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(xiàn)任四川大學(xué)校長助理、商學(xué)院院長、教授、博士生導(dǎo)師。

成果價值

●這是一部低碳能源“百科全書”，全面論述低碳能源理論體系構(gòu)架、技術(shù)演進(jìn)脈絡(luò)和范式管理框架，從基礎(chǔ)科學(xué)層次揭示機(jī)理、從技術(shù)科學(xué)層次提煉規(guī)律、從工程技術(shù)層次對實踐具有指導(dǎo)意義

●立足能源革命的時代背景，緊扣低碳轉(zhuǎn)型的時代需求，研究破解高碳化石能源向低碳清潔能源轉(zhuǎn)型的技術(shù)管理難題，開辟能源研究領(lǐng)域、找到范式演進(jìn)規(guī)律、推動管理理論創(chuàng)新

●深入能源低碳轉(zhuǎn)型復(fù)雜系統(tǒng)工程的組織管理實踐，攻克低碳轉(zhuǎn)型各類結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化技術(shù)管理難題，開創(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(yán)整理論、科學(xué)方法和有效模式

●對能源系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和體系重構(gòu)，構(gòu)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(gòu)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(dǎo)

新能源版圖重構(gòu)：低碳是大勢所趨

人類社會的發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)能源資源的開發(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(gòu)、人類能源需求發(fā)生質(zhì)變。人類正進(jìn)入一個從“高碳”向“低碳”邁進(jìn)、從“黑色”向“綠色”變換的能源大轉(zhuǎn)型新時代

人類文明進(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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的歷史。人類經(jīng)農(nóng)耕文明、歷工業(yè)文明，正邁向生態(tài)文明。與之呼應(yīng)，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(zhuǎn)入以清潔可再生能源為主的低碳能源，并將成為21世紀(jì)的主流能源。

人類社會的發(fā)展離不開優(yōu)質(zhì)能源資源的開發(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(gòu)、人類能源需求發(fā)生質(zhì)變。人類正進(jìn)入一個從“高碳”向“低碳”邁進(jìn)、從“黑色”向“綠色”變換的能源大轉(zhuǎn)型新時代。當(dāng)今世界，化石能源急劇消耗、氣候變化日益嚴(yán)峻，危及地球生態(tài)安全、威脅人類生存發(fā)展，人類需要低碳能源，這是大勢所趨。無論是由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、環(huán)境約束加強(qiáng)帶來的化石能源比重的顯著下降，還是因為技術(shù)進(jìn)步加快、市場規(guī)模擴(kuò)張帶來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(zhuǎn)型。

能源低碳轉(zhuǎn)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，稱為高碳能源;相應(yīng)的，風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等可再生清潔能源，稱為低碳能源。著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，通過發(fā)展風(fēng)能、核能、太陽能、地?zé)崮芎蜕镔|(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，實現(xiàn)節(jié)能減排，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。也即是說，低碳能源，不僅指能源本身低碳，更是開發(fā)利用過程低碳。

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(yīng)，高效、清潔的能源消費，是新時代高質(zhì)量發(fā)展的重要保證。中國開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(zhuǎn)型有舉足輕重的作用。中國的能源革命將推動世界的低碳轉(zhuǎn)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(dá)到碳中和。習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上的講話中指出，中國將提高國家自主貢獻(xiàn)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(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。中國設(shè)立這一“超前”目標(biāo)，具有劃時代的積極意義，它以中國低碳轉(zhuǎn)型的驕人成績?yōu)榛A(chǔ)。2009年，中國政府在哥本哈根氣候變化大會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(dá)到15%左右。截至2019年底，中國碳強(qiáng)度較2005年降低約48.1%，非化石能源占能源消費比重達(dá)15.3%，均已提前完成承諾目標(biāo)。

實現(xiàn)碳中和有三大措施：節(jié)能、替代和移除。節(jié)能就是要節(jié)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;移除指通過種樹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(dá)360億噸以上，有量級上的差異。因此，碳中和不可能通過種樹來實現(xiàn)，需要變革能源系統(tǒng)、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，從化石能源為主轉(zhuǎn)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(biāo)，就是推動能源結(jié)構(gòu)實現(xiàn)由黑色高碳型向綠色低碳型的根本性轉(zhuǎn)變，建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。新能源革命遵循自然規(guī)律，強(qiáng)調(diào)尊重、順應(yīng)和保護(hù)自然，是天人和諧型生態(tài)文明觀的充分體現(xiàn)

當(dāng)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(biāo)，就是推動能源結(jié)構(gòu)實現(xiàn)由黑色高碳型向綠色低碳型的根本性轉(zhuǎn)變，建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。以新能源技術(shù)與信息技術(shù)融合為主要標(biāo)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(guī)律，強(qiáng)調(diào)尊重、順應(yīng)和保護(hù)自然，是天人和諧型生態(tài)文明觀的充分體現(xiàn)。

先進(jìn)能源技術(shù)是當(dāng)前國際技術(shù)競爭的前沿和熱點領(lǐng)域，依靠能源技術(shù)創(chuàng)新，改革能源供給結(jié)構(gòu)、提高能源供給質(zhì)量，提升低碳綠色能源的有效供給能力，對推動高碳能源低碳發(fā)展、黑色能源綠色發(fā)展，具有重要現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)戰(zhàn)略價值。

低碳能源技術(shù)有三個方向：一是無碳技術(shù)，就是發(fā)展新能源技術(shù)，開發(fā)風(fēng)能、太陽能、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(yīng)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(簡稱CCS)，是將大型發(fā)電廠所產(chǎn)生的二氧化碳收集并儲存起來，避免排放到大氣中，被認(rèn)為是實現(xiàn)化石能源大規(guī)模低碳利用最經(jīng)濟(jì)、最可行的方法。無碳、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(zhuǎn)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(zhuǎn)向低碳技術(shù)范式，是能源技術(shù)范式變遷的方向。著者認(rèn)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(tǒng)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(zhuǎn)型;技術(shù)范式的低碳轉(zhuǎn)型，不只是無碳、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)展的觀念、規(guī)則和知識系統(tǒng)的根本性轉(zhuǎn)變，是對傳統(tǒng)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和方法論，是開展科學(xué)研究、建立學(xué)科門類的理論基礎(chǔ)和實踐規(guī)范。技術(shù)范式是一個囊括了觀念、知識和規(guī)則等要素的技術(shù)系統(tǒng)。低碳能源技術(shù)范式囊括了碳減排、碳中和、碳補(bǔ)償?shù)刃碌牡吞忌a(chǎn)生活觀念，涵蓋了無碳、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(guī)則，為低碳能源技術(shù)創(chuàng)新指明方向，對推動新興低碳能源技術(shù)加速迭代、科研成果不斷涌現(xiàn)具有重要指導(dǎo)價值。

新能源管理變革：構(gòu)建新型范式管理

以碳中和為目標(biāo)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)范式之觀念、規(guī)則、知識系統(tǒng)的計劃、組織、協(xié)調(diào)與控制，變革傳統(tǒng)能源管理，構(gòu)建新型范式管理.

新時代能源革命的組織管理，面臨復(fù)雜不確定的能源政策與市場、日益系統(tǒng)化的能源技術(shù)與產(chǎn)品，需要重構(gòu)能源管理的基本規(guī)則和框架體系，從單項職能走向整體系統(tǒng)，從有限資源走向集成體系。以碳中和為目標(biāo)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)范式之觀念、規(guī)則、知識系統(tǒng)的計劃、組織、協(xié)調(diào)與控制，變革傳統(tǒng)能源管理，構(gòu)建新型范式管理。

著者針對從高碳化石能源向低碳清潔能源轉(zhuǎn)型過程中的各類結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化技術(shù)管理難題，提出范式管理理念，構(gòu)筑范式管理模式，創(chuàng)建范式管理理論，建構(gòu)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。著者從宏觀和微觀兩個層面來解析能源技術(shù)的范式變遷。宏觀層面，以構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系為目標(biāo)，對能源系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和體系重構(gòu)。微觀層面，能源技術(shù)革新表現(xiàn)為突變、躍遷和非連續(xù)性的復(fù)雜演進(jìn)，具有動態(tài)、非線性和難以預(yù)測等非結(jié)構(gòu)化特征。針對能源技術(shù)范式轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)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)科的整體性來頂層設(shè)計、統(tǒng)籌謀劃。

構(gòu)筑范式管理模式。技術(shù)范式的低碳轉(zhuǎn)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)展的觀念、規(guī)則和知識系統(tǒng)的根本性轉(zhuǎn)變，是對傳統(tǒng)能源技術(shù)范式的超越與變革。著者提出，競爭是技術(shù)范式的創(chuàng)生階段，擴(kuò)散是技術(shù)范式的成型階段，轉(zhuǎn)移是技術(shù)范式的躍遷階段，發(fā)現(xiàn)了低碳能源技術(shù)范式“競爭-擴(kuò)散-轉(zhuǎn)移”的演進(jìn)規(guī)律，進(jìn)而沿著“創(chuàng)生-成型-躍遷”范式軌跡，逐一對風(fēng)能、太陽能、水能、海洋能、煤炭、石油、天然氣、地?zé)帷⒑四堋淠堋⑸镔|(zhì)能等十余種能源，繪制知識圖譜、探明技術(shù)軌跡、實施范式管理，構(gòu)筑了“地上-地表-地下-人造”四類低碳能源體系，提出了“互補(bǔ)-整合”、可持續(xù)評價、復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化及“持續(xù)-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(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化問題的能源低碳轉(zhuǎn)型背景下，提出范式管理思想，變革傳統(tǒng)能源管理僅注重單一的技術(shù)突破、分散的多項改進(jìn)，以價值涌現(xiàn)為目標(biāo)、系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)、綜合集成為方法、統(tǒng)籌優(yōu)選來實現(xiàn)，從整體優(yōu)化角度創(chuàng)建具有系統(tǒng)性、科學(xué)性與可操作性的低碳能源技術(shù)范式管理理論。基于這一范式管理理論，建立針對復(fù)雜能源系統(tǒng)的解題規(guī)則、方法工具、理論框架與技術(shù)路線等。

著者認(rèn)為，“新范式”替代“前范式”，取決于兩個條件：一是前范式的機(jī)能失靈，新范式擁有解決危機(jī)的能力;二是前范式進(jìn)入拐點，新范式出現(xiàn)在被需要的時機(jī)。傳統(tǒng)高碳發(fā)展模式下經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾日益突出，舊的經(jīng)濟(jì)增長模式已經(jīng)走到了發(fā)展的極限，一場新的技術(shù)范式革命成為時代需要。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(qū)動器。技術(shù)范式變革驅(qū)動的能源革命，將為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的活力，推動人類社會從工業(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(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)的時代需要，是能源改革、范式轉(zhuǎn)換背景下，構(gòu)建現(xiàn)代能源體系的最佳選擇。