中国一次能源结构演变、问题及对策研究——基于供给多样性视角

薛钦源，聂新伟，巩 凯

（1.中国社会科学院大学 工业经济系，北京102488；2.国家发展和改革委员会 区域发展战略研究中心，北京100824；3.中国石油天然气集团有限公司 思想政治部，北京100007）

作为经济增长、社会发展、技术进步、国家安全保障的重要物质基础，现代经济社会发展的动力之源，能源在我国的建设和发展进程中扮演着重要的角色。然而“富煤贫油少气”的资源禀赋特点，导致我国油气能源供给难以满足消费需求，需要依赖进口补充来平衡供需。随着油气进口量的不断增大，我国能源对外依存度也逐年攀升，2019 年油、气对外依存度分别达到72%、43%，不利于我国能源稳定供给和国家经济安全保障。此外，我国能源结构不均衡，对化石能源依赖过大，导致环境治理问题突出［1］。

当前，我国经济发展面临的外部环境和内部条件已经发生变化。一方面，在COVID-19 疫情的影响下，未来面临的外部形势将更加严峻；另一方面，2020 年中央经济工作会议上提出要在2030 年前实现“碳达峰”，并力争2060 年前实现“碳中和”，这要求我国未来要加大能源结构调整的力度，加快实现能源清洁化转型。在此背景下，调整优化能源结构，保障能源有效供给，促进经济稳定发展变得愈发重要。本文基于能源供给多样性视角，回顾了我国一次能源的发展历程，分析了能源结构演变规律和特点，研究了世界主要经济体的能源结构及其演变规律，探讨了我国能源发展及其结构优化过程中存在的问题，有助于把握我国能源发展的时代脉搏和未来趋势，为我国在保障能源安全的情况下加速能源转型，顺利实现碳达峰和碳中和目标提供参考。

1 理论基础及研究方法

1.1 一次能源结构问题及研究重点

一次能源发展主要体现为能源量和能源结构的状态及其变化特征。能源量是指各类能源消费或供给数量的总和，是绝对性指标。一般来说，人口基数大、经济发展水平高的地区，需要消耗的能源量越多［2］，而资源禀赋越丰富、勘探开采水平越高，所能供给的能源量也就越多［3］。能源结构是指在能源供给或消费中，各类一、二次能源的构成及比例关系。能源结构是一个相对性问题，存在“此消彼长”的关系。即在某一时期内，一种能源的扩张反映在结构上必然表现为另外一种或几种能源结构占比的缩减，导致对能源结构的定量化评价较为困难［4］。以往我国经济发展主要依赖资源投入，对能源供需数量问题研究较多，对能源结构及其优化问题关注较少。随着我国经济步入高质量发展阶段，环境和能效问题变得越发重要，在保证能源供给量的同时，能源结构、能源 转 型［5］、环 境 治 理［6，7］等 问 题 逐 渐 引 起学者的重视。

1.2 能源结构定量化研究方法

关于能源问题的研究，除了定性描述外，通常以“Shannon- Wiener Index”（香农—维纳指数）进行定量化分析［8］。Shannon- Wiener指数也被称之为多样性指数，其借鉴了信息“熵”的概念，是一种基于信息理论的测量指数。Shannon - Wiener 指数中不仅包含了分析对象的“种类”丰富度信息，也包含了各品种之间的均匀程度信息，并最终能够将评价结果以数值定量化方式直观呈现［9］，是兼顾绝对比较与相对比较的综合性指标［10］。在多样性应用及其相关研究方面，Jared Diamond 在其著作《枪炮、病菌与钢铁：人类社会的命运》中所述，多样性代表更多的可能性和更多的选择性，相比单一性系统，多样性较高的系统更有可能长久存在并不断演化下去［11］。此外，部分学者从系统多样性与生产力关系的视角对这一问题进行了研究，认为生态系统中的层次结构及物种多样性越丰富，系统的初级生产力值也就越高［12，13］。也有研究认为，系统多样性能够使系统抵抗冲击及部分突发事件的能力得到提高，即系统多样性愈加丰富，其抵御风险冲击的能力也就越强［14，15］。另有学者针对能源供给多样性与能源效率之间的关系进行了研究，发现二者之间存在着长期的稳定协整关系，当多样性指标每增加1 个单位值，能源效率可提高12.5%［16］。可以说，能源供给多样性指数是包含能源系统韧性与发展性的综合指标，不仅反映了一国能源供应的丰富度信息，也反映了对单一能源品种的依赖程度，以及主体能源断供的风险应对能力。

1.3 能源供给多样性指数

根据上述分析，本文立足于能源供给侧，采用Shannon- Wiener 多样性指数对我国能源结构进行定量化判断，同时分析能源发展过程中结构演变及其存在的问题。具体应用过程如下［17，18］：

首先，对于一个特定的能源系统，S 表示系统中能源种类总数目，ei表示第i 种能源的总量，从而确定能源系统的总量P：

其次，确定系统中不同种类能源对系统的贡献度pi：

最后，得到能源供给多样性指数（简称SWI）：

在能源供给种类数目一定的情况下，各类能源供给越均衡，多样性指数值越大；如果能源供给种类数较少，或能源供给集中于少数甚至是单一的能源品种，则供给多样性程度较低。可以说，能源供给多样性指数越高，表明该国对单一能源供应的依赖程度越小，各类能源供给越均衡。

2 我国一次能源发展及结构演变

2.1 我国一次能源发展概况及供给多样性

1949—2019 年，我国的能源工业从无到有、从小到大，逐步发展壮大。总量上，从1949 年的2374 万tce增长到2019 年的39.7 亿tce，年均复合增长率达到7.59%，远高于世界能源供给的平均增长速度；结构上，从1949 年以煤炭、石油、水电为主的一次能源供给体系，发展到2019 年煤炭、石油、天然气、水电、核电和以光伏、风电为主的可再生新能源共存的局面。国内具有一定规模的一次能源供给品种数在不断扩大，不同种类一次能源占比差距正在逐步缩小。尤其是2012 年以来，虽然煤炭供给仍然是我国能源供给的主导力量，但是天然气、水电、核电和可再生新能源供给总量和占比较以往有了大幅的增长。

根据《新中国60 年统计资料汇编》《中国统计年鉴》（2008—2019）和国家统计局数据，计算我国能源供给多样性指数，结果见表1。其中，能源供给按结构占比分为6 大类，分别是煤炭、石油、天然气、核电、水电和可再生新能源。从表1 可见，能源供给多样性从1949 年的0.176 增加到2019 年的1.095，我国对单一能源供应的依赖程度逐渐降低，各类能源供给愈发均衡。同时，能源供给多样性的变化趋势也比较明显，经历了迅速增长—缓和—再增长的过程。

表1 1950—2019年中国能源供给多样性指数

2.2 我国一次能源结构演变及阶段性特征

根据能源供给多样性指数，结合我国能源结构的变化特点（图1），对1949—2019 年我国一次能源的供给状况及其演变规律进行分析。我国能源供给结构演变历程经历了3 个阶段：第一阶段（1949—1976 年）、第 二 阶 段（1949—1976 年）、第 三 阶 段（2012—2019 年）。

第一阶段（1976—2012 年）：随着“三大改造”的完成和“五年计划”的有序实施，我国能源供给总量不断增加。尤其是自1959 年大庆油田被发现及其后续开发，使我国石油工业的落后面貌得以改变。石油开始成为我国主要能源品种，能源结构从建国初“一煤独大”的一元供给结构变为以煤炭和石油为主的二元供给结构。能源多样性方面，一次能源的供给种类由3 类变为4 类，煤炭供给从96.3%下降到68.5%，石油供给从0.7%上升到23.7%。随着能源种类数增加以及结构的均衡化，多样性指数值从0.176 上涨到0.794，能源多样性水平得到了显著提升。

第二阶段（1977—2021 年）：改革开放后，我国进入快速发展期，体制机制变革使能源工业效能大幅提升。自“六五”计划开始，可再生新能源开发和利用被列入国家重点科技攻关计划。进入21 世纪，我国可再生新能源装机容量初具规模，到2011 年风电装机总量达到68.3GW。1991年我国第一座核电站——秦山核电站建成并网，截至2011 年又陆续建设投运了9 座核电站，核电供给能力得到了大幅提升。能源多样性方面，具有一定规模的能源供给由4 类提高到6 类，核电和以风电、光伏为主的可再生新能源初具规模。在此期间，多样性指数值围绕0.75 左右波动，我国能源供给多样性水平未有明显改善。究其原因，虽然能源种类增多，但是因为石油供给增长的回落和能源需求大幅增长背景下对煤炭资源禀赋优势的依赖，煤炭占比从1976 年的68.5%上升到2011 年的77.8%，能源结构再次趋于集中。

第三阶段（2012—2019 年）：十八大以来，我国经济发展进入新常态，依靠基本生产要素大量投入的经济增长方式已不可持续［19］。随着“三期叠加”时代到来，加之绿色发展和环境规制的需要，煤炭和火电行业的发展受到了严重影响，投资规模收缩且出现了大面积亏损，自此能源供给总量增长开始放缓，能源供给进入结构优化期。能源多样性方面，在传统化石能源产业受到规制，供给增长速度有所降低的同时，可再生新能源产业得以快速发展，具体表现为煤炭和石油占比同步下降，可再生新能源占比不断提升。在此期间多样性指数值从0.79 上升到1.09，能源结构趋于均衡化和清洁化，能源多样性水平得到了显著提升。

图1 我国一次能源结构及多样性指数

整体来看，自新中国成立以来，我国能源工业发展迅速，一次能源供给量持续增加，供给结构逐步优化，能源多样性指数持续提高。工业化初期，主要能源消耗在于满足工业生产，因此更多依赖具有资源禀赋优势且经济成本较低的煤炭作为主要能源品种。随着2012 年前后我国进入工业化后期［20］，环境问题、可持续发展问题和能源安全问题变得愈发突出，国家对能源多样化、清洁化和可持续发展的需求日益递增，并出台一系列政策鼓励可再生新能源和清洁能源的发展和应用。可再生新能源、水电和核电在能源结构中占比不断上升，能源结构均衡化程度进一步增强，能源多样性指数不断提高，使得我国应对主体能源断供风险能力增强的同时，能源结构进一步朝着清洁化和可持续化方向发展。

3 世界主要经济体能源结构演变及比较

将世界主要经济体的能源供给量和能源结构进行比较，借助能源多样性指数进行定量化判断，分析不同国家能源供给及其结构方面的差异。图2—5分别展示了1985—2019 年间美国、英国、俄罗斯和印度的能源供给总量和供给结构。从能源供给量来看，1985 年以来，美国能源供给经历了先平稳后上升的趋势，2009 年以来受益于“页岩革命”技术进步及应用，能源产能水平得到大幅提升，能源供给量不断增大，2019 年成为能源净出口国；英国能源供给经历了先上升后下降的趋势，主要原因是：自20 世纪90 年代开始，英国调整国内产业结构，高耗能产业不断转移，加之国内的油气供给能力持续下降，能源供给总量从1999 年开始不断降低；俄罗斯的能源供给呈先下降后上升的趋势，能源供给除了满足本国发展的需要，主要用于对外能源贸易，因此国际能源需求对俄罗斯能源供给量影响较大；印度作为世界上第二大发展中国家，为满足经济发展需求，能源供给逐年增大。

图2 美国能源供给量和供给结构

图3 英国能源供给量和供给结构

图4 俄罗斯能源供给量和供给结构

图5 印度能源供给量和供给结构

从能源供给结构来看，美国能源结构较为稳定，能源供给主要集中于石油、天然气和煤炭，约占总供给的80%，且三者分布较为均衡。2009 年以后，随着“页岩革命”成果凸显，天然气和石油供给开始增加，煤炭供给持续下降，到2019 年美国煤炭供给已不足20%。俄罗斯以油气为主的二元结构长期稳定，主要原因在于该国能源禀赋为石油和天然气，二者结构占比接近，共占能源总供给的80%左右。此外，受区位因素、资源禀赋和经济因素的影响，俄罗斯的可再生新能源对油气替代性低，可再生新能源占比极小，预计未来一段时期该国的能源结构不会发生较大的改变。英国能源结构变化较为明显，自2000年以来煤炭占比持续降低，尤其是在2008 年后，英国加大了可再生新能源和核电的供给强度，清洁能源占比大幅提升，2019 年二者规模已经接近能源总供给的30%。随着“洁净空气战略”、“零排放之路”战略的实施，未来英国能源供给结构将进一步向非化石能源转型。印度能源供给结构和我国较为接近，同样是“一煤独大”。随着印度进入工业化阶段，未来对能源的需求将进一步加大，考虑到该国的煤炭资源禀赋优势，未来煤炭在能源结构中的占比有可能得到进一步提升。

从能源多样性（表2）来看，发达国家的能源多样性水平普遍高于发展中国家。其中，美国能源多样性水平最高，其次分别为英国、俄罗斯、印度和中国。美国的能源供给丰富度最高，对单一能源的依赖度也最小，主体能源断供风险的应对能力最强。1985—2019 年，各国的能源多样性水平均得到了不同程度的提高。其中，我国的能源供给多样性自2012年开始大幅上升，并在2018 年首次超过了印度，分析期内我国的能源多样性提高了47.5%。

表2 世界主要经济体一次能源供给多样性指数

4 我国能源发展及结构优化面临的问题

随着资源与环境问题日益突出，主动破解困局，加快能源转型已成为世界各国的自觉行动［21］。近年来，我国陆续出台了一系列政策措施，调整优化能源结构，提高能源多样性，将能源供给向绿色、清洁、可持续的方向推进。但相比发达国家，我国仍面临能源结构较为单一、能源多样性有待进一步提高等问题。未来进一步优化能源结构，提高能源多样性，降低对单一能源的依赖，增强主体能源断供风险应对能力，我国仍将面临以下4 个方面的问题。

自然资源禀赋限制：相比发达国家，我国能源供给多样性较低，能源结构对煤炭的依赖程度较高。虽然世界能源清洁低碳发展趋势已成，但是从中短期来看，我国“富煤贫油少气”的资源禀赋特点，加之煤炭具有成本低廉、发电稳定、易于储运的优势，决定了在未来一段时期煤炭仍将发挥主体能源的作用［22］。尽管煤炭价格相对低廉，开发煤炭资源切合我国的资源禀赋，依靠煤炭资源有助于降低能源对外依存度，增强能源供应的安全性，但煤炭的过量使用会带来雾霾、烟尘和酸雨等环境问题，且容易形成对煤炭资源的路径依赖，不利于其他种类能源的发展和应用，进而影响能源结构优化调整和能源多样性水平的提高。

水电开发难度日益加大：我国水能资源丰富，但按照发电量计算，当前水电开发程度仅有39%，同发达国家仍有较大的差距，未来水电利用率须得到进一步提升。然而，投资规模巨大、建设周期长、建设难度大是水电站建设的主要特点。此外，虽然我国水电技术日趋成熟，但水电站选址要考虑当地生态结构承受能力和上下游物种保护等诸多问题，同时要妥善解决建设区移民安置工作。随着新建水电站逐渐向西部地区推进，新建工程的地理位置偏远，地质条件和对外交通条件相比东部地区更加复杂，建设成本将进一步增大，从而使项目投资回收周期变得更长［23］。可以预计，随着水电开发不断推进，未来我国水电开发难度也将日益增大。

油气上游探采领域开放仍存实质性障碍：我国“缺油少气”，但长久以来油气上游勘探和开采领域处于垄断局面，对于部分拥有探采权的垄断企业而言，垄断的体制和垄断利润导致其进一步开采意愿不强，相关技术投入有所不足。虽然我国自2019 年开始逐步有序放开油气上游勘探和开采市场，但现实情况是油气上游行业的勘探和开发需要一定的专业设备和专业技术人员，部分大型国有石油企业已经在油气上游市场盘踞多年，相比拟新进入的民营企业和外资企业更具有竞争优势，因此短期内民营企业和外资企业进入油气上游探采领域仍将面临重重障碍。

可再生新能源发展仍存困境：当前技术水平下，可再生新能源开发成本高于传统化石能源，且存在能量随机性和波动性较大、对电网稳定性要求高等诸多问题，目前还难以大规模地替代传统化石能源。究其原因，一是风能、太阳能资源富集区多位于我国经济欠发达的“三北”地区，而这些地区的电力消纳能力有限［24］；二是由于新能源发电不稳定，光电受日照时间和强度的影响，风电受风能密度和风速的影响，导致发电能力时强时弱［25］；三是综合技术水平较低，如当前可再生新能源仍面临转化效率偏低、入网限制、储能技术有待突破等问题。

5 建议

基于上述研究结论，本文结合研究中发现存在的问题，提出以下4 个方面的对策建议：①进一步优化能源供给结构，提高能源供给多样性。能源多样化发展有助于降低对单一能源品种的依赖，提高能源供给均衡度，减少不确定性风险对能源供给的冲击。提高能源供给多样性的路径在于坚持能源转型战略，持续推进能源供给侧改革，增加天然气、水电、核电和新能源在一次能源供给中的占比，逐步降低对煤炭的依赖。值得注意的是，改善能源供给结构不能以牺牲企业竞争力和家庭用能成本为代价，如果在新能源技术开发和利用不成熟、替代成本过大的情况下盲目减少煤炭的供给，有可能会对我国经济发展造成一定的影响。②注重水电建设多样化，提高水电开发程度。水电站开发方式应更加灵活多样化，例如未来需要加大混合式抽水蓄能水电站和农村小水电的建设力度。抽水蓄能水电站不仅能够满足系统“调峰填谷”的需要，还能缓解发电用水和其他季节性用水的矛盾。农村小水电投资小、周期短、见效快，同时有利于控制水土流失，吸收农村剩余劳动力就业。③鼓励多元合作，提高油气勘探开采效率。建议从政府层面进一步加强顶层设计，强化战略引导，鼓励民营企业进入油气上游领域，对拥有先进探采技术的企业给予相应的财政扶持和税收优惠。同时，进一步落实油气上游领域的区块退出机制，实行区块竞争性出让制度，支持和鼓励以市场化为导向转让矿业权，尤其是向非国有企业开放更为优质的油气区块。此外，需要加大能源勘探和开采相关技术研发投入，逐步增强我国的资源探采技术水平。④加大能源互联网技术创新力度，保障可再生新能源消纳。加大可再生新能源相关产业链技术研发投资，提高推广应用水平，发挥规模优势，是降低可再生新能源成本、提高其竞争力、促进可再生新能源消纳的有效路径。入网限制相关问题的解决，需要在电网建设中做到规划意识超前，坚持采用先进的并网、通讯和控制技术，应用坚强的网架结构，加大能源互联互通网络的建设力度。同时，需要进一步完善能源互联网产业链的标准和规范，破除新能源上网的障碍。此外，要加大储能技术研发投资和政策支持力度，提高储能系统的智能化水平，探索多元化储能途径，从多方位、多角度、多层次破解可再生新能源的发展困境，保障新能源消纳。