三 第四次能源革命
人类社会的能源结构从火的应用开始，历史上经历了多次能源变革，即通常所说的能源革命。第一次能源革命是用火技术的掌握；第二次能源革命是以蒸汽机的发明为代表的工业能源技术革命，它不仅仅是技术的革命，更涉及经济的方方面面。以技术革命为发端，引发了生产革命、消费革命与市场机制的革命。应该说，这一次能源革命开创了人类历史的工业文明时代，支持了几百年来经济的快速增长与社会进步。有人把核电站的发明作为第三次能源革命，现在看似并不足以与前两次工业革命相提并论，但是它提供了化石能源和传统可再生能源之外的另一个重要选择。
然而随着时代的发展与工业技术尤其是信息化、互联网、智能化技术的进步及其应用模式的变化，肇端于工业革命的第一代能源工业技术出现了诸多问题，具体见上面两节的论述。为应对这些问题，推动新一次或者说第四次能源革命发展已经成为时代的要求，同时技术进步与其应用模式的进步也为第四次能源技术革命的实现提供了可能性。这次能源革命的主要技术特点应该是智能化，它对应的是后工业社会的来临和人类更自由的生活方式。
（一）主要方面与特点
这次能源革命的目标是在继续保持传统的能源廉价、广泛覆盖、普遍服务的特点的同时，解决能源在经济、社会、资源环境以及全球气候变化等方面引起的诸多问题，实现智能化、清洁化、个性化、柔性化与资源节约，继续提升能源利用的效率。这次能源革命有以下特点。
1.以清洁化应对环境污染问题
环境是人类赖以生存的基础。如前所述，能源生产与利用过程中可能带来严重的破坏环境与危害人类健康的代价，而且这种代价可能一时还不能完全认识清楚。现代工业技术体系已经可以为各种环保目标提供选择方案，而不是一定要付出环境与健康代价才能实现经济发展。
在很多时候，环境保护实际上不是技术问题、经济问题，而是社会分配问题。如果一部分居民为能源项目付出了不应付出的代价，实际上就相当于有别的群体获得了不应有的收益，这将导致社会公平问题。
2010年以来中国出现的大范围雾霾现象再次提醒人们，经济利益的分配不仅仅是在不同人群之间进行的，也是在当代人与后代之间进行的，甚至是在每个人身上进行的。也就是说，每一个人在享受经济利益的时候都付出了健康代价。
因此，在实施能源的所有经济活动时，包括规划、设计、开发、生产、消费、输送等过程，都应树立环境优先这一原则。这一原则不仅要控制污染物的排放，更要注意对生态环境、土地利用方式等方面的影响。
传统能源的清洁化与发展新型清洁能源是提高能源环境效应的两个重要方面。能源本身并无脏洁之分，污染都是发生于能源利用的过程。如果实现能源清洁化利用，那么能源的使用并不一定会形成污染。
传统能源仍然是能源供给与消费的主体，目前还看不到传统化石能源被其他能源大规模取代的前景。2012年，中国能源消费结构中煤炭占据68.5%，印度为52.9%。可再生能源难以大规模替代传统化石能源的另一个重要原因，是因为目前除水电外的可再生能源不可能满足现代工业所需的大规模、稳定的能源需求。无论是风电、光伏发电，还是风光互补发电，用于满足城市和乡村居民的照明和一般家用能源需求时尚且可行，但是难以想象它们能为大规模的工厂提供持续的能源供应。
因此，实现传统化石能源生产与利用过程中的清洁化，才是减少污染物排放和改善环境的关键因素。
2.以低碳化应对全球气候变化
全球气候变化是人类共同面对的重大挑战，发展低碳能源是能源革命的重要方面。低碳能源既包括传统能源的节约与低碳化，也包括核能、水电、风电、太阳能、地热能等可再生能源。在安全、高效、清洁的前提下，发展低碳能源是应对全球气候变化与化石能源资源匮乏挑战的重要方面。
3.以智能化增强可再生能源的经济性
可再生能源对未来能源革命有重要的意义，发展智能电网是实现可再生能源大规模发展的前提。目前电网调控技术已经比较成熟，但尚有进一步提高的空间。智能电网对电网企业提出了较高的要求，为了中国的环境改善和能源结构的优化，电网企业应该承担起这一责任。
4.形成燃料之间的竞争，推动能源体制改革，提高市场效率
竞争性原则是市场经济的基本原则。垄断制约创新、抬高价格、降低服务水平，对少数供应商和供应商品的依赖是造成能源不安全的重要原因。供给竞争意味着更多的选择空间，从而可以促进企业加大对创新的投入，降低个别厂商、个别行业提高价格的可能性，有利于降低能源组合的整体成本。
在能源领域，不仅应在每一个细分市场如石油、天然气、煤炭、热力、电力内实现市场竞争，打破少数企业的垄断，还应通过消费端的技术手段，实现不同能源品种之间的竞争。比如对汽车领域，除传统的燃油汽车之外，还可以有天然气汽车、纯电动汽车、混合动力汽车，以后还可以有基于太阳能的汽车可供选择。更进一步，如果通过发动机技术的改造，单辆汽车即可在较大范围空间内实现燃油、醇醚燃料、电力之间的自由选择，那么石油对车用燃料的垄断地位就可以被有效打破。
5.以分布式供应提高能源服务自由度
分布式能源系统，是相对于传统的集中性能源系统而言的，是指分布在用户端的能源综合利用系统。它具有能源利用率高、节能环保等优点，有助于实现能源体系的多元清洁发展。一般来讲，一次能源投入主要以天然气等气体燃料为主，可再生能源为辅；二次能源投入以冷热电联供为主，其他中央能源供应系统为辅。分布式能源的主要特点就是通过能源梯级利用，提高能源利用效率，满足用户冷、热和电的需求。同时，中央能源供应系统还可以对分布式能源系统提供支持和补充。分布式能源系统可为那些不适合建设集中电站的地区、输电网末端用户与输配电系统提供电力服务，而且由于分布式能源靠近用户端，因此较中央能源集中供应而言，热、电、冷等输送损失会大大降低。
6.以节能为能源消费革命的最重要目标
化石能源是可耗竭资源，可再生能源在工业技术层次上也不是无限供应的，它只是可再生而已。即使能源限制可以突破，人类生存环境的约束也是不可逾越的。因此，节约使用是能源安全的最大目标。
（二）主要突破方向
1.非常规化石能源的发展
尽管可再生能源经常成为关注的焦点和政策的新宠，但是非常规的化石能源，如页岩油、页岩气、致密气、煤层气、油砂等的开发潜力可能更大，其生产和供应上的经济性会优于分布密度非常小的可再生能源，如风能、太阳能、生物质能。这些可再生能源资源的分布大多是分散的，不像化石能源通常非常集中地分布在某一个狭小地域。
以美国页岩气、页岩油为代表的非常规油气的成功开发，表明非常规油气化石能源资源具有很大的开发潜力。2013年7月，美国超过俄罗斯和沙特成为全球最大的油气生产国，美国的石油及其他能源的自给率大幅上升。2014年，美国非常规油气供应占到了总油气供应的约50%，为增加世界能源供应做出了巨大贡献。此前曾经普遍估计美国页岩气产业的油价盈亏平衡点在60～80美元/桶当量之间，但是目前来看，美国有很多页岩气生产井的盈亏平衡点在60美元/桶之下，甚至有低至30美元/桶的生产井，已经具备了与常规油气资源竞争的条件。
除美国外，加拿大的油砂和委内瑞拉的重油资源储量也非常巨大，北极地区和全球深海地区的油气资源蕴藏量也非常可观，中国、东欧地区、阿根廷等国也都有丰富的非常规化石能源资源。在生产技术日益成熟、成本逐步下降的背景下，未来非常规化石能源资源很可能承担全球能源供应的重要任务。
2.传统能源的清洁化
实现传统化石能源的清洁化有很多途径。近年来，由煤炭转向天然气是能源转换的一个重要内容，这也导致全球尤其是中国对天然气这种比较清洁能源的需求迅速增长。
由于中国以煤炭为主的生产与消费结构短期内无法改变，因此洁净煤技术是就地实现环境改善的重要技术手段。煤洁净燃烧技术是指煤炭可以通过燃前净化来达到减少污染排放的目标，也可以通过对燃烧过程的控制来减少污染物的排放量，包括改变燃料性质、改进燃烧方式、调整燃烧条件、适当加入添加剂等方法来控制污染物的形成，从而实现减排。具体的技术路线有很多种，对于这些技术路线也有较多的争论，有的水资源消耗比较高，有的仍然存在一定的污染物排放。只要坚持环境优先的原则进行技术路线筛选，就能够推动煤炭的清洁利用。
提高燃油环境标准是清洁能源的另一项重要内容。在这方面，中国还有很大的提升空间。以车用汽油二氧化硫含量标准为例，美国的标准为10ppm，而当前中国国三和国四汽油中的硫含量分别是不大于150ppm和50ppm。美国的柴油硫含量的标准是10ppm，中国的国家标准是2000ppm，是美国的200倍。《大气污染防治行动计划》（简称“国十条”）也仅仅是要求到2017年达到137ppm，仍然是美国的10倍多。实际上，目前这个标准也没有完全得以实行。因此，即使中国与美国汽车保有量相近，且每辆车平均行驶里程相似，中国的车辆二氧化硫排放也将是美国的5倍，二氧化硫与雾霾形成有直接的关系。
中国大气污染物排放控制标准低。除电厂、钢铁厂等大型能源用户外，对大多数用煤的小用户的排放标准更低，而且未得到严格管理。中国好的燃煤电厂烟尘的排放可达到30微克/立方米，二氧化硫排放可以控制到30ppm或者以下，但是国家控制标准仍是国际先进水平的3～4倍。
3.以柔性消纳为主要特点的智能电网
尽管智能电网目前还处于概念层面和试验阶段，但是电网的智能化无疑是其发展方向。提高电网消纳能力成为大规模风电基地良性运转的必要条件，也是解决存在多年的弃风弃光问题的主要抓手。提高消纳能力的核心在于电网的智能化。
根据美国能源部发布的《智能电网2030》（Grid 2030）所描述的内容，一个完全自动化的电力传输网络，能够监视和控制每个用户和电网节点，保证从电厂到终端用户整个输配电过程中所有节点之间的信息和电能的双向流动。电力能源消费是总能源消费中最重要的组成部分。利用智能电网技术最大限度地实现可再生能源电力上网，是有效降低可再生能源成本、实现能源转换的关键。同时，通过智能电网的超强预测能力、计算能力，能够实现最大限度的节能。
由于电网的垄断属性，建设智能电网的任务只能落在电力公司身上。发展智能电网涉及监管问题，现行监管结构和监管权限只能松散地协调关系，电力公司和政府建设智能电网的意愿都是不确定的。发展智能电网迫切需要研究出一个能调动起投资意愿的体制机制，因此，也就要求加快电力监管体制与电力投资体制的改革。
接入可再生能源电力的智能电网的关键是发电预测系统，要对不稳定发电出力的未来发展做到准确把握才能及时采取有效的调峰调频措施，保障电网的安全稳定运行。要做到准确预测虽然有一定难度，但是在现代气象预测能力的条件下还是能够实现的。
由于可再生能源发电出力的波动性，调峰调频电站就显得非常重要。由于燃煤电厂并不适合作为调峰调频电源，发展天然气发电或者抽水蓄能电站对于建设智能电网具有重要作用。中国北方的几大风电基地，蒙西和河西走廊两个基地可以与黄河上的水电站形成调峰调频组合。其他几个基地虽然没有这一条件，但是可以利用附近煤矿的煤层气资源作为天然气调峰电厂。目前，蒙东煤炭基地、晋陕蒙煤炭基地的煤层气资源都没有被好好利用，未来可以用于这一用途。
互联网技术与应用模式的发展为智能电网的实现提供了重要的技术保障，基于海量气象数据、能源消费者数据等全过程、全周期的大数据支持系统，将使智能化电力网络加速成为现实。在这一背景下，可再生能源的经济性与发展前景会有较大改善，并可能拥有与传统能源的相当的竞争力。
4.发展灵活燃料能源单元
能源单元是指每一个进行能源最终消费的单元，如锅炉、汽车、电脑、家用电器等。随着工业技术的进步，设计能够适应多种燃料的设备已经不是问题。比如汽车发动机经过改造，可以在一定范围内实现汽油与甲醇、乙醇燃料比例的任意混合，有的卡车发动机可以适应柴油和甲醇在一定比例内的混合；有的工业锅炉可以在天然气、煤制气之间转换，发电机组可以接受煤炭与煤矸石、生物质燃料在一定比例内的混合。此外，在新能源发电领域，风电、光伏发电与天然气发电相结合，可以建立高效的分布式供电系统。
灵活燃料是未来能源利用技术的一个重要发展方向。这种技术不但能够有效降低对少数能源的依赖，而且能够催生出新的经济增长点。建议各国政府出台支持灵活燃料技术发展的政策。
5.以“互联网”为支撑的能源产品与能源系统网络化
能源互联网作为第四次工业革命的核心内容，对未来电力工业体系形成有重要作用。能源互联网可以保证分布式可再生电源和电动汽车的大规模接入，实现各类型分布式可再生电源、储能设备以及可控负荷之间的协调优化控制，从而平抑分布式可再生能源的间歇特性对局部电网产生冲击。
能源互联网可以提高需求侧管理精细化和用户用电个性化的水平。基于高度信息化的基础设施，以及大数据分析技术，售电企业能够针对不同电力消费群体的用电习惯进行分析，制定针对不同消费群体的个性化用电服务模式；同时用电客户也将有更多的用电模式选择，通过移动智能终端调整自身的用电行为。
能源互联网可以推动广域内电力资源的协调互补和优化配置。未来能源互联网的电力网络结构应该是大电网与微电网相结合的形式，各个区域各种形式可再生能源都能够通过能源互联网柔性接入，从而进一步推动广域内电力资源的协调互补和优化配置。
6.分布式与集中供应相互融合的自由能源
工业时代的能源供应虽然以大规模集中网络式供应为主，但是随着能源生产技术的发展和效率的提高，在局部地区利用本地能源资源发展分布式能源越来越具有优势。分布式能源供应与大规模供应并不冲突，而是互相协调、互为补充，可以有效地提高能源效率，降低输送损耗。同时，分布式能源可以与资源循环利用和环境保护相结合，比如污水发电、森林与农业废弃物的能源化利用、离网小风电、离网太阳能发电等。
毫无疑问，为社会供电的主体仍然是大型电网。但是如果所有地区的电力都由主干电网来供电，则会形成成本，而且随着电网覆盖地区的扩大，其复杂程度也迅速提高，风险迅速加大。对那些偏离主干电网的地区和相对独立的地区，发展分布式电力和微电网供电，则是既经济又安全的办法，而且能够有效利用各种可再生能源、与主电网实现互联。
后工业社会，社会成员将更注重享受自由，个体活动随意性增大。未来分布式能源将向更加微型化的方向发展，随时随地提供人类活动所需的能源服务，比如车载能源设备、野外能源设备等。
7.节能是最有潜力的领域
（1）工业节能
2013年1月，“世界经济论坛”与埃森哲咨询管理公司（Accenture）共同推出了《2013-全球能源工业效率研究》报告。该研究报告从经济、生态和能源安全角度对世界不同国家的能源强项和弱项进行了评估。该评估中，中国仅列第74位。从此结果也许可以认识到，中国在工业节能方面的潜力依然巨大。
2011年中国工业能耗占总能源消费的68.5%，减少工业能耗是节能工作的重点领域。在结构节能空间日趋缩小的情况下，技术节能更具实效性。《工业节能“十二五”规划》圈定的三项节能工程——工业锅炉窑炉节能改造、电机系统节能改造、余热余压回收利用，成为工业节能的重点领域。中国工业锅炉和窑炉年煤炭消耗量分别约占25%和14%，但是锅炉平均运行效率较国外先进水平低15%～20%。中国电动机耗能占终端设备耗能的比例达60%以上，但是电机系统效率较低，其运行效率比国外先进水平低10%～20%。余热余压回收利用工程可回收利用的余热资源约占余热总资源的60%。
“十一五”期间，全国供电煤耗平均累计下降37克标准煤/千瓦时。2010年全国6000千瓦及以上火电机组平均供电煤耗下降到333克标准煤/千瓦时，超过“十一五”规划的目标值22克，达到世界先进水平。自2011年、2012年以来，中国火电效率继续提高，目前已经接近300克标准煤/千瓦时的水平。
中国工业部门的升级换代工作还远未结束，大量产能技术落后的产品仍然充斥市场。未来，伴随中国产业升级的步伐，工业节能潜力还可以继续发掘。即便是国际上的先进国家，提升能源效率也仍大有可为。以德国为例，火电站平均燃料电力转化效率只有34%，也就是约2/3的能量作为废热损失了。因此，通过热电联产等模式加大对废热的回收利用程度，德国就可以节约大量的能源资源。
（2）家庭能源设备节能
家庭产品和各种能源设备的能源效率提升也有很大的空间。从能量流分析来看，以家庭烧开水为例，以天然气为燃料，从开始使用资源到最后把水烧开，能源的利用效率为31%，而如果使用煤炭为燃料的话，能源利用效率仅为19%。因此，实现燃煤向燃气的转变，这一部分的能源利用效率就可以提高12%。
（3）广义节能才是最大的节能
2013年以来，伴随着反腐倡廉八项规定的实施，人们突然发现，原来酒类、肉类、蔬菜都是可以降价的，这背后实际上就是铺张消费的减少。减少铺张浪费体现的就是广义的节能。以酿酒为例，每吨白酒的综合能源约为1.3吨标准煤，同时每生产1吨白酒，大约会产生等量的二氧化碳。而2010年各种酒类消费中的纯酒精含量约为400万吨，同期的生物乙醇燃料产量约为200万吨。因此，可以看出，新八项规定能够给中国能源节约提供很大的提升空间。
用于奢华性建筑上的材料生产能耗与建设运行能耗都很高。从某市投资2亿元的景观铁环，到各地市、县、乡镇的豪华办公楼，无一不需要消耗大量的能源才能建成。以2011年统计数据为例，当年房屋建设面积中，住房建设只占55.5%，竣工建筑中住房面积只占60%，表明大量的建筑不是必要性的住房建设，而是各种办公建设。另外，我们大拆大建的发展模式，无疑也加剧了资源和能源的过度消费。有资料显示，中国建筑的平均寿命只有30年，而在国外，则普遍达到100年。可以想象，这会造成多大的能源与资源浪费。
此外，城市建设过程中的过度设计与过度建设也应是广义节能的重点领域。其中，城市建设过程中的地面过度硬化是一个重要领域。与西方国家相比，我国城市地面的硬化率过高，简单地说，就是大面积使用水泥、沥青进行地面硬化，有些城市地面硬化率高达90%以上。这种过度硬化，不仅大量使用能源投入强度很高的水泥等建筑材料，而且也是造成城市排水不畅的主要原因。
广义节能最重要的是能源消费的自律行为，既包括个人减少能源消费的努力，也包括其他能源消费终端减少能源消费的能力，比如智能楼宇系统，可以在无人时减少空调的使用、降低耗电量。
[1] 刘强，博士，中国社会科学院数量与技术经济研究所资源技术研究室主任，副研究员，中国社会科学院研究生院国际能源安全研究中心特聘研究员。
[2] Malanima，P.，“Energy System in Agrarian Societies：The European Deviation，” in Cavaciocchi，S.（ed.），Economia e Energia，Le Monnier，Florence，2003，pp.61-100.
[3] Langdon，J.，Horses，Oxen and Technological Innovation：The Use of Draught Animals in EnglishFarming from 1066 to 1500，Cambridge：Cambridge University Press，1986.
[4] Mokyr，J.，The Levers of Riches：Technological Creativity and Economic Progress，Oxford：Oxford University Press，1990.
[5] Reynolds，T.S.，Stronger than a Hundred Men：A History of the Vertical Water Wheel，Baltimore：Johns Hopkins University Press，MD，1983.
[6] Langdon，J.，Mills in the Medieval Economy：England 1300-1540，Oxford：Oxford University Press，2005.
[7] van Zanden，J.L.，“The Ecological Constraints of an Early Modern Energy Economy：The Case of Holland 1350-1800，”2003，in Cavaciocchi，S.（ed.），Economia e Energia，Le Monnier，Florence，2003，pp.1011-30.
[8] van Zanden，J.L.，“The Ecological Constraints of an Early Modern Energy Economy：The case of Holland1350-1800，” in Cavaciocchi，S.（ed.），Economia e Energia，Le Monnier，Florence，2003，pp.1011-30.
[9] van den Wouden，A.，“Sources of Energy in the Dutch Golden Age，” in Cavaciocchi，S.（ed.），Economia e Energia，Le Monnier，Florence，2003，pp.445-68.
[10] Nef，J.U.，The Rise of the British Coal Industry，London：Routledge，Vols I-II，1926.
[11] Fouquet，R.，Heat，Power and Light：Revolutions in Energy Services，Edward Elgar，Cheltenham，UK and Northampton，MA，USA，2008.
[12] Kanefsky，J.W.，“The Diffusion of Power Technology in British Industry，1760-1870，” PhD thesis，University of Exeter，1979.
[13] Hyde，C.K.，“The Adoption of Coke-smelting by the British Iron Industry，1709-1790，” Explorations inEconomic History，No.10，1973，pp.400-407.
[14] Fouquet，R.，Heat，Power and Light：Revolutions in Energy Services，Edward Elgar，Cheltenham，UKand Northampton，MA，USA，2008.
[15] Harley，C.K.，“Ocean Freight Rates and Productivity，1740-1913：The Primacy of Mechanical Invention Reaffirmed，” Journal of Economic History，Vol.48，No.4，1988，pp.851-76.
[16] Fouquet，R.，Heat，Power and Light：Revolutions in Energy Services，Edward Elgar，Cheltenham，UKand Northampton，MA，USA，2008.
[17] Schurr，S.，Netschert，B.，Energy in the American Economy，1850-1975，Baltimore，Johns Hopkins University Press，MD，1960.
[18] Thorsheim，P.，“The Paradox of Smokeless Fuels：Gas，Coke and the Environment in Britain，1813-1949，” Environment and History，No.8，2002，pp.381-401.
[19] 参见哈耶克的《致命的自负》《自由秩序原理》等著作的论述。
[20] 维基网络，http：//zh.wikipedia.org/wiki/%E8%BE%93%E6%B2%B9%E7%AE%A1%E9%81%93。