能源结构转型背景下中国能源系统净能源产出分析及其对经济发展的影响研究

The economic literature on the relationship between energy and economic growth splits into two streams of research: (1) Mainstream econometric analyses of the relationship between energy price/quantity and economic growth; and (2) the biophysical paradigm and its approach to the economic System through net energy analysis. Mainstream energy economics ignored the impact of energy input changes in the energy conversion stage on the economy while over-paying attention to cash flow, neglect the true meaning of energy production, and brought risks to China's energy strategy. The net energy analysis，one of Biophysical methodology, analyses from the energy supply side, to avoid the above problems. Net energy is equal to energy outputs minus energy inputs, which is the energy that the economy and society can truly use. At present, China’s energy structure transition is in a crucial stage, three questions need to be answered: What is the impact of the large-scale development of non-water renewable energy on the net energy production efficiency and potential of the energy system? How will the changes in net energy potential and production efficiency affect the economy and society? Can the potential of non-water renewable energy's net energy resources support economic development?.This study aims to build multiple linear programming models perform to identify the direction of the possible causal relationship between energy expenditure (energy inputs) and GDP growth, then estimate the ultimate level of energy expenditure (as a fraction of GDP) above which economic growth statistically vanishes, then uses the interdisciplinary methods of geosciences and management sciences to evaluate the net energy production efficiency and potential of renewable energy in China. Finally, establish a comprehensive system simulation model to study the impact of energy structure transformation on the economy. This study will answer these three questions when research finished.

传统能源经济学多从消费侧的角度，通过消费量、价格和现金流的变化研究能源与经济的关系，不仅忽视了能源生产阶段投入的增加对于经济的影响，还忽视了能源生产的真正意义。而生物物理经济学的主要方法论——净能源分析，则主要在能源供给侧研究，一定程度上避免了上述问题。净能源是能源产出与能源投入之差，是经济社会最终可以使用的能源。由此来看，中国的能源结构转型首先要回答如下问题：大规模发展风能、太阳能和生物质能为代表的非水可再生能源，将对能源系统的净能源供应产生什么影响？净能源生产效率的变化将对中国经济社会产生怎样的影响？非水可再生能源的净能源资源潜力能否支撑中国经济的发展？有鉴于此，本研究首先研究净能源与经济的数量关系；然后交叉利用地球科学和管理科学的方法手段，对于中国非水可再生能源的净能源生产效率和潜力进行评价；最后建立综合仿真模型研究中国能源结构转型对于经济的影响。希望通过本课题的研究能够回答该问题。

中国正处于能源结构大转型的关键时期，可再生能源逐步替代化石能源成为潜在选择，而目前大部分对于能源资源的研究忽视了净能源的资源潜力。为了更好地将研究中国净能源和化石能源和可再生能源的EROI，本课题首先对净能源理论进行了系统的整理，判断中国化石能源的净能源产出基本变化趋势，对中国油气开采效率进行综合评价研究，将EROI应用到发电领域，研究中国发电行业的能源投入回报。摸清中国风能、太阳能和生物质能的净能源供应潜力，同时构建油气资源开发的能源、碳和水投资回报模型，建立净能源与经济发展的关系函数并进行预估。在此基础上基于净现值理论进行债务风险约束下美国页岩气公司投资效益研究，应用能源投入回报方法对光伏治沙模式综合效益进行分析，建立基于㶲法的EROI指标，对生物物理经济学理论进行系统整理，从生物物理经济学角度研究能源支出对经济增长的长期影响并建立了基于生物物理经济学思想的碳排放权价值测算模型。.结果显示，对于化石能源来说，在生命周期后期由于受到储量自然递减等因素的影响，化石能源开采难度逐渐加大，由此引起的能源投入增加导致净能源供应能力逐渐下降，这对于依赖大量化石能源供给的中国能源系统来说会产生深远的影响。非化石能源中，风能、太阳能和生物质能是目前最有潜力对化石能源进行大规模替代的能源；同时由于资源和环境的约束，非化石能源消费量占比提升难度很大。以光伏发电为例，若想进一步提高光伏治沙模式的能源产出效率，可以考虑从光伏方面发力，提高光伏电板的转换效率以增加电能产出或者减小气体处理成本。在电力行业，2008年至2017年10年间由于新能源电力的发展，我国发电行业EROI由2.21上升至4.11。此外，本课题克服标准EROI的缺陷，建立了基于㶲法的EROI（ExEROI），在很大程度上通过一个综合统一的单位实现了投入因素的物理量化，同时，依托本课题建立的基于生物物理经济学思想的碳排放权价值测算模型，为中国碳市场健康发展以及气候变化谈判提供理论依据。