太阳能和风能等清洁能源技术受益于自我强化的动态机制，例如边做边学、规模经济和网络效应
随着可再生能源渗透率提高，它可能因市场价格下跌、收入波动和弃电而削弱自身的经济可行性，这一现象也被称为“蚕食”。
本文首次发表于 Carbon Brief，请点击此处阅读。
全球向清洁能源系统的转型远不止是技术的转换，更是市场、产业和社会行为的深刻变革。
这一复杂进程的特点通常是“非线性”和“反馈回路”：微小的变化可能产生不成比例的巨大影响，看似直接的路径也可能遭遇意想不到的障碍。
干预措施可能具有自我放大效应，导致失控式变化；也可能具有自我抵消效应，使进展看似无法实现。
我们的新政策简报揭示了这些错综复杂的动态，而政府在使用基于标准经济思维的分析框架时，往往会忽视这些动态。
该简报梳理了系统变化与行为的最常见原型，以及驱动这些变化的底层反馈回路，旨在帮助政策制定者理解那些能够加速或阻碍进展的重复模式。
能够识别这些模式，以及如何利用或规避这些模式的政府，很可能更有能力管理结构性变革。
本文探讨了政策简报中的三个关键案例，分析它们如何影响能源转型，以及可从中总结出哪些有助于有效决策的经验。
太阳能增长远远超出了21世纪初做出的预测。
强化反馈回路
能源转型的核心是一个强大的引擎：许多清洁能源技术在研发与推广过程中固有的强化反馈回路。
这一良性循环通过多种机制运作。
首先是“边做边学”，这意味着随着太阳能电池板或风力涡轮机等技术的产量增加和部署范围扩大，制造商和开发商会变得更加高效，工艺不断优化，成本下降。
其次，规模经济开始发挥作用：产量增加时，由于制造效率提高和供应链更加成熟，单位成本随之降低。
最后，更广泛的部署可能引发网络效应以及互补性创新的出现。这意味着，随着某一技术的采用率增长，它可能催生由配套基础设施、技术人才和配套技术构成的生态系统，从而进一步提升其吸引力和可行性。
这三个要素共同形成了一个强大的强化回路：初始投资推动创新和成本降低，进而刺激需求增长，吸引更多投资。
太阳能光伏（PV）和风力涡轮机是这一动态的典型范例。
太阳能的惊人增长生动地说明了强化反馈回路如何能够让专家和政策制定者措手不及。
太阳能增长远远超出了21世纪初做出的预测。事实上，2020年全球实际装机容量超过700吉瓦（GW），是2006年发布的展望中预期水平的10倍以上，如下图所示。
全球太阳能部署超出预期，是因为各个市场呈现出不同的趋势和驱动因素，但这些因素共同指向同一方向。例如，中国的风电和太阳能装机容量已达到其2030年目标，提前六年（相对原定计划）于2024年完成。
电池也顺应这一趋势发展，成本急剧下降，过去十年间下降了约85%，这得益于部署规模的扩大，尤其是在道路交通领域。
然而，并非所有清洁能源技术都能从这种自我放大模式中受益。
例如，核电和水电历来未能出现同样快速的成本下降，这是由于它们规模庞大、结构复杂且具有场地特异性。这与太阳能光伏等规模较小、模块化且可复制的技术特征形成对比。
这并不否定此类技术的潜在作用，但确实意味着它们不太可能实现颠覆性、指数级且自我强化的增长。
对政策制定者而言，有若干潜在结论。
在转型初期，诸如上网电价补贴和公共采购曾对启动太阳能和风能的这些强化反馈发挥了关键作用。
随着这些技术逐渐成熟并具备成本竞争力，重点转向消除其他障碍，例如简化许可流程、投资电网扩建和市场改革，以使其更好地整合可变可再生能源出力。
这些相同的原则现在可以应用于新兴的清洁能源技术。直接培育这些强化回路的政策，例如部署补贴和清洁技术强制性要求，预计在初始阶段最为有效。
回到太阳能的例子，尽管这些早期努力看似代价高昂，但随着时间推移，它们通过释放未来的成本降低而获得了回报，从而启动了如今正在推动进一步发展的自我放大反馈回路。
这与一种观点形成对比，即碳定价必然是最有效的脱碳政策。该政策可能确有帮助，但由于它不会推动技术在早期快速普及，因此在转型初期不太可能产生自我放大效应。
可再生能源的“蚕食”现象
尽管可再生能源的增长是能源转型的驱动力，但另一种被称为“可再生能源蚕食”的系统动态可能起到抑制性反馈回路的作用。这可能潜在地在实现全面脱碳之前很久便减缓进展。
这一蚕食过程导致太阳能和风能等可变可再生能源（VRE）发电所获得的电价不断下降。
从本质上讲，接入电网的太阳能和风能装机容量越多，它们就越会削弱自身收入。这通过三个主要渠道实现。
首先是优先次序效应，即太阳能和风能运营成本极低，当供应充足时，它们会将成本较高的化石燃料发电机挤出市场。
在采用边际定价的市场中，这会导致可再生能源高产出时期的批发电价走低。虽然这至少在短期内降低了消费者的电费，但这些较低的价格也减少了可再生能源发电商的收入，可能削弱进一步投资的经济依据。
例如，在加利福尼亚州，2013年至2017年间，太阳能渗透率每提高一个百分点，太阳能发电的单位收入便下降1.30美元每兆瓦时（MWh）。
其次是价格波动，即对未来发电组合趋势以及供需平衡的不确定性，可能使长期收入难以预测。
这种增加的不确定性可能提高资本成本，给新的可再生能源项目带来阻碍，再次抑制投资
例如，英国在引入“差价合约”（CfDs）之前就经历了这一问题，该机制有助于稳定可再生能源开发商的收入预期。
第三是体量风险，即可变可再生能源装机容量的增加会提高更频繁发生弃电的可能性——即可再生能源发电超过需求或电网容量的时段，迫使发电商缩减出力并损失潜在收入。
弃电本身并不是新现象，但其规模和频率正在变化。近期的分析由伦敦大学学院进行，表明若无显著的灵活性或储能，英国可再生能源发电到2030年可能在超过50%的时间内超过需求。
该分析发现，如图所示，已安装的风能和太阳能装机容量即将激增，超过当前的电力需求水平，并认为若不采取行动解决这一问题，这可能会“阻碍投资”新项目。
这些抑制性反馈回路体现了典型的“成功的局限”情景。可再生能源自身的成功，若不加以管理，可能形成阻碍其持续扩张的条件。
这里的政策影响较为复杂。一种解决方案是差价合约（CfD），它为可再生能源发电商提供固定价格，在许多国家已被证明能有效缓解优先次序效应和价格波动，从而维持投资。
然而，随着可变可再生能源渗透率变得非常高、过剩发电日益常见，可能还需要其他解决方案。这是因为现有差价合约设计通常包含的条款会在停止支付，即当市场价格跌至零以下时。
因此，可考虑替代性的差价合约设计，这类设计以装机容量或发电潜力而非实际发电量为依据保障收入，或许值得考虑，尽管它们存在其他缺点。
更根本的是，我们的研究表明，应对这一挑战的解决方案在于促进可再生能源与储能和绿色氢能生产等技术的共同演进。这些技术能够吸纳过剩发电，将问题转化为机遇。
尽管传统上人们可能认为，市场本身即可实现风险的最优分配，研究表明，可能需要重新设计市场结构，以促进投资并充分实现新技术的成本节约机会。
这是在一份独立的新报告中讨论的多组反馈之一，该报告今日发布，着眼于中国电力行业的转型。
我们的研究表明，如果政策制定者采用系统思维方法，将能更好地管理和引导转型。
连接的力量
能源转型并非不同领域中一系列孤立的变化。相反，它是一个相互关联的系统，其中一个领域的进展可以促进其他领域的变化。共享技术可以产生强化反馈，加速多个方面的脱碳进程，并产生跨部门协同效应。
清洁电力与交通电气化之间的关系便是一个有力的例证。随着电池在电动汽车（EV）中大规模部署，其成本下降，进而推动部署范围不断扩大和成本进一步下降，如下图所示。
这归因于上文讨论的边做边学和规模经济反馈。
这一成本下降进而使电池在电网级储能领域更具可行性，而这反过来又有助于将更多低成本的可变可再生能源（VRE）整合进电力系统。
更便宜、更清洁的电力进一步激励交通以及供暖和轻工业的电气化。这种电气化程度的提高增加了对可再生能源电力的需求，从而推动太阳能和风能的进一步部署及成本下降。
这还扩大了需求侧响应的潜力，即消费者调整其用电行为以帮助平衡电网。
类似的动态预计也将出现在“绿色”氢能领域。随着某一关键行业（或许是化肥或炼油）的部署推动电解槽成本下降，绿色氢能在船舶运输乃至电力行业长时储能等其他应用中将更具竞争力。
每个行业采用绿色氢能都有助于共享学习和成本下降，使所有行业受益。
这些跨行业协同效应的政策意义可能十分重大。例如，它们的存在表明，无需等待电力行业脱碳进一步推进，即可开始交通、供暖或工业的电气化。
这与以下观点形成对比：即只有在削减电力行业排放之后才应推进交通电气化，因为电动汽车充电增加将推高对燃气或燃煤发电的需求。
虽然为新电动汽车接入电网会带来边际排放增长，但本简报中的洞见表明，同时在多个领域推进摆脱化石燃料的转型仍很可能更为有效，因为这能激活有益的跨行业反馈回路，其效果大于各部分之和。
因此，我们的研究表明，希望利用跨行业协同效应的政策制定者可以致力于有意加强能源系统不同部分之间的技术联系。
具体措施包括：电价和市场结构奖励“智能”电动汽车充电及车网互动（V2G）服务，鼓励工业企业参与需求侧响应，并推动综合家庭能源系统。这些相互作用可以放大早期投资转型所带来的效益。
世界经济论坛如何推动清洁能源转型？
能源与材料中心汇聚各界领袖，帮助人们理解正在重塑能源、材料和工业体系的复杂转型。该中心提供一个平台，用于探讨能源安全、可负担性与可持续性之间如何相互交织。
通过跨价值链和跨区域的合作，该中心推动共同路径，帮助合作伙伴围绕切实可行的解决方案达成一致，实现安全、低碳且公平的转型。
系统动力学的政策洞见
清洁技术的自我强化式增长、可再生能源自我蚕食的可能性、跨行业协同效应的加速作用，以及我们新报告中描述的其他七种原型，共同勾勒出一幅远非线性的转型图景。相反，我们发现转型受复杂的相互依存关系和反馈回路所支配。
因此，我们的研究表明，如果政策制定者采用系统思维方法，他们将更有能力管理和引导转型。
识别这些反复出现的模式，有助于设计更稳健、更有效的政策，以预见挑战并把握机遇。
例如，理解技术扩散中强化型反馈回路的力量，凸显了对新兴清洁能源技术给予早期支持的价值。
反之，预见可再生能源自我蚕食的抑制效应，则表明将可再生能源建设与不断演进的市场设计以及对储能和需求侧响应等灵活性解决方案的战略投资相结合，可能带来益处。
能够理解并顺应这些动态的政策制定者，更有可能推动自我放大的变革——以最小投入获取最大价值——并避免那些徒劳无功的自我抵消式干预。
