蔡国田　李沛　赵黛青

摘要：能源战略在不同时间、空间尺度上的实施必将涉及空间决策和空间管理，需要空间差异、空间联系、利益协调等问题的研究作为理论支撑。能源革命的全面推进、能源互联网的建设对空间决策和科学管理提出更高要求，经济地理学可利用其独特的“立体思维模式”，基于空间视角从顶层设计到项目实施全过程促使能源战略从政策的创新到有效落实，主要体现在：从时空探索和网络集成角度开展能源需求数量和质量、能源从哪里来和到哪里去、能源高效利用三大能源战略核心问题研究，全方位剖析能源利用的地区差异和联系，厘清能源从哪里来和到哪里去的完整线索；探寻多种能源技术的空间组合模式及效益，在空间层面科学分析能源产业链、建立能源空间生态系统研究范式；建立空间辅助决策系统，解决决策主体在多种约束条件下的空间选择，促成能源技术、能源产业、能源政策在空间上有效集成。

关键词：能源革命；经济地理学；精细化管理；立体思维模式；空间辅助决策系统；能源战略

中图分类号：K902 文献标识码：A

1问题的提出

2014年中国提出了能源“四个革命、一个合作”的战略构想，即推进能源消费、能源供给、能源技术、能源体制革命以及全方位加强国际合作，标志着我国进入能源生产和消费革命的新时代。能源消费革命要求抵制不合理消费，合理控制能源消费总量，改变粗放式的能源利用模式；能源供给革命要求建立多元供应体系，形成煤炭、石油、天然气、核电、可再生能源等多轮驱动的能源供应体系，全面实施能源清洁替代和电能替代。能源技术革命将给能源系统带来深刻变革，分布式发电、微电网、智能电网、电动汽车、能源互联网等技术的发展和应用都将极大推动能源革命。中国已经是世界上最大的能源生产国和消费国，中国能源已经从过去几十年以增加供给来满足能源快速增长需求为重点转变为以调整能源结构、推动技术进步、减少环境污染、精细化管理为工作重点，科学的战略是能源转型的重要保障。能源问题首先是宏观性、战略性问题，然后才是微观性、战术性问题，能源消费方式变革、多元供应体系建立、清洁能源替代、电能替代等都需要科学战略和政策体系来支撑。

中国基本形成了“战略构想一规划制定一保障措施”三位一体的能源政策体系（图1）：能源战略是筹划和指导能源可持续发展、保障能源安全的总体方略，是制定能源规划和能源政策的基本依据，战略期通常为二十至三十年；能源规划则是实施能源战略的阶段性行动方案，包括能源综合规划和国家能源专项规划，规划期通常为五年；能源规划的实施必然涉及不同时间和不同空间的多元利益主体之间的协调与合作，需要完善的保障措施來激励或者约束能源活动各相关主体的行为。能源活动分成很多阶段、涉及不同空间和时间尺度、不同利益主体，涉及能源技术、能源经济、经济地理、地缘政治等学科，导致能源战略、规划、政策之间经常出现脱节。能源战略从理念走向实践过程中需要在具体空间得以落实，必将涉及空间决策和空间管理问题，需要空间差异和联系、空间配置、利益协调等研究作为理论支撑，经济地理学建立了面向真实世界的包括时空思维和尺度思维的“立体”思维模式，在能源战略研究中融入经济地理学视角将更加“接地气”，本文试图从经济地理学视角探索能源战略研究的内容体系及研究方法。

2经济地理学在能源战略研究中的进展

2.1经济地理学的研究视角

经济地理学是研究经济活动区位、空间组织及其与地理环境相互关系的学科，主要关注经济活动的空间属性。经济活动在区位、区域分异、地方综合、地区间相互作用等影响下将会形成一定空间结构，不同时间和空间尺度的经济活动相互依赖、相互影响，需要在把握空间结构组成、运行机制、演进过程的基础上实现有效的空间管理（图2）。在大数据的发展背景下，经济活动空间属性的研究将逐渐精细化，地理空间信息和观点在决策中不可或缺，许多全球挑战性问题如全球经济危机、贫困问题、气候变暖等都离不开空间分析方法的支持，王劲峰等系统总结了空间分析的方法及案例研究，解决一些空间决策的问题。中国经济地理学在国家重大地域空间规划中（如主体功能区划、东北振兴规划、西部大开发）发挥了重要的技术支撑作用。经济地理学拥有其独特的“立体思维模式”，能够实现时间、空间与人类能源活动的有机结合，这一研究视角对于能源战略的空间实施具有重要意义，能将能源的生产、消费、输送和储能等各环节有效联通，探索一定时期、一定地域范围、一定技术和政策约束条件下能源供应和消费的动态平衡的实现路径。

2.2能源战略研究的主要问题

能源战略研究以能源需求数量和质量、能源从哪里来到哪里去、能源高效利用三大问题为核心（图3）同。需求多少和质量高低是能源问题的最初出发点，涉及能源需求与生产规律、不同地方的差异和联系。能源从哪里来和到哪里去是能源需求得以实现的前提，涉及能源保障空间拓展、流动过程和效应，关系到能源建设合理布局、能源与产业布局协调发展，弃风、弃光问题的严重性正好说明能源空间配置的重要性。获取资源后还必须解决好能源高质、高效利用问题，涉及能源技术研发、技术集成和空间组合。只有三大问题在空间上实现融会贯通，能源战略、规划和政策才能真正得以有效实施，问题核心是探索在资源约束、总量控制、能源结构、碳排放约束等条件下跨时间、跨空间的各种能源生产、消费和运输如何发生和相互影响，是实现一定时期、一定地域范围、一定技术和政策约束条件下能源供应和消费的动态平衡。例如，能源互联网就要对电网、气网、热网和车网实现横向贯通以及对源网荷储实现纵向聚合，将能源的生产、消费、输送和储能等各环节联通。总体来说，能源战略研究需要多学科合作，以系统协调理念做指导为能源问题提供整体解决方案，既要重视技术改造，也要重视生活方式和社会规则改变的研究。

2.3国外经济地理学者对能源战略的研究

国外对比的研究包括以下方面：首先，讨论经济地理学在能源战略中的重要地位，从能源地理的本质、研究内容、思维尺度和方法等方面阐述了能源战略中经济地理视角的重要性。其次，从空间合理布局、空间关系探索方面进行了广泛的研究并开发了一些相关评价模型，通过利用环境与能源地理信息系统和人工神经网络结合的方法构建了城市能源供应的区位选择模型，并成功用于城市能源供应规划中；通过集成地理信息和遥感技术建立能源地理信息基础设施，综合考虑利益相关者的相互关系和协调方式，在此基础上对可再生能源科学规划和合理布局；构建模型把太阳能的利用集成到城市规划当中，为城市可再生能源的利用提供重要参考。因能源而衍生碳排放、能源政策的问题也已经成为国际经济地理学重要的研究方向。总体来说，能源战略研究主要体现在一系列假设条件下构建模型对未来的情景进行预测、设计实施路线图、对不同政策的实施效果进行评价。

2.4我国经济地理学者对能源战略的研究

中国能源消费数量大、地区差异大决定战略研究的复杂性，纵观近十年来中国能源战略研究，随着能源管理逐渐精细化，能源战略制定及相关支持政策更加精细化、更具操作性，研究也已经从宏观预测逐渐过渡到政策执行、政策评价等方面，着力做好能源战略执行过程中的实施方案、传导机制及后续评估，重视宏观、中观和微观不同尺度的融合，从技术、经济、管理等不同学科开展研究（表1），初步建立了一些集能源技术、经济、政治、金融于一体的能源基础理论研究平台。能源战略研究也从定性描述、定量模型体系建立阶段向模拟系统开发、模型集成平台建立阶段发展。例如，由北京理工大学能源与环境政策研究中心自主开发的决策支持系统于2013年正式上线，建立了国家能源模型集成平台；2013年国家能源局建设全国能源监测预警与规划管理平台，将逐步构建应用级的能源大数据平台；中国工程院2015年建立能源专业知识服务系统，力图打造为全生命周期多维度能源研究平台。

我国经济地理学从能源资源评价和空间布局、能源流动、地区能源发展与碳排放等方面对能源战略研究进行了有益的探索，经历了从定性到定量分析、空间分析到空间计量的不同阶段。主要体现在：第一，开展了能源资源评估、空间布局等研究工作，通过3s技术建立能源空间分析方法，对化石能源和可再生能源的资源潜力和空间布局进行探讨，探讨了风电发展与产业空间的协调性，估算生物质能源的潜力及其地区差异性，利用空间叠加方法探讨了太阳能发展的潜力等；第二，开展能源流及其效应的研究，总结了资源流动研究的理论框架并提出了在中国的应用，对中国石油、煤炭资源空间流动以及形成机理及效应进行了系统的研究，从时空协调的角度研究能源消费增长与保障空间拓展之间的平衡关系，探讨了能源流动过程所引发的系列地缘政治问题；第三，开展应对气候变化与低碳经济研究产业转型及其与环境变化的耦合关系研究，基于投入产出视角，揭示主要区域之间的碳排放总量、碳排放强度的空间差异及其规律，提出了中国实现2020年单位GDP碳减排目标的途径。第四，能源经济空间面板数据的探索，基于空间计量经济学视角对能源消费、碳排放、能源消费强度、碳排放强度等的空间相互联系，从统计意义进行了一些探索，使经济地理学在能源战略的研究中从时空演进过程发展到时空机制、时空调控等方向。总体来看，从流动的视角揭示了资源流动特征，从投入产出视角揭示了地区之间的相互联系，从空间计量经济视角揭示了空间结构形成机制，数据基础经历从时间序列数据、面板数据到空间面板数据的过渡，但是三个不同视角如何进行融合仍然是难题。

2.5現有研究的不足

总体来看，我国经济地理学在能源战略方面的研究尺度多集中于国家和省级层面，重在差异的研究，对市、县级层面的研究还远不够，不同空间尺度融合、空间联系的分析、整体解决方案的制定还远不够，对能源利用过程中的空间配置与组合模式、空间效益的系统研究尚显不足，难以在国家能源战略方面提出高水平、可操作的系统解决方案。在大数据分析迅速发展的背景下，需要基于传统的统计数据，结合社会媒体、开放源数据，从宏观到宏观与微观相结合，把能源消费、污染物排放、社会经济发展等问题有机融合于一体，把差异和联系研究应用到战略规划的制定和实施中，围绕能源战略的三大核心问题进行集成研究。同时，充分利用经济地理学时空行为研究作为揭示能源发展时空规律与人地关系的重要的视角和理论工具，用时间、空间、层次统一的空间结构方法来研究能源活动的发生规律及影响，挖掘个体、群体与社会的时空行为，为能源互联网的实施提供重要的研究基础。

3经济地理学视角下的中国能源战略研究内容体系

3.1中国能源战略研究面临的新形势

能源消费、供给革命、技术革命要求我们必须向以可再生能源为主的新能源开发与利用时代过渡，注重传统化石能源发电与清洁能源发电的协调配合、电源建设与电网规划的协调配合，中国2020、2030年非化石能源比重将分别达到15%、20%，分布式发电、智能电网、电动汽车、用户储能和能源互联网等广泛应用。

可再生能源的转变、分散式生产、储存、通过能源互联网实现分配和零排放的交通方式将构成新经济模式的五个支柱，这一重大转变的实现必然需要涉及具体空间，也将更加体现用户的自主权——因人而异、因地而宜的选择，合理空间布局和有效空间管理变得更加重要，需要以大数据为重要支撑把能源与互联网跨地域、跨行业、跨时间联系起来，实现供给与需求在不同时间和空间上精准匹配、优化和调控。通过部署于能源生产、消费、输送和存储等各环节的智能终端，实时采集各环节数据，利用能源大数据平台实现能源互联网价值产业链上的信息交互和共享，实现能源双向互动、实时调控、按需分配和公平交易，为能源系统变革提供技术支撑。3S技术集成水平的提高和广泛应用，为能源精细化管理空间优化提供了基础和可能。

3.2经济地理学视角下能源战略研究的总体框架

围绕能源战略研究的关键问题，经济地理学可以从三个方面按照能源利用空间格局描述、空间关系探索两个层次开展研究，把空间分析、空间计量、空间模拟和参与式GIS等步骤联系起来，总结出能源流动和信息流动的耦合机制，深入调研利益相关方，为能源战略的有效空间实施提供理论基础和实践案例（表2）。

3.3研究能源利用的区域差异和联系

研究不同省、市、县能源利用区域差异和联系格局及演进过程，深刻理解不同区域能源利用相互依赖和作用机理，主要内容包括：第一，研究能源利用的空间异质性，分析不同区域能源资源空间差异、能源需求和供给空间匹配特点，总结能源需求与供给变化规律的区域差异性，在比较不同能源利用模式特点基础上探索能源政策在各地的传导机制；第二，研究能源利用的空间联系性，探索不同地区能源空间的形成机制、相互联系和影响，重视不同空间尺度能源利用的整体性分析，例如，在城市规划各个阶段考虑能源优化利用因素，对城市能源需求和供应来源进行系统性分析以及社区层面分析，而不是只注重建筑物能效或部门能效的改善，建立有利于加强协调、降低能效投资成本的管理机制，推出鼓励低成本清洁能源解决方案的政策；第三，研究不同空间尺度能源战略的有机融合，做好国家能源规划、省（市、自治区）能源总体规划与地市能源规划、总体规划与专项规划等不同空间尺度、不同类型规划和实施方案的有机衔接，发挥不同空间尺度能源战略之间的协同效应，重视能源政策在不同尺度空间的传导机制。在能源消费总量目标分地市分解时，综合考虑经济发展水平、产业结构、节能潜力、环境容量、人口密度差异及不同地区城镇化发展差异等因素，还需关注地理区位因素，空间溢出效应方向和大小，分出更多的等级，制定出更细的分级标准。

3.4研究能源从哪里来和到哪里去的完整线索

准确把握能源从哪里来和到哪里去的动态过程是能源安全的首要前提，集中体现为包括生产、加工、输送到消费的能源平衡过程，由“横向流动和“纵向流动”组成，“横向流动”是指能源在不同空间位置发生的位移和运动，“纵向流动”是指能源在原态、加工、消费、废弃这一系列过程中形态、功能、价值的转移和变化。需要从空间方面厘清能源从哪里来和到哪里去的完整线索：第一，在能源资源基础空间分布研究基础上，剖析能源供给和需求空间上的错位导致的能源资源的可能流向、能源保障空间拓展过程及效应；第二，建立能源流动研究方法体系，全面分析煤炭、石油、天然气、电力等不同能源空间流动过程以及因此而产生的利益协调问题，分析支撑空间流动过程的铁路、水路、陆路和管道等能源通道的选择，总结能源基础设施格局的特点、演进机制与社会经济的协调性问题；第三，研究企业“走出去”参与世界油气资源开发合作的空间、实现途径、风险防范、国际能源通道等问题，剖析由此引发的不同时间和空间尺度的地缘政治问题以及解决途径，例如，目前正在建设“一路”（海上丝绸之路）与“一带”（丝绸之路经济带）能源合作的实现路径及将引发的地缘政治问题、金砖国家能源合作潜力和实现途径等问题。

3.5研究多种能源技术的空间组合模式及效益

在能源技术全生命周期评价研究基础上探讨不同能源技术高效利用的空间组合模式，主要内容包括：第一，探索化石能源和可再生能源技术的空间集成利用模式，尤其是基于可再生能源分散式生产特点，从能源梯级利用、不同空间和时间尺度的能源供给互补、能源储备和高效输送等科学用能角度，探索可再生能源之间及其和化石能源在不同空间的集成互补模式；第二，开展各种能源技术空间组合的经济效益评价，考虑不同空间的资源禀赋、经济水平、能源需求、能源价格水平等因素，可以重点以能源基地为典型案例，对于在一定的地域范围内、基于区域内外的能源资源基础的能源技术高效利用集成模式的效益进行科学评价；第三，探索能源技术创新空间扩散的动力、途径和机制，极大缩短能源技术转让的时间，提高技术转让效率。第四，空间差异和空间信息的价值化，需要对不同地区的自然条件、社会经济的差异性进行价值化，把空间的信息能够考虑在技术集成的成本效益分析过程中。

3.6研究能源空间生态系统范式分析能源产业链

建立能源空间生态系统研究范式，从空间层面研究地区能源产业链特点和演进规律，主要内容包括：第一，建立基于空间视角的能源产业链分析方法，围绕能源的开采、设备制造、运输、研发、管理等能源产业链，探索能源产业链不同环节在空间上的分布和相互联系，建立能源产业链空间图谱；第二，可再生能源涉及领域广、产业链长、带动相关产业发展能力强，能够在若干地区形成产业聚集和开发利用集中区，能有效推动局部经济发展转型，需要研究能源产业聚集和开发利用集中区的协调发展机制，并探索不同地区能源产业与其他产业、社会经济发展之间的关系；第三，在能源生产和消费重点地区可以从企业层面尝试进行微观层面探索，分析能源企业的空间集聚性特点，探索能源企业空间上相互联系方式、程度和特点，分析重点能源企业的规模效应、集聚效应、示范效应。

4能源战略研究的空间辅助决策系统框架及功能

4.1空间辅助决策系统总体框架

經济地理学可以依靠其强大的空间分析和空间探索功能，基于能源战略研究需求建立由空间决策主体、空间数据库、支持体系等元素构成的能源战略空间辅助决策系统（图4），利用空间智能技术建立空间综合平台，为不同来源和格式的社会、经济、能源、人口、城市和地理信息等数据进行集成和分析，建立灵活、实用的能源地图，提取出隐含于空间数据中的能源发展事实、关系和内在规律，为能源项目的合理空间布局和科学管理提供决策依据。

空间辅助决策系统将集成能源战略领域在地区差异和联系、能源流动、技术集成、能源空间生态系统等方面的研究，重点解决决策主体在多种约束条件下的空间选择和科学管理，在项目建设、项目管理阶段发挥重要作用。

4.2空间辅助决策系统对能源项目合理布局的作用

在能源项目建设阶段，在充分考虑资源基础、社会经济发展、通道建设等基础上，通过多种要素的叠加和综合评价，建立化石能源和可再生能源空间配置辅助决策系统，并根据形势的变化考虑能源利用空间格局的不断优化重组。第一，综合考虑社会经济、能源、环境等多种因素的影响，对火电站、输送系统、炼油厂、能源基地等空间布局的合理性进行评价；第二，充分考虑可再生能源资源分布广泛，大型水电资源集中在较为偏僻的高山峡谷地区，大量风能资源处于戈壁滩、大草原和沿海滩涂地区，太阳能资源在西部地区最为丰富，生物质能资源集中在农林主产区等特点，对可再生能源项目选址进行科学综合评估；第三，综合考虑大规模可再生能源的并网消纳和可持续发展问题，改变简单以自然资源论规划的模式，综合考虑可再生能源出力的波动性和间歇性、并网消纳和可持续发展，合理解决西南基地“弃水”和“三北”基地“弃风”、“弃光”问题。

4.3空间辅助决策系统对提高能源管理运行效率的作用

在能源管理阶段，模拟相关利益主体空间决策行为及其空间效应，处理好不同空间主体之间的利益协调问题，实现能源消费总量控制目标、能源消费强度控制目标、二氧化碳减排目标在空间管理上的一体化，在国家管理体制约束条件下实现能源技术、能源产业、能源政策在空间上的有效集成；推进能源精细化、智能化管理，建立能源精细化管理目录、统一平台和数据库，通过信息融合和数据挖掘实现能源管理的智能化，使能源系统达到最佳状态。空间辅助决策系统能够将能源的来源和去向、能源技术集成、不同能源消费空间等相互联系起来，利用传统化石能源发电的可调控性、灵活性来弥补清洁能源的间歇性、波动性，实现横向多能源互补优化，形成多元化、集中式与分布式相协调、协同互动的电力能源供应体系，提高能源系统整体运行效率。通过建立“规划设计运维信息采集数据挖掘管理一体化能源互联网规划设计平台，推动能源互联网在不同空间层面的落实。