《1、 引言》

1、 引言

能源历来是人类赖以生存和发展的物质基础,被喻为现代工业经济的“血液”。纵观人类能源开发与使用历史,人为搭建或自然形成了规模各异的能源系统,覆盖不同的能源利用过程、区域和能源种类。广义而言,能源系统(或能源子系统)包含从能源开发、生产、存储、输送到末端使用环节的能源供应与消费全过程(或部分过程)中所涉及的全部要素(如资源、基础设施、技术、利益相关者、法规等)[1]。从世界范围看,全球能源系统已经历了两次重大转型,并正在经历第三次转型[2]。第一次全球能源系统转型始于19世纪中期,主要是由蒸汽机大规模使用引发的第一次工业革命所驱动[3]。伴随着主导能源从薪柴转向煤炭,人类社会的能源利用方式与配套基础设施经历了革命性的转变与重构。20世纪初期,以内燃机大规模使用为标志的第二次工业革命促使石油、天然气逐步取代煤炭成为主导能源,引发第二次全球能源系统转型[4]。由此可见,前两次全球能源系统转型主要是为匹配生产技术进步和消费模式转变而进行的“被动式”转型。不同以往,当前正在进行的第三次全球能源系统转型是“主动式”的。自20世纪末起,人为二氧化碳排放引致的全球变暖和气候变化问题日益受到各界关注,当认识到80%以上的全球二氧化碳排放源于化石能源燃烧后[5],专家和政策制定者开始着力于探寻可替代化石能源的清洁能源及低碳技术[67]。于是,以可再生能源替代化石能源、传统技术升级为清洁技术为特征的第三次全球能源系统转型应运而生,能源系统的低碳化、清洁化发展逐渐成为全球共识。

近年来,能源系统低碳转型的相关提案越来越频繁地出现在各国政治纲要中。2015年联合国气候变化大会通过的《巴黎协定》提出了大幅减少人为二氧化碳排放的全球目标,并倡议加快制定覆盖全球的深度脱碳方案[89]。截至2022年年底,已有逾190个国家向《联合国气候变化框架公约》秘书处提交了“国家自主贡献”减排目标,近150个国家公开宣布了明确的碳减排承诺[1011],大部分主要碳排放国家(累计碳排放量占全球碳排放总量的近70%)承诺在21世纪中期实现净零排放[12]。在各国的共同努力下,全球能源强度在过去30年间下降了近35% [13],2020年可再生能源发电量达27% [14]。然而,能源系统低碳转型也面临着经济发展、社会治理等方面的诸多挑战。例如,碳密集型产业易受到碳排放限额冲击而出现生存危机[1516],石油、煤炭主要出口国可能面临全国性的经济与产业风险[17];新兴可再生能源产业发展面临阻碍和困境,引致新的经济和社会风险[1819];能源系统低碳转型对现有能源系统造成冲击,威胁现有能源系统可靠性,并可能造成能源不公和能源贫困等社会问题[20]。如何设计合理的能源系统低碳转型路径,在实现净零碳排放目标的同时尽可能减少潜在社会和自然系统风险,是亟需解决的关键科学问题[2122]。为应对能源系统低碳转型面临的挑战,各国政府、企业和跨学科学者愈发关注相关领域的管理问题研究。

在学术研究领域,能源系统低碳转型问题逐渐成为国内外研究热点。部分学者尝试从广义低碳转型视角梳理现有研究成果,例如,Wang等[23]将“低碳发展”定义为“涵盖优化经济结构、开发低碳技术、改善能源结构和提高用能效率的新发展模式”,并围绕“低碳发展”相关研究进行了文献计量分析;Wang等[24]运用文献计量分析和机器学习方法识别了“低碳经济”领域的研究热点和研究趋势。也有学者尝试梳理关于特定能源系统的研究成果,例如,Zhang等[25]回顾了Web of Science (WOS)核心数据库中关于清洁能源系统的文献,Meng等[26]总结了低碳电力系统研究的特征和趋势,Omrany等[27]综述了净零能源建筑系统领域的研究成果。从更为一般化的视角出发,Dominković等[28]回顾了过去20年间关于能源系统分析的研究。上述研究为低碳转型发展和能源系统分析提供了诸多富有价值的见解,但目前仍缺乏从工程管理视角出发的能源系统低碳转型研究综述。兼具系统集成性和耦合性特征,能源系统低碳转型本质上是一项系统工程,而工程管理理论和方法能够有效管理系统工程,在有限资源条件下进行科学规划、设计、实施和控制以实现系统目标[29]。因此,本文试图从工程管理视角出发,围绕能源系统低碳转型相关研究进行系统性综述。本文的研究范围既没有覆盖低碳发展的所有方面,也没有局限于某一特定的能源子系统,而是聚焦于中观视角下的能源系统低碳转型管理研究,以期捕捉该主题研究的全貌并描绘其整体框架。

本文首先基于系统设计的文献检索及筛选规则,从WOS数据库中收集了5336篇经过专家评审的期刊论文;接着以所收集的相关论文为研究样本,运用VOSviewer文献计量分析工具揭示了发文趋势、区域特征、共引网络等科学计量特征;通过关键词聚类分析和ESI(Essential Science Indicators)高被引文献的内容深度分析,揭示了相关研究的主题特征;基于上述分析,构建了能源系统低碳转型管理问题研究的综合框架,探讨了研究热点的演化趋势和未来研究方向。结果表明:近年来能源系统低碳转型管理领域的发文数量呈指数增长,其中来自中国、英国、美国、德国和荷兰学者的贡献较多;该领域研究具有跨学科特征,相关成果常发表于能源工程类、环境科学类和能源社会科学类期刊;相关研究主要包括低碳转型路径研究、低碳技术扩散研究、低碳基础设施网络规划研究、低碳转型驱动机制研究这四大主题,各主题研究在能源系统低碳转型过程中发挥着不同但相互支撑的重要作用,共同为转型实践提供学理支撑;商业模式、非政府参与者、能源公平、深度脱碳和净零能源建筑等是近期的研究热点,而不同低碳发展目标的协同、韧性转型路径设计、有效低碳技术及相关基础设施网络规划、多层级转型风险管理问题仍有待进一步深入研究。总体而言,本文的主要贡献在于从工程管理视角刻画了关于能源系统低碳转型的最新研究框架,研判了相关领域的研究发展趋势和前景方向,为关注能源系统低碳转型管理问题的学者提供参考。

本文以下内容安排如下:第2部分介绍研究所用数据和方法,包括文献检索方案、筛选标准和文献计量分析方法等;第3部分分析样本文献的科学计量特征;第4部分基于关键词聚类和内容分析揭示相关研究的主题特征;第5部分刻画能源系统低碳转型的管理研究框架,探讨该领域的未来研究方向;第6部分对全文进行总结。

《2、 数据与方法》

2、 数据与方法

本文采用系统性综述方法,按照定义检索方案、制定筛选标准、文献计量分析、构建研究框架和研判未来研究方向的流程展开研究[3031](具体研究过程如图1所示)。其中,关于样本筛选、方法流程及其选择依据的详细描述见附录A中的S1部分。

《图1》

图1 本文系统性综述的研究流程图。

具体而言,本文采用“能源系统”的广义定义,即为满足人类社会能源需求进行的各种能源(包括化石能源和可再生能源等一次能源,以及电力和热力等二次能源)循环利用过程(包括开发、生产、存储、输送、使用和末端处置等)及配套要素构成的整体。在此基础上,本文将“能源系统低碳转型”定义为由碳减排目标驱动的能源系统状态转变,包括能源结构绿色转型(例如,可再生能源替代化石能源成为主导能源)、化石能源清洁化利用(例如,通过碳捕集与封存技术控制化石能源燃烧产生的二氧化碳排放)和能源效率提升(例如,能源系统的优化升级和运行效率提升)三大途径。所有与上述主题相关的已发表研究均是本文的潜在研究样本。

通过文献检索与筛选,从WOS数据库的SCIE(Science Citation Index Expanded)和SSCI(Social Science Citation Index)核心数据集中收集了2012年1月至2021年12月间发表的5336篇期刊论文,其中166篇为ESI高被引论文。后续研究将运用VOSviewer分析样本文献的科学计量特征和主题特征,并结合对样本文献的内容分析构建能源系统低碳转型管理研究的综合框架。

《3、 文献计量特征》

3、 文献计量特征

《3.1 总体论文发表趋势》

3.1 总体论文发表趋势

近年来,关于能源系统低碳转型管理研究的论文发表数量呈指数型增长趋势(图2),尤其是在2017年以后,发文量快速上升。这一现象符合我们对相关研究主要由现实问题驱动的预期。自2016年《巴黎协定》生效以来,瑞典于2017年提出了全球首个碳中和法案,随后越来越多的国家出台了碳中和计划和雄心勃勃的减排目标,引起了专家学者对能源系统低碳转型的广泛关注[32]。此外,2019年年末突如其来的新冠病毒肺炎疫情(COVID-19)打破了已有转型趋势,并给能源系统低碳转型带来了更多困难与挑战,研究人员试图借此重构后疫情时代的能源系统低碳转型路径[33],这或许也是2020年和2021年相关领域发文数量大幅上升的原因之一。

《图2》

图2 2012—2021年的相关论文发表数量。

《3.2 发文数量最多的国家及合作网络》

3.2 发文数量最多的国家及合作网络

基于样本统计分析,共有117个国家的学者围绕能源系统低碳转型的管理问题发表了学术论文,其中,发文量排名前10的国家如表1所示。根据附录A中的S2.1部分的分析,大部分样本文献都有多名作者,作者数量服从众数为3的右偏分布。这说明该领域学者倾向于开展合作研究,也一定程度上显示了能源系统低碳转型管理研究的跨学科、跨部门、跨区域特点。如果将每篇样本文献的所有作者国籍均统计在内,则中国学者贡献的论文数量最多(占样本文献总体的18.46%),英国、美国、德国和荷兰学者贡献的论文数量紧随其后(分别占15.63%、15.35%、12.82%和7.29%)。总体来看,发达国家的学者往往更倾向于关注能源系统低碳转型问题。除瑞士以外,发文数量排名前10的国家均属于20国集团(G20)。这说明G20和欧盟(EU)等国际组织或许在促使其成员国关注能源系统减排问题方面起到了重要作用。

《表1》

表1 2012—2021年相关论文发表数量排名前10的国家

国家层面的相关研究作者合作网络如图3所示,其中,图3(a)以具有不同颜色和大小的节点与线条展示整体国家合作网络的聚类关系,图3(b)以渐进色彩展示相关合作网络的时序变化。如图3(a)所示,各国合作网络可划分为4个集群(分别以红色、黄色、蓝色、绿色表示),各集群中体积最大的节点是识别出的子合作网络中心点(即中国、英国、美国和西班牙),每个合作集群由一组具有密切合作关系(连接线)的国家组成。可以看出,地理位置较为接近的国家学者间往往具有较多合作(如绿色集群中的英国、德国和荷兰,蓝色集群中的智利、巴西和墨西哥等),部分学者也试图突破空间障碍进行跨区域合作研究(如红色集群中的中国和澳大利亚)。除了是各自研究合作子网络的中心节点,中国、英国和美国学者之间也建立了能源系统低碳转型领域紧密的合作关系(反映为图中每两个国家之间的连接线宽度),说明上述三个国家在区域合作和全球合作方面均发挥着关键作用。如图3(b)所示,能源系统低碳转型管理问题研究的全球合作网络中心节点从英国(紫色节点)变为美国(深蓝色节点)而后转移到中国(绿色节点),且近期中国学者正加大与巴基斯坦、越南、印度尼西亚等发展中国家学者的合作力度(黄色节点)。

《图3》

图3 2012—2021年间国家层面的相关研究作者合作网络。(a)合作网络集群;(b)合作网络的时间演化。

《3.3 主流期刊及共引网络》

3.3 主流期刊及共引网络

基于样本文献的发表期刊统计分析,得到相关论文发表数量最多的10本期刊,如表2所示,其中,Energy PolicyEnergy Research & Social ScienceApplied Energy近年来围绕能源系统低碳转型管理问题的发文总量位列前三。由表2可见,能源系统低碳转型问题受到了多领域期刊的关注,包括能源工程领域期刊(如Applied EnergyEnergyRenewable Energy等)、环境科学领域期刊(如Journal of Cleaner ProductionSustainability等)以及与能源相关的社会科学期刊(如Energy PolicyEnergy Research & Social ScienceEnergy Strategy Review等)。此外,样本文献中的166篇ESI高被引论文共有27篇发表在Energy Policy上,16篇发表在Journal of Cleaner Production上,10篇发表在Applied Energy上(单篇被引次数最高的10篇论文见附录A中的表S2)。总体而言,由于能源系统低碳转型管理研究具有跨学科领域的特点,相关研究成果常见于多种类期刊,引起政策制定者、工程管理者、社会学家等的广泛关注。

《表2》

表2 2012—2021年相关论文出版数量排名前10的期刊

受正文篇幅限制,反映期刊相关性的期刊共引网络图见附录A中的图S3。与统计分析结果相吻合,能源系统低碳转型管理研究发表的期刊共引网络可划分为三个集群,其中Energy PolicyApplied EnergyNature Climate Change是各子共引网络的中心节点。如图S3所示,红色集群中的期刊主要关注与能源相关的社会科学问题,其中Energy PolicyEnergy Research & Social ScienceResource Policy被同时引用的频率最高;蓝色集群中的期刊主要关注能源工程问题,其中Applied EnergyEnergyEnergy Conversion & Management被同时引用的频率最高;绿色集群中的期刊主要关注与环境科学相关的问题,其中Nature Climate ChangeEnvironmental Science & TechnologyEcological Economics被同时引用的频率较高。

《4、 研究主题特征》

4、 研究主题特征

本节基于关键词共现网络聚类分析,识别能源系统低碳转型管理研究涉及的主题方向。如图4所示,能源系统低碳转型研究可大体划分为四类:红色关键词所代表的低碳转型路径研究,蓝色关键词所代表的低碳技术扩散研究,红色关键词所代表的低碳基础设施网络规划研究,以及绿色关键词所代表的低碳转型驱动机制研究。在全样本主题划分的基础上,对166篇ESI高被引论文进行了人工审查和深度内容分析,研判各主题方向有待突破的研究难点。最后,通过解读关键词时序演化图谱,识别能源系统低碳转型管理研究领域的热点演化趋势。

《图4》

图4 能源系统低碳转型管理研究的关键词聚类网络图。CCS:碳捕集与封存;CCHP:冷热电联供系统;PV:光伏发电。

《4.1 关于能源系统低碳转型路径研究》

4.1 关于能源系统低碳转型路径研究

低碳转型路径设计在塑造未来能源系统方面发挥着重要作用[34]。通过样本文献中的相关ESI高被引论文内容分析,发现学者们较多关注能源系统低碳转型路径设计时的时空尺度与约束条件(图5)。在时空尺度方面,已有研究探究了城市层面[35]、国家层面[36]、区域联盟层面[37]以及全球层面[38]的能源系统低碳转型路径,并进行了短期(如2030年)、中期(如2050年)和长期(如2100年)预测。在转型约束方面,学者们将多种内外部约束条件嵌入能源系统低碳转型路径研究,其中内部约束包括能源种类[37]、碳排放量[39]和能源需求[40]等,外部约束包括经济增长、政府政策和基层参与等[4142]。

《图5》

图5 能源系统低碳转型路径研究涉及的时空尺度及内外部约束。

目标选择是能源系统低碳转型路径设计的重要前提。在样本文献中,“100%可再生能源”“净零碳排放”和“2或1.5 °C温控目标”等被频繁提及。然而,不同转型路径可能引致不同的结果(如不同的低碳努力水平和实施效果),有些结果可能偏离初始目标甚至相互矛盾[38]。因此,未来的能源系统低碳转型路径研究需突破多目标协同的研究难点。其次,“100%可再生能源”等转型情景在短期内难以实现[37],学者们在进行转型路径设计的情景预测时应重视模型合理性和有效性[38]。此外,相关研究已经证明能源系统低碳转型路径的不确定性可能会引发经济、环境风险[39]与能源不公[43]、能源贫困[44]等社会问题,对此部分学者提出通过能源政策法规设计、利益相关者责任共担、跨部门协同等举措防控能源转型风险[4546],但如何构建具有韧性的能源系统低碳转型路径仍有待进一步研究。

《4.2 关于能源系统低碳技术扩散的研究》

4.2 关于能源系统低碳技术扩散的研究

低碳技术利用与扩散对推动能源系统低碳转型至关重要[47]。通过回顾与低碳技术扩散相关的ESI高被引论文,发现学者们主要关注可再生能源技术、污染防控技术和其他促进能源系统低碳转型的技术(图6)。关于可再生能源利用技术,学者们较为关注发电和储能技术,其中太阳能和风能是已有研究中最常见的可再生能源,相关技术也被认为是短期内最有希望实现大规模利用的可再生能源技术[4849],高效储能技术(如储氢和电池储能等)则被认为是实现可再生能源大规模利用的核心支撑[5051]。关于污染防控技术,各类碳捕集与封存技术(carbon capture and storage, CCS)[52]以及绿色生产技术(如热电联产技术[53]和绿色海水淡化技术[54]等)得到了广泛关注。关于促进能源系统低碳转型的其他技术,现有研究表明,关键金属技术[55]和信息通信技术[56]有助于促进低碳技术的推广。

《图6》

图6 能源系统低碳转型管理研究涉及的主要低碳技术。

另一方面,研究发现早先流行的一些低碳技术(如沼气技术[57]和核能技术[58]等)或许无法满足日益提升的能源系统低碳转型需求,这提醒学者们及时评估低碳技术经济性与可行性的必要性。其次,可再生能源发电具有不稳定性和间歇性特征[59],其并网量增加会对电网可靠性造成严峻挑战[4849],为此学者们应加大对集成储能技术的多能互补能源系统研究力度。此外,已有研究证实可再生能源无法在短期内完全取代化石能源[59],新兴可再生能源和传统化石能源的共存模式亟待研究关注。同时,运输业和制造业等碳密集型行业的低碳转型面临高成本挑战[47],此类行业中的低碳技术应用仍有待进一步研究。

《4.3 关于能源系统低碳转型设施网络规划的研究》

4.3 关于能源系统低碳转型设施网络规划的研究

硬件设施网络是推动低碳技术扩散和能源系统低碳转型的基础。回顾相关ESI高被引论文,学者主要关注电网和集成能源系统的网络规划问题(图7)。聚焦于电网规划问题,现有研究多关注可再生能源(尤其是光伏和风能)的发电设施配置和输电网络规划问题,其中环境约束和发电潜力是发电设施选址和装机容量决策研究中常考虑的影响因素[60],效率[61]、可靠性[62]和灵活性[63]是电网规划研究中常考虑的主要原则。聚焦于集成能源系统,学者们主要围绕冷热电三联供系统的配置和网络规划问题开展了研究[6465],涉及并网集成能源系统和离网集成能源系统。前者是指与外部系统联通的集成能源系统,相关研究常聚焦于某一建筑[66]、社区[67]、区域[64]等不同空间尺度的探索;后者是指无法与外部系统产生交互的独立能源系统,其在沙漠[65]、岛屿[68]等偏远地区的应用受到了学者的关注。

《图7》

图7 能源系统低碳转型设施网络规划的研究热点。

除了已有研究中考虑的基本原则(如效率、可靠性、灵活性等)和约束条件(如资源禀赋等),学者们也呼吁在能源网络规划研究中重视能源贫困和不公正问题[69]。此外,部分学者发现能源基础设施建设给政府带来了沉重的财政负担[70],未来研究可关注众筹能源系统投资和能源基础设施建设成本效益的提升,其中有效的政策设计和利益相关者协调机制对实现上述目标尤为重要。从方法论视角看,现有电力系统网络规划模型的精度受到大规模间歇性可再生能源电力并网的挑战[70],因此需要开发更多适应电力系统转型特点的预测和优化算法。此外,更为高效、稳健、低成本的多能源集成系统也有待深入研究[68]。

《4.4 关于能源系统低碳转型驱动机制的研究》

4.4 关于能源系统低碳转型驱动机制的研究

能源系统低碳转型的驱动机制是多学科领域学者关注的研究前沿,相关ESI高被引论文探讨了政治、经济、社会、自然因素对能源系统低碳转型的影响机制及综合驱动机制(图8)。在政治因素方面,学者们探究了国家政策和国际政治对能源系统低碳转型的影响,前者包括能源创新政策[71]、能源民主政策[72]等政策的作用效果,后者包括地缘政治[73]、区域联盟[74]、新生力量[75]等因素的影响。在经济因素方面,现有研究表明投融资策略[7677]、市场机制(如点对点能源交易[78]、自由能源市场[79]等)和循环经济模式[80]对能源系统低碳转型具有显著影响。在社会因素方面,公众参与和突发公共事件被认为是影响能源系统低碳转型的关键因素。例如,公众[81]和环保组织[82]在促进能源系统脱碳方面发挥了重要作用,而新冠肺炎疫情则减缓了能源低碳转型进程[83]。在自然因素方面,包括化石能源和可再生能源在内的时空资源禀赋及环境因素(如地质和天气特征等)是构建低碳能源系统须考虑的先决条件[8485]。

《图8》

图8 能源系统低碳转型驱动机制研究涉及的主要因素。

尽管本文梳理的相关研究对能源系统低碳转型的影响因素和驱动机制进行了较为综合全面的探讨,但其中的部分研究假设可能偏离事实或难以反映现实情景中的复杂性和动态性特征[77,86]。因此,相关领域学者应进一步加强对能源系统现实特征的捕捉与刻画,进而提升对各因素作用评估的准确性。此外,学者呼吁建立多样化的政策支持体系,以实现能源系统低碳转型过程中的风险防控和弱势群体保护[8788],并提出政策组合比单一政策更为有效[86]。值得注意的是,在设计政策组合工具时需确保基础政策工具的一致性、连贯性和可信度,同时应充分考虑公众行为的不确定性及其对能源系统低碳转型的潜在影响[81]。同时,多因素对能源系统低碳转型的综合作用机制仍有待进一步研究,包括技术、经济、社会、政治和环境等不同因素的交互作用机制[89]和多系统耦合作用机制[90]。近年来出现的新冠病毒肺炎疫情及其防控措施给能源系统造成了显著的短期影响,并抑制了能源系统低碳转型进程[33],但其对能源系统低碳转型的长期影响仍有待探究。

《4.5 能源系统低碳转型管理领域的研究热点演化趋势》

4.5 能源系统低碳转型管理领域的研究热点演化趋势

本文使用VOSviewer软件绘制了样本文献关键词共现的时间演化图谱(图9)。由图9可见,关于能源系统低碳转型管理研究的热点演化趋势可大体分为三个阶段,体现为关键词词条从深蓝色向黄色的渐变。如右上方深蓝色圆圈所标注,“Reduction”“Conservation”“CCS”“Scenarios”和“Targets”等关键词在第一阶段被频繁提及,表明这一阶段的相关研究主要关注节能减排和低碳转型路径设计。第二阶段(中部绿色圆圈标注),“Renewable energy”“Power”“Solar”“Wind”“Hydrogen”“Policy”和“Management”等成为主流关键词。在该研究阶段,能源系统电气化成为学者关注的焦点之一[91],太阳能[48]、风能[49]、氢能[50]等可再生能源备受关注。同时,学者们意识到驱动机制研究对促成高效、可靠、可持续能源系统低碳转型的必要性,开始加大对能源系统低碳转型驱动机制的研究力度(如低碳投资行为等[77])。第三阶段,“Storage systems”“Small-scale”“Smart”“Geopolitics”和“Grassroots”等关键词频繁出现(边缘部分的黄色圆圈标注),进一步拓展了第二阶段形成的研究框架。该阶段研究侧重于对储能系统[51]、智慧能源技术创新及应用[92]、新兴商业模式(如小规模分布式可再生能源并网)等课题的探讨,同时增加了对利益相关者(如基层居民)、潜在冲突以及能源转型风险的关注。

《图9》

图9 能源系统低碳转型管理领域的研究热点演化趋势。

《5、 延伸讨论》

5、 延伸讨论

《5.1 能源系统低碳转型管理研究框架》

5.1 能源系统低碳转型管理研究框架

通过对现有研究的统计分析,发现能源系统低碳转型管理领域的发文数量近年来快速增加,其中中国、英国和美国学者在这一研究领域发挥着领军作用。由于能源系统低碳转型管理研究具有显著的跨学科特征,因此该领域吸引了来自能源工程、环境科学和社会科学等多个学科领域的学者关注,相关研究也发表在各领域主流期刊。可以预见,在全球碳减排的紧迫现实需求驱动下,能源系统低碳转型管理问题将持续吸引来自不同地区和学科的研究人员的关注,高效学术合作是创造该领域富有价值研究的关键。发达国家学者与发展中国家学者的合作可实现学术共赢,既有助于发展中国家学者学习发达国家的能源转型经验,又能使发达国家学者在多样化的现实背景下检验相关理论知识。特别地,研究人员与来自中国、英国和美国的学者合作将大有裨益,因为上述三个国家的学者在能源系统低碳转型管理研究中扮演着重要角色。

通过样本文献关键词聚类和ESI高被引论文的深度内容分析,识别出现有能源系统低碳转型管理研究涉及的4个主题方向:低碳转型路径、低碳技术扩散、低碳设施网络规划和低碳转型驱动机制。上述4个主题方向的研究发挥着不同但相互支撑的重要作用,共同促进能源系统低碳转型发展(图10)。具体而言,考虑不同时空尺度和内外部约束的低碳转型路径研究为实现能源系统低碳转型目标提供了可选择路线,并为低碳技术推广和基础设施网络部署提供了指导方针和行动准则;低碳技术推广和基础设施网络部署则是践行低碳转型路径的关键着力点,同时低碳基础设施建设是低碳技术应用推广的重要依托;最后,来自政治、经济、社会和自然系统的多重影响因素对能源系统低碳转型产生的耦合作用机制,是上述三类研究中不得不考虑的问题。综上,上述四组研究构成了能源系统低碳转型管理研究的整体框架,需要具有不同专业知识和研究技能的学者共同开展系统性的合作研究,以促进能源系统的低碳转型发展。

《图10》

图10 能源系统低碳转型管理研究框架。

《5.2 未来研究方向》

5.2 未来研究方向

通过现有研究主题演化分析,发现“商业模式”“非政府参与者”“能源公平”“深度脱碳”和“净零能源建筑”等关键词是近期能源系统低碳转型管理领域的研究热点。这些研究热点一定程度上反映了当前能源系统低碳转型实践面临的挑战。首先,能源系统低碳转型依赖新技术和新产业发展,传统商业模型难以满足新兴技术产业发展,因此商业模式创新对推进能源系统低碳转型至关重要,吸引了越来越多的学者关注。其次,能源系统低碳转型是一项复杂系统工程,仅靠政府、企业等单一群体难以完成,故非政府参与者及其他利益相关者行为受到越来越多的关注,特别是在基层居民参与和公众能源消费行为方面。再次,能源转型引发的社会问题关注度日益增长,学者们围绕能源不公与能源贫困等社会现象开展了系列研究,可以预见,能源系统低碳转型不可避免会引致多方面的社会变化,持续吸引国内外学者关注。最后,随着气候变化日益严峻和碳减排需求日益增加,深度脱碳和零能耗建筑等更加雄心勃勃的低碳转型技术目标正逐渐成为关注焦点。

基于前述研究主题和内容分析,本文提出以下有关能源系统低碳转型管理研究的未来方向。在能源系统低碳转型路径设计方面,未来研究需要全面考虑不同低碳发展目标之间的平衡,并关注能源转型风险管理和高韧性的能源转型路径设计问题。在能源系统低碳技术扩散方面,应加强对几种前沿低碳技术的部署,特别是集成先进储能技术和智慧能源技术的多能互补系统构建。在能源系统基础设施网络规划方面,未来研究应着力于构建兼顾效率、可靠性和灵活性等多目标的高精度规划方法,并辅以及时准确的成本效益分析,因为基础设施建设通常需要大额投资并具有较长的生命周期。在能源系统低碳转型驱动机制方面,未来研究应进一步捕捉多影响因素的现实特征,突破多因素交互影响机制及集成作用机制的研究难点。

聚焦于中国情景下的能源系统低碳转型管理研究,近期研究主要关注以下几个方面。首先,受新冠肺炎疫情、国际贸易摩擦等突发事件影响,能源系统低碳转型的不确定性增加,如何应对能源转型风险、设计更具韧性的能源系统低碳转型路径已然成为当前中国政府和学者关注的重点问题。其次,中国学者长期关注促进能源系统低碳转型的政策研究,近期尤为关注碳排放交易体系(ETS)建设,如碳市场覆盖行业范围、碳排放权配额分配规则和碳定价机制问题等,因为全国碳排放权交易市场于2021年正式启动。再次,中国的能源禀赋条件和能源结构特性给化石能源替代(尤其是煤炭替代)造成了严峻挑战,中国学者亟需研讨实现化石能源平稳退出、潜在经济社会风险较低的合理转型方案[93]。

《6、 结语》

6、 结语

本文从工程管理视角出发,对能源系统低碳转型管理研究进行了文献计量综述。运用VOSviewer软件,分析了5336篇样本文献的发文趋势、作者区域、共引网络等科学计量特征。通过关键词聚类分析和166篇ESI高被引论文的深度分析,揭示了样本文献的研究主题特征,进而构建了能源系统低碳转型管理研究框架,探讨了该领域研究热点演化趋势及未来研究方向。

研究发现,近年来能源系统低碳转型管理领域的发文量呈快速增长趋势,其中多数作者来自中国、英国、美国、德国和荷兰。相关论文发表于能源工程、环境科学和与能源相关的社会科学类期刊,体现了该领域研究的跨学科特点。现有相关研究大致涉及4个研究主题,包括能源系统低碳转型路径、能源系统低碳技术扩散、能源系统基础设施网络规划和能源系统低碳转型驱动机制,这4类研究对促进能源系统低碳转型发挥着不同但相互支撑的重要作用。商业模式、非政府参与者、能源公平、深度脱碳和零能耗建筑是近期研究热点,能源系统低碳转型过程中的能源安全、经济和社会风险问题正受到越来越多的关注。此外,不同低碳发展目标的协同、能源系统低碳转型路径韧性的提升、低碳技术和基础设施网络的高效规划和部署以及能源系统低碳转型过程中的多层级风险耦合管理问题等仍有待进一步深入研究。可以预见,在能源系统低碳转型的现实需求驱动下,相关领域研究将持续增长,从不同视角出发的及时文献综述研究对识别前沿课题、建立指导理论与实践的系统知识框架至关重要。