第1章绪论
1.1研究背景
200多年前，一位名叫托马斯 罗伯特 马尔萨斯的英国牧师在其著作《人口原理》中描述了这样一个故事：英国某地的人均耕地丰富，因此社会繁荣发展，人口大量增长，而当人口数量增长至土地承载极限后又造成了人均耕地急剧减少，生产资料、食品价格上涨，劳动报酬下降，人均消费，特别是贫困阶层的人均消费快速下降。此时经济危机往往伴随着饥荒、瘟疫和战争而来，导致低生育和高死亡率，人口数量增长随之放缓直至快速下降，人均耕地恢复到合理水平后重新发展。基于此，马尔萨斯提出了著名的“马尔萨斯陷阱”理论：生产资料按算术级数增加，而人口按几何级数增长，因此生产资料的增加赶不上人口的增长是必然趋势。随后爆发的危机导致社会人口数量被动削减，生活资料又开始相对丰富，从而进入一个新的发展周期[1]。
除此之外，Turchin和Nefedov合著的Secular Cycles也证明了马尔萨斯周期的存在[2]。该书分析了包括中国(图1.1)在内的八个经历过社会崩溃的农业经济体，发现这些经济体都经历了数个波浪式的发展历程：在人口增长达到土地的承载能力极限之前，经济往往要增长很多年，一旦承载力受到冲击，这些经济体无一例外都进入了滞胀阶段。在此期间，人口和国内生产总值(Gross Domestic Product，GDP)增长都会放缓，接踵而至的经济危机导致GDP和人口大幅下降。这些危机以各种各样的形式出现，有客观因素导致的，如瘟疫、饥荒、自然灾害等；还有一些是由主观因素导致的，如《伯罗奔尼撒战争史》[3]中，以雅典为首的提洛同盟与以斯巴达为首的伯罗奔尼撒联盟之间为了获得更多生存空间而陷入了一场旷日持久的国家战争(修昔底德陷阱)。在动荡和崩溃之后社会秩序得以重建，为新一轮发展周期的到来奠定了基础，这一起一落为一个周期，一般为300年左右。
从历史的角度来看，人类社会发展的进程就是一部能源转型的历史，即从低品质能源向高品质能源进化的过程：从原始社会、奴隶社会、封建社会使用的薪柴，到工业革命后大量使用的煤炭等化石能源，人类活动的范围越来越大，社会运转速度越来越快，结果是经济财富快速积累，物质财富极大丰富。根据马克思政治经济理论描述，财富的来源是剩余价值的大量积累，这种财富的积累方式主要是通过剩余价值资本化后的扩大再生产实现的。资本家将通过雇佣劳动剥削得到的剩余价值中的一部分用于个人消费；另一部分转化为资本，用于购买扩大生产规模所需追加的生产资料和劳动力，从而实现了社会化扩大再生产。马克思在《资本论》第一卷中论述：“把剩余价值当作资本使用，或者说把剩余价值再转化为资本，叫作资本积累 积累就是资本的规模不断扩大的再生产 为了要积累，人们必须把剩余产品一部分转化为资本 一定价值从一定量剩余价值所借以体现的产品量，随劳动生产力而增大。”[4]实际上，劳动力也可以分为体力劳动和脑力劳动，如果把劳动中的体力劳动也认为是经济社会消耗的一种能源，那么在化石能源大量使用之前，大量体力劳动者通过剩余劳动创造的剩余价值就是剩余能源。因此，在19世纪以前，经济社会发展所需要的剩余能源主要来自体力劳动者付出的额外剩余劳动力。
19世纪工业革命以来，使用化石能源的机器大量替代人类的体力劳动，为经济社会发展生产了大量剩余能源，将人类的劳动逐渐从体力劳动释放到脑力劳动中，促进了生产力和生产资料的进一步发展，形成了良性循环。依靠大量消耗化石能源，生产力和生产资料快速增长，工厂和农田依靠使用机器提高了生产力，生产资料的加工也更有效率。不论创造的剩余价值来自体力劳动还是化石能源，本质上都是为经济发展提供的额外的剩余能源，一些学术研究中称其为净能源(Net Energy)。
净能源是指能源产出与能源投入之差，是将能源系统在能源生产过程中消耗的能源投入剔除后，真正供给经济社会所使用的剩余能源。对净能源产出情况进行分析的行为称为净能源分析(Net Energy Analysis，NEA)。净能源分析一般从净能源产出(Net Energy Yields，NEY)总量和净能源生产效率两个角度进行，其中净能源产出考虑的是净能源供应的绝对量，而能源投入回报(Energy Return on Investment，EROI)考虑的是净能源产出的相对效率。在传统的经济学中，能源的价格、产量和消费量只代表花费多少货币成本、生产了什么能源、消费了多少能源，并没有体现出为了生产和使用这些能源真正地付出了多少直接和间接能源成本，更无法体现出究竟有多少能源真正被经济社会所消耗。假设能源生产过程中的产出与投入相等，那么我们所能做的就是将化石能源从地下采出后全部投入下一次开采活动，而没有剩余产出支持其他的经济活动。据相关研究表明，人类发展指数(Human Development Index，HDI)相对较低的国家，其生产净能源的效率相对较低，即用较大的能源投入获得了较少的净能源供应。
举例来说，能源系统所需要的所有投入又可以称为能源支出(Energy Expenditure)，这些支出都是经济社会为了获得净能源而必须付出的成本，是国家总体支出中的一部分。假设国家的总支出水平是确定的，这些支出主要集中在三个方面：一部分用于保障国民的衣食住行，这一部分是必不可少的；一部分用于生产能源，这一部分也是必不可少的；另一部分则用于科学、教育、医疗、艺术和娱乐等满足国民精神层面的需求，在一些极端情况下——净能源供应严重不足时，这一层面的需求不一定能够优先满足。如果总支出中能源支出的占比太大，则意味着能源生产过程中能源投入太多，必然导致其他相对不必要的支出减少，科研、教育、艺术等与吃饱穿暖相比属于非必需的产业将不会得到优先保障支出，科学技术、教育医疗的增长将不可避免地出现停滞甚至下降，进而形成负反馈循环，导致长期经济增长趋于停滞(图1.2)。现有一些针对北美和欧洲国家的研究表明，当能源支出占总GDP的比例超过一定阈值时，经济发展将陷入滞胀。
从经济社会发展周期来看，在《人口原理》出版后的200多年间，英国、西班牙等率先崛起的资本主义大国通过开拓殖民地、推进工业技术革命及开展对外贸易缓和了滞胀时期爆发的尖锐问题，对周期性危机进行了逆周期调节，对冲了“马尔萨斯陷阱”的影响，但这并不意味着人类不会重新陷入“马尔萨斯陷阱”的桎梏里。如果说工业革命以前的约束主要来自土地资源，那么工业革命以后对于增长的约束则以其他的形式开始出现。例如，《增长的极限》中所说的全球气候变化、化石能源危机导致整个系统达到“过冲”状态，随之而来的是长期动荡直至崩溃。虽然目前可以预见的约束有多种形式，但透过表面现象来看，这些约束的本质都可以追溯到资源(包括土地、环境等自然资源)危机。人类社会发展的本质就是物质生产的不断丰富，而物质生产的原材料是自然资源。当自然资源达到约束极限时，生产资料和发展动力出现缺位，物质的生产无法满足人类社会的发展需求，“马尔萨斯陷阱”又成了高悬的“达摩克利斯之剑”。
与一般论述中不同，这里要对资源危机做出一种新的解释。虽然资源枯竭也是资源危机的一种，但真正的资源危机并不专指资源储量消耗殆尽，因为从本质上来说能源资源不会枯竭，而只是无法承担该资源的生产和使用成本，即能源生产不能给经济社会供应净能源。自然资源生产过程中要消耗大量的能源，甚至有的产品生产需要的原材料就是化石能源，能源对于人类发展的重要作用不言而喻。而自然资源不是大自然免费的礼物，如果能源生产过程中消耗了过多的能源，那么整个能源系统给其他系统的净供给就会减少，其他系统不能维持正常的运转。假设能源系统生产一个单位量的能源产出需要极大的能源投入，那么对于整个系统来说，所能提供给经济和社会的剩余“可用”能源就很少。生态系统研究的先行者Odum指出，真正对人类社会发展有贡献的能源是“净能源”[5]。因此，能源的投入和产出对于能源系统来说就是一个必须深入研究的问题。
至此，本研究的理论脉络逐渐清晰了起来。“马尔萨斯陷阱”是人类发展历程中各种危机爆发的原因，而“陷阱”的出现是各种约束限制导致的，这些约束的本质都是生产力或生产资料不足。根据马克思经济理论描述，财富的来源主要是剩余价值的大量积累，而剩余价值来自剩余劳动。工业革命后，化石能源产生了大量的剩余能源，促进了生产力的进一步发展，形成了良性循环。但是，当化石能源出现危机时，生产力和生产资料供应不足，“马尔萨斯陷阱”似乎又将重现。目前来看，化石能源虽然储量相对充足，但是优质化石能源却正在消失，为了开采、转化、生产化石能源所付出的直接成本和间接成本正在增加。而此时非化石能源的供应能否取代化石能源依然扑朔迷离(至少无法取代石油对于化工行业的重要作用)。因此，进入现代社会以后的危机实际上是净能源供应的危机，经济社会无法承担化石能源生产和使用成本，导致无法供给社会足够的净能源。考虑到净能源才是真正推动社会进步的动力源，对中国净能源供应的相对效率和绝对总量的研究就具有现实意义。这主要体现在以下几个方面。
1.经济系统可持续发展需要充足的净能源供给
传统能源经济学多从能源价格和供给两方面着手研究能源与经济的关系，容易忽视能源生产过程中能源投入的变化对于经济的影响，同时过分关注现金流从而忽视了能源生产的真正意义，为能源战略制定带来风险。净能源分析方法则主要从能源投入产出角度进行分析研究，从而在一定程度上避免了上述问题。
净能源分析的研究重点集中在绝对量和相对量上，即总量和效率两个方面。国外相关研究者采用EROI评价某种能源生产净能源的效率。EROI表示能源产出与能源投入的比值，即为了获得1个单位量的能源产出所必须付出的能源投入。EROI值越大，则意味着能用越少的能源投入获得越多的能源产出；反之亦反。Fizaine和Court研究发现，当美国能源生产的EROI值小于11∶1时，过多的人力、物力和财力直接或间接地投入能源生产过程中，导致经济发展停滞(根据当年能源强度换算后，能源生产投入占当年GDP的11%左右)[6]。这就意味着维持经济系统的稳定发展，需要能源系统的EROI保持在一定临界值之上，只有这样的能源系统才能提供充足的净能源。
2.净能源产出下降导致化石能源的净能源供给乏力
相关研究表明，全球范围内化石能源开采阶段的EROI都呈现出下降趋势，而为了维持经济增长，经济社会对于净能源的需求不变甚至增加，这导致生产1个单位能源所需要的能源投入增加，净能源产出减少。此时不仅需要更大规模的能源产出，同时由于能源生产阶段投入增加而引发碳排放随之增长，*终导致化石能源总碳排放增加。斯坦福大学Masnadi和Brandt的研究成果显示，全球范围内石油资源的EROI下降带来的能源投入增加引起了石油生产阶段温室气体排放显著上升[7]。因此，在碳排放总量限制和化石能源EROI自然递减的情况下，中国化石能源的净能源产出供应更加乏力，中国对于能源结构转型的需求更为迫切。
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。但是，目前对于中国化石能源的净能源供应潜力的相关研究相当有限，严重影响能源安全的保障和能源战略的制定。
3.对中国非化石能源净能源产出潜力的研究尤其缺乏
非化石能源替代化石能源是能源结构转型的重点，但是新的能源系统必须产生足够的净能源盈余，这才是转型的真正意义所在，才能推动经济社会发展。考虑到技术水平、资源类型、使用方式等方面的因素，非化石能源与化石能源的EROI在时间维度上显示出不同的变化规律，并且在净能源分析方法和模型方面也不能通用；此外，目前对于中国非化石能源的净能源生产效率和净能源产出分析研究特别缺乏，导致评估中国非化石净能源资源量的研究仍是空白。目前中国是世界上一次能源消费量*大的国家，每年都需要大量的净能源产出供应到各经济部门，对非化石能源净能源分析的缺乏导致难以评价能源结构转型对于净能源供应的影响。
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