低碳能源技術(shù)范式管理
作者:徐玖平 清華大學(xué)理學(xué)博士，現任四川大學(xué)校長(cháng)助理、商學(xué)院院長(cháng)、教授、博士生導師。
成果價(jià)值
●這是一部低碳能源“百科全書(shū)”，全面論述低碳能源理論體系構架、技術(shù)演進(jìn)脈絡(luò )和范式管理框架，從基礎科學(xué)層次揭示機理、從技術(shù)科學(xué)層次提煉規律、從工程技術(shù)層次對實(shí)踐具有指導意義
●立足能源革命的時(shí)代背景，緊扣低碳轉型的時(shí)代需求，研究破解高碳化石能源向低碳清潔能源轉型的技術(shù)管理難題，開(kāi)辟能源研究領(lǐng)域、找到范式演進(jìn)規律、推動(dòng)管理理論創(chuàng )新
●深入能源低碳轉型復雜系統工程的組織管理實(shí)踐，攻克低碳轉型各類(lèi)結構化、半結構化和非結構化技術(shù)管理難題，開(kāi)創(chuàng )性提出范式管理先進(jìn)理念，創(chuàng )建低碳能源技術(shù)范式管理的嚴整理論、科學(xué)方法和有效模式
●對能源系統進(jìn)行結構優(yōu)化和體系重構，構筑了涵蓋“地上能源-地表能源-地下能源-人造能源”的低碳能源技術(shù)范式管理理論與方法體系，為構建清潔低碳、安全高效的能源體系提供了思維框架、理論支撐和方法指導
新能源版圖重構：低碳是大勢所趨
人類(lèi)社會(huì )的發(fā)展離不開(kāi)優(yōu)質(zhì)能源資源的開(kāi)發(fā)和先進(jìn)能源技術(shù)的使用。在百年未有之大變局下，世界能源版圖正在重構、人類(lèi)能源需求發(fā)生質(zhì)變。人類(lèi)正進(jìn)入一個(gè)從“高碳”向“低碳”邁進(jìn)、從“黑色”向“綠色”變換的能源大轉型新時(shí)代
人類(lèi)文明進(jìn)步史，從能源技術(shù)角度看，是一部能源技術(shù)升級和能源結構轉型的歷史。人類(lèi)經(jīng)農耕文明、歷工業(yè)文明，正邁向生態(tài)文明。與之呼應，對能源的生產(chǎn)利用也從木材、干草等原始生物能源，到工業(yè)化生產(chǎn)的煤炭、石油、天然氣等化石能源，正轉入以清潔可再生能源為主的低碳能源，并將成為21世紀的主流能源。
人類(lèi)社會(huì )的發(fā)展離不開(kāi)優(yōu)質(zhì)能源資源的開(kāi)發(fā)和先進(jìn)能源技術(shù)的使用。在百年未有之大變局下，世界能源版圖正在重構、人類(lèi)能源需求發(fā)生質(zhì)變。人類(lèi)正進(jìn)入一個(gè)從“高碳”向“低碳”邁進(jìn)、從“黑色”向“綠色”變換的能源大轉型新時(shí)代。當今世界，化石能源急劇消耗、氣候變化日益嚴峻，危及地球生態(tài)安全、威脅人類(lèi)生存發(fā)展，人類(lèi)需要低碳能源，這是大勢所趨。無(wú)論是由于產(chǎn)業(yè)結構調整、環(huán)境約束加強帶來(lái)的化石能源比重的顯著(zhù)下降，還是因為技術(shù)進(jìn)步加快、市場(chǎng)規模擴張帶來(lái)的可再生能源比重的大幅上升，都表明全球能源正在向低碳方向加速轉型。
能源低碳轉型，首先要明確什么是低碳能源。通常將煤炭、石油、天然氣等碳基化石能源，稱(chēng)為高碳能源;相應的，風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等可再生清潔能源，稱(chēng)為低碳能源。著(zhù)者打破了這種非此即彼的二元對立思維，提出發(fā)展低碳能源，一方面，通過(guò)發(fā)展風(fēng)能、核能、太陽(yáng)能、地熱能和生物質(zhì)能等清潔能源體系，減少二氧化碳排放，減緩氣候變化;另一方面，通過(guò)研發(fā)推廣先進(jìn)的煤炭、石油資源清潔高效利用技術(shù)體系，實(shí)現節能減排，保護生態(tài)環(huán)境。也即是說(shuō)，低碳能源，不僅指能源本身低碳，更是開(kāi)發(fā)利用過(guò)程低碳。
黨的十九大報告提出要推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費革命。安全、可靠的能源供應，高效、清潔的能源消費，是新時(shí)代高質(zhì)量發(fā)展的重要保證。中國開(kāi)采和燃燒的煤炭占世界的一半，也是全球最大的石油和天然氣進(jìn)口國，對全球能源低碳轉型有舉足輕重的作用。中國的能源革命將推動(dòng)世界的低碳轉型。
2016年11月生效的《巴黎協(xié)定》提出，期望在2051年至2100年間，全球達到碳中和。習近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì )一般性辯論上的講話(huà)中指出，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現碳中和。中國設立這一“超前”目標，具有劃時(shí)代的積極意義，它以中國低碳轉型的驕人成績(jì)?yōu)榛A。2009年，中國政府在哥本哈根氣候變化大會(huì )上做出自主減排承諾：到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，非化石能源占一次能源消費的比重達到15%左右。截至2019年底，中國碳強度較2005年降低約48.1%，非化石能源占能源消費比重達15.3%，均已提前完成承諾目標。
實(shí)現碳中和有三大措施：節能、替代和移除。節能就是要節約能源使用，以減少能源消費量;替代就是用清潔能源替代化石能源，從而降低化石能源占比;移除指通過(guò)種樹(shù)等方式吸收匯集空氣中的二氧化碳。全球森林每年凈吸收二氧化碳僅約20億噸，化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量則高達360億噸以上，有量級上的差異。因此，碳中和不可能通過(guò)種樹(shù)來(lái)實(shí)現，需要變革能源系統、調整能源結構，從化石能源為主轉向可再生能源為主，進(jìn)一步挖掘能源潛力，提升能源利用效率。
新能源革命核心：技術(shù)的范式變遷
能源革命的主要目標，就是推動(dòng)能源結構實(shí)現由黑色高碳型向綠色低碳型的根本性轉變，建設清潔低碳、安全高效的現代能源體系。新能源革命遵循自然規律，強調尊重、順應和保護自然，是天人和諧型生態(tài)文明觀(guān)的充分體現
當前，能源技術(shù)創(chuàng )新進(jìn)入高度活躍期，新一輪能源技術(shù)革命方興未艾。能源革命的主要目標，就是推動(dòng)能源結構實(shí)現由黑色高碳型向綠色低碳型的根本性轉變，建設清潔低碳、安全高效的現代能源體系。以新能源技術(shù)與信息技術(shù)融合為主要標志，以高效化、清潔化、低碳化、智能化為主要特征的能源革命，已經(jīng)成為全球能源發(fā)展的方向和潮流。新能源革命遵循自然規律，強調尊重、順應和保護自然，是天人和諧型生態(tài)文明觀(guān)的充分體現。
先進(jìn)能源技術(shù)是當前國際技術(shù)競爭的前沿和熱點(diǎn)領(lǐng)域，依靠能源技術(shù)創(chuàng )新，改革能源供給結構、提高能源供給質(zhì)量，提升低碳綠色能源的有效供給能力，對推動(dòng)高碳能源低碳發(fā)展、黑色能源綠色發(fā)展，具有重要現實(shí)意義和深遠戰略?xún)r(jià)值。
低碳能源技術(shù)有三個(gè)方向：一是無(wú)碳技術(shù)，就是發(fā)展新能源技術(shù)，開(kāi)發(fā)風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等可再生能源及核能等非化石能源;二是減碳技術(shù)，將清潔煤、煤層氣等新技術(shù)應用于化石能源為支撐的高消耗、高排放行業(yè);三是脫碳技術(shù)，主要指碳捕集與封存(簡(jiǎn)稱(chēng)CCS)，是將大型發(fā)電廠(chǎng)所產(chǎn)生的二氧化碳收集并儲存起來(lái)，避免排放到大氣中，被認為是實(shí)現化石能源大規模低碳利用最經(jīng)濟、最可行的方法。無(wú)碳、減碳和脫碳技術(shù)，都對碳減排和碳中和發(fā)揮重大作用。
從高碳能源轉換為低碳能源，是一種能源范式的演進(jìn)。從高碳技術(shù)范式轉向低碳技術(shù)范式，是能源技術(shù)范式變遷的方向。著(zhù)者認為，低碳能源是對化石能源的超越，低碳能源技術(shù)范式是對傳統能源技術(shù)范式的變革。
新能源革命的核心，是技術(shù)范式的低碳轉型;技術(shù)范式的低碳轉型，不只是無(wú)碳、減碳和脫碳中某一種或幾種技術(shù)方法的革新，而是技術(shù)發(fā)展的觀(guān)念、規則和知識系統的根本性轉變，是對傳統能源技術(shù)范式的超越與變革。
“范式”常指科學(xué)研究共同體遵從的世界觀(guān)和方法論，是開(kāi)展科學(xué)研究、建立學(xué)科門(mén)類(lèi)的理論基礎和實(shí)踐規范。技術(shù)范式是一個(gè)囊括了觀(guān)念、知識和規則等要素的技術(shù)系統。低碳能源技術(shù)范式囊括了碳減排、碳中和、碳補償等新的低碳生產(chǎn)生活觀(guān)念，涵蓋了無(wú)碳、減碳和脫碳技術(shù)等新的低碳能源技術(shù)知識，整合了《巴黎協(xié)定》等新的國際氣候秩序和制度規則，為低碳能源技術(shù)創(chuàng )新指明方向，對推動(dòng)新興低碳能源技術(shù)加速迭代、科研成果不斷涌現具有重要指導價(jià)值。
新能源管理變革：構建新型范式管理
以碳中和為目標的新能源革命，需要技術(shù)范式管理的有效指引。技術(shù)范式管理是對技術(shù)范式之觀(guān)念、規則、知識系統的計劃、組織、協(xié)調與控制，變革傳統能源管理，構建新型范式管理.
新時(shí)代能源革命的組織管理，面臨復雜不確定的能源政策與市場(chǎng)、日益系統化的能源技術(shù)與產(chǎn)品，需要重構能源管理的基本規則和框架體系，從單項職能走向整體系統，從有限資源走向集成體系。以碳中和為目標的新能源革命，需要技術(shù)范式管理的有效指引。技術(shù)范式管理是對技術(shù)范式之觀(guān)念、規則、知識系統的計劃、組織、協(xié)調與控制，變革傳統能源管理，構建新型范式管理。
著(zhù)者針對從高碳化石能源向低碳清潔能源轉型過(guò)程中的各類(lèi)結構化、半結構化和非結構化技術(shù)管理難題，提出范式管理理念，構筑范式管理模式，創(chuàng )建范式管理理論，建構了低碳能源技術(shù)范式管理的“理念-模式-理論”體系。
提出范式管理理念。著(zhù)者從宏觀(guān)和微觀(guān)兩個(gè)層面來(lái)解析能源技術(shù)的范式變遷。宏觀(guān)層面，以構建清潔低碳、安全高效的能源體系為目標，對能源系統進(jìn)行結構優(yōu)化和體系重構。微觀(guān)層面，能源技術(shù)革新表現為突變、躍遷和非連續性的復雜演進(jìn)，具有動(dòng)態(tài)、非線(xiàn)性和難以預測等非結構化特征。針對能源技術(shù)范式轉換的結構化和非結構化特征，探明“單元技術(shù)→技術(shù)體系→技術(shù)范式”的演進(jìn)路徑，實(shí)施“技術(shù)鏈→技術(shù)群→技術(shù)譜”的范式管理，從跨學(xué)科的整體性來(lái)頂層設計、統籌謀劃。
構筑范式管理模式。技術(shù)范式的低碳轉型，不只是某一種或幾種技術(shù)方法的革新，而是技術(shù)發(fā)展的觀(guān)念、規則和知識系統的根本性轉變，是對傳統能源技術(shù)范式的超越與變革。著(zhù)者提出，競爭是技術(shù)范式的創(chuàng )生階段，擴散是技術(shù)范式的成型階段，轉移是技術(shù)范式的躍遷階段，發(fā)現了低碳能源技術(shù)范式“競爭-擴散-轉移”的演進(jìn)規律，進(jìn)而沿著(zhù)“創(chuàng )生-成型-躍遷”范式軌跡，逐一對風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、海洋能、煤炭、石油、天然氣、地熱、核能、氫能、生物質(zhì)能等十余種能源，繪制知識圖譜、探明技術(shù)軌跡、實(shí)施范式管理，構筑了“地上-地表-地下-人造”四類(lèi)低碳能源體系，提出了“互補-整合”、可持續評價(jià)、復雜系統優(yōu)化及“持續-清潔-生態(tài)”四種范式管理模式。
創(chuàng )建范式管理理論。在綜合了結構化、半結構化和非結構化問(wèn)題的能源低碳轉型背景下，提出范式管理思想，變革傳統能源管理僅注重單一的技術(shù)突破、分散的多項改進(jìn)，以?xún)r(jià)值涌現為目標、系統理論為基礎、綜合集成為方法、統籌優(yōu)選來(lái)實(shí)現，從整體優(yōu)化角度創(chuàng )建具有系統性、科學(xué)性與可操作性的低碳能源技術(shù)范式管理理論?；谶@一范式管理理論，建立針對復雜能源系統的解題規則、方法工具、理論框架與技術(shù)路線(xiàn)等。
著(zhù)者認為，“新范式”替代“前范式”，取決于兩個(gè)條件：一是前范式的機能失靈，新范式擁有解決危機的能力;二是前范式進(jìn)入拐點(diǎn)，新范式出現在被需要的時(shí)機。傳統高碳發(fā)展模式下經(jīng)濟增長(cháng)與環(huán)境保護之間的矛盾日益突出，舊的經(jīng)濟增長(cháng)模式已經(jīng)走到了發(fā)展的極限，一場(chǎng)新的技術(shù)范式革命成為時(shí)代需要。技術(shù)進(jìn)步既是工業(yè)文明的推進(jìn)劑，也是生態(tài)文明的驅動(dòng)器。技術(shù)范式變革驅動(dòng)的能源革命，將為世界經(jīng)濟發(fā)展注入新的活力，推動(dòng)人類(lèi)社會(huì )從工業(yè)文明邁向生態(tài)文明。低碳能源技術(shù)范式管理，符合生態(tài)文明的精髓要義、順應低碳經(jīng)濟的時(shí)代需要，是能源改革、范式轉換背景下，構建現代能源體系的最佳選擇。
