第1章人类社会的基础：能源与信息
导读
（1）2015年以来，全球能源发展取得了历史性成就，特别是中国，基本形成了煤、油、气、电、核、新能源和可再生能源多轮驱动的能源生产体系。
（2）以中国为代表的发展中国家与以美国为代表的发达国家相比，发展中国家人均生活用电量和人均用电量均少于发达国家。
（3）信息及算力已成为大部分国家相互竞争的要素。未来，信息和算力将呈现快速增长趋势，全球多国都在布局相关基础设施。
1.1物质、能源与信息概述
物质、能源、信息是支撑人类社会发展的三大资源。世界由物质组成，能源是一切物质运动的动力，信息是人类了解自然及人类社会的凭据。纵观人类社会发展历程，农业社会的核心资源是物质，工业社会的核心资源是能源，信息时代的核心资源是信息。信息资源由于具有不受时间、空间、语言和行业制约的特点，广泛应用于经济、社会各个领域和部门。从一定意义上说，信息资源是人类活动的*高级财富，现代市场经济一定程度上就是信息经济，体现信息资源集聚、交流、竞争、转化的过程；同时，信息资源能够提高人们的认识及素质，是促进社会进步的重要精神力量，让人们站在更高的视点上认识世界。
1.1.1能源及其终端消费
能源，又称能量资源或能源资源，是指自然界中能为人类提供某种形式能量或可做功的物质资源。能源是可以直接或经转换成为人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。随着社会的发展，生产力越高，人类对能源的依赖程度越高。能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。如图1-1所示，纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。人类的进化发展离不开对能源的开发利用。远古时代人类学会了用火燃烧树枝来烹饪、取暖、照明等，能源利用进人了柴草时代。一直到17世纪，煤的开采和利
用开始改变人类的生活。18世纪中叶，蒸汽机的发明标志着煤炭时代的到来。19世纪中期，世界**口油井让人类步人石油时代。经过100年的开发，内燃机和电力的使用使石油的全球消耗量在20世纪60年代超过了煤炭。虽然石油需求至今仍然在上升，但是它作为传统化石能源造成了严重的环境污染，并且面临着枯竭的危机。
熵的视角揭示了一个重要的现实，即封闭的社会（没有外部输人的社会）内部问题会逐渐增多，*终导致社会被取代，但社会又是一个开放的组织及系统，与外界不停地发生着物质、能源和信息的交换。当前，全球使用与消费的能源，也正在从传统“黑色”的化石能源变为“绿色”的可再生能源。
能源是人类文明进步的基础和动力，攸关国计民生和国家安全，关系人类生存和发展，对于促进经济社会发展、增进人民福祉至关重要。在能源革命的推动下，近十年中国能源发展取得了历史性成就，基本形成了煤、油、气、电、核、新能源和可再生能源多轮驱动的能源生产体系（中华人民共和国国务院新闻办公室，2020）。其中，可再生能源开发利用规模快速扩大，水电、风电、光伏发电累计装机容量均居世界*位。可再生能源装机作为中国发电新增装机，主体地位进一步夯实，保障能源供应和推动清洁低碳转型的作用越来越突出。
随着信息时代的到来，人类对能源的需求日益强烈。对一次能源消耗量的统计如图1-2所示，使用替代法（substitution method）来统计从1965年到2023年的一次能源消耗量变化，其中，由于一次能源中传统生物质能源难以准确统计且影响较小，因此做简易处理将其忽略。由图1-2可知，从1965年到2023年，全球一次能源消耗量整体呈上升趋势。相对而言，在1965年至1980年，全球一次能源消耗量整体上升较缓。1980年以后，特别是进人21世纪后，随着经济和科技的快速发展，全球一次能源消耗量快速增长。从1965年开始，尽管每一年上升的幅度并不大，但截至2023年，全球一次能源消耗量达到了约170000TW h，相对于1965年上升了约300%。这个数据反映了全球经济活动和人类生活对能源的广泛依赖。能源消耗的种类包括化石燃料（如石油、天然气和煤炭）、核能以及可再生能源（如风能、太阳能、水能）。各国家和地区的能源消耗模式因其经济结构、工业发展水平和地理位置而异。带动能源消耗快速增长的是快速发展的经济和科技，美国这一类发达国家的能源消耗量几乎不再大幅度增长。快速发展的发展中国家20世纪时大力发展工业，到21世纪进人信息化时代对能源的消耗大幅增加。科技的进步不仅带来了经济的发展，也使全球能源面临更为严峻的挑战。
随着能源需求的增长、能源供给的多样化、全球气候的变化和人们的环境保护意识的增强，世界能源消费结构正在发生转变。虽然各国的进展和具体情况可能有所不同，但总体上，能源消费结构的转变体现为从传统化石燃料向可再生能源和核能过渡。这种转变的主要驱动力是对减少温室气体排放、应对气候变化、提高空气质量和增强能源安全的日益重视。比如，中国的能源消费结构正在经历显著的转变，由于对清洁、低碳能源的需求日益增长，以及需要缓解严重的环境污染问题和履行国际气候承诺，各项能源消费占比也在不断变化。根据国家能源局的数据，2022年中国各项能源消费情况为：煤炭消费量占能源消费总量的56.2%，比上年上升0.3个百分点；规模以上工业原油消费量20467万t，比上年增长2.9%，2016年以来*次回升至2亿t以上；天然气、水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源消费量占能源消费总量的25.9%，上升0.4个百分点。2023年全社会能源消费总量比上年增长5.7%。随着能源消费绿色低碳转型进程的加快，非化石能源消费量占能源消费总量的比重稳步提升。可以看出，煤炭和石油仍然是中国主要的能源来源，而可再生能源的占比也在逐渐提升。中国能源消费结构的具体转变体现在以下几个方面：减少煤炭消费、开发应用清洁能源、注重能源高效利用、大力发展核能、推动电动化交通。这些能源消费形式的转变旨在减少环境污染、应对气候变化，并促进能源消费的可持续发展。同时，中国还将积极推动能源多样化和优化能源供需结构，以实现经济发展与环境保护的良性循环（共研产业研究院，2023）。
图1-3展示了1990年至2025年全球电力需求的变化趋势。从图1-3（a）中可以看出，全球电力需求在这段时间内呈现出稳步增长的趋势。从1990年到2025年，按地区划分的全球电力需求呈现出显著的增长趋势。其中，中国的电力需求增长*为迅速，从1990年的约600TW h增长到2025年的10000TW h左右。亚洲其他国家、非洲和其他国家的电力需求也显示出明显的增长趋势，美国和欧洲始终保持其领先地位。中国和亚洲其他国家的电力需求显著增长，主要是由于这些地区的经济快速增长。随着工业化和城市化的推进，这些国家的制造业、服务业和居民生活用电需求大幅上升。从图1-3（b）可以看出，从1990年到2025年，美国和欧洲的电力需求份额呈现出波动的趋势。1990年和2000年，这两个地区的电力需求份额约为50%，但随后有所下降。到2025年，这两个地区的电力需求份额降至30%以下。与此同时，中国和亚洲其他国家的电力需求份额则持续上升，
到2025年分别达到33%和18%。非洲的电力需求份额也有所增加，到2025年达到约3%。
2021年，中国全社会用电量83128亿kW h，同比增长10.3%，较2019年同期增长14.7%，两年平均增长7.1%。分产业看，**产业用电量1023亿kW h，同比增长16.4%;第二产业用电量56131亿kW h，同比增长9.1%;第三产业用电量14231亿kW h，同比增长17.8%;城乡居民生活用电量11743亿kW h，同比增长7.3%。2022年，全社会用电量86372亿kW h，同比增长3.6%。按产业分类，**产业用电量1146亿kW h，同比增长10.4%;第二产业用电量57001亿kW h，同比增长1.2%;第三产业用电量14859亿kW h，同比增长4.4%;城乡居民生活用电量13366亿kW h，同比增长13.8%（国家能源局，2022;国家能源局，2023）。根据中国人口计算，2021年和2022年中国的人均社会用电量为5885kW h和6118kW h，中国人均生活用电量为831kW h和947kW h。
如图1-4和图1-5所示，在人均用电方面，中国和美国仍然有显著差距，反映了经济和发展水平的不同。比如，1965年之后，美国的人均能源消耗量远高于其他国家，这是其更发达的工业基础、更高的生活水平以及更广泛的能源利用需求所致。近几年美国人均能源消耗量变化趋于平缓，美国作为发达经济体，其每年的能源消耗量在世界范围内占据重要位置，尤其是在化石燃料（如石油、天然气、煤炭）的使用上。另外，从人均社会用电量的角度来看，美国的人均社会用电量普遍较高且上升缓慢，约12000kW h，而中国的人均社会用电量约6000kW h，美国的人均社会用电量是中国的2倍。这反映了高度发达的电力基础设施和*特的电力消费习惯。美国的人均社会用电量在很大程度上取决于现代化的生活方式和高效的经济活动。生活用电上，中国作为发展中国家与美国存在较大差距。这在一定程度上体现了美国生活设施的电力需求较大。同时，城市居民的生活用电需求通常高于农村居民，这也会影响到整体的人均生活用电量。美国作为一个发达国家，其城市化率高于我们。近几年来美国人均生活用电量已经接近高峰，上升较为缓慢，随着技术的进步和能效的提高，人均生活用电量可能会有所变化，比如，采用更高效的电器设备或可再生能源技术，可能会使人均生活用电量下降。中国正处于发展阶段，面临着一些挑战，随着经济增长和科技进步的持续推进，发展中国家面临着平衡经济发展与可持续能源利用的挑战，需要通过创新和可持续发展战略，逐步缩小与发达国家在能源消耗方面的差距。综上所述，人均用电量是一个复杂的指标，反映了国家经济结构、能源利用和技术发展水平。
1.1.2信息及其数字经济
信息，通常指的是能够通过某种方式被传递、处理和解释的数据。在现代社会，信息是一种极其重要的资源，它可以帮助人们认识世界、做出决策和开展有效的社会活动。信息可以是数字、文字、图片、声音等形式的，它通过媒介（如书籍、电视、互联网等）进行传播。在信息时代，信息带来了巨大的生产力，用信息技术手段能够提高生产效率和创造物质财富的能力。信息生产力强调知识和智力资源的重要性，与传统的以物质资源为主的生产力有所不同，它能够快速、高效地处理大量信息，提高决策的速度和准确性。信息生产力是现代社会生产力的重要组成部分，促进社会经济的发展。
在信息时代，自然资源和一般劳动力资源的作用相对下降，而知识、信息等无形资源作为重要的战略资源被嵌人了经济结构的核心，各国抢占发展主导权的主要手段之一就是算力。据预测，到21世纪中叶，知识、信息对经济增长的贡献率将由20世纪末的30%—60%上升到90%以上。现在衡量一个国家的综合实力和竞争力，不仅要看其物质和能源的拥有量，更要看其信息资源拥有量以及信息资源价值转化的水平。从一定意义上说，谁掌握了信息优势，谁就能在国际竞争中占领主动地位，人类社会正在进人以信息生产力为标志的新阶段。信息生产力是由信息劳动者、信息技术和信息网络以及适应生产与生活需要的信息资源形成
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