846442014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 资料来源：Wind， 资料来源：Wind， 图表11 化石能源是全球最大温室气体排放部门（亿吨二氧化碳当量）图表12 化石能源污染示意过程污染分类举例开采过程土地退化矿床占用生态系统水污染开采过程产生污染性废水、泄露等燃烧前排放开采与运输过程排放苯和甲醛燃烧过程空气污染碳排放、二氧化硫导致酸雨等海洋酸化海洋吸收碳排放导致海洋酸化能源工业农业废物LULUCF6050403020101990199219941996199820002002200420062008201020122014201620180 资料来源：

25、CAIT， 资料来源：短期看：化石能源分布不均的特性，加剧能源供给波动化石能源分布不均的特性，决定化石能源的集中生产与广泛使用存在矛盾，小范围的生产或运输条件变化，即可能导致全球能源供给波动，加剧能源供给不稳定性。全球已探明的化石能源储量当中，86%的煤炭分布在 7 个国家，80%的石油分布在 8 个国家，接近70%的天然气分布在 6 个国家，这导致了全球主要能源生产国集中于少数国家。三大化石能源中，前五大生产国各自占据对应能源全球产量的 50%以上，煤炭更是达到了接近 80%的集中度水平。化石能源的集中生产，导致小范围的自然灾害、技术事故或地缘政治局势变化即可能带来全球性的能源供给波动，影响

26、能源供给的稳定。最为典型的例子即为 20 世纪 70 年代，第四次中东战争爆发导致国际原油价格大幅上涨从而引发了广泛的石油危机，并造成了全球滞胀；以及 2022 年以来俄乌冲突之下，石油及天然气价格上涨带来了欧盟的能源危机。 图表13 全球煤炭探明储量分布（2020 年）图表14 全球原油探明储量分布（2020 年）已探明煤炭储量占世界储量比重其它已探明原油储量占全球比重委内瑞拉印尼3.2%盟3%13.6%美国23.2%度俄罗斯3%15.1%中国澳大利亚欧7.印10.其它20.4%阿联酋5.6%科威特5.9%俄罗斯17.5%沙特阿拉伯 17.2%加拿大13.3%14.0%6.2%伊拉克8.4%

27、伊朗9.1%9.7% 资料来源：Wind， 资料来源：Wind，图表15 全球天然气探明储量分布（2020 年）图表16 全球能源生产集中度（ 2021 年，煤炭为 2019 年）已探明天然气储量占世界比重俄罗斯19.9%其它31.5%伊朗中国17.1%4.5%美国100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%CR56.7%土库曼斯坦7.2%卡塔尔13.1%0%78.54%52.84%56.45%原油煤炭天然气 资料来源：Wind，资料来源：Our World in Data，市场端：汇率与金融投机加剧能源体系波动当前，化石能源的交易市场已成为全球性市场，这在提升资源配置效率的

28、同时也加剧了能源市场的复杂性。其中，汇率波动及金融市场的投机行为，均可能导致全球能源价格的波动，从市场端对能源安全造成影响。在三大化石能源中，原油是市场全球化程度最高的能源，汇率及投机对其造成的影响也最为典型。汇率方面，美元波动易冲击国际油价。世界主要原油市场多以美元结算，导致原油价格与美元指数存在负相关关系，美元汇率的变化对国际油价存在较大影响。当美元出现较大的升值或贬值时，国际油价相应调整，对能源价格形成冲击。金融投机方面，虽然金融投机为全球原油市场提供了充足的流动性且整体上不存在“掠夺性交易”13，但操纵市场的行为仍有发生且通常难以被监管及时察觉，对国际原油价格的稳定不利。如 2008年

29、美国WTI 期货价格快速上涨，期间美国商品期货交易委员会 （CFTC）牵头商品市场跨机构工作组（ITF），对原油市场发起调查，并认为“基本面供需因素是油价上涨的最好解释”14。然而，随着后续调查的深入，操纵市场行为也被证实存在。2011 年，CFTC 对Parnon、Arcadia Petroleum 等多家原油交易商提起诉讼，原因即为 2008 年 1-4 月期间其存在市场操纵行为，该诉讼最终于 2014年胜诉15。图表17 国际原油价格与美元指数存在负相关关系名义美元指数:广义(1997.1.1=100)世界银行:商品价格:原油:均价(美元/桶，右)15013011090705014012

30、01008060402080-0181-0883-0384-1086-0587-1289-0791-0292-0994-0495-1197-0699-0100-0802-0303-1005-0506-1208-0710-0211-0913-0414-1116-0618-0119-0821-03300 资料来源：Wind，三、 国际经验：不同禀赋下的殊途同归人类的经济活动建立在能源体系之上，回顾世界各国应对能源安全问题时所采取的策略，我们可以看到：无论一国化石能源资源禀赋的丰富程度如何，通过开发多样化的能源以增加本国能源供给的稳定性，始终是各国所能采取的最有效策略。节流提升能源效率同样重要，但实

31、现难度相对较大。我们选择了具有不同能源结构的几个典型国家案例进行分析。其中，丹麦化石能源储量匮乏，是典型的可再生能源（风能）利用率较高的国家；美国是化石能源储量大国，其能源结构以石油和天然气为主；沙特阿拉伯和卡塔尔则是化石能源储量丰富的小国，石油占其能源结构的主导地位，石油消费与出口对本国经济影响巨大。丹麦：化石能源匮乏，大力发展风能13 “掠夺性交易”一般是指交易者利用信息差放大市场波动从而获利的行为，见 Hendrik B., Allen C., et al. Predatory or Sunshine Trading? Evidence from Crude Oil ETF RollsR

32、. CFTC. 201414 Interagency Task Force on Commodity Markets. Interim Report on Crude OilR. CFTC. 200815 Holden D., Federal Court Orders $13 Million Fine in CFTC Crude Oil Manipulation Action against Parnon Energy Inc., Arcadia Petroleum Ltd., and Arcadia Energy (Suisse) SA, and Crude Oil Traders Jame

33、s Dyer and Nicholas WildgooseN/OL. CFTC.2014丹麦曾经长期依赖外部化石能源供给，并在石油危机中遭受了巨大的能源供给冲击。但由于丹麦本身不具备丰富的化石能源储备，因此选择了资源相对丰富的风能作为突破口。整体看其发展历程大致有两个阶段：1）20 世纪 70 年代前，能源供给依赖石油进口。由于化石能源价格低廉，长期以来丹麦通过石油进口满足国内能源需求，而并未对本国资源进行大力开发。20 世纪 70 年代初期，丹麦国内 92%的能源依赖石油，而同期其原油基本完全依赖进口。2）20 世纪 70 年代至今，开发本国化石能源、大力发展风电。由于高度依赖进口能源，石油

34、危机对丹麦经济造成了巨大冲击，并让丹麦意识到单一能源供应体系和过高对外依存度带来的严重问题。为保障能源供应稳定，丹麦开始加大自身化石能源的开发力度，并基于自身地理位置提供的稳定风力条件，开始尝试大力发展风能以及其他替代能源。开发本国化石能源方面：石油危机之前，丹麦就在北海发现了石油天然气资源，1972 年在北海打造的第一口油井成功产油，此后丹麦所属北海区域的石油和天然气产量不断增长，到 21 世纪初已增加了近 200 倍，成为继英国、挪威后的欧洲第三大产油国。同时，丹麦重新启用煤炭资源，着力实现能源供应多元化。到 90 年代初期，丹麦能源消费中煤炭占比由石油危机前的 7%一度攀升至 41%，而

35、石油占比也由危机前的 91%降到了 46%。大力发展风电方面： 19 世纪末，丹麦已有风力发电尝试，但长期以来并未受到重视。石油危机后，丹麦加大风力发电支持力度，到 80 年代初，约有 20 家风机制造商活跃在丹麦的风电产业。同时，风力涡轮机制造商逐渐扩大规模，通过不断改善涡轮机满足社会公用事业需求，研发出了相对大型的风力涡轮机，实现了相对低成本下的高收益。到 2021 年，风能已成为丹麦最大的发电来源，风力发电占总发电量的 48%。丹麦的能源转型成功降低了能源对外依存度，但同时也支付了“独立溢价”。通过开发本国化石能源及大力发展风电，丹麦能源的对外依存度不断下降，但同时也导致了能源价格的上升

36、，这体现为能源的“独立溢价”本国能源生产与能源进口之间的价格差额，是为了降低能源对外依存度所导致的能源价格上涨。以电价为例，2021 年末，丹麦居民部门电价达 0.401 美元/kWH，位列全球第二位，而同期美国的电价仅为 0.162 美元/kWh16。图表18 丹麦一次能源消费结构图表19 丹麦发电能源结构生物质燃料太阳能风能水能核能天然气煤炭石油其它生物量燃料100%80%60%40%20%煤炭 天然气 水 其它可再生能源 太阳能 石油 风 核100%80%60%40%20%1965196819711974197719801983198619891992199519982001200420

37、07201020132016201919901992199419961998200020022004200620082010201220142016201820200%0%资料来源：Our World in Data，资料来源：Our World in Data，16 https:/ HYPERLINK /electricity_prices/ /electricity_prices/美国：化石能源丰富的大国，从天然气到新能源美国虽然是化石能源的资源大国，煤炭及天然气储量均位居世界前列，但其庞大的经济体量决定了其能源消费的规模同样巨大，能源安全也是长期困扰美国经济发展的问题。就历史发展而言，美

38、国能源体系发展经历了三个时期：1） 19 世纪至 20 世纪 70 年代：利用一切手段扩大能源供给，对外依存度持续提升。自 19 世纪后期开始，美国先后实现了煤炭对薪柴等植物能源的替代以及石油对煤炭的替代，形成了以石油为主导的能源结构。为确保能源供应、提升经济绩效，该时期美国能源体系形成了颇具特色的模式：第一，即便需要进口，也要确保能源供应充沛；第二，维持较低的能源价格，支持煤炭、石油、天然气等常规燃料；第三，限制大公司的市场支配力量，鼓励开展能源竞争；第四，允许在现行的联邦和州监管体系内制定能源政策17。该时期内，美国运用了所有可能的手段提升能源供给，并在战后逐渐成为全球最大的石油消费国和进

39、口国。2）20 世纪 70年代至 21 世纪初：石油危机后，加大对本国非常规化石能源的开发支持力度。20 世纪 70 年代，石油危机不仅促使国际油价大幅上行，也令美国的能源供给出现了巨大的缺口。无论从价格或是供给量上，美国的能源安全均受到了严重冲击，这本质上是由于化石能源分布不均导致。能源安全问题迫使美国调整原有的能源政策，试图降低能源的对外依赖程度。20 世纪 80 年代起，由美国联邦政府能源部联合各州地质局、高校及工业团体发起了一系列本国能源开发工程，其中“东部页岩气工程（ESGP）”效果最好。经历 16 年的研究，ESGP 积累了大量的页岩气基础资料并推动了大量技术产生18。同时，自 1

40、980 年能源意外获利法颁布19起，美国出台了一系列针对非常规能源企业的补贴及税收优惠政策，并逐渐放开管网准入，推动非常规化石能源的开采、使用。21 世纪初，页岩资源开采技术逐渐成熟，水平井多段压裂、大型水力压裂、多井工厂化等技术开始应用，美国页岩气产量大规模提升，并在 2009 年首次超过俄罗斯成为全球第一大天然气生产国。页岩气革命完成后，天然气逐渐成为美国的支柱能源，油气对外依存度大幅降低。美国于 2017 年由天然气净进口国转为净出口国，能源供给对国际市场的依赖程度大幅下降。图表20 美国页岩气革命完成后天然气消费量占比大增（%）石油煤炭太阳能核能水能风能天然气其它可再生能源页岩气革命完

41、成，天然气消费占比大增100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%19651967196919711973197519771979198119831985198719891991199319951997199920012003200520072009201120132015201720190%资料来源：Our World in Data，17 金乐琴. 能源结构转型的目标与路径:美国、德国的比较及启示J.经济问题探索,201618 周庆凡,孙鹏.美国东部页岩气项目回顾及启示J.石油科技论坛,2014,33(05):44-48.19 胡文瑞.无法完全复制美国页岩气革命重新发现石

42、油选载之二J.石油知识,2018 图表21 美国页岩气产量占天然气产量比重图表22 美国天然气净出口量变化（十亿立方英尺）50000400003000020000100000美国页岩气产量（十亿立方英尺） 美国天然气总产量（十亿立方英尺）页岩气占美国天然气产量的比例（%，右）80%60%40%20%0%8,0006,0004,0002,0000-2,000-4,00020072008200920102011201220132014201520162017201820192020-6,000美国天然气净出口量美国天然气出口量美国天然气进口量 200020022004200620082010201

43、22014201620182020资料来源：EIA，资料来源：Wind，3） 21 世纪初至今，开发可再生能源，进一步保障能源供给。页岩气革命的成功虽然强化了美国本国的能源供给能力，但页岩气本身也存在甲烷（温室气体之一）排放量大以及产量衰减快、供给不稳定的缺陷。这形成了美国“言行不一”的能源战略取向：一方面，出于对化石能源尤其是页岩气的依赖，美国长期以“伞形国家”20的姿态出现，其对全球气候变化问题的态度不甚积极；另一方面，为应对页岩气生产周期过短问题，以保障长期能源供给，美国同时也在不断提升可再生能源的装机量，这与其消极应对气候变化问题的态度形成了鲜明对比。具体来看，20 世纪，美国就已通过

44、能源税法案、能源政策法案等对可再生能源的投资和生产给予了税收抵免。进入 21 世纪，美国进一步更新了税收抵免政策，并在 2005 年发布了能源安全法案，将可再生能源债券及贷款担保等金融工具引入可再生能源政策体系作为激励手段。2015 年，奥巴马政府发布清洁能源计划，在为火电厂设定排放标准的同时，也计划通过清洁能源激励计划（CEIP）刺激光伏及风电投资，但随后被特朗普政府废除清洁能源计划的做法所打断。拜登政府上台后，美国重返巴黎协定，并宣布将于 2035 年实现 100%的零碳电力系统21，可再生能源再度成为发展重点。按照拜登的计划，美国将于 2024 年实现累计 22.5GW 的太阳能装机量2

45、2；并将于 2030 年部署累计 30GW 的海上风电装机量23等。为此，美国政府延续了一系列促进可再生能源发展的政策，并已从联邦层面批准了一系列基础设施建设项目。20 伞形国家是在 2009 年联合国哥本哈根气候谈判中形成的国家集团。由美国、加拿大、澳大利亚、新西兰、哈萨克斯坦、挪威、俄罗斯、乌克兰及日本等非欧盟国家在地图上的连线像一把伞状，因此被称为伞形国家集团。伞形国家的减排立场大同小异，以“主要排放国参与绝对减排”为前提，中期减排目标低。21 FACT SHEET: Biden- Harris Administration Races to Deploy Clean Energy th

46、at Creates Jobs and Low ers Costs.见白宫官网，https:/ HYPERLINK /briefing-room/statements-releases/2022/01/12/fact-sheet-biden-harris-administration-ra /briefing-room/statements-releases/2022/01/12/fact-sheet-biden-harris-administration-races-to-deploy-clean-energy-that-creates-jobs-and-low ers-costs/22 F

47、ACT SHEET: President Biden Takes Bold Executive Action to Spur Domestic Clean Energy Manuf acturing. 见白宫官网，https:/ HYPERLINK /briefing-room/statements-releases/2022/06/06/fact-sheet-president-biden-takes-bold-ex /briefing-room/statements-releases/2022/06/06/fact-sheet-president-biden-takes-bold-ex e

48、cutive-action-to-spur-domestic-clean-energy-manufacturing/23 FACT SHEET: Biden Administration Launches New Federal-State Offshore Wind Partnership to Grow American-Made Clean Energy.见白宫官网，https:/ HYPERLINK /briefing-room/statements-releases/2022/06/23/fact-sheet-biden-administration-launche /briefin

49、g-room/statements-releases/2022/06/23/fact-sheet-biden-administration-launches-new -federal-state-offshore-wind-partnership-to-grow -american-made-clean-energy/图表23 美国促进可再生能源发展相关联邦级政策（截至 2022 年 7 月）政策名政策类型政策手段实施时间可再生电力生产税收抵免(PTC)财务激励企业税收抵免2002 年 3 月商业能源投资税收抵免(ITC)财务激励企业税收抵免2002 年 3 月节能抵押贷款财务激励贷款计划20

50、02 年 3 月住宅节能补贴除外（企业）财务激励企业免税2002 年 3 月住宅节能补贴除外（个人）财务激励个人免税2002 年 3 月美国农业部-美国农村能源计划(REAP)贷款担保财务激励贷款计划2003 年 4 月美国农业部-美国农村能源计划(REAP)赠款财务激励资助计划2003 年 4 月联邦政府的绿色电力采购目标监管政策绿色电力采购2004 年 2 月住宅可再生能源税收抵免财务激励个人税收抵免2005 年 8 月节能家电制造税收抵免财务激励企业税收抵免2006 年 1 月住宅能源效率税收抵免财务激励个人税收抵免2006 年 1 月节能商业建筑税收减免财务激励企业税减免2006 年

51、1 月住宅建筑商的节能新房税收抵免财务激励企业税收抵免2006 年 1 月清洁可再生能源债券(CREB)财务激励资助、贷款计划2006 年 5 月联邦电器标准监管政策电器/设备效率标准2006 年 6 月小型发电机的并网标准监管政策并网标准2007 年 10 月合格节能债券(QECB)财务激励贷款计划2008 年 10 月美国能源部-贷款担保计划财务激励贷款计划2008 年 9 月美国农业部-高能源成本补助计划财务激励资助计划2010 年 9 月美国农业部-生物精炼、可再生化学品和生物基产品制造援助计划财务激励贷款计划2012 年 10 月美国农业部-重振援助生物精炼计划财务激励资助计划201

52、2 年 10 月FHA PowerSaver 款计划财务激励贷款计划2014 年 12 月美国农业部-美国农村能源计划(REAP)能源审计和可再生能源发展援助(EA/REDA)计划财务激励资助计划2015 年 2 月低收入家庭能源援助计划(LIHEAP)财务激励资助计划2015 年 3 月天气援助计划(WAP)财务激励资助计划2015 年 3 月Fannie Mae 绿色融资-贷款计划财务激励贷款计划2015 年 5 月插电式电动汽车税收抵免财务激励个人税收抵免2021 年 8 月资料来源：DSIRE，图表24 美国联邦层面正在建设的可再生能源发展项目（截至 2022 年 7 月）领域项目项目

53、太阳能Arrow Canyon Solar ProjectSouthern Bighorn Solar Projects海上风电Atlantic Shores SouthNew England WindCoastal Virginia Offshore WindCommercial ProjectOcean Wind 1 ProjectEmpire Wind Energy ProjectRevolution Wind Farm ProjectKitty Hawk North Wind ProjectSunrise Wind FarmMaryland Offshore Wind ProjectV

54、ineyard WindMayflower Wind Energy Project资料来源：Federal Infrastructure Project Permitting Dashboard，在政策促进及联邦政府、州政府的支持下，美国可再生能源装机量不断提升。截至 2020 年末，风电、光伏装机量分别达到 1180 万 W 及 970 万W，在发电来源中，风力发电及太阳能发电的占比同样快速增长。图表25 美国可再生能源装机量（十万瓦）图表26 美国发电结构生物质能发电地热能发电140120100806040202005200620072008200920102011201220132014

55、2015201620172018201920200风电太阳能光伏煤炭 天然气 水 其它可再生能源 太阳能 石油 风 核100%80%60%40%20%19851987198919911993199519971999200120032005200720092011201320152017201920210% 资料来源：Wind，资料来源：Our World in Data，沙特/卡塔尔：化石能源丰富的小国，从石油/天然气到光伏沙特阿拉伯与卡塔尔，分别是全球石油及天然气出口大国。两国丰富的化石资源储量令其通过能源出口快速发展。然而，近年来二者开始试图通过发展太阳能降低本国对化石能源的依赖，以应对国

56、际能源价格波动所可能导致的经济冲击（高度全球化的能源市场令资源出口国没有绝对定价权），以及快速增长的国内能源需求对能源出口能力的挤压。沙特阿拉伯：设立国家目标，减少化石能源依赖。沙特阿拉伯石油储量位居世界第二，这造成其能源消费严重依赖石油；以电力部门为例，沙特阿拉伯近 40%的电力是通过“烧油”这一在大部分国家看来匪夷所思的方式生产的。与此同时，其电价却处于全球较低水平。2021 年 12 月沙特阿拉伯居民部门电价为 0.048 美元/kWh，企业部门电价为 0.068 美元/kWh，显著低于全球任何主要经济体，这主要是通过出口化石能源并补贴本国发电所实现24。“烧油”发电与低廉的电价，体现出

57、沙特阿拉伯显著的石油资源禀赋优势。然而，近年来沙特阿拉伯同样开始发展非化石能源。虽然沙特阿拉伯具有丰富的石油资源储量，但一方面国家经济石油出口依赖严重，国际能源价格波动对国内经济影响巨大；另一方面随着国内经24 见 Global petrol Price， https:/ HYPERLINK /electricity_prices/ /electricity_prices/济的发展，其本国能源需求也在飞速提升，甚至可能在 2030 年导致石油产量被全部用于境内消费而无法出口25，石油出口的下降会对其国民经济造成巨大的负面影响。因此，沙特阿拉伯于 2016 年发布2030 年国家愿景，宣布计划到

58、 2030 年可再生能源将占到本国能源结构 50%26（宣布时可再生能源占比为 0%），同时设立了 9.5GW 太阳能装机量的初始目标，并将为此重新审视或修改现行的法律及政策框架，以允许私人部门对可再生能源进行投资27。卡塔尔：提升太阳能发电占比，保障能源安全。卡塔尔天然气储量位居世界第三，天然气自然成为了该国最为主要的能源。以电力部门为例，卡塔尔超过 99%的电力由燃气发电产生，电价较沙特阿拉伯更低，2021 年 12 月，卡塔尔居民部门电价约为 0.032 美元/kWh，企业部门电价约为 0.036美元/kWh，是全球电价最低的国家之一。近年来，卡塔尔也开始走上了发展太阳能的道路。卡塔尔发

59、展太阳能的思路与沙特阿拉伯相似：对化石能源出口的依赖也将导致经济受国际能源价格波动的影响；同时，随着国内经济发展，境内能源需求逐渐增加，这将导致可供出口的天然气逐渐减少28。为此，卡塔尔同样设立了2030 年国家愿景，将对化石能源的依赖视为国家的威胁29，并宣布将通过能源及经济多元化保障国家经济在国际油气价格波动时继续增长30。当前，卡塔尔能源公司（Qatar Energy）已设立了到 2030 年将新增 2-4GW 光伏装机量的目标。图表27 沙特阿拉伯发电结构（%）图表28 卡塔尔发电结构（%）石油天然气太阳能（右）6560555045403519851987198919911993199

60、51997199920012003200520072009201120132015201720192021300.20.120002002200420062008201020122014201620180100.0099.9899.9699.9499.9299.9099.8899.8699.8499.82天然气太阳能（右）其它可再生能源（右）0.100.080.060.040.0220200.00 资料来源：Our World in Data，资料来源： Our World in Data，综上所述，由于化石能源存在三项固有特征（不可再生，环境污染，分布不均），其难以长期满足