能源转型与经济转型关系探析

郭 兆 晖

(中共中央党校 经济学部，北京 100091)

能源转型与经济转型关系探析

郭 兆 晖

(中共中央党校 经济学部，北京 100091)

能源使用与经济增长之间的关系一直是经济学界探讨的热点。传统主流经济学理论从牛顿经典力学出发，认为单纯加快经济增长速度就可以促进经济转型。而新的经济学思想按照热力学定律纠正了这种错误，并把能源转型作为经济转型的关键因素。在中国环境承载能力已达到上限的情况下，必须实现经济与环境的协调发展，用新能源与互联网有机结合形成的第三次工业革命来推动从化石燃料支持的工业文明向生态文明转变，这应是中国经济转型的根本方向。

能源转型；经济转型；热力学；生态文明

传统主流经济学理论从牛顿经典力学出发，错误地认识了经济活动，认为单纯加快经济增长速度就可以促进经济转型。而新的经济学思想从热力学规律出发纠正了这种误解，并重新解释能源转型对经济活动发展的重要意义与关键作用。中国只有推动从化石燃料支持的工业文明向新能源支持的生态文明转变，才能实现经济发展的根本转型。

一、传统经济学理论对经济活动的误解

经济学理论的核心目标一直是对经济活动的认知与研究。亚当·斯密、马歇尔、凯恩斯等一批西方经济学理论的开拓者，将牛顿经典物理学作为经济学的框架，使用严谨的数学方法来阐释当时正在兴起、完善的市场经济，使人们深刻地理解了市场经济运行、发展的规律。

牛顿的经典物理学是基于牛顿总结于17世纪、发表于《自然哲学的数学原理》的牛顿三大经典力学基本运动定律所构建起来的，具体包括牛顿第一定律，即惯性定律；牛顿第二定律，即加速度定律；牛顿第三定律，即作用力和反作用力定律。亚当·斯密根据牛顿第一定律，认为市场的运行惯性一旦形成，会促使市场精确地自动运行，而人天生的利己性是作用在市场上面的外力，维持着“惯性”。这种“力”就是“看不见的手”，它可以控制着整个市场的调整与运行。

马歇尔则受到牛顿第三定律的启示，把买方与卖方视为一对作用力与反作用力，也就是把供给与需求视为一对作用力与反作用力，用这样的逻辑关系阐述经济系统中矛盾的两个方面的变化与运动。马歇尔把供求关系描述为市场活动的最根本规律。市场以与牛顿第三定律类似的方式进行自我管理、运行，即供给与需求就像两个物体之间的一对作用力和反作用力，供求关系相互调整，最终达到均衡的状态。其中的“力”就是价格机制，如果消费者对商品与服务的需求上升，厂商则会相应地提高价格；如果价格过高，便会导致消费者的需求下降，进而使厂商降低价格来刺激需求。凯恩斯的思想可以找到牛顿第二定律的影子。随着大萧条的爆发，凯恩斯发现单纯依靠“惯性”，即“看不见的手”不能够使市场自行达到均衡状态，需要有一种能产生“加速度”的“外力”，改变调整市场的原有的惯性运行状态。这种“外力”就是“看得见的手”，即政府要发挥自身作用，采用合理的宏观调控手段来使市场达到均衡状态。

但是，以牛顿的经典物理学解释市场运行机制存在诸多问题，其中，核心问题是牛顿的物理学世界中只涉及速度与位置两个概念，是建立在相互独立的个体物质基础上的，并没有考虑时间发展及其过程。牛顿的经典物理学在牛顿的宇宙观中，所有的机械运动在理论上都是可逆的；在牛顿的数学理论中，每个时间点都有相对应的负时间存在；在牛顿的运动定律中，时间的概念是一种绝对的时间，没有过程的概念。因此，牛顿的经典物理学对于我们理解经济活动的本质并没有重大价值，也不足以成为经济学理论的基础。牛顿的经典物理学误导了我们对经济活动的认识。在现实的经济活动中，所有的经济行为，如能源和原材料的采集、运输、利用、损耗及废弃的过程都是不可逆的。

二、用热力学重新认知经济活动

直到19世纪，物理学家用能量守恒定律将热力学第一定律与第二定律统一起来之后，才真正形成了一个可以精确描述经济活动的科学基础。但是，经济学一直陷入牛顿力学的泥淖中无法自拔，并进一步陶醉其中。

热力学第一定律，即能量守恒定律可以表述为：“自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递过程中能量的总和不变。”德国物理学家克劳修斯和英国物理学家开尔文分别于1850年和1851年提出了热力学第二定律的不同表述。这两种表述在理念上是等价的。克劳修斯的表述为：“不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。”开尔文的表述为：“热无法百分之百转为功。”

我们可以一块燃烧着的煤炭为例，来直观地说明热力学第一定律与第二定律。在燃烧的过程中，这块煤炭所蕴含的能量并没有消失。相反，它被转化成了二氧化碳、二氧化硫和其他气体，排放到大气层中。尽管能量仍然存在，但我们不可能将这些分散在大气层中的能量重新还原成煤的形态并加以利用。克劳修斯创造了一个术语“熵”(Entropy)来表示那些不可以再利用的能量。克劳修斯发现，当能量由一个较高的、较集中的形态转化成分散的形态，即由高温的形态转化为低温的形态时，熵会增加[1]。例如，蒸汽机之所以能做功，是因为蒸汽机系统里的一部分很冷，而另一部分很热。换而言之，要把能量转化为功，一个系统的不同部分间就必须有能量集中程度的差异(即温差)，当能量由高温转化到低温时，它就做功了。更重要的是，每一次能量从一个温度转化到另一个温度，都意味着下一次能做功的能量减少了。

按照热力学第二定律的原理，能量是从高温的地方向低温的地方传递、转移，由一种有序和集中的形态向混乱和分散的形态转化。克劳修斯由此分析，自然界的发展过程是从有序到无序、从复杂到简单，最后达到宇宙“热寂”的退化过程(熵会随着时间的流逝而累积，当熵增加到最大值时，有效能量已经全数转化为热能，所有物质温度达到热平衡，这种状态称为热寂)。而达尔文从进化论角度分析，生命体从单细胞生物到人类这种复杂有机体的发展过程是从无序到有序、从简单到复杂的进化过程。从表面现象上看，物理世界和生物世界似乎有着截然不同的发展方向及规律，这导致了热力学和进化论之间的矛盾。诺贝尔化学奖得主普里高津创立的耗散结构理论解决了这一矛盾[2]。

根据耗散结构理论分析，形成耗散结构的过程需要外部环境更大的无序化为代价。由此推论，人类有序化发展的进化过程需要以人类周边的生态环境更大的无序化为代价。而把人类与其周边的生态环境视为一个开放系统，从整体上看，它是朝着无序化不断发展的，依然符合热力学第二定律。所以，热力学第二定律与进化论是辩证统一的。

建立在牛顿力学基础上的新古典经济学认为，人类周边的生态环境是取之不尽、用之不竭的，只有人类通过劳动将生态环境转化为商品与服务(我们称之为“生产性资本”)，生态环境才能体现其价值。经济活动是一项推动地球无限制的物质进步的线性过程，只要自由市场机制存在，“看不见的手”便可以自动调节供求关系。而热力学定律告诉我们截然不同的事实：经济活动只是从人类周边的生态环境“借用”了低熵的能源，把它转化成有经济价值、暂时性的商品与服务。但是在转化过程中，散失到生态环境中的能量比生产出的生产性资本所蕴含的能量大得多。因此，实质上，经济活动只是以降低其所依赖的能源效用等级为代价创造暂时性的经济价值。

三、单纯加快经济增长速度不能促进经济转型

建立在牛顿力学基础上的经济学把生产率定义为固定投入下的产出比率，经济增长速度越快，生产率越高，额外回报也越大。但是在热力学标准下的生产率应该是固定产出下的熵值。实际上，我们对生产和流通速度的追求最终是以消耗额外的能量为代价的，能源使用越多意味着浪费越多，自然界中的熵也在不断增加。我们一直认为，通过加快经济活动的速度可以节约能源，但从热力学的角度来考虑，事实却恰恰相反。

新古典经济学家大谈特谈生产率和经济增长是衡量固定投入下的产出比率的指标时，他们所指的投入仅仅是资本和劳动力。新古典经济学的代表人物罗伯特·索洛把影响经济增长的因素分解为资本、劳动，以及资本、劳动之外的余值(被称为“索洛余值”)，而曾经有经济学家分析工业国家的实际经济增长率的时候，人均资本投入只能解释经济增长的14%，而剩余的86%(即索洛余值)无法解释。索洛自己也将这一余值称为“我们无知的度量”。

德国物理学家莱纳·屈梅尔涵盖能源、资本和劳动投入的增长模型，并对美国、英国和德国在1945—2000年间的发展进行测量，最终发现能源正是“我们无知的度量”。

现代社会中每项经济活动都离不开能源的驱动，这些研究告诉我们，日益提高的将能源和原材料转化为有用功的热力学效率是生产率提高和工业社会经济增长的主要原因。但是，熵损失的重要作用也不可忽视。我们时刻不能忘记每当我们使用额外的能源加速经济进程时，必须将所获得的商品与服务的价值同散失到生态环境中的熵进行衡量。

四、把能源转型作为经济转型的关键因素

热力学规律认为，每一个旧的经济时代都是以能源危机而终结的，每一个新的经济时代都是以新型能源机制的引入而发端的。初期，新型能源的开采、加工和运输成本较高，随着技术进步和经济规模扩大，成本将会不断降低，熵的流动会不断加强。直到最后，原本丰富的资源变得稀缺，长期以来不断累积的熵值导致人类社会难以承受，出现能源危机，经济便开始衰落，需要另一种新型能源的出现，来提升经济活动，这描绘出了一幅新的经济规律图式。

按照热力学定律的思想，美国学者里夫金在其著作《第三次工业革命》中总结了人类经济发展的历史，发现新型能源系统的出现，加之其与新型交通、通信技术的融合，将推动经济转型的到来[3]。当前的能源转型是从以煤炭、石油及天然气为代表的化石能源向新能源转型；新能源指太阳能、风能、水能、生物质能、潮汐能等。利用新能源产生的熵，不会在地球上累积；而化石能源消耗产生的熵会累积在地球上，影响地球的生命过程。随着工业化的进行，我们越来越依赖于有限的化石能源，尽管这种做法短期内非常便利，但是长期来看是不经济的。

自第一次工业革命以来，以煤炭、石油为代表的化石燃料的使用，已经成为经济增长的基础，但是化石燃料总量不大，不可能在人类的可预见的未来再次生成。而这些化石燃料一经燃烧，以二氧化碳、二氧化硫和其他气体形式发散的能量就不能再做功，而且二氧化硫又导致了区域性生态破坏，如酸雨等，二氧化碳则直接导致了全球气候变化。

在20世纪的大部分时间里，石油的价格极其低廉，因此很少有人注意其背后的隐忧。而现在石油价格节节攀升，导致能源价格高涨。同时，化石燃料燃烧造成的环境、生态问题已经极大地影响了各个产业。长久以来，经济活动在环境中所累积的污染物已经大大超过了环境循环处理废弃物和补充能量的速度，最终将会导致任何过度攫取自然资源的经济体制走向坟墓。

发达国家通过“先污染、后治理”的模式，正在努力地“漂白”两次工业革命的发展给环境造成的巨大污染。但是随着以化石燃料燃烧的人为温室气体排放被证明是全球气候变化的“元凶”之后，由于温室气体受地理区域束缚，会全球扩散，并会长期在大气累积，因此，全球无论哪个国家过量排放温室气体，都会对任何一个国家造成影响。工业革命留给我们的污染物不再是区域性堆积，而是一地产生、全球弥漫。

生态环境问题不再是区域性问题，而是一个全球性问题。联合国环境署和世界气象组织成立的政府间气候变化委员会于2015年发布的第五次评估报告提出警告：人类正在改变地球的气候体系，二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等三种主要的温室气体目前已达到80万年以来的最高浓度。全球必须在2100年之前把温室气体排放减少到零，否则恐将引发生态和社会灾难。气候变化汇集的风险十分巨大，如果温室气体继续以失控的速度排放，有可能会让几代人在消除贫困和饥饿上取得的进步停滞甚至逆转。更可怕的是，地球本身就是由气圈、水圈、岩石圈及生物圈构成的紧密联系的“活球”，但是化石燃料造成的温室气体排放不仅影响气圈，更会对水圈、岩石圈及生物圈造成了巨大的损害，全球气候变化已经为人类及生态系统带来了极端天气、冰川消融、永久冻土层融化、珊瑚礁死亡、海平面上升、生态系统改变、旱涝灾害增加及致命热浪等众多灾难。

改革开放以来，中国经济建设取得巨大成就。世界银行2014年统计显示，从1978年以来，中国年均GDP增长率达到9.83%，在全球206个国家和地区居于第二位。2015年上半年，中国国内生产总值29.7万亿元，同比增长7.0%，外汇储备余额为3.69万亿美元，居世界第一位。但中国的经济增长奇迹是建立在消耗了大量能源与原材料、排放了环境已经难以承受的污染物的基础上的(详见下表)。

表 中国生产的原材料与能量(2014年)及排放的废弃物(2013年)的统计数据

注：原煤、粗钢、水泥、氧化铝中国数据来自国家统计局，世界数据来自互联网；二氧化碳数据来自《2014全球碳预算》(http://cdiac.esd.ornl.gov/GCP/carbonbudget/2014/)；人口数据按国家统计局公布的2014年人口13.6782亿计算；化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物中国数据来自环保部；二氧化硫、氮氧化物占比为2008年联合国环境署模型推算数值

在中国环境承载能力已达到上限的情况下，必须实现经济与环境的协调发展，用新能源与互联网有机结合形成的第三次工业革命来推动从化石燃料支持的工业文明向生态文明转变，这应是中国经济转型的根本方向。

首先，中国已经成为“世界工厂”、制造业第一大国。但是中国不仅面临着发达国家“再造”制造业的巨大影响，还面临其他新兴市场国家的日益增大的挑战。2009年，墨西哥超过韩国和中国，成为世界第一大平板电视生产国，墨西哥还是双开门冰箱的第一大生产国。中国制造业在面对诸多挑战的背景下，急需向以新能源和互联网为基础的第三次工业革命升级过渡。同时，也要加大扶持第三次工业革命的推动主体——中小微企业的发展，这需要政府加大减免中小微企业的税负，减少审批权限，使资金流向实体经济。

其次，第二次工业革命以来，农业逐步发展成石化农业。石化农业的核心是大规模的毁林垦田和机械化连片种植，是化肥、农药的过度过量使用。从全球范围看，人类在农业生产取得巨大发展的同时，对地球生态环境也造成了严重的破坏。过度使用化学农药，化肥等造成了全球生态环境的持续恶化及粮食危机。由于长期实行主要依赖投资和增加物质投入的粗放型经济增长方式，中国农业生态环境恶化问题更加突出。为此，应通过能源互联网推动生物技术的发展，进而推进农业的低碳化、生态化发展，减少农业污染物的累积。

最后，在第三次工业革命的浪潮下，金融业也要进行变革。虚拟资本应当考量生态环境的发展，协助实体经济的可持续发展，吸引越来越多的金融市场参与者投入应对生态环境危机和发展低碳经济的领域中来。通过金融市场发现价格的功能，调整不同经济主体利益，支持新能源技术发展，鼓励、引导产业结构优化升级和经济增长方式转变；化解生态环境危机的风险，通过市场设计，以最低成本降低整个经济体系的生态环境成本，有效分配和使用国家环境资源，落实节能减排和环境保护目标。

[1] 里夫金，霍华德.熵:一种新的世界观[M].上海:上海译文出版社,1987：103.

[3] 里夫金.第三次工业革命[M].北京:中信出版社,2012：47.

[2] 普利高津.从混沌到有序[M].上海:上海译文出版社,1987：215.

[责任编辑：房宏琳]

2015-05-17

国家社会科学基金青年项目“生态文明竞争力评价指标体系研究”(14KS012)

郭兆晖(1985—)，男，讲师，经济学博士，从事生态文明、低碳经济学研究。

F299.2

A

1002-462X(2015)10-0100-04