第一章 可再生能源开发利用理论分析

第一节 可再生能源开发利用理论研究

一 新能源与可再生能源分析

1．新能源概念及内涵

新能源（New Energy）是指传统能源之外的各种能源形式，主要是指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源。新能源是一个相对的概念，是相对常规能源而言的，因此，又被称为非常规能源，在不同的历史时期和科技水平条件下，新能源有着不同的内容。

关于新能源的界定，国内外业内存在诸多争论。一般来说，可以从广义与狭义两个方面来界定新能源概念。

从狭义上界定，新能源是相对目前普遍使用的化石能源而言的，只包括建构在现代开发利用技术基础上的可再生能源，以及核能等少量不可再生能源。

对于狭义新能源，可以通过多种不同的路径进行分类。

（1）按属性分类，新能源包括：一是可再生能源，如太阳能、地热、水能、风能、生物能、海洋能；二是非可再生能源，如核能。

联合国开发计划署（UNDP）则把新能源分为以下三大类：一是大中型水电；二是新可再生能源，包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能；三是传统生物质能（生质燃料）。

（2）按形成和来源分类，新能源包括：一是来自太阳辐射的能量，如太阳能、水能、风能、生物能等；二是来自地球内部的能量，如核能、地热能；三是天体引力能，如潮汐能。

（3）按转换传递过程分类，新能源包括：一是一次能源，直接来自自然界的能源，如水能、风能、核能、海洋能、生物能；二是二次能源，如沼气、水电、核电、太阳能发电、潮汐发电、波浪发电、氢能等。在众多新能源的二次能源中，氢能以其重量轻、无污染、热值高、应用面广等独特优点脱颖而出，将成为21世纪的理想能源。

虽然使用铀矿来发电的核能并不属于化石能源，但是由于铀矿储藏量也是有限的，所以现行核分裂式的核能不算可再生能源。将来如果核聚变式的核能技术能有所突破，核能作为可再生能源的可能性和重要性才会增加。但在目前阶段，核能属于非可再生能源范畴。

从广义上理解，新能源不仅包含狭义上的新能源，也包括利用新技术开发利用的传统化石能源，如清洁煤、可燃冰等。

例如，中国新能源产业发展规划把新能源界定为两个方面：一是风电、太阳能、生物质能等新的能源；二是对传统能源进行技术变革所形成的新的能源，比如对煤炭的清洁高效利用、车用新型燃料、智能电网等。

无论是广义界定还是狭义界定，都有其合理性，因为“新能源”概念本身就不是一个绝对概念，更像是一个“大筐”。“新能源”是一个不断发展的概念，当前所说的“新能源”是相对于污染问题严重且不可持续的传统化石能源而言的，因此，所谓的“新能源”应以清洁且可持续的可再生能源为主体。

2．可再生能源的概念及内涵

可再生能源（Renewable Energy）是指来自大自然的能源，如太阳能、风能、潮汐能、地热能等，是取之不尽、用之不竭的能源，会自动再生，是相对于会穷尽的不可再生能源而言的一种能源。

根据国际能源署可再生能源工作小组的界定，可再生能源是指“从持续不断地补充的自然过程中得到的能量来源”。可再生能源泛指多种取之不竭的能源，不包含现时有限的能源，如化石燃料和核能。

在19世纪中叶煤炭发展之前，人们使用的所有能源都是可再生能源，其主要来源是畜力，以及水能（水磨）、风力（风磨）、太阳能和生物质能（柴火）。只是工业革命后，随着石油、煤炭等化石能源的大规模使用，可再生能源才退居次要地位。

近年来，在化石能源面临日益紧迫的资源枯竭、环境污染等问题的大背景下，可再生能源又重新引起人们的关注。当然，今天所说的可再生能源开发利用，不是传统利用模式的再现，而是利用新技术、新方法对可再生能源进行的开发利用，是“新可再生能源”。

从一次能源角度看，可再生能源包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能；从二次能源角度看，可再生能源包括氢能、可再生能源电力、可再生能源热力、可再生能源燃料等。

随着技术的进步和可持续发展观念的树立，过去一直被视作垃圾的工业与生活有机废弃物被重新认识，作为一种能源资源化利用的物质而受到深入的研究和开发利用，因此，废弃物的资源化利用也可看作可再生能源技术的一种形式。

传统可再生能源的开发利用模式主要是直接利用，而现代可再生能源开发利用模式主要是转化成电力、热力、燃料等二次能源后再进行利用，现代可再生能源的用途见表1-1。

目前，开发利用可再生能源是国际能源领域的一个重点方向。全球可再生能源开发利用呈现出一些显著态势：可再生能源成为能源投资重点领域；全球主要经济体都高度重视可再生能源的发展；可再生能源仅在发电领域比重较高，在终端能源消费中所占比例还不大；全球可再生能源仍处于快速发展阶段；越来越多的经济体提出宏大的中远期可再生能源发展目标；可再生能源开发利用从由发达国家主导到发达国家、发展中国家“双轮驱动”等。

3．关于可再生能源开发利用的争议

尽管在能源安全问题、环境问题日益突出的大背景下，采用现代技术手段开发利用可再生能源具有现实意义。但由于可再生能源自身存在一些不足，因此，关于是否大规模开发利用可再生能源，国内外一直存有争议。

最近，国内一些人对德国能源转型中遇到的问题发表了自己的看法，其中有一种观点将德国发展可再生能源与高电价、煤炭用量增加、能源对外依存度增加等没有相关性的事物联系在一起，试图用一种错误的因果关系来证明德国发展可再生能源的结果与初衷“背道而驰”。德国作为世界上可再生能源领域技术和政策的“标杆”国家，其得失成败对包括中国在内的所有有志于能源革命的国家都具有很强的示范性。有人不顾事实，甚至不惜以放大谣言的方式对其进行“阐释”，也许并非故意为之，但至少是出于立场的需要，本质上是对可再生能源发展道路的反对。

一般来说，对于开发利用可再生能源，各方都没有太大的异议，争论焦点主要集中在开发利用的规模上。

支持可再生能源开发利用的人士认为，可再生能源资源足以满足人类社会的需要，目前的主要问题是开发成本高、能源供给不稳定，但这些都是可以通过技术进步解决的。可再生能源不只可以大规模地开发利用，有些国家和地区甚至可以实现100%利用可再生能源。

“十年前，区域、城市和企业设定的20%可再生能源目标，就被认为是最前沿的。很少有人相信，几十年后能实现一个更高的目标，任何人都认为，100%可再生能源目标是激进的。然而到今天，在欧洲大部分地区、美国，及越来越多的发展中国家，100%可再生能源目标正在成为新的常态。”

反对大规模开发利用可再生能源的人士认为，尽管可再生能源资源理论储量很大，但由于分布面广，能量密度低，理论储量同实际可开发量存在很大的差异。同时，在可再生能源开发成本较高的大背景下，大规模开发利用可再生能源也不符合市场规律，难以得到民众的支持。

本书认为，在化石能源资源终将枯竭的前提下，未来大规模开发利用可再生能源的趋势不可逆转，但受可再生能源资源特点的影响，又不能完全依赖可再生能源。能耗总量不大的小城镇、农村比较适合大比例开发利用可再生能源。在能耗较大的大中城市，本地的可再生能源往往难以满足城市能源需求，这就要求从新能源的角度来保障能源消费需求——既要大规模开发利用可再生能源，又要重视利用核能等高效新能源，并重视应用以新技术开发利用传统化石能源，如清洁煤、可燃冰等。

4．关于可再生能源是“补充能源”还是“替代能源”的争议

按开发利用规模及在整个能源消费体系中所起作用的大小，可再生能源的作用可被分为两种：一是“补充”作用；二是“替代”作用。在化石能源占据能源消费绝对主流的背景下，可再生能源发挥的作用主要是充当“补充能源”。在化石能源消费总量受到控制，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，国内外对可再生能源是“补充能源”还是“替代能源”存在认知争议。在国内，尽管更多的政策提法是利用可再生能源“替代”化石能源，但在目前阶段，实际的政策导向很多是把可再生能源作为“补充能源”来引导的。

在国际上也有类似的认知困惑，如对德国保守的自由党政府来说，可再生能源是“补充能源”，而不是一种“替代能源”。但对于大多数的红—绿联盟来说，21世纪的历程，是可再生能源“替代”其他化石能源的过程，这是气候战略的一部分。

随着可再生能源在能源消费中的比例不断提高，可再生能源也将逐步从“补充能源”转变成一种“替代能源”，发挥越来越大的作用。在可再生能源城市的建设过程中，可再生能源的主要作用是“替代”原有化石能源，属于毫无争议的“替代能源”。

二 可再生能源开发利用理论的研究路径

近年来，国内外关于可再生能源开发利用理论的研究非常多，可谓浩如烟海。这些研究大体上可以归为三类。

一是从理工科角度研究可再生能源技术。这类研究主要关注各种可再生能源技术本身，涵盖基础技术研究、应用技术研究等领域。这类研究的数量非常庞大，但不属于本书研究的重点。

二是从能源、经济、社会、环境、政治等角度研究可再生能源。由于可再生能源开发利用主要面临成本、技术、政策等瓶颈，大量相关研究都是围绕这三个方面展开的。例如，研究可再生能源的成本竞争力、可再生能源技术创新与扩散、可再生能源政策的制定与评价等。这类研究数量也较为庞大，不过，相关理论的构建也主要是把各领域原有的理论应用到可再生能源领域，如能源结构优化理论、市场失灵理论等，针对可再生能源提出的创新性理论并不多。

三是关于可再生能源的内涵等基础理论研究。这类研究主要涉及可再生能源的内涵、特点、发展阶段、可持续性评价等领域，相关研究数量相对少一些，却是可再生能源开发利用理论研究的重要基础。尽管专门研究可再生能源及其开发利用基础理论的文献较少，但国内外相关研究很多，大量应用性研究文献也提出了可再生能源开发的思路、对策及理论架构，并涉及一些相关原理，如杰里米·里夫金、李河君等人在其专著中均提到技术领先、成本优先等多个可再生能源开发利用理念。

三 国内可再生能源理论研究现状分析

1．国内可再生能源研究热点分析

可再生能源领域的研究热点是随时间的推移而发生变化的，而且同化石能源价格的波动、气候变化、低碳经济等热点密切相关。这一点我们可以通过原油价格走势与中文相关文献数量的变化看出。

2003年之后，原油价格持续上涨，在2008年7月创下接近150美元/桶的历史最高纪录。之后，虽有波动，但呈下降态势。随着化石能源价格的快速上升，气候变化问题日益引起关注，可再生能源、新能源问题也日益引起研究者的关注。但近几年，随着化石能源价格的大幅度下跌，可再生能源受到的关注呈下降趋势。

通过在中国知网上分别检索“可再生能源”“新能源”“气候变化”“低碳经济”“低碳城市”“绿色经济”“生态经济”等关键词，可以看出，包含这些关键词的文献数量均在2010年前后达到高峰。也就是说，可再生能源的研究同化石能源价格、气候变化等问题密切相关。文献数量走势见图1-1。

文献数量高峰比原油价格高峰晚两年的原因很容易解释，2008年原油价格达到高峰后，研究者开始关注“替代能源”——可再生能源，由于论文发表有滞后性，2010年文献数量达到高峰符合这一规律。同时，可再生能源同“气候变化”“低碳经济”“低碳城市”“绿色经济”“生态经济”等要素密切相关，这些领域受到关注，可再生能源自然也受到研究者的关注。

在可再生能源研究方面，“太阳能”“风电”“可再生能源发展”“可再生能源开发”“新能源发展”“新能源产业”等都属于研究热点。而且，这些方面的研究文献数量也大都是在2010年前后达到研究的一个高峰（见图1-2、图1-3、图1-4）。

2．国内可再生能源理论研究特点

在可再生能源理论研究方面，国内主要有以下几个特点。

一是研究可再生能源的文献很多，但可再生能源开发利用的基础理论研究较少。由于可再生能源的一些基本概念已经相对清晰，再加上受重应用轻理论的传统影响，我国可再生能源研究领域主要关注具体的开发利用方法与现状，对基础理论研究较少涉及。少量理论分析也大多是把其他领域的一些理论应用到可再生能源领域。如《实物期权理论在可再生能源项目投资决策中的应用研究》《我国可再生能源发展的经济学分析——基于租金理论视角》《基于最优控制理论的可再生能源并网组合策略研究》《基于边际机会成本理论的可再生能源环境价值研究》《创新理论框架下欧盟可再生能源发展路径研究》等。

二是技术理论较多，特别是太阳能发电、风力发电等方面的技术理论较多，这在很大程度上推动了我国可再生能源技术及可再生能源产业的快速发展。尽管从社会、经济、环境、资源等角度研究可再生能源开发利用的文献数量较多，但有意于研究基础理论的文献很少。

三是从社会、经济、环境、资源等角度进行的理论研究尽管数量较少，但涉及范围较广。已有文献涵盖了可再生能源产业、可再生能源政策、可再生能源规划等多个领域。如《加快四川省可再生能源产业发展的理论解析》《区域可再生能源规划理论研究》《可再生能源绿色证书政策的理论研究》等。

四是缺少系统分析可再生能源理论体系的专著。尽管已有一些关于可再生能源的专著，但它们大都侧重于技术原理，如《可再生能源供热理论与实践》《热泵技术及其理论基础》10等，或者侧重于分析现状，少量理论分析也主要分散在一些以应用为主的专著中，如《可再生能源概论》1等，缺少系统分析可再生能源开发利用理论体系的专著。而本书则主要从城市、社会、经济、环境、资源等角度系统构建了可再生能源开发利用的理论，希望能在一定程度上加强这方面的研究。

四 国外可再生能源理论研究现状分析

国外对可再生能源的研究主要来自欧洲国家，因此，这里以分析欧洲国家的相关研究为主。由于发展程度不同、研究习惯不同，欧洲国家的可再生能源理论研究与中国有所不同。欧洲国家在可再生能源理论研究方面主要有以下几个特点。

一是比较重视制定各种操作手册，重视出版系统性的发展报告及预测性分析，专门的理论研究相对较少。由于欧洲国家有重视操作细节、关注严谨流程的传统，因此，对于不同区域、不同类型的可再生能源，制定了很多具体的操作手册，规范了很多具体的操作流程。同时，国际性的组织，如IEA、IRENA，以及多个国家的能源部门，都出版了大量的研究报告，对世界上可再生能源开发的现状进行综述，对未来发展趋势进行情景分析。

二是理论研究涉及面较广。专门的理论研究文献尽管数量相对较少，但总量依然可观，且重点涵盖了可再生能源的政策理论、经济与金融理论、性别问题理论、就业问题理论、可再生能源与政治理论、社区可再生能源理论、公众能源运动理论等很多领域。其中，同中国的主要区别在于，欧洲国家在研究过程中，重视把可再生能源的开发利用同性别、社区、公众等问题结合起来，这也体现出鲜明的地区特色。

三是欧洲国家的可再生能源理论研究也是以技术理论为主，如可再生能源发电理论、能源转换理论等。欧洲国家有重视技术的传统，因此，技术理论研究不仅起步早、涉及面广，而且比较深入扎实。不过，由于中国的可再生能源开发利用工作进展较快，在世界上已稳居首位，因此，相关研究也快速后来居上。

四是重视研究利用可再生能源替代核能的理论。由于越来越多的欧洲国家开始弃核，因此，相关研究也重视可再生能源替代核能的理论与方法。不过，由于看法不一，这方面的研究也存在较大的争议。

五是重视100%可再生能源研究。由于欧洲国家在可再生能源的开发利用方面起步较早，且能源消费数量有限，因此，100%利用可再生能源的研究逐步成为热点。其中，德国对这方面的研究最为积极。

六是重视把模型分析与理论研究结合起来。欧洲国家在研究方面有重视模型的传统，因此，在可再生能源研究方面，欧洲国家不仅重视利用传统能源模型进行研究，而且开发了一些专门的可再生能源开发利用模型，如RETScreen模型及软件。另外，欧洲国家也重视把模型与政策分析结合起来，如《利用一个系统动力学模型评估可再生能源政策的独立性》等。