能源环境与经济发展密切相关。国际社会对中国经济发展的关注也体现在对中国能源环境问题的关注，哈佛大学关于中国能源问题的研究就比较活跃，其肯尼迪学院、工程与应用科学学院等都有针对中国能源环境问题的专题研究，开展气候变化与能源环境相关的经济、政策、法律、科学及工程技术方面的多个不同学科的研究。由哈佛大学资深教授MichaelMcElroy主持的“中国能源发展回顾与展望”项目受美国自然科学基金与美国能源基金资助，以全球能源形势为背景，分析了中国经济发展大环境下的能源发展形势及未来趋势。
国内外对中国能源发展的分析研究很多，已有很多共识，但是哈佛大学的专项研究，引用了大量的全球及中国能源发展数据，比较宽泛地分析了中国在全球能源大格局中面临的形势和挑战，提供了一个了解全球能源发展和认识中国能源形势的不同视角。本文将哈佛大学的这个专题研究成果做一综述，介绍给相关的管理者和专家参阅。
在全球能源格局中的中国能源形势
对能源问题的关注源自于对经济发展的认识。英国著名经济学家安格斯•麦迪森(AngusMaddison)曾在2008年撰文对百年尺度的全球经济发展回顾和展望，其中，用一组数据分析预测了中国经济的历史和未来在全球发展的位置：1820年，中国GDP总量占全球的32.9%，是世界第一大经济体;1950年中国GDP总量在全球的比重下降到4.6%，2003年中国GDP总量在全球的比重上升到15.1%;预计到2030年，中国GDP总量在全球的比重将达到23.8%，同期美国GDP在全球的比重为17%，中国将再次成为世界第一大经济体。面对这样的分析展望，在未来中国经济的持续发展中，如何解决好能源资源约束、满足能源增长需求自然成为一个全世界关注的课题。
(一)中国能源消费的总体趋势
中国的能源消费自上个世纪80年代以来持续快速增长，2001至2006年，能源消费年增长率高达10%-11%，近年来增速回落至7%-8%。中国在全球能源消费中的比重不断加大，1975年全球能源消费总量为60亿吨标煤，中国仅占不足10%，到2010年，全球能源消费总量达到123.8亿吨标煤，中国占比接近20%。根据国际能源署2012年评估展望(WEO)，预计到2035年，全球能源需求将增加到167.3亿吨标煤，较2010年增长约1/3，中国是能源需求增长的主要贡献者，预计中国的能源需求占比将超过20%，能源消费总量将接近经合组织成员国家(OECD)的总和。
(二)中国煤炭资源消费形势
按照2010年世界各国煤炭储量和年生产量，在全球煤炭资源储量中，美国总储量为世界第一，占全球总储量的18.2%;俄罗斯总储量世界第二，占全球总储量的27.6%;中国总储量为世界第三，占全球总储量的13.3%。在煤炭生产方面，中国以煤为绝对主体的一次能源结构中，煤的消费需求持续占据高位，煤炭年生产量世界第一，2010年产量达3240亿吨。相比较而言，美国在其一次能源结构中，原油和天然气的比重超过60%，煤的比重已不足20%。2010年，美国年生产量为985亿吨，俄罗斯的煤炭生产量仅为317亿吨。
按照总储量与年开采量之比计算煤炭可开采利用的时年，中国的煤炭资源仅可供开采35年;如果按照过去十年煤炭消费平均增长量8%的增幅计算，中国的煤炭资源仅可供开采18年。如果不改变一次能源的结构，中国的煤炭资源短期内即将面临枯竭、后期大量依赖进口的困局。
在全球煤炭消费的构成中，中国占据了近半壁江山。2010年，全球的煤炭消费总量为72.5亿吨标煤，中国煤炭消费总量为33.8亿吨标煤，占全球煤炭总消费量的46%。煤炭消费增大带动煤炭进口逐年增长。2009年开始，煤炭的进口量大于国内煤炭生产量，2012年中国进口的煤炭总量为2.89亿吨标煤，年增长约60%，煤炭消费的进口依赖度增大。
对中国未来煤炭资源消费量的预测有两个趋势，一是按照目前能源消费结构，在煤炭消费持续增长情景下，2015年的煤炭消费量将达
55.8亿吨标煤，如果按照目前中国政府已经提出的目标和政策措施实现控制煤炭消费，预测2015年的煤炭消耗将减少至39亿吨标煤，煤炭消费量较持续增长的情景下降30%。
(三)中国原油资源消费形势
中国的原油储量为200亿桶，仅占全球总储量的约1.38%，位居世界第十四位。美国原油储量略多于中国，占全球总量的1.41%。在原油消费方面，第一位是俄罗斯，占全球原油消费的42%，第二位是美国，占全球原油消费总量的21%，中国位列第三，占全球石油消费总量的11%。中国从1992年起，原油的消费量已大于生产量，净进口数量逐年增加。2011年中国进口原油550万桶/日，占原油消费量的50%以上，是全球仅次于美国的第二大原油进口国。中国是世界第三大原油消费国，第二大原油进口国。原油储备少、消费增长快、进口依赖大。
在市场零售消费方面，中国汽油消费价格相对较低。以2013年1月份数据为例，中国汽油价格相当于4.74美元/加仑，欧洲价格最高的意大利为9.89美元/加仑，美国为3.29美元/加仑，美国由于页岩油资源较丰富，汽油价格保持在相对较低水平。
(四)中国天然气消费形势
与煤炭和原油能源不同，中国的天然气在全球天然气的生产和消费中占比很小，在中国能源结构中的比重也很小。在全球的天然气消费中，美国的天然气消费量位居全球第一，占全球天然气消费总量的21%以上，其次为俄罗斯，占消费总量的13%，中国仅占消费总量的约4%。
尽管国内外对中国经济快速发展中面临的能源资源少、消费需求高、能源结构不合理等问题已经有比较多的认识，但是，在全球能源总体格局下分析中国能源面临的形势，特别是与美国等主要经济体的比较，更加凸显了其面临的能源资源约束的严峻形势。
风能资源开发利用的形势与前景
在全球可再生能源的发展中，风能资源的开发利用是近年来发展最快的。哈佛大学针对中国的风能资源应用做了比较系统的研究，即对自然环境条件下的风能资源进行评估，也从经济政策和技术水平角度分析了风能资源可利用的潜力，对中国未来的风能资源利用及风电发展做出了乐观展望。这些研究工作比国内已经开展的同类工作(如：中国气象局开展的全国风能资源评估)要更加深入，与风能资源利用的实际结合更加紧密，研究成果和研究方法对进一步制定中国风能资源开发规划、风电新技术应用、风能发展的经济政策等有可参考借鉴价值(以下摘要主要的研究成果)。
(一)全球风能资源开发利用的形势
随着风力发电技术的日益成熟，风能成为世界上增长最快的电力能源之一。在过去十年内，全球风能装机容量保持着每年增长约30%的迅猛势头，2012年全球风能发电装机总量达到了2.8亿千瓦。
美国是世界上风电开发较早的国家之一。20世纪70年代石油输出国组织成员国家减少石油产量，实行石油禁运，导致原油价格迅速上涨，造成世界范围内的能源危机。以此为契机，美国政府采取了积极的政策措施，鼓励包括风电技术在内的可再生能源技术的研发，使得美国在世界风电产业中处于绝对领先地位。进入20世纪80年代中期，随着原油和天然气价格的回落，美国风能发展开始降温，并在90年代一度出现停滞现象。但与此同时，全球的风电行业持续增长，德国取代美国成世界风电行业的主导者，世界风能开发中心也由美国转向欧洲。到20世纪90年代末，风电机组技术和发电能力在欧美发达国家得到长足发展，风电成本也大大下降。进入21世纪，随着气候变化问题受到人们越来越多的认同和关注，可再生能源更加受到关注，风能再次成为发展的热点，并呈现空前的繁荣局面。
(二)中国的风能资源可开发利用潜力与风电发展形势
哈佛大学利用全球气象数据和卫星遥感数据对全球的风能资源进行评估显示，风能资源可开发潜力巨大，其潜在可开采量要高出目前实际电力需求的很多倍。表1给出了目前全球CO2排放前十位国家的陆地和近海风能资源潜力。中国风能资源可发电潜力为43.6万亿千瓦时，相当于2010年总发电量(2.8万亿千瓦时)的16倍;美国的风能资源更为丰富，风能可发电潜力为88万亿千瓦时，风电资源可利用量相当于其2010年实际消耗电量(3.9万亿千瓦时)的约23倍。由此可见，对中美两个能源消费和CO2排放大国而言，以风电替代化石能源减排CO2的潜力巨大。
在风电的实际开发利用方面，目前风电装机最多的五个国家分别是中国、美国、德国、西班牙和印度。中国于2010年超过美国，成为风电装机容量世界第一的国家，2012年，中国的风电装机7550万千瓦，比美国多1550万千瓦。从风能发电情况看，2011年全球年风力发电总量为4600亿千瓦时，其中美国风能发电量为1205亿千瓦时，占全球总风能发电量的26%，为世界第一;中国的风能发电量886亿千瓦时，占全球的19%，位居世界第二。中国的风电装机总量世界第一，但风电利用效率低于美国。受风电技术和政策双重影响，风电并网难，大量弃风使风电场的效率难以保障。
提高风电利用效率面临着技术发展的挑战。一是实施电网整合，发展大电网，实现风电全网调度是未来风电发展的技术趋势之一。目前，欧洲一些风能资源丰富的国家(丹麦、西班牙与葡萄牙)，合作建设跨国的电网系统，实施风电的跨国调度和资源利用。中国风能资源布局空间极不均衡，建设大电网对风电的资源利用、保障风电可持续发展十分重要。二是发展储能技术。目前，可利用的储能技术有电池储能、抽水蓄能、电能蓄热。其中，相对抽水储能，压缩空气储能可以不受北方地区水资源不足的制约，是一种适合中国风能分布区域特征的储能技术。目前，美国、德国的压缩空气储能电站已经成功运营二、三十年，正在朝着大型化、自动化的方向发展。
(三)经济政策对风电发展的影响
风电的发展不仅依赖于风电技术的成熟，更取决于风电的价格激励政策。美国1992年颁布的《能源政策法案》对包括风电在内的可再生能源实行生产减免税政策(PTC)，风电可享受每千瓦时1.5至2.3美分的价格优惠。作为美国风能产业仅有的金融政策支持机制，PTC政策对美国风能发展起到越来越关键的作用。PTC有效性失效和更新交替的现象使美国风电市场呈现“繁荣-萧条”的循环。2006年后美国联邦政府吸取以往的经验教训，在PTC法案有效期满之前就对其延长。PTC政策的连续性保证了美国风电行业的持续发展。美国能源信息署在2009年的能源报告中分析比较了有无PTC经济激励政策两种情况下美国可再生能源的发展状况，得出的结论是经济激励措施能够显著促进可再生能源的增长。
中国采取了不同的风电价格政策刺激风电的发展。2003年，国家发改委推出了风电特许权政策，通过特许权方式对上网电价补偿，使风电场在一个合同时段内保持规定的电价，从而保证了风电开发商的合理利润。这种政策环境刺激了中国风电进入了快速增长期。2009年，国家发改委进一步完善了风电上网的电价政策，实施风电标杆上网电价，按全国风能资源状况和工程建设条件设定四类风能资源区的标杆上网电价，即最低指导限价，以市场化方式确定风电上网电价。
哈佛大学采用经济学模型，分析了一定价格情景下中国风电的经济潜力，参照风电并网标杆电价的最低标准(约为0.516元/千瓦时)，风电的经济可开发量可达到6.96万亿千瓦时。如果按照中国2030年电力需求为3.4万亿千瓦时的发展预测(数据来自国际能源署“2008年世界能源展望”)，风电的经济潜力为2030年中国电力需求的两倍。这个结果既显示了目前实施风电并网标杆电价政策对风电发展的激励作用，也显示了风电在适应未来电力需求中的巨大应用潜力。
但是，与美国实施风电生产税收减免政策从而使风电价格达到与传统电价相当水平所不同，中国实施风电特许权电价政策只是在风电开发商内部竞争，风电不参与电力市场竞争。因此，在中国电力市场逐步开放的形势下，也需要研究风电生产税收优惠政策对整个风电产业发展的促进作用。
(四)中国风电发展的前景展望
在适应气候变化和面对新型能源危机的形势下，发展风能成为减排温室气体的重要措施，也是风电发展的主要动力。根据美国能源部2008年的研究报告，到2030年，美国将有20%的电力来自风能，风电装机容量将达到3亿千瓦，将取代50%的天然气发电和18%的煤电，实现的CO2减排占预计的年排放量10%以上。哈佛大学的研究对中国未来风电的发展做出展望。根据国际能源署2008年预测分析，2030年中国新增的电力需求约为800亿千瓦时，如果按照30%目标减排新增的CO2排放，由风能替代煤电，则中国需要在未来20年内风电装机能力达到6.4亿千瓦。按照2008年的价格水平，这样规模的风电装机能力建设需要约6万亿人民币的投资。
进一步开展中国风电发展的规划研究
哈佛大学关于中国能源问题的研究再次显示了中国能源问题面临的严峻形势。在全球的主要经济发展体中，中国的能源资源约束最为突出。因此，提高包括风能、太阳能在内的可再生能源的开发利用能力是中国未来能源发展的一个战略方向。近年来，中国在制定和实施低碳能源发展战略目标中，已将风电作为实现低碳能源战略的主力能源技术之一，加强风能资源评估和风电发展的规划，在“十二五”计划中提出2015年风电装机达到1亿千瓦的目标。2011年国家发改委能源研究所发布的《中国风电发展路线图2050》进一步明确了2020年、2030和2050年中国风电装机容量将分别达到2亿千瓦、4亿千瓦和10亿千瓦，到2050年风电将满足17%电力需求的发展目标。
但是，过去几年的风电发展表明，其发展速度往往快于规划设计的目标。中国在“十一五”规划中提出2010年风电装机目标是1000万千瓦，但是2010年的实际风电装机则达到了3100万千瓦。哈佛大学的研究从未来中国能源需求和减排二氧化碳的要求，提出到2030年中国风能装机可达6.4亿千瓦，预估要高于中国目前规划设计的发展目标。因此，应关注和借鉴国内外新的科研成果，立足国家能源安全和可持续发展，进一步加强风能、太阳能等可再生能源的规划研究;适应中国能源需求快速增长以及风能资源巨大潜力的国情，动态地跟踪研究未来20年甚至更长时间全球风电发展的趋势，滚动完善风电发展规划，不断提高风能资源的利用能力。
哈佛大学将风能资源评估的科学方法与风电工程技术、风电并网的经济政策等相结合，采用多学科交叉的综合分析研究方法，科学地分析评估了风能资源及其可开发利用的经济潜力，其研究的方法和成果对于更加精细地规划中国风能资源开发利用及风电产业的发展有借鉴参考意义。2008年，由中国国家能源局组织，气象部门实施，开展了全国风能资源的详查，初步查清了中国风能资源的储量和分布，也积累了大量的风能资源数据。但是这些工作还是初步的，借鉴哈佛大学的技术方法和科研成果，利用已经积累的大量数据，还应该进一步开展风能资源及可开发利用潜力的精细化评估，从适应能源发展需求和能源经济政策的全局角度，进一步规划中国风能资源开发利用及风电产业的发展。中国气象局应在这方面继续主动承担任务，发挥积极作用，服务于国家能源安全与可持续发展。
(作者：矫梅燕，中国气象局;鲁玺，哈佛大学工程与应用科学学院)
