北京市财政课题研究成果《京津冀地区低碳发展的技术进步路径研究》（贾品荣，李科著. 北京：科学出版社，2018.3. 文中简称“本书”）近日正式出版。全书阐述技术进步推动低碳发展的机理，描述京津冀地区低碳发展现状，建立了首个京津冀地级市节能减排效率指数，构建了京津冀地区太阳能产业发展指数，评价了京津冀地区低碳协同发展程度，探求了京津冀地区低碳发展与科技创新的耦合协调度，分析了京津冀地区低碳发展的技术进步方向，研究了京津冀地区低碳发展的技术进步来源，证实京津冀地区技术进步促进低碳发展存在合意技术结构。全书提出京津冀地区低碳发展的政策集合——产业层面、企业层面、政府层面、技术层面的政策建议。全书既有宏观上对低碳发展的高瞻远瞩，又有微观上促进低碳发展的具体模型，是从技术进步视角深入研究京津冀地区低碳发展的学术著作。本文节选“适应于新工业革命的北京现代能源体系”以飨读者。

里夫金认为工业革命是新能源技术和新信息通信技术相耦合而诱发；麦基里认为新材料技术、数字化制造技术、智能制造技术及互联网技术将带来第三次工业革命。

新工业革命对需求的三阶段促进模型

本书依据这些研究成果，把新工业革命聚焦到能源变革、智能制造、智能社会变革三个领域，进而把能源变革、智能制造、智能社会变革对需求的促进划分为三个阶段，这样的划分能有助于推进新工业革命的进程。

本书首次把能源变革、智能制造、智能社会变革对需求的促进划分为三个阶段：

▲ 新工业革命对应用需求的三阶段促进模型

物理集中阶段 主要是通过物理上的重新组织来提供新的应用需求； 化学反应阶段 主要是通过化学上的横向组织来提供新的应用需求； 基因突变阶段 主要是通过生产与生活方式的彻底革新提供新的应用需求。

能源变革对应用需求的三阶段促进模型

能源变革对应用需求的三阶段促进模型：

▲ 能源变革对应用需求的三阶段促进模型

物理集中阶段

首先是寻找可再生能源，如太阳能、电力、热力、液体燃料产品。但目前在不考虑常规能源外部环境成本的情况下，除太阳能热水器外，绝大多数利用可再生能源生产的电力、热力、液体燃料产品的成本均高于常规能源产品，缺乏市场竞争力，尚不具备自主商业化发展能力，限制了市场容量的扩大。因此，需要加强对可再生能源发展的战略性、长期性和艰巨性认识，进一步推广和普及市场。随着信息和网络技术的快速发展，在供应链实体间实现合作已经成为对客户个性化、多样化的需求做出快速反应和提高供应链整体效率的最重要因素。当前，合作代理逐渐被应用在支持分布式决策和调解企业中各部门之间的冲突等方面。分散式生产通过代理间的协作来执行不同的任务以达到完成各代理的共同计划的目的，从系统发展的角度出发，代理提供了一个标准的建模框架。

间歇式能源是另一个受到关注的问题。虽然风电、太阳能等可再生能源已实现了跨越式发展，但因其为间歇式能源，容易影响电网运行安全，上网难成为了制约这些行业发展的瓶颈。现有电池、蓄电池等各种储存间歇式能源的办法，都还存在一定的困难。能源的普遍利用，开发高效电池、低成本电池至关重要，如欧洲已经投入了80亿欧元促成氢存储的研究和实现。另外，抽水蓄能电站是间接储存电能的一种方式，建设抽水蓄能电站可保证风电、太阳能资源实现规模开发，并顺利接入电网，是现代大电网不可缺少的重要组成部分。

化学反应阶段 在这一阶段主要改革能源分配的模式。今天世界23%的人得不到供电，25%的人只能得到部分供电。如果每座大楼、每座房屋都变成能源生产来源的话，只需要一个通信网络就能分配这些能源——互联网就提供了这一可能性。随着互联网分配格局的形成，规模经济得以出现，组织方式随之发生变化，成本也将降低。 基因突变阶段 基因突破阶段主要是通过生产与生活方式的彻底革新提供新的应用需求。一是把新能源与农业结合起来，发展新能源农业。对生态环境产生严重污染的农业有机废弃物，如畜禽粪便，秸秆等，成为开发生物质能的重要来源。二是发展新能源建筑。将太阳能光伏电池板与建筑物屋顶及外立面相结合，以达到充分利用太阳能的功效。目前，新能源建筑在以德国为代表的欧洲使用率已达到80%，美国也有67%左右，我国以太阳能光伏技术为代表的新能源产业已经发展到非晶硅薄膜太阳能电池。三是发展新能源交通。甲醇汽车技术在上个世纪发展就基本成熟，具备实用能力；乙醇在汽油机上使用的技术也已经比较成熟；生物柴油的应用仍然处于起步阶段，用油料植物提炼的工艺问题已经基本解决，建立绿色能源基地和生物柴油产业的尝试工作已经开始；目前最具有工业前景的工艺路线为合成气一步法合成二甲醚，从而产生了一大批醇类燃料汽车、混合动力汽车、电动汽车、燃气汽车等新能源汽车。四是发展新能源电器。如太阳能热水器、空气能热泵热水器、水源热泵热水器等，空调热水机组更是能源综合利用的新一代产品。现有常见的新能源电器已经广泛使用，比如太阳能灯、太阳能灶、太阳能充电器、太阳能热水器、空气热能泵热水器等。

新能源、智能制造、智能社会变革更深刻的影响在于，必将推动中国社会的复合转型。中国历经了几千年自给自足的自然经济时代，农业文明的路径依赖和思维惯性长期存在，因此对外来的冲击回应不力。随着技术的飞跃发展和产业革命的推进，产业结构不断调整。改革开放30 多年来，中国的社会经济虽然取得了飞速发展，但是与发达国家相比，还存在着很多短板和矛盾亟待解决——现代科技革命反应不快、产业经济升级不快、政府管理创新不足、社会正向演进不强。那么，新能源、智能制造、智能社会变革提供了联动突破、交互进步、修补短板、解决矛盾的重要机遇——有助于推动中国社会的复合转型——从计划经济向市场经济的真正转型；从农业社会向知识社会的真正转型；从封闭社会向开放社会的真正转型；从立体、科层社会向扁平、网络社会的真正转型；从产业追随向产业创新的真正转型；从线性经济向循环经济的真正转型。这些不正是新能源、智能制造、智能社会变革的题中之意吗？

北京能源转型：

适应新工业革命的三大趋势

第三次工业革命为北京解决能源结构问题提供了新思路。第三次工业革命首要解决的是人类社会可持续发展的生产生活能源与动力问题。目前的经济与社会发展模式、生活消费方式所依赖的化石能源已经逐步步入枯竭期，需要进行转型以开发可替代的再生性能源，使人类社会实现可持续发展——这是第三次工业革命的核心问题。

第三次工业革命下能源发展呈现绿色化、智能化和服务化三大趋势。

1 绿色化趋势 通过应用新技术，优化能源生产流程，使整个产品生命周期对环境的影响和资源消耗大大减少。第三次工业革命不仅催生可再生能源和新能源产业，也将为传统产业的转型和发展注入新的动力。新技术、新工艺将大量应用于煤炭产业，大幅提升煤炭产业的技术含量和生产效率，激活煤炭产业改造升级的内生动力。煤炭企业可寻找机会进入风能、太阳能、生物质能、核能和可燃冰能源开发，逐步实现煤炭产业向清洁、绿色、低碳和可持续新兴能源转变。这样的产业升级，符合第三次工业革命的发展方向。 2 智能化趋势 能源体系借助于信息网络，逐步实现能源生产的自动检测、自动处理，提高能源利用效率。随着化石能源的枯竭，大规模、大批量、标准化生产方式不可持续，必然需要新的生产组织方式。自然界的太阳、风、有机物是分散分布的，而且社会能源的消费也是分散的，所以，替代化石能源的生产就需要采取“分散生产、分散使用、社会调节余缺”的方式。其中分散生产可以是一家公司进行分散生产，也可以是家庭或机构自己生产供给，余则卖少就买；社会调节需要一个中心，这就是能源互联网。如果每座大楼、每座房屋都将变成能源生产来源的话，只需要一个通信网络就能分配这些能源——互联网就提供了这一可能性。 3 服务化趋势 能源供应更加适应新工业革命时代消费者个性化、多样化、分散化的需求，可以提供更具针对性的服务。未来的能源服务通过用能设备联网、整体化与多元化供能、全方位能耗监测、用能分析等手段，改进服务质量，提高安全性和方便性。譬如，家庭和个人可以自己投资能源生产设备，这是过去从来没有的，这就需要通过能源服务商与家庭和个人之间的实时双向互动来实现。

在这三大趋势下，第三次工业革命为北京能源产业转型指明了方向。北京市重视新能源产业的发展，新能源集聚区主要是在八达岭新能源产业基地和位于北京市延庆区的八达岭经济开发区，占地面积约为2.5 平方公里，重点定位发展风能、太阳能等新能源产业，目前已汇聚了中材科技、中国节能投资集团、英利（中国）绿色能源、中科院电工所等一批新能源领域的企业和研发机构。新能源产业在北京的发展还有利于缓解大气污染严重的问题。新能源产业在要素投入中，智力投入比重高、排放少，属于资源集约型和环境友好型产业，这些特点特别适合北京解决大气污染严重的问题。

构建适应于新工业革命的北京能源体系

本书提出，新工业革命下，北京能源体系的战略思路是以能源结构调整为主旨，适应绿色化趋势、智能化趋势和服务化趋势的“三大趋势”，构建北京能源“四个体系”，即北京能源技术体系、北京能源互联网创新体系、北京能源供应体系和北京能源消费体系。

▲ 北京能源体系的战略架构

1 构建北京能源技术体系

北京能源技术体系包括：可再生能源技术策略，包括太阳能光伏发电技术、太阳能热发电技术、深层地热工程化技术、生物质发电技术4 大技术及其重点突破环节；新能源技术策略，包括天然气利用技术和氢能利用技术两大关键技术及其重点突破环节；地面交通技术策略，包括新能源汽车技术、新型轨道交通技术两大关键技术及其重点突破环节；电网系统技术策略，包括大型电网安全技术、智能电网技术两大关键技术及其重点突破环节；煤炭洁净和高附加值利用技术策略，包括低价煤高效利用技术、新型煤燃烧和发电技术两大关键技术及其重点突破环节。

▲ 北京可持续发展能源技术体系

2 构建北京能源互联网创新体系 个人和家庭以建筑物为主体利用可再生能源，使得无数微小的能源生产单元遍布世界各地，这就需要连接建筑物且具有高度稳定性和可靠性的电网，并将其连通原有的电网。互联网技术提供了支撑，它把个体、组织或体系的数据传输到云平台，通过机器学习与硬件支撑，进行数据分析，反馈到个体、组织或体系的过程。这样，自助生产能源的人们可以通过网络以无缝对接和对等的方式分享剩余的能源。机理如图6-12 所示。

▲ 能源互联网的创新

能源互联网创新体系的意义在于，通过互联网创新很快地反馈供给与需求的关系，从而不断调整能源体系的供给行为，其对于社会经济发展的价值巨大。以北京新奥集团为例，他们开发的“泛能网”技术输入多种化石能源、可再生能源、环境势能等，输出气、电、冷、热等多品位能源，能源利用效率由传统热电分产的40%～60%提高到85%以上。因此，北京能源体系应将能源网与互联网结合起来，建设能源互联网创新体系。建议北京成立首都能源互联网前瞻性技术中心，该前瞻性技术中心着重应用，以新能源、云计算、大数据管理的整合管理等为主要研究方向，建成能源互联网技术创新平台。 3 构建北京能源供应体系

——重点保障天然气供应。北京是典型的能源输入型城市，能源供应的主要特点是对能源保障方面的要求显著高于其他地区。从品种分析，四种主要能源品种中，煤炭、电力、成品油供应稳定，天然气供应偏紧。为实现节能减排的目标，天然气作为清洁能源处于紧缺状态，北京的天然气主要来自陕甘宁长庆气田、华北油田、大港油田、塔里木气田和青海油田，其中长庆气田仅由一条输管线往北京供气，挑战了运输的可靠性。因此，北京应加大对天然气的利用程度，实现天然气的基础设施建设，大力开展系统优化，充分发展各种先进技术的综合利用，通过管理调控、热电冷联供等一系列综合措施，降低供热系统的能源消耗量，从而提高天然气的利用效率。

——加大新能源和可再生能源供应力度。目前，北京市新能源和可再生能源占能源消费总量的3%，比例偏低，“十三五”期间应增加到15%左右。北京市蕴藏着丰富的可再生资源，如地热资源和风能、太阳能等。北京市在官厅和密云水库周边地区分布着风能，目前已在延庆县康庄附近建成一个示范性的小规模风能发电场。北京市可以考虑充分利用这些可再生能源，加大对可再生能源的供应力度；同时，积极开发新型能源利用模式。北京市每天产生大量生活垃圾，可以通过适当的选址，建设垃圾发电站，既解决了环境污染又可以充分利用垃圾发电，而通过垃圾发电也能够在一定程度上缓解北京市清洁能源供应紧张的现状。在北京市周边农村地区，可以充分利用稻秆等有机物的资源优势，制造有机沼气，这在一定程度上既能够解决北京市农村居民的生活用能，也能够在一定程度上缓解北京市环境污染的压力。

4 构建北京能源消费体系

——大力发展新能源交通。推进新能源环保汽车、慢性交通系统和智能交通体系建设，分别从无污染排放、非机动车出行和交通信息终端服务的角度缓解城市交通拥挤程度、改善城市出行环境。北京应着力发展包括电动汽车在内的新能源汽车，努力为电动汽车消费创造更好的环境，提供更为周全的服务。在公共汽车、环卫用车等领域的政府采购中率先采用新能源汽车，包括纯电动汽车、混合动力汽车以及天然气汽车，“十三五”期间将新能源汽车配置指标由2 万辆增加到3 万辆。在基础设施建设方面，将充电站建设纳入到城市规划建设中，为未来新能源汽车的推广创造条件。

——大力发展新能源建筑。将太阳能光伏电池板与建筑物屋顶及外立面相结合，以达到充分利用太阳能的功效。以德国为代表的欧洲使用率已达到80%，美国也有67%左右。北京应以公共建筑和居民住宅为重点、大专院校校区为试点创建绿色示范项目，推动新能源建筑在全社会范围内的推广。

——大力发展新能源电器。广泛推广能源综合利用的新一代产品，如太阳能热水器、空气能热泵热水器、水源热泵热水器等，空调热水机组等。虽然新能源电器造价较高，但不污染环境、易安装，但可以有效减少建设电缆、管道，便捷地满足生活需要。

北京能源体系的建立，既任重道远，亦迫在眉睫，需要从四个体系上构建并完善。

把能源变革、智能制造、智能社会变革对需求的促进划分为3 个阶段：物理集中阶段；化学反应阶段；基因突变阶段。这样的划分有助于推进新工业革命的进程。构建了适应于新工业革命的北京现代能源体系：以能源结构调整为主旨，适应绿色化趋势、智能化趋势和服务化趋势的“三大趋势”，构建北京能源技术体系、北京能源互联网创新体系、北京能源供应体系和北京能源消费体系。

本文摘编自《京津冀地区低碳发展的技术进步路径研究》（贾品荣，李科著. 北京：科学出版社，2018.3）一书“第6 章 京津冀地区低碳发展与科技创新的耦合协调度评价”，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-056583-9

责任编辑：刘翠娜

（本文编辑：刘四旦）

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