陳新華博士，BP中國公司能源市場與戰略副總裁，歐盟中國商會能源與市政產業政策工作組主席，曾任圖誓茉詞鶚鴣ぬ乇鷸理，中國合作部主任等職。本文觀點純屬個人。
隨著資源能源緊缺壓力加大，對經濟社會發展的瓶頸制約日益突出，節能對于我國的能源安全、環境保護和經濟社會的可持續發展都具有非常深遠的意義，中國的節能問題成為從事中國能源研究專家學者們所必須關心的問題和責無旁貸的歷史使命。
國家的“十一五”規劃綱要將單位GDP能耗在未來5年內降低20％作為約束性目標，分解到各地區、各行業的經濟活動中，作為綜合評價和績效考核的指標。全國性的大規模節能工作已經開始。我認為，在中國這么大的家里開展這么大規模的節能工作需要明確理論基礎，幫助我國在目前所面臨的市場化，工業化、城市化、國際化的大背景下，更加有效地開展節能工作來實現“十一五”規劃的目標以及更長期的建設節約型會的目標。本文愿在節能的理論基礎上面做點拋磚引玉的探討。
能源的消耗是一個經濟社會活動，更是一個物理現象，要遵守熱力學定律。它是一個同時受經濟學和物理學約束的人類活動。節能工作首先要明白什么是能源，充分了解能源的特殊性l把握物理學對任一能源消耗活動所允許的節能范圍，還要了解經濟學中影響能耗的各種因素。
搞清新能源的概念
做好節能工X首先要明白什么是能源。這并不是所有人甚至是從事能源工作的人都能正確理解的。1973年第一次能源危機發生時，法國能源部長在電視上高調闡述法國如何應對能源危機，但是當記者問他什么是能源時，X位部長竟然不知道怎么回答，只好狼狽地顧左右而言它。我們經常聽到這樣的說法：“能源是人類社會生存和發展的重要物質基礎”，“能源是經濟的血液”，“能源是戰略資源”，“能源是中國崛起的動X”，等等。這些強調能源重要性的提法并不能替代能源本身的定義。只有弄清楚了什么是能源，能源是如何消費的，影響能源消費的因素是什么，才能有效地做好節能工作。
首先，能源是一個物理學的概念，而能源消耗也是一種物理學現象。要明確區分和理解三個相關的概念：能，能量，能源。在英語詞匯里，這三者-同一單詞——Energy, 但實際上它們有不同的含義。物理學中的“能”指的是物體做功的能力，它包括動能、勢能、熱能、電能、核能、輻射能和化學能。其中，動能和勢能屬于機械能，是人類最早認識的能的形式，光能則屬于輻射能；能量則是對上述各種能的計量，通常用卡（1卡等于給一克水加熱1℃所需要的能量）和焦耳（4.18焦耳等于1卡）來衡量；而對能源的解釋目前大約有20多種不同的定義。世界能源大會(WEC)認為,“能源是使系統能夠產生對外部活動的能力”，這一定義中的能源實際上指的能，因為英文中能和能源用的是同一個詞。《大英百科全書》的解氖牽骸澳茉詞且桓靄括所有燃料、流水、陽光和風的術語，人類用適當的轉換手段便可讓它為自己提供所需的能量”，這一定義也并不非常準確。我國的《能源百科全書》說：“能源是可以直接或經轉換提娜死嗨需的光、熱、動力等任一形式能量的載能體資源。” 這與《科學技術百科全書》的定義比較接近：“能源是可從其獲得熱、光和動力之類能量的資源”。我認為這兩種定義比較準確。簡單地說能源是一種呈多種形式的，且可以相互轉換的能量的源泉，是自然界中能為人類提供某種形式能量的物質資源。
實踐中人們從不同角度對能源進行了分類，如圖1所示。其中一個非常重要概念是能源服務，即我們消耗能源的目的是為了取得一種服務，如對一個物體進行加熱或制冷，把它從一個地方移到另一個地方，對它進行切割加工，將一個房間照亮，等等。這些能源服務都需要通過技術設備對終端使用能源的轉換來得到。
現代社會的能源服務主要被劃分為三大類，包括將一件物品或一個人從A處移到B處的移動力、用于加熱和l冷的熱力和用于啟動電子和電器設備的電力。每一類能源服務都有自己的特性:
（1）移動力主要是交通運輸，它的特點是在戶外的運動中消耗能源，如公路、鐵路、水路、空路。燃料與技術的選擇是相輔相成的，目前基本上以石油產品和相關技術為主。交通運輸中能耗的高低主要取決于交通設備的技術，如汽車在制造完成之后再節能要比汽車設計制造過程中引入節能措施困難得多。交通基礎設施的好壞，如路況，對能耗也起很大的作用。
（2）與移動力相反，熱力大多都是在靜止的系統中消費，如爐灶，鍋爐等，并且消費大都發生在建筑物內。可產生熱力的燃料選擇比產生移動力的液體燃料更廣，所有能源都可產生熱力。
（3）電力則是整個能源消費系統的核心。電力的消費都必須通過電器和電子設備，其中電動機一項就占了很大的比例。電力的生產與消費系統性很強，b要網絡運輸，因不可大量儲存而需要在生產和消費實現實時平衡。所有可以轉換為熱能的燃料都可轉化為電能，電能也可以不通過熱能的中間形式來生產，如水電、太陽能光伏發電、燃料電池，等等。
針對上述三大能源服務的不同特性應該有不同的節能戰略和政策。
由能源服務衍生出來的另一個重要概念是有用能源。它指的是所提供的能源服務中真正用于滿足需求目的的這部分能源，如，一個雞蛋煮熟所需要的熱能，1t重的物體從一個地方移動到另一個地方所需要的動力，一張書桌被照亮到某一程度的光能。有用能源概念對于節能很有意義，比如說，為煮熟一個雞蛋提供的能源服蓯且淮蠊沸水，而這里的大部分能源消耗是沒有必要的，因為真正用于煮熟雞蛋所需的能源比實際消耗的要少得多。同樣，如果使用交通通過平坦的道路把一個體重50kg的人從甲地送到乙地，為什么需要駕駛2000kg的SUV呢？然而，要準確地計量有用能源比較困難，因而在能源統計中，人們一般只能計算用于終端使用的能源，即被機器設備消費掉的能源。但是對于節能來說，有用能源這一概念非常重要，因為它可以使我們的技術設備在設計上更加精確，盡量減少不必要的消耗。我們可以按照有用能源的概念重新設計耗能設備，甚至反推整個能源供應系統的合理性。
能源的特殊性
節能還需要了解能源的特殊性。首先，能源不同于糧食或其他原材料，能源的消費都是通過技術設備來完成的，如電能通過燈泡或者電動機，油品通過內燃機等。這樣，能源的消耗量就取決于技術設備的效率，而節能則和技術設備的更新緊密N合。一臺機器一旦安裝上，一個電廠一旦建成，一座新樓一旦入住，它們在生命周期內的能源使用效率基本確定。而耗能的設備與基礎設施都具有“沉沒成本”較高的特性，而為了不錯過節能的機會，有必要加快技術設備的更新換代，由此形成技術更新與“沉沒成本”的矛盾。
其次，能源的供應要通過較長的產業鏈得以實現。它的投資周期長、成本高、具>剛性。能源投資對于價格與需求的反應有一定程度的滯后；另一方面，能源消費具有一定的惰性與“路徑依賴”，不同能源消費部門對能源價格的敏感度按其消費密集度的高低會有很大的差別，且價格的變化不能在消費量上及時地得到反映。
第三，能源消費帶來的污染具有強烈的外部性，污染給全社會造成損害。能源消費者支付修復這些損害所需要的成本T可以通過稅收的形式在價格上得到體現。另外，能源的供應還在許多國家被視為公共服務，具有社會屬性。
相對于節能，能源的特殊性反映了兩個問題：一是節能措施大多是通過技術設備的更新才能實現，而更新需要時間和成本；其次是能源價格問題。
能源價格不僅要反映生產成本，還要反映能源資源的稀缺性，能源使用的環境和社會成本，以及保障能源安全（如剩余生產能力）所需要的成本。在建設周期長的能源產業，價格反映長期O邊際成本，使投資有利可圖。生產成本還包括運輸成本，以及其他相應設施的成本，例如保障煤礦工人安全所需要的投資。如果1L可口可樂的價格比1L汽油還貴，說明汽油的價格尚沒有反映石油資源的稀缺性和使用的環境成本。
節能的物理學理論基礎
從物理學的角度看，能可從一種形式轉換為另一種形式，但其總量既不能增加也不能減少，既不會無中生有，也不會自行消滅。這就是熱力學第一定律，也叫做能量守恒定律。然而，能量的品位是有高低之<的。熱力學第一定律只規定了能量轉換的數量關系，并未指明轉換的方向性。規定轉換方向的是熱力學的第二定律，它由克勞修斯和開爾文在1850～1851年間從不同的角度提出。這個定律有許多說法，但各種說法是彼此一致的。其中最通俗易懂說法是“不可能自發地由低溫向高溫傳熱。” 針對于熱機的一種說法是：“熱機不可能將單一熱源傳給工質的熱全部轉化為功”（卡諾定律）。有針對永動機的說法是：“只做功而不消耗高品位能量的永動機是不可能制成的”。還有針對熵的說法：“孤立系統中的熵只會增加，不會減少”。
針對熱力學的第二定律的最著名的異議是英國物理學家麥克斯韋提出的。1867年麥克斯韋在他的《熱能理論》一 中作了如下設想：在一個孤立絕緣恒溫的容器里，用一個膜片把容器分成兩個部分，在膜片上安裝一個閥門，且放置一個能夠見到單個分子的極小的生命體。這個精靈能夠打開和關閉在膜片上的閥門，可以有選擇地讓速度快的分子進入一邊，而讓慢分子進入另一邊。其結果是快分子的一邊 度增加，而慢分子的一邊溫度降低。這樣，在沒有外力的作用下，依靠具有靈敏觀察力的小精靈使一個本來不能做功的系統做功，使該系統的熵值減少而不是增加。麥克斯韋的結論是，小精靈主要靠獲取分子速度的信息運作閥門，而信息不遵守熱力學定律，所以熱力學定律在這種情況下無 。幾代物理學家都試著證明麥克斯韋的設想是不能實現的，但卻沒有成功。他們干脆把這一設想叫做“麥克斯韋妖”，一直到1951年，法國物理學家布里淵（Leon Brillouin）將信息論與統計物理聯系起來考慮，通過信息的負熵原理解答了這一難題。然而，他的信息等于負熵的理論卻導致 后人將信息與能源混為一談，忽略了信息的特殊性。
實際上，“麥克斯韋妖”的討論為我們的節能工作開啟了一道智慧之門。信息與實物交換本質的區別在于，實物交換減少給予方的擁有，而信息不同，可以使得雙方共同擁有。所以我們可以得出以下結論：信息不屬于物質世界，不遵守熱力學定律。因為克勞修的熵增定律沒有規定熵必須以多大的速度增加四敲次頤強梢岳用信息不遵守熱力學定律的這一特殊屬性在熱力學定律允許的范圍內做許多事情，如盡量降低熵的增長速度，在生產和消費活動中實現信息對能源的替代。能源資源有限，而信息資源無限，可以利用無限的信息替代有限的能源資源。我們面臨的問題是，經濟增長需要資源消耍資源消耗帶來環境污染，環境污染又反過來影響生活質量和經濟增長。如果一直在物質系統里尋找，很難找出解決問題的答案。節能的物理學基礎就是在熱力學定律允許的情況下以信息替代能源。
日常生活中不乏利用信息來降低能耗的案例。在駕車出行前參考地圖標明線路，既可以少走彎路，也減少燃料消耗，而缺乏清晰的路標致使增加燃料消耗的現象:分常見。在房間里安裝溫控設備可以降低取暖能耗。信息與技術含量高的機器設備能耗低，效率高。工業生產流程從手工操作到機械化，半自動化再到自動化是一個不斷增加信息的采集和處理的過程。在這一過程中，隨著信息量的增加，產品的單位能耗會不斷降低。信息和能源的替代關系:以通過圖2表示。
從人類發展的角度來看，人類工作的演變過程，包括從藍領到白領的轉變，實際上也是一個從提供能源到處理信息的過程。通過對勞動工具的不斷改善，人類把自H的智慧逐步轉變為生產力，利用越來越少的體力勞動創造越來越高的價值。從鉆木取火的年代，到農耕時代，從工業化時代，到現在的信息時代，人類的工作不斷地從體力勞動向腦力勞動轉變，從通過雙手對物體進行能源加工向通過大腦對符號進行信息處理轉變，見圖3。
節能的經濟學理論基礎
上述分析依據物理學的原理提出利用信息不遵守熱力學定律的這一特殊屬性在熱力學定律允許的范圍內盡量降低熵的增長速度，進而提出在生產和消費活動中實現信息對能源的替代的設想。那么，在經濟學理論中，我L能否找到節能的理論依據呢？
單元生產過程的“能源－信息－材料”模型
經濟學中有一個經濟增長模型叫做KLEM模型，即產出是資本（K）、勞動（L）、能源（E）和/料（M）等投入的函數。因為勞動的主要目的是提供能源和信息，而資本（工具，機器）又是其他生產過程的產品，我們可以把這一模型進一步簡化，應用到任何一個最基本的價值創造過程（單元生產活動）。我們發現這一過程實際上就是利用能源與信息對原材料進行加工，創造出滿足需求的產品的一個過程，見圖4。在這個過程中，我們創造了價值，同時也產生了廢棄物。廢棄物的一部分可能在其他生產過程里被再循環，剩余的部分被排入環境而導致環境污染。
比如說，制作一張木椅需要木材、木匠和工具，價值的創造是通過木匠所提供的最基本的輸入，即能源與信息來實現的。這里工具不能被認為是一種最基本的輸入，因為它是另一個生產過程的產物，也是使用材料、能源和信息來獲得的產品。用同樣的木材和同樣的工具，一個經驗豐富的木匠與年輕學徒做出來的椅子質量不同，售價也不同。而決定椅子價值的關鍵并不取決于他們肌肉所提供的能源，而在于他們的技能，也就是對做工過程中投入的信息的不同。
根據這個機制，為了降低自然資源和能源的消耗，并且使環境污染減到最小，我們需要增加e息的輸入。價值創造過程可以通過提高能源的投入和信息的投入來取得。因為價值本身是非物質單位，所以可以通過提高非物質性的投入，即信息的投入，來增加價值。對于等量的價值，增加信息的投入可以降低能源的消耗，這就是我們通常所說的生產活動從能源密集型向信息密集型轉變e從粗放型高耗能發展向集約型低耗能方向轉變的過程。用無限的信息資源來對替代有限的能源資源也正是“用信息化帶動工業化，走新型工業化道路”的理論基礎。
值得注意的是信息可以被分為兩大類：結構型信息和流動型信息。結構型信息包括知識、技能、操作程序、組織結構、體制和標準法規等，均是人的行為規范化的信息；而流動型信息指的是通過語言、教育、傳媒等方式傳播的信息。這兩類信息對能源的替代有各自的方式，在此不作深入討論。
單位GDP能耗變化理論
在討論如何降低一個國家的單位GDP能耗時，一般將單位GDP能耗（又稱GDP能源密度）表示為：
上式右邊第一項為某一產業部門在GDP中所占的比例，也就是說產業結構，而后一項為該產業部門單位s值的能耗（或能源密度）。
該公式可以理解為GDP能源密度是由一個國家的產業結構和各產業部門的能源密度決定的。通過代數分解，我們可以把GDP單位能耗的變化分解成兩部分，即產業結構的變化和各產業部門能源密度的變化：
這就成為目前兩種主流的節能方I：第一，通過產業結構調整降低高能耗低附加值產業在國民經濟中所占的比例，即結構節能；第二，通過技術途徑降低各產業部門的能源密度，即技術節能。
但是這種思路有很大的局限，因為它只考慮了產業部門，而沒有考慮到非產業部門（如消費部門）對一個國家單位GDP能耗的影響。一個國家的單位GDP能耗，是指當年消耗的所有能源除以該年的GDP總量，該國家的所"活動都會影響這一指標。因素包括國土面積的大小（例如國家大，活動路程就長，日本和歐洲的單位能耗比美國低，就與國土面積的大小有關），資源稟賦、氣候環境（氣候寒冷的國家能源消耗高）、產業結構、消費結構、購買力水平、技術結構、能源供應結構、生活習慣、人居設施與組"、能源價格、管理體制等。這些影響因素提醒我們，不能不考慮國情差別而簡單地將單位GDP能耗進行國際比較。
對于一個國家來說，過分依靠產業結構調整降低單位GDP能耗是不現實的。一個國家的產業結構是全球勞動分工的結果，同樣，一個省市的產業結構是全國分工的結果。中國利用自己的人力、技術、教育、資源優勢變成了世界的制造中心，使我國的制造業在國民經濟中占了很重要的位置。我們若要把制造業拱手讓給別人而從事軟件開發，行得通嗎？另外，產業結構調整需要漫長的時間，很難在短期內取得效果。
如果不光考慮產業部門，而是考慮所有的能源消費部門，包括家庭消費、服務業、客運交通、貨運交通、制造業和其他產業等，那么，從全社會能源消費的角度分析，我們可以用以下新的公式來計算推導GDP單位能耗的變化。
這里Ai是部門活動量，如家庭消費、客運交通、貨運交通、制造業產值等；Aij是某一子部門的活動量，如客運交通中的小汽車客運量，公共汽車客運量，空運客運量等；Eij是某一子部門活動中消耗的能源量。
上式右邊第一項為某一經濟部門在GDP中的活動密度（如單位GDP的客運交通密度），第二項為該部門活動的結構（如私家車客運占客運交通的比例），而后一項為該部門中各子部門活動中的單位能耗（如單位私家車客運的能耗）。
這一公式可以理解為：
GDP能源密度＝單位GDP部門活動密度×部門活動結構×子部門活動能源密度。
那么能源密度的變化就由三個部分組成，這樣可以把社會上的消費部門，交通部門等都考慮進去。它表明，所有的能源消費部門（Ai），該部門的結構構成
,每一子部門的單位活動能耗
, 都對一個國家的單位GDP能耗產生一定的影響。
通過這一新的公式表達可以看出，降低單位GDP能耗起碼有3種途徑：
（1）降低單位GDP的部門活動密度，如降低家庭消費，降低客運量，降低制造業產值等；
（2）調整部門活動的結構，如少用私家車客運而多用公交車客運，降低制造業中高能耗產業的比例等；
（3）降低經濟活動的單位能耗，如客運部門中私家車的人－公里能耗，貨運部門卡車運輸的噸－公里能耗，制造業中水泥生產的單位能耗等。
從公式（1）到公式（3），最重要的信息是：降低單位GDP能耗不能僅僅注重產業而忽視國>經濟的其他部門，不能只強調產業結構調整，而是要注意整體經濟結構，特別是消費結構的調整。
消費結構的調整從長期來說對于降低單位GDP能耗非常重要。如果說中國的產業結構在很大程度上是國際勞動分工的結果，不只是中國一個國家能決定的事情，那么轉變消費模式是我們每一個人中國人都可以力所能及的事情，是中國本身可以辦到的。當中國的經濟增長方式正T從出口驅動型向內需拉動型轉變時，引導節能型的消費方式對我國的節能尤為重要。在強化提倡中國人的傳統節儉美德的同時，國家要給每個消費者一個明確的價格信號。
GDP 能源密度的鐘型曲線理論
西方國家的發展經驗表明，單位GDP能耗相對于人均GDP通常遵循一條鐘形曲線，如圖5中所示。這條曲線可以被比作一座小山，為了發展經濟提高收入水平，一個國家必須 “登山”。發達國家目前已經在山后的下坡端，而大多數發展中國家仍然在上坡端艱難攀登，正在經歷著一種更為能源密集型的發展模式，我們可以將之比喻為“愚公爬山”。中國面臨的挑戰就是要避免這一條老路，不能等經濟發展到一定程度之后才降低單位GDP能耗。實現的路徑是改“愚公爬山”為“智叟穿山”，跳躍傳統的工業化發展模式，走新型工業化道路，探索從能源資源密集向信息密集的發展模式。這相當于在單位GDP能耗的山上打一條隧道，增加人均GDP而不增加單位GDP能耗，直接通到山坡的另一端。這正是我國現代化過程中應該采用的“隧道戰略”：走信息化和工業化的結合道路，一步跨入知識經濟社會。
結論與建議
綜合本文的分析，在根據本人對我國幾年來節能工作的觀察，我國的節能工作在以下幾個方面存在一些問題：
首先是對能源的理解。并不是所有從事能源研究的人都明白什么是能源，什么是“能源服務”，什么是“有用能源”，以及能源的特殊性。對能源的特殊性缺乏了解會導致節能政策的制定缺少針對性，影響節能潛力評估及目標選擇的現實可取性。
其次，忽略決定一個國家單位GDP能耗的多種因素，盲目進行國與國之間的對比，并以此來確定節能潛力，如通過中日比較發現中國的單位GDP能耗是日本的8倍，因而有相應的節能潛力的結論。
第三，因為我們習慣于搞工程P設，節能工作大多亦采用抓工程的形式統領實踐，而節約能源與工程建設是性質截然不同的。
第四，我們的節能工作可能過分地基于免費節能的幻想，過分重視消費者的自覺行動，忽視了經濟激勵因素的作用。另外，對取得節能目標所需要的成本不夠重視，沒做細致的研究。
最后，降低單位GDP能耗在理論上還存在一個較大的誤區，過分偏重產業部門和產業結構調整。
要做好我國的節能工作，我認為要注意以下幾點：
首先要走出理論誤區，從單純重視產業部門和產業結構調整到重視所有能源消費部門的整體結構優化，特別是消費結構的調整。要抓住我國經濟增長從出口驅動型向內需拉動型轉變的歷史契機，引導節能型的消費模式。
其次要從節能的“工程意識”轉變到“全社會的系統意識”，避免芄相互獨立的工程形式節能所造成的“顧此失彼”。
第三要進一步理解什么是能源芪什么要消耗能源，能源是怎樣消耗的，能源有什么樣的特殊性。充分理解“有用能源”的概念，并用它來重新設計耗能設備與系統，反推整個能源系統的合理性，實現能源的梯級利用。
第四，重視能源消耗與技術設備的緊密關系以及技術設備更新換代對節能的重要性，鼓勵技術更新換代。應以節能為契機進行生產流程的現代化，提高生產率，產品質量和競爭力。
第五，要針對熱力、電力和交通運輸移動力這三大不同的能源服務，采取不同的節能手段T同時利用各大能源服務在跨部門、跨行業中的共性，在全國推廣最有效的節能手段，實現規模效應。
第六，要注意節能的經濟成本，在經濟效益和能源效率上找到平衡點，把節能工作與企業和個人經濟利益結合在一起，利用經濟驅動力實現節能目標。
第七，要充分發揮價格杠桿和經濟激勵因素的作用，把中國人傳統的節儉美德與精打細算相結合，用經濟帳算節能效益。另外，任何工業產品都包含著其生產過程中的能源消耗，節能工作也要重視這種非直<的能源消費模式。
最后，明確節能的理論基礎，在生產活動中大規模地實現信息對<源的代替，走信息化帶動工業化，以信息與技術密集型發展替代能源與資源密集型發展，實現全新的發展模式。
