能源產業變革專題研究報告：能源革命與產業變遷一、全球能源革命：四次重大轉型歷史回顧當下全球一次能源消費結構：煤炭、石油、天然氣三大化石能源消費為主。2020

年，根

據

BP能源統計，全球一次能源消費中，煤炭占比

27.2%、石油占比

31.2%、天然氣占比

24.7%、核能占比

4.3%、水電占比

6.9%、可再生能源（包括生物燃料、風電與光伏）占

比

5.7%。

風電與光伏的消費占比接近

5%。根據

BP能源統計中可再生能源的發電情況，2020

年，

風電與光伏的發電占可再生能源發電之比為

77.7%。則，風電與光伏占全球一次能源消

費總量之比大概是

4.4%。全球能源轉型歷史回顧：有四次大規模的能源轉型。（加拿大科學家瓦科拉夫·斯米爾認

為，開始轉型的標志是其消費占比達到

5%，完成轉型的標志是其成為第一大消費的能

源1）。第一次，煤炭代替傳統的生物燃料（木炭）。典型國家是英國，最早可追溯到

1560

年之

前，當時煤炭就已在英國能源消費總量中達到

5%。到

1619

年，英國基本完成第一次能

源轉型。彼時，煤炭消費占其一次能源消費之比高達

49.1%。荷蘭、美國、德國完成第

一次能源轉型的時間點分別在

1865

年、1885

年、1853

年。就全球情況看，1840

年左右，以煤炭為主的礦物能源開始占全球能源消費總量的

5%，全球能源轉型至此開啟。70

年

之后，也即到

1910

年左右，全球向煤炭時代的過渡才告完成。第三次，天然氣代替石油/煤炭。典型國家是荷蘭。1971

年率先完成第三次能源轉型。彼

時天然氣消費占其能源消費的

51.3%。全球能源消費向天然氣轉型始于

1930

年左右。第四次，朝向可再生能源的轉型。典型國家是德國。2000

年通過《可再生能源法》，建

立系統的光伏和風電上網支持政策。2010

年制定國家可再生能源行動計劃，目標到

2020

年年底可再生能源消費量占德國能源消費總量

18%。二、全球能源革命與產業變遷：案例分析（一）第一次能源轉型代表：英國能源轉型（從木炭→煤炭，轉型時間是

1560

年之前→1619

年）

轉型背景：英國的城市化而非工業化首先激發了煤炭革命，煤炭的廣泛應用首先是作為

燃料直接燃燒為家庭供熱取暖。

原因包括：1）煤炭資源豐富，尤其在

16

世紀前半葉，煤炭價格不斷下跌，成了窮人家

庭的流行選擇。2）木材的價格不斷上漲，促使消費者產生了采用其他類廉價燃料的動機。

3）在

16

到

18

世紀，英國國際貿易日益興旺，倫敦城的城市規模在這一時期不斷擴大，

城市取暖需求增加。

煤炭革命與英國的工業化進程相輔相成：產業層面，煤炭先是用在需要低熱供應的生產

行業（打鐵、釀酒、染色，以及鹽、石灰和肥皂的生產），繼而是玻璃。隨后，得益于

蒸汽機的發明、城鎮照明燃氣（煤氣）的生產、焦炭的使用，煤炭不斷獲得新的應用市

場。（二）第二次能源轉型代表：美國能源轉型（從煤炭→油氣；根據石油消費占比，轉型時間是

1910

年前→1950

年）

轉型的背景：供給側，大型油氣資源被發現與開采，天然氣長距離輸送技術得到完善：

1）油：1860年開始，陸續發現大型油田。1860

年時，美國石油產量占世界總產量的

98.4%。

1900

年，美國有

7

座大型油田，到了

1925

年，大型油田數量增至

75

座，1950

年則達到

220

座2。石油開采不受資源不足的限制。

2）氣：1916

年至

1922

年美國發現了兩座大型氣田，給美國的天然氣產業帶來了質的飛

躍。據統計，1921

年美國的天然氣產量已達

184

億立方米，1925

年則為

342

億立方米，

1930

年達到了

540

億立方米。

3）管道建設：20

世紀

20

年代，美國天然氣長距離輸送技術逐步完善，1925

年，美國建

成了第一條長達

1000

千米的跨州輸氣管道。（三）第三次能源轉型代表：荷蘭能源轉型（從煤炭/石油到天然氣/石油，轉型時間是

1963

年前→1970

年代）

轉型背景：主要是供給側的原因：1）大型氣田資源的發現。1959

年，荷蘭在斯洛赫特

倫附近發現巨大格羅寧根氣田。該氣田徹底改變了荷蘭的能源供求情況。它能夠給所有

工業、家庭提供能源。2）出售天然氣盈利豐厚，彼時，核能被認為會很快占據主導地位，

因而應當盡快生產和銷售天然氣。

轉型過程：不再開采煤礦：1965

年

12

月，荷蘭政府決定在

10

年內全部淘汰林堡省內的

煤礦開采業務，關停這些煤礦讓荷蘭人口最稠密地區的

20

萬人失去了工作基礎，影響了

大約

45000

個采礦工作和

30000

個直接相關的工作6。（荷蘭的煤炭主要在南部，關閉煤

礦涉及到荷蘭南部

30%就業和

45%的收入）

1958

年，天然氣占荷蘭一次能源供應的

1%，1965

年，占

5%，到

1971

年，上升至

30%，

1975

年，到

46%。在同一時間段，煤炭的占比從

26%下降到了

2.5%。（剩余的小部分

用作冶煉焦炭）。（四）第四次能源轉型代表：德國能源轉型（2000

年開始，從化石能源、核能向可再生能源轉型）

1、德國可再生能源產業的發展概況

在德國政府

20

多年持續的政策支持下，德國可再生能源消費量在能源消費總量的占比從

2000

年的

2.6%增至

2005

年的

5.5%，進入能源轉型的“理論啟動點”（5%）。2013

年，

可再生能源占比達

11.4%，2018

年這一占比又提升到

16.6%。

電力領域是德國推動能源轉型的關鍵。2020

年，可再生能源發電量占德國電力市場的近

50％，是十年前的近

3

倍。其中，風力發電做出了最大貢獻，占比

27.4％；光伏發電占

比

9.7％；其余的

12.2％則由生物質能，水力發電和其他可再生能源構成。2、德國能源轉型的背景1）政策端：主動扶持可再生能源的發展德國可再生能源的發展主要是政府扶持的結果，而不是市場機制的推動7。2000

年，德國

頒布《可再生能源法》，為可再生能源發展打下法律基礎。此后，德國制定完善了一系

列促進可再生能源發展和利用的聯邦法規，如可再生能源發電可以享受長期的固定補貼，

降低可再生能源發電企業的經營風險。近十年來，德國政府開始調整政策思路，逐步調

減補貼，推動可再生能源市場化發展。但政策大的方向沒有改變，推進可再生能源使用

仍是其能源轉型的核心內容。2）供給端：主要化石能源進口依存度居高不下，發展核能有輿論壓力德國在能源方面最大的特點是“富煤缺油缺氣”，因此石油和天然氣長期依賴進口。20

世

紀

90

年代以來，德國石油和天然氣對外依存度長期居高不下。1990-2013

年，德國石油

進口依存度在

95%-100%區間波動，同期天然氣進口依存度也維持在

75%以上的高位且

增加趨勢更為明顯。

出于能源安全考量，德國在

20

世紀

90

年代提出向核能和可再生能源轉型。但核能發展

長期受民眾反對，核電政策搖擺不定。2011

年福島核事故后，德政府宣布放棄核電，能

源供應壓力的加劇更加突出了可再生能源的重要地位。3、德國能源轉型過程中產生的問題德國采取的可再生能源固定電價補貼機制，造成了批發市場的低電價和零售市場的高電

價。政策規定，電網運營商必須優先并以較高的指定價格收購利用可再生能源所發綠色

電力，多出的成本通過可再生能源附加費計算到零售電價中，從而轉嫁到消費者頭上。

對于傳統發電企業，由于風電和太陽能發電企業不斷涌入市場，導致電力供過于求，上

網電價下跌，傳統電力公司的利潤下跌；對于高耗能行業，部分企業（主要是中小企業）

未獲得可再生能源附加費“豁免權”，因為要承擔較高的用電成本，企業競爭力被削弱；

對于居民部門，其承擔了電價上漲的主要部分，2020

年居民用電價格比工業用電價格高

出

75%左右。1）對傳統發電企業的影響德國能源轉型對傳統電力企業的沖擊，主要體現在電價和發電量的下滑。

首先是批發市場電價的持續走低。可再生能源發電量大量涌入電網，使得批發市場電價

已從

2008

年以來的高點

80

歐元/兆瓦時降至

2015

年的低點

32

歐元/兆瓦時左右。德國傳

統電力供應企業的售電價格有時候會低于其發電成本。2）對高耗能企業（尤其是中小企業）造成沖擊工業部門中承擔高電價的主要是高耗能部門的中小企業。根據德國弗勞恩霍夫協會

（FraunhoferISI）的測算，高耗能行業（化學品、造紙、鋼鐵、鋁、銅和紡織品）中，

享有可再生能源附加費“豁免權”的大企業用電價約為

5

歐分/千瓦時，而沒有“豁免權”的

中小企業的電價達到了

14

歐分/千瓦時以上。中小企業的成本又難以通過產品價格轉嫁

到消費者身上，而是直接表現為利潤的下降。3）加劇了居民部門的負擔德國能源轉型的高電價主要由居民部門承擔。德國居民電價過去

21

年漲了

78%，2019

年德國居民電價

30.22

歐分/千瓦時，位居歐洲第二，同年工業部門用電價為

17.75

歐分/

千瓦時。這樣的漲幅使

690

萬德國家庭面臨電貧困的威脅，即電費支出超過家庭收入的

1/109。

電價中可再生能源附加費增長過快是電價飆升的主要原因。2012-2014

年，該費用從

3.6

歐分/千瓦時增至

6.24

歐分/千瓦時，不到

3

年時間就增長了

73%。目前可再生能源附加

費為

6.41

歐分/千瓦時，占居民電價的

21%。4、政府或企業給出的應對措施1）傳統電力企業積極應對能源轉型以意昂集團、萊茵集團、EnBW為代表的傳統能源企業給出的應對措施包括：ii）

企業間資產互換重組：2018

年

3

月，萊茵集團接手意昂集團的可再生能源，取得約

8GW的可再生能源發電容量，意昂集團則接管萊茵集團旗下的配電網和售電業務。重組

后，意昂集團專注于配售電等業務，而萊茵集團將成為德國綠色電力的最大供應商。iii）布局可再生能源領域：2021

年

5

月，德國四大傳統能源巨頭的之一的

EnBW與英國

石油天然氣巨頭

BP合伙投資

116.5

億歐元建設海上新能源風力發電項目，預計發電能力

為

290

萬千瓦。此前兩家公司還在英國聯合開展兩個海上風電項目，總潛在發電能力為3GW，可以為

340

多萬英國家庭提供清潔電力。2）政府針對電價上漲的政策調整針對電價上漲過快對居民和企業部門造成的影響，德國政府主要采取以下能源政策調整

措施：

i）逐步降低可再生能源補貼

一是以市場溢價逐步取代固定電價補貼。新能源上網電價水平為“溢價補貼+電力市場價

格”（注：是在電力市場價格的基礎上給予可再生能源相應的電價補貼，市場溢價補貼水

平固定不變）。2014

年，德國規定對

500kW以上新建設備采用溢價補貼機制，2016

年，

這一標準進一步降低至

100kW。

二是引入可再生能源發電項目競爭性招標制度，即通過招標方式確定可再生能源的補貼

額度。2014

年，招標機制僅針對部分地面光伏發電試點項目。2017

年開始，德國全面引

入可再生能源發電招標制度。

ii）抑制可再生能源附加費過快增長

針對可再生能源附加費增速過快的問題，《可再生能源法》（2016

版）在提出要限制陸

上風電擴建速度，規定可再生能源如風能、太陽能年度裝機上限，以抑制可再生能源附

加費過快上漲。三、中國能源革命：政策目標及產業變遷愿景（一）頂層設計：目標與過程綱領性文件：三個。1）2021

年

3

月，《十四五規劃和

2035

年遠景目標綱要》（簡稱“十

四五”）。2）2021

年

10

月

24

日，中共中央、國務院《關于完整準確全面貫徹新發展理

念做好碳達峰碳中和工作的意見》（簡稱“意見”）。3）2021

年

10

月

26

日，國務院《《2030

年前碳達峰行動方案》（簡稱“方案”）。目標規劃：1）到

2025

年，單位國內生產總值二氧化碳排放比

2020

年下降

18%。2）到

2030

年，二氧化碳排放量達到峰值并實現穩中有降，單位國內生產總值二氧化碳排放比

2005

年下降

65%以上。3）到

2060

年，碳中和目標順利實現。

實施過程：宏觀層面是雙管齊下。一是能耗雙控。尤其是控能耗強度。要求到

2025

年，

單位國內生產總值能耗比

2020

年下降

13.5%。二是提高非化石能源占比。要求到

2025年、2030

年、2060

年非化石能源占比分別提高到

20%、25%、80%。產業層面包括多項內容：1）能源：能源綠色低碳轉型行動。推進煤炭消費替代和轉型升

級，大力發展新能源。2）工業：工業領域碳達峰行動。實現鋼鐵、有色金屬、建材、石

化化工等行業碳達峰。3）交通：加快推進低碳交通運輸體系建設，推廣節能低碳型交通

工具。4）建筑：城鄉建設碳達峰行動。加快優化建筑用能結構，推進農村建設和用能低

碳轉型。（二）產業層面：四大領域，20

多個細分行業的遠景指引1、能源：綠色低碳轉型1）煤炭：“十四五”時期嚴格合理控制煤炭消費增長，“十五五”時期逐步減少。推動煤炭

生產向資源富集地區集中。推動重點用煤行業減煤限煤。2）油氣，保持石油消費處于合理區間，逐步調整汽油消費規模。有序引導天然氣消費。

加快推進頁巖氣、煤層氣、致密油（氣）等非常規油氣資源規模化開發。3）煤電（火電）：合理控制煤電建設規模和發展節奏。嚴格控制新增煤電項目，新建機

組煤耗標準達到國際先進水平，有序淘汰煤電落后產能，加快現役機組節能升級和靈活

性改造。對供電煤耗在

300

克標準煤/千瓦時以上的煤電機組，“十四五”期間改造規模不

低于

3.5

億千瓦。存量煤電機組靈活性改造應改盡改，“十四五”期間完成

2

億千瓦，增加

系統調節能力

3000-4000

萬千瓦，促進清潔能源消納。4）水電（含抽水蓄能）：十四五”、“十五五”期間分別新增水電裝機容量

4000

萬千瓦左

右，西南地區以水電為主的可再生能源體系基本建立。到

2025

年，抽水蓄能投產總規模

6200

萬千瓦以上（截至目前，中國已投產抽水蓄能電站總規模

3249

萬千瓦，在建規模

5393

萬千瓦）。到

2030

年，抽水蓄能電站裝機容量達到

1.2

億千瓦左右。5）核電：合理確定核電站布局和開發時序，在確保安全的前提下有序發展核電。至

2025

年，我國核電運行裝機容量達到

7000

萬千瓦（目前我國商運核電機組

49

臺，總裝機容

量

5102.7

萬千瓦）。到

2030

年，核電在運裝機容量達到

1.2

億千瓦，核電發電量約占全

國發電量的

8%。6）風電、光伏：到

2030

年，風電、太陽能發電總裝機容量達到

12

億千瓦以上。加快發

展東中部分布式能源，有序發展海上風電。7）電力系統：深化電力體制改革，加快構建全國統一電力市場體系。到

2025

年，新型

儲能裝機容量達到

3000

萬千瓦以上。省級電網基本具備

5%以上的尖峰負荷響應能力。

嚴控跨區外送可再生能源電力配套煤電規模，新建通道可再生能源電量比例原則上不低

于

50%。8）氫能：到

2025

年，中國加氫站的建設目標為至少

1000

座，氫燃料成本下滑至

40

元

/kg；到

2035

年加氫站的建設至少

5000

座，氫燃料成本下滑至

25

元/kg。2、工業：節能增效與碳達峰1）節能：推進重點用能設備節能增效。以電機、風機、泵、壓縮機、變壓器、換熱器、

工業鍋爐等設備為重點，全面提升能效標準。建立以能效為導向的激勵約束機制，推廣

先進高效產品設備，加快淘汰落后低效設備。推動重點領域節能降碳，到

2025

年，通過

實施節能降碳行動，鋼鐵、電解鋁、水泥、平板玻璃、煉油、乙烯、合成氨、電石等重

點行業和數據中心達到標桿水平的產能比例超過

30%。2）堅決遏制“兩高”項目盲目發展：嚴格“兩高”項目環評審批，石化、現代煤化工項目應

納入國家產業規劃。新建、擴建石化、化工、焦化、有色金屬冶煉、平板玻璃項目應布

設在依法合規設立并經規劃環評的產業園區。對能效水平低于本行業能耗限額準入值的，

按有關規定停工整改，推動能效水平應提盡提，力爭全面達到國內乃至國際先進水平。

對能耗量較大的新興產業，支持引導企業應用綠色低碳技術，提高能效水平。3）鋼鐵：推動鋼鐵行業碳達峰。2025

年前，鋼鐵行業實現碳排放達峰；2030

年，鋼鐵

行業碳排放量較峰值降低

30%，預計將實現碳減排量

4.2

億噸。推進鋼鐵企業跨地區、

跨所有制兼并重組，提高行業集中度。嚴格執行產能置換，嚴禁新增產能，推進存量優

化，淘汰落后產能。大力推進非高爐煉鐵技術示范，提升廢鋼資源回收利用水平，推行

全廢鋼電爐工藝。4）有色：推動有色金屬行業碳達峰。鞏固化解電解鋁過剩產能成果，嚴格執行產能置換，

嚴控新增產能。加快再生有色金屬產業發展，到

2025

年，再生有色金屬產量達到

2000

萬

噸，其中再生銅、再生鋁和再生鉛產量分別達到

400

萬噸、1150

萬噸、290

萬噸，資

源循環利用產業產值達到

5

萬億元。

5）建材：推動建材行業碳達峰。嚴禁新增水泥熟料、平板玻璃產能，引導建材行業向輕

型化、集約化、制品化轉型。加快推進綠色建材產品認證和應用推廣，加強新型膠凝材

料、低碳混凝土、木竹建材等低碳建材產品研發應用。

6）石化：推動石化化工行業碳達峰。嚴控新增煉油和傳統煤化工生產能力，穩妥有序發

展現代煤化工。調整原料結構，控制新增原料用煤，拓展富氫原料進口來源，推動石化

化工原料輕質化。到

2025

年，國內原油一次加工能力控制在

10

億噸以內，主要產品產

能利用率提升至

80%以上。3、交通：綠色低碳行動1）推動運輸工具裝備低碳轉型。大力推廣新能源汽車，逐步降低傳統燃油汽車在新車產

銷和汽車保有量中的占比，到

2025

年，純電動乘用車新車平均電耗降至

12.0

千瓦時/百

公里，新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的

20%左右。到

2030

年，當年新增

新能源、清潔能源動力的交通工具比例達到

40%左右，營運交通工具單位換算周轉量碳

排放強度比2020年下降9.5%左右，國家鐵路單位換算周轉量綜合能耗比2020年下降10%。

陸路交通運輸石油消費力爭

2030

年前達到峰值。2）構建綠色高效交通運輸體系。“十四五”期間，集裝箱鐵水聯運量年均增長

15%以上。

到

2030

年，城區常住人口

100

萬以上的城市綠色出行比例不低于

70%。4、建筑：綠色低碳發展1）加快優化建筑用能結構：推廣光伏發電與建筑一體化應用。到

2025

年，城鎮建筑可

再生能源替代率達到

8%，新建公共機構建筑、新建廠房屋頂光伏覆蓋率力爭達到

50%。

2025

年公共機構單位建筑面積能耗下降

5%、人均綜合能耗下降

6%，人均用水量下降

6%，

單位建筑面積二氧化碳排放下降

7%。2）加快提升建筑能效水平。提升城鎮建筑和基礎設施運行管理智能化水平，加快推廣供

熱計量收費和合同能源管理，逐步開展公共建筑能耗限額管理。到

2025

年，城鎮新建建

筑全面執行綠色建筑標準。

3）推進農村建設和用能低碳轉型。發展節能低碳農業大棚。推廣節能環保灶具、電動農

用車輛、節能環保農機和漁船。加快生物質能、太陽能等可再生能源在農業生產和農村

生活中的應用。加強農村電網建設，提升農村用能電氣化水平。四、中國能源革命：應對挑戰，行穩以致遠基本原則：能源轉型具有長期性復雜性，過于保守犧牲子孫后代的利益和過于激進犧牲

當代人的福祉都不是明智之舉。能源轉型過程中，應當把握如下基本原則——立足于中

國能源稟賦、立足于保障能源安全、立足于中國尚未完成城鎮化，實事求是，循序漸進。（一）著力解決新能源消納問題德國經驗：德國可再生能源棄電產生的主要原因是能源消費中心和能源生產中心分布的

不一致性。在德國，風電主要分布在人煙相對稀少的北部和東部地區，而德國用能中心

則分布在人口較稠密的南部地區。根據據德國弗勞恩霍夫研究院的數據，德國部分地區

的棄風率達到

8%。

為解決該問題，德國推行電力市場自由的定價機制，努力提升電力市場運行效率；優化

電網規劃、運行和建設，就地消納較難的地區，擴建長距離輸電線路；推動配電網的智

能優化升級改造；減少電網運行的備用容量需求，挖掘和發揮系統的靈活調節潛力。中國的情況與德國相似，電力負荷中心位于經濟發達、人口稠密的東南沿海地區，而風

電主要分布在西北、華北地區。2020

年全國棄風電量

166.1

億千瓦時，風電利用率

96.5%，

同比提升

0.5

個百分點；棄光電量

52.6

億千瓦時，光伏發電利用率

98.0%，與去年基本

持平。（二）做好傳統能源的有序退出1、大幅提高煤電效率

能源轉型面臨的挑戰，第一要務是需要大幅提高煤電的效率。目前

100

萬千瓦及以上的

大功率煤電機組，國內已經可以做到供電煤耗量在

270

余克標準煤/千瓦時的水平，但中

小型機組還有很大的效率提升空間。我國

30

萬千瓦上下的中等機組大概有

4.5

億千瓦裝

機容量，還有大量

5

萬千瓦左右的小型電站和中石化、中石油等自備電廠。相比同等機

組

300

克標準煤/千瓦時左右的量，每度電能減少

30

克耗煤量。據工程院院士倪維斗測

算，如果每度電能降低幾十克的煤耗，國內由此減少的二氧化碳排放量約為

10

億噸左右。2、理順傳統能源的出清順序，把握退出節奏

德國毫無疑問是氣候變化領域的旗手，主要原因有二：第一是政治因素，由于二戰后歐

盟國家實力普遍衰弱，再疊加

20

世紀七八十年代的石油危機，國際影響力下降，為重拾

國際號召力，大力倡導氣候變化治理；第二是經濟因素（實際利益），德國的傳統能源

十分匱乏，無化石能源儲備，甚至冬季還需大量從俄羅斯進口，政府期望通過大力發展

可再生能源實現本國的能源獨立。（三）提升能源消費質量，推動電力系統改造實現碳達峰、碳中和不單是能源供應方面的責任，需要從碳排放相關的消費端轉型做起。

包括改變消費方式，大幅度提高能效；改變依靠化石能源直接燃燒的各種工藝和技術路

線，實現高度電氣化的終端用能轉型。1、合理控制煤炭總消費量。可行的舉措包括，工業領域加快實施“雙替代”（天然氣代煤、

電代煤）；重點用煤行業減煤限煤；合理劃定禁止散燒區域，有序推進散煤替代，逐步

減少直至禁止煤炭散燒