关于新能源发展与能源安全重要关系的学理阐释

在人类文明发展历程中经历三次大的能源转型：第一次转型是从柴薪时代向煤炭时代转型，第二次转型是煤炭时代向油气时代转型，第三次转型是全球正在经历的—从化石能源向新能源转型。由人类利用能源的对象及技术更迭进程，可知能源系统是一个复杂变化的巨系统。借助复杂系统理论的研究视角，能源系统同样具有开放性、动态性、自组织性等特征。第三次能源转型过程中，伴随新能源对化石能源的“渐进式”替代，能源系统原有平衡被打破，直至建立新的平衡，此过程某种程度上影响着国家能源安全。新能源发展对国家能源安全的影响主要表现在以下三个方面：一是新能源发展对能源供应安全的影响，表现为新能源对传统能源替代过程中能源供应结构变化的波动性及有序性。二是新能源发展对能源运行安全的影响，表现为高比例新能源电力并网运行的可行性及安全性。三是新能源发展对能源韧性安全的影响，表现为极端气候冲击、地缘政治风险等关键事件，通过对新能源供给的影响间接影响能源韧性安全。

复杂系统理论视角下新能源发展对国家能源安全的影响

在能源系统的“开放性”特征下新能源发展引发能源供应安全问题。能源供应安全是指能源系统转型过程中，新能源与传统能源遵循“先立后破”的原则，实现有序替代。能源系统的“开放性”表现为能源结构转型过程中，系统与资源禀赋、技术条件、市场机制和政策框架的动态协同能力，在推动新能源替代传统能源时，既释放了创新活力，也凸显出本土化挑战：一是新能源替代潜力受技术约束与系统韧性不足的双重制约。风光资源的间歇性与储能成本高昂难以独立支撑基荷需求；电网灵活性改造滞后限制了能源渗透率；氢能、地热等新兴技术因核心设备国产化率低，规模化应用进程缓慢。二是替代节奏呈现显著的地区失衡。东部发达省份依托政策与资本优势加速煤电退出，但西部能源基地因外送通道建设滞后面临“弃风弃光”；县域农村地区分布式光伏快速发展，却因配电网承载能力薄弱引发反向过载风险。三是资源利用效率在转型中出现结构性损耗。一方面，新能源设备大规模部署加剧稀土、锂资源对外依存度，而回收体系不完善导致退役光伏板、风机叶片再生利用率低；另一方面，传统能源资产提前退役引发沉没成本，而新能源项目同质化竞争又造成低效重复建设。

能源系统的“动态性”特征下新能源发展引发能源运行安全问题。能源系统的“动态性”表现为内部结构、外部环境与运行状态随时间持续演变的非线性特性。能源运行安全主要关注新型电力系统运行稳定及优化调度。新能源将是新型电力系统中的主体能源，推动电力系统从“源随荷动”向“源网荷储”协同的系统变革。然而，我国新能源的渗透率较一些发达国家仍存在一定差距，风、光等新能源处理具有较强的波动性、随机性及反调峰特性，当新能源的渗透率处于较高水平时，为满足电力系统供需平衡，传统能源机组既要随符合调整出力，又要对新能源出力不确定性进行调节，导致电力系统运行的不确定性增加。传统同步机组提供的旋转惯量与电压支撑功能结构性缺位，迫使煤电等调节电源承担负荷跟踪与新能源波动平抑的双重压力，在“保供－减碳”政策张力中陷入角色困境。

能源系统的“自组织性”特征下新能源发展引发能源韧性安全问题。能源系统的“自组织性”表现为多能种在无中心控制干预下自主决策，涌现出系统级的动态协同、结构重构及秩序优化能力，实现稳定运行与适应性进化。能源韧性安全是能源系统健康运转的基础，表现为能源系统能够承受一定程度的干扰，迅速从外部冲击中恢复过来。随着能源转型的深入推进，新能源逐渐发挥主体能源的作用，影响能源韧性安全的因素从传统的油气供给为主转变为气候风险、地缘政治等复杂性因素，表现为：一是极端气候冲击新能源电网稳定性。IPCC、世界气象组织等机构发布的最新报告显示，过去5年（2020-2024）极端高温事件发生频率增加50%、极端降雨事件增加20%、4-5级热带气旋事件增加25%。国内外实践表明，极端气候事件对新能源电网稳定性带来冲击，表现在电源出力特性改变，发电设备受损；电网输电效率降低，基础设施损坏；负荷波动增大，供电系统承压。二是地缘政治风险加大新能源市场不确定性。典型事件为特朗普第二次上台，退出《巴黎协定》，主张传统能源优先，大力开发化石燃料，提议结束“绿色新政”，取消新能源补贴，对新能源发展持消极态度，削弱全球能源转型动力。此外，新能源矿产资源高对外依存度冲击国家能源安全。国家关键矿产资源中与新能源发展相关的有24种，涉及领域电池技术、可再生能源发电、储能系统和新能源汽车等领域。其中，8种矿产资源（锂、铜、铝、 镍、钴、硅、铀、铂）对外依存度50%以上，极易受价格波动、供应中断、关税政策等影响。

冗余理性视角下统筹新能源发展与国家能源安全的重要关系

冗余理论提出“冗余理性”，反思“零冗余”可能带来系统风险，认为“必要的冗余”是复杂系统存续的关键。在复杂而有序的系统中，错误的成本可能非常高。第三次能源转型中，新能源逐步替代传统能源成为能源系统的主体能源已经形成共识。新能源与传统能源替代节奏存在不确定性，间接影响能源供应安全；新能源为主体构建的新型电力系统由于高渗透率引发的源荷冲突，间接影响能源运行安全；新能源发展处于不成熟阶段易受极端事件冲击，间接影响能源韧性安全。能源安全是能源转型的基石，能源系统作为复杂巨系统，面临不确定情境时，更遵循有限理性理论的观点，追求满意解而不苛求最优解。因此，冗余是必要的，借助冗余理性视角阐释新能源发展与国家能源安全的重要关系是适宜的。

有效冗余理念下把握新能源发展节奏，保障能源供应安全。有效冗余理念关注能源的出力效能与战略备份，保障基础供应能力的稳定可靠。在新能源尚未完全成熟、出力存在显著波动性与间歇性的发展阶段，传统能源的战略性备份角色不可或缺，为能源供应系统安装“安全阀”；保留部分灵活可调的气电调峰机组，在新能源出力骤降或需求激增时快速响应，填补供应缺口。同时，多能互补的系统性冗余是优化整体性能的关键，积极构建“风光水火储一体化”综合能源基地，通过多元能源品种、时空特性的互补互济，大幅平抑单一能源波动。2025年4月，中国科学院院士邹才能提出多能互补、绿色发展、稳定供应与碳中和协同的“全能源系统”是解决能源转型与能源独立的有效途径。在传统含油气盆地中建立能源生产与碳中和的“全能源系统”，在“煤炭+石油+天然气+新能源+CCUS/CCS”融合发展理念与模式下，进一步夯实能源生产保供能力。新能源规模经济高效发展，石油和天然气自给率提升到安全水平，多能互融的全能源系统设计是能源供应安全有效冗余理念的充分体现。

灵活冗余理念下缓解新能源并网消纳矛盾，维护能源运行安全。灵活冗余理念关注电力系统的动态适应与实时平衡能力，以应对源荷匹配的瞬时挑战。当新能源成为电力供应的主体，其固有的波动性对电网实时平衡构成巨大压力，规模化、响应迅速的灵活调节资源是构建灵活冗余的核心。一是先进的大型储能设施扮演“能量搬运工”角色，在新能源大发时充电储存，在出力不足或负荷高峰时放电，实现能量跨时段转移，有效弥合源荷时空错配。二是聚合分散资源与智能响应负荷是灵活冗余的进化方向。虚拟电厂技术突破物理限制，高效聚合海量分布式电源、储能、可调负荷，形成可统一调度的“虚拟”灵活资源池。三是智能化的需求侧响应则引导用户在电价信号或系统需求驱动下主动调整用电行为，使负荷曲线主动适配电源波动，变“刚性”负荷为“柔性”资源，共同构筑新型电力系统的动态韧性。

可靠冗余理念下提升新能源发展自主性，强化能源韧性安全。可靠冗余理念关注能源系统关键节点的抗冲击能力，在极端扰动下的保持存续能力。面对极端气候风险，应设置必要性冗余，提升能源系统韧性：一是电源结构互补，在风光资源区布局“风光储氢”多能互补系统，利用氢能长周期储能特性弥补风光间歇性，争取单一能源中断时系统仍可维持较高比例出力；二是区位优势分工，建立跨气候带的新能源电站群，如中国“东南沿海风电+西北光伏+西南水电”格局，避免区域极端天气导致全网瘫痪；三是事件模拟演练，构建“气象预警－出力预测－动态调度”三级响应系统，通过数字孪生技术进行灾变模拟并形成预案，通过演练，不断改进完善，提升预案有效性。面对地缘政治风险，一是推进资源替代战略，加速推进钠离子电池、稀土电机等替代技术产业化，同步开发海底矿产和太空采矿等前沿资源获取方式，降低对锂、钴等关键矿产的绝对依赖；二是建立循环经济体系，建立关键矿产资源的全生命周期管理，通过智能分选、湿法冶金等先进回收技术，提升关键金属回收率；三是供应链多中心化，在全球三大经济圈分别布局从矿产到成品的完整产业链，形成区域自给能力。（能源安全与低碳发展重点实验室执行主任李廷、能源安全与低碳发展重点实验室研究员吕园园、西南石油大学经济管理学院院长郑小强）

（本文系2024年度国家社会科学基金重大项目“统筹新能源发展与国家能源安全的重要关系与实践路径研究”24&ZD106阶段性研究成果）