二 现代能源体系及问题
现代能源体系可以说是人类有史以来最为重要的创新，是现代工业文明的基础。尽管如此，现代能源体系却并非是完美的，相反，它还产生了一些严重的问题，其中最严重的就是环境问题。在未采用环保技术的情况下，现代能源体系，包括煤炭开采、石油开采与冶炼、燃煤发电、燃油消费等过程都可能造成严重的环境污染。其次，能源体系的自然垄断属性，往往形成强有力的利益集团，对社会财富分配和经济运行产生深刻的影响。在经济因素的影响下，现代能源体系也会造成严重的社会问题，比如财富两极分化、社会格局固化等问题。
（一）环境问题
近年来，由能源体系带来的环境问题非常多见。煤炭一直是个老大难问题，油气资源开发造成的环境问题也日益突出，还有核电站、水电站对环境产生的影响等都造成重大的环境问题。
1.全球气候变化与温室气体排放
使用化石燃料和传统能源，会增加二氧化碳排放量、减少森林面积、降低水质、酸化或碱化水体、向生态圈中排放有害物质，进而威胁到全球生态多样性和生态系统。这些危害同时又遏制了地球对气候变化的自然调节能力。
联合国政府间气候变化专门委员会指出，气候系统变暖已是明确无疑的事实。因为人们已经观察到全球气温和海洋平均温度升高，冰雪大范围融化，全球平均海平面在上升。气候学家已经确定，温度上升应以2℃为限，以避免对地球造成不可逆转的破坏。为了实现这一目标，全球温室气体排放量到2015年需要达到高峰，其后逐渐下降，到2050年减少50%。
气候变化影响人类生存的各个方面，包括生态系统、淡水资源、农林产业、工业、居住环境、社会生活及人类健康等。气候变化对各区域产生的影响因地理状况差异而各不相同。
到目前为止，大多数发达国家宣布了2020年实现中期减排目标，但这些目标大多远远低于气候专委会关于到2020年应比1990年减少25%～40%的范围，若要将升温限制在2℃之下，就必须实现这一减排目标。
国际社会在应对全球气候变化的问题上一直争论不断，主要焦点就在于发达国家与新兴经济体之间的矛盾。以中国、印度、巴西、南非等为代表的新兴经济体认为，全球气候变化主要是由于发达国家在历史上的排放引起的，因此发达国家应该承担更多义务，应以历史上总体排放量作为减排的基础；而发达国家则希望各国都应进行总量减排，新兴经济体应限制过快的排放增长。
2.环境污染
（1）大气污染
能源在燃烧利用的过程中产生多种大气污染物，如果没有严格的环保措施就会造成严重的大气污染。石油、煤炭、天然气这三种化石能源，虽然本质上都是以碳、氢元素为主，但是都包含有其他成分，如氮、硫、磷等，尤其煤炭的成分更为复杂，甚至可包含汞、铅、镉等重金属及铀等放射性元素。如果没有环保措施这些有害元素经过燃烧后就会扩散到整个大气之中。
（2）水污染与生态风险
能源生产与利用过程中，对水资源的消耗和水环境的污染也十分巨大。石油开采、煤炭开采、水电项目建设都可能引起破坏水资源和污染水环境的问题，并危及各种生物的生存环境和生物多样性。
随着石油的大规模勘探、开采，石油化工业的发展及其产品的广泛应用，石油及石油化工产品对地下水的污染已成为不可忽视的问题。石油和石油化工产品，经常以非水相液体（NAPL）的形式污染土壤、含水层和地下水。NAPL可被孔隙介质长期束缚，其可溶性成分还会逐渐扩散至地下水中，从而成为一种持久性的污染源。
石油开采产生大量的采油污水。而且，石油从地下抽出后，还需注入大量清水来保持地层压力。
煤炭工业对水环境的污染也十分严重，主要表现在以下几个方面：首先是煤炭开采过程中引起的地下水资源流失和地表水污染；其次是煤炭加工转化过程（电力生产）中的水资源消耗和水环境污染。
煤炭开采对水资源的破坏和造成的水环境污染问题，在全国大部分煤炭矿区广泛存在。尤其在山西、宁夏、陕西等干旱、半干旱地区，水资源的破坏给当地的生产、生活造成了严重影响。
目前，页岩气开发也正面临环境方面的争议，对页岩气开发可能引起地下水污染的问题展开了广泛的讨论。针对页岩气开采引发的一系列争论及对潜在环境问题的担忧，美国环保局正在通过修正部分法律来实施更加严格的管制，并要求页岩气开采商加强环保投资，提供解决方案。
（3）地质影响
能源体系对地质环境的影响主要来自两方面：一是水电项目的影响；二是煤炭开采对地质环境的影响。
首先，水电项目对地质环境的影响。
中国的水电环境保护管理始于20世纪80年代初，到80年代后期，大中型水电建设项目基本纳入环境管理轨道，建立了比较健全的管理程序和环境影响评价技术规范。1988年颁布《水利水电项目环境影响评价技术规范》，1992年颁布《江河流域规划环境影响评价规范》，2002年又修订颁布《环境影响评价技术导则（水利水电工程）》。此外，还颁布了适用于水利水电工程的其他环境影响因子（地面水环境、地下水环境和生态环境等）的评价规范。
随着对水电开发建设项目环境影响评价研究和管理的深入，逐步建立了水生生态、陆地生态、水环境以及水库淹没和移民安置环境影响评价体系和方法。2002年颁布的《环境影响评价法》，进一步提高环境影响评价的法律地位，扩大环境影响评价的范围，将规划纳入环境影响评价管理的范畴。配套出台的《规划环境影响评价范围》将水电开发规划纳入编制环境影响报告书的范围。
随着水电项目建设力度加大，其环境问题日益凸显，社会关注程度加大。尤其是流域梯级水电建设影响范围广、因素复杂、周期长，有些影响具有累积和滞后效应，甚至还有一些不可逆的影响，主要有：水电拦河筑坝建库带来的上下游水文泥沙情势变化，引起库区和下游水质、水温等水环境不同程度地改变，由此产生闸、坝的阻隔和水生生境变化对鱼类等水生生物有很大影响；水库淹没对陆生动植物造成一定影响；移民后靠生产生活安置等过程中的环境问题及移而不稳也是水电项目建设带来的重要问题。
水库蓄水使库区原有农田减少，特别是对于土地资源较为匮乏的山区，移民安置与解决耕地问题的矛盾十分尖锐。一些地区后靠安置毁林开荒、陡坡开荒，造成库区的水土流失情况十分严重，泥石流、滑坡和崩塌，使本来很严重的自然生态问题更为恶化，有时甚至导致二次搬迁，这也是有些移民长期生活贫困、移而不稳的重要原因。移民安置解决得不好，随之也会使当地的环境质量退化。
其次，煤炭开采对地质环境的影响。
中国以煤为主的能源生产结构使得采煤引发的地质灾害成为能源环境影响中的重点。
大规模开采煤炭，造成矿区土地塌陷、地表扰动等严重的地质灾害。多年来，煤炭开采沉陷造成我国东部平原矿区土地面积大部分积水、受淹或盐渍化，西部矿区水土流失和土地荒漠化也在加剧。
煤炭井工开采塌陷土地，破坏植被，影响土地耕作和植被生长，降低土地利用率，改变地貌引发土地沙漠化。塌陷还会引起山地、丘陵发生泥石流，山体塌陷滑移等自然灾害，严重破坏矿区的植物资源、土地资源和生态环境。资料表明，对于井工开采，每采1万吨煤炭就有0.01～0.29公顷的土地塌陷。
煤炭露天开采对植被和土地的破坏程度更大，这种采掘场挖损多是毁灭性的。露天开采直接挖损土地，破坏地表植被。据资料统计，对于露天开采，每采1万吨煤炭就有0.06～0.13公顷的土地挖损，平均为0.08公顷。
煤矿开采产生的固体废弃物压占土地，植被也遭到严重破坏。
（4）核污染风险
1986年的切尔诺贝利核电站事故是第一次重大的核电事故，它对欧洲造成的环境损害至今还没有完全搞清楚。2012年3月11日，日本福岛核事故再次造成重大的环境影响。日本核事故发生后，美国核管理委员会已开始重新审核美国12家企业提交的20多座核电站的执照申请。法国是仅次于美国的第二大核电生产国，核电占总发电比例的80%，目前有58座核反应堆在运行，法国已表示不会放弃建设新一代核电站的计划。
3.能源的外部性环境成本
燃烧化石燃料和传统燃料形成的污染将造成很高的间接成本。化石燃料的不完全燃烧产生的可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5）污染，以及其他形式的空气污染（硫化物、氮化物、光化学烟雾、重金属等）对人类健康有致命危害。在美国，由于燃烧化石燃料，每年耗费在人类健康方面的花费达到1200亿美元，大部分花费在成千上万死于空气污染的未成年人身上。国际能源署的研究表明：2005年，控制空气污染的成本达到1550亿欧元，而至2030年，该成本将会增长至原来的3倍。
一项由哈佛医学院发表的研究报告表明，美国由煤燃烧所引起的环境外部成本为0.27美元/度，而电的平均成本为0.09美元/度。通过对比，美国环境法研究所发表的化石燃料行业政府能源补贴研究表明，同年美国的煤炭补贴为0.27美元/度（见图1-3）。
图1-3 与全球人类健康及环境变化相关的能源外部性成本（指数坐标）
资料来源：IPCC，“Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation，” Working Group III-Mitigation of Climate Change，editedby O.Edenhofer，R.Pichs-Madruga，and Y.Sokoma，published for the Intergovernmental Panel on Climate Chonge，2011。
欧洲环保署发表的一项关于产电引发的环境外部成本研究检测了CO2和其他空气污染物（NOX、SO2、NMVOCs、PM10、NH3）排放所引发的具体环境品质损失成本：2008年使用传统化石燃料发电所引起的环境外部成本达到25.9欧分/度。
尽管利用化石能源而产生的环境负面外部效应，给当代人及后代带来健康方面的损害，但是各国政府出于经济方面的考虑，并不愿意将这种负外部性货币化，因为这会导致可再生能源成本高、投资回报周期长、难以替代化石燃料。
可再生能源技术并非不会给社会及环境带来负面影响，因此慎重规划对规避可能产生的环境和社会影响非常重要。比如，生物燃料的生产过程会造成对生物多样性和生态系统的负面影响；大规模水力发电对环境和社会的影响更是不可估量；可再生能源特别是光伏组件需要稀土元素，因此可能造成重金属污染问题。
（二）经济问题
1.能源部门对整体经济的影响
能源部门是现代经济的基础部门，是几乎所有其他部门的上游，其供给稳定性和与此相关的价格变化，对下游经济和宏观经济都有重要的影响。从经济学角度看，它对整体经济的影响主要有以下几个方面。
（1）高价能源产生沉重的经济负担
能源部门是所有部门的上游，所以它的价格是国民经济分配的重要组成，即能源价格决定了总产出中有多少需要支付给能源资源部门。如果能源价格过高，就相当于挤压了下游部门的利润空间，因此，它是一个社会分配问题。
21世纪以来，国际能源价格总体上处于上升趋势。2007年甚至达到了147美元/桶的高峰，之后虽然有所回落，但是仍然处于高位。
在化石燃料价格逐渐上涨的大背景下，为了保护消费者利益，一些国家增加燃料补贴，限制其他政府预算，并支持能源进口来缓解对化石燃料的需求。对非洲石油进口国来说，石油占到总进口额的10%～15%，平均消耗了30%出口收入。
一些非洲国家，包括肯尼亚和塞内加尔，将其出口收益的一半以上都投入到能源进口方面，而在印度，该项比例则达到45%。很多实例表明，对有条件使用可再生能源的区域进行相关投资可以提高整个国家的能源安全性。
寻找可持续的替代能源，减少对化石能源的过度依赖，已经成为各国能源政策的一个重点。但是目前除水电外的多数可再生能源项目，都需要较高的价格或者政府补贴来维持其运转。因此，对如何发展可再生能源存在着激烈的争论。同时，人们忽略了另一个事实，由于化石能源利用过程中的环境负外部性并没有完全由其生产企业负担，实际上各国政府也对化石能源进行了补贴。这种对环境污染行为的实际补贴，导致了严重的健康代价。
（2）能源价格与经济竞争力有密切关系
能源部门具有天然垄断特性，由于其供给依赖网络，实力强的能源企业更有扩张的能力，导致强者愈强、弱者最后被排挤出局，如不加控制，就会形成完全垄断或寡头垄断。一旦形成垄断或者寡头垄断局面，对这样一个竞争不充分的部门如何管理，就成为一个社会难题。因此，能源部门经常是规制经济学的一个重要议题。
对能源进口国来说，如果能源价格超过了正常的水平，就会造成下游工业的利润空间大幅度减少，因而扭曲经济资源的配置格局，甚至扼杀制造业的创新与发展能力，给消费者带来较高的生活成本。而对于能源出口国来说，较高的能源价格会带来大量的货币流入，并带动本币的升值和利息率的提高以及较高的劳动成本和物价水平，同样也会使其他工业的发展失去动力，因为任何其他工业都无法提供像能源工业那样高的利润率。这就是经济学上的“荷兰病”。
图1-4显示出中国经济中石油与天然气开采业在经济中的地位。这一行业的利润率是所有部门中最高的，达到46.5%，只有烟草行业才能勉强与之相比。这就反映出了能源工业对其他部门利润的争夺。
图1-4 2010年中国工业成本费用利润率
资料来源：van den Wouden，A.，“Sources of Energy in the Dutch Golden Age，” in Cavaciocchi，S.（ed.），Ecomomia e Energia，Le Monnier，Florene，2003，pp.445-68。
（3）能源价格对宏观经济周期有重要的影响
由能源市场波动带来的经济性风险往往被能源安全话题的掩盖。实际上，真正意义上的能源供给中断从来没有在和平时期发生过，而能源市场波动带来的经济性风险却时时存在。由于能源价格构成了国民经济运行的基础，能源价格的剧烈波动往往成为经济周期变化的一个肇因。
Hamilton（2011）总结了石油价格波动与美国经济周期之间的关系。结论是很显然的，石油价格的剧烈波动与美国经济周期之间存在着很强的联系。尽管这一关系是不对称的，即石油价格快速上涨会引起经济的衰退，但是石油价格的快速下跌却不会引起经济的繁荣（见表1-1）。
由于石油价格在事实上与美元挂钩，而美元又是全球货币体系的基础，因此石油价格的剧烈波动往往引发全球的市场动荡，并可能引发全球性的经济危机。2008年爆发的世界金融危机，其前兆就是2007年高企的石油价格（达到147美元/桶的历史高位）。
（4）能源价格影响到能源资源收益的全球分配及其在全球经济中的地位
经济价格是能源安全的另一个重要方面。从战略安全角度来看，在核武力威慑之下，目前很难说有哪个国家会希望通过战争手段来控制能源资源，或者干涉能源运输通道的畅通。即使是伊朗也清楚地知道封锁霍尔木兹海峡是一个同归于尽的选项，绝非一个理智国家所可能采取的措施。在这种背景下，由于战争和地缘政治冲突而引发能源供应中断的可能性是非常小的，而时时刻刻发生的却是由国际能源价格尤其是石油价格对经济安全产生的影响。
任何国家，不论控制多少资源，都是为了使资源收益最大化，只要没有陷入疯狂状态，都不会关闭这个会带来重大利益的市场。即使在冷战时期，苏联也需要出口石油来换取外汇；1973年的石油禁运既没有实现零贸易，也没能坚持多久。
表1-1 石油价格与美国经济周期关系的研究总结
目前对能源安全的关注主要集中在如何保障能源供给尤其是石油进口上，而对其他问题尤其是如何应对能源安全的经济风险关注较少。实际上，能源供给中断只是一个理论上的可能性，并不是一个随时都会发生的现实威胁。但是，能源作为经济的基础，来自能源的经济风险是一个常态化又时时被忽略的问题。
按照2001年小布什政府提出的美国《国家能源政策》的提法，能源安全有三个要素：供给稳定可靠、成本可负担、环境友好。在现实中，第一个目标即“供给稳定可靠”受到的关注最高，也基本做到了。环境友好也受到了极大的关注，每年全球应对气候的谈判都会掀起一个热潮，但是从经济的角度看，石油禁运之后的40年总体上是能源价格不断上涨的40年，只有20世纪80年代初期和90年代末亚洲金融危机期间的能源价格相对较低。能源成本几乎已经成为影响全球经济的最重要的因素。
为应对能源安全挑战所做的一切努力，最终都会转化为经济体系的成本，影响着经济的总体竞争力，并最终由全体消费者埋单。如果单纯考虑供给保障，而忽视由此带来的经济成本，将会在经济上付出更大的代价，以致影响长远发展。
能源不是一个简单的商品，作为世界最大宗的贸易商品，能源尤其是石油贸易体系在全球经济利益分配中扮演着重要角色。以美元的石油定价权作为基础的货币体系，使世界经济构成了一个物质流与资金流相互配合的统一体。需要进口石油的国家必需出口制造业商品来换取美元，出口石油的国家获得美元然后用来购买其他商品。因此，石油价格就成了在全球进行利益分配的基础工具。
石油价格的基础是全球货币的流动性尤其是美元的流动性。因此，控制全球货币流动性的快速增长，是有效抑制国际石油价格剧烈波动，实现全球经济平稳运行的关键。这是能源消费大国尤其是中国、美国、日本、欧盟等经济体的重要责任。