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倪维斗院士全球能源转型及我国能源革命战略系统分析

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11 月 5, 2023

编者按:当前,全球能源体系面临公平、供应安全、绿色发展挑战,不确定性严峻。 全球能源体系结构转型迫切需要强有力的全球治理。 能源的商品属性要求各国建立完善的市场机制来促进能源贸易。 只有能源体系、治理体系、市场机制的全面完善,才能推动世界能源体系向碳资源利用更加低碳、水平更加合理的现代化方向转变。

中国工程院倪维斗院士科研团队在中国工程院学报《中国工程科学》2021年第1期撰文,提出了能源“SEGO”系统分析方法战略分析,从能源挑战、能源体系、能源治理和能源市场四要素及其关系出发,对全球能源转型和我国能源革命战略进行系统分析和总结。 文章指出,世界面临能源公平、能源安全、能源绿色化等多重能源挑战,缺乏强有力的全球能源治理导致全球能源体系整体转型缓慢。 预计中国将在推动全球能源体系转型方面发挥更加积极的作用。 积极的作用。 我国能源可持续发展正在逐步推进,面临能源革命过程中能源系统整合等挑战。 但其政治意愿坚定,有效推动能源转型,实现能源消耗少、排放少。 文章建议,我国能源革命要从经济、社会、生态环境的全景视角,做好能源发展的整体系统优化和全流程精细化管控,特别是共建的深度协调。不同类型能源网络之间的共享和共同监管。 加快新能源技术和新产业颠覆性创新。

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一、简介

推动能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系,是我国能源发展的重要战略。 2016年,国家发展改革委、国家能源局印发的《能源生产和消费革命战略(2016-2030年)》提出“四革命一合作”战略任务。 从系统层面看,“四革命一合作”不是孤立的,而是一个内部联系紧密的有机系统。 随着我国全球化进程不断深入,也有必要从全球能源发展的角度审视中国的能源生产和消费革命战略,推动能源转型,促进经济社会发展和生态环境保护。

为了对能源战略进行系统分析,本文结合可持续发展、能源体系、社会治理、市场运作等因素,建立了SEGO(可持续发展、能源体系、社会治理、市场运作)方法,分析全球能源转型和我国能源革命,提出推进我国能源革命进程的建议。

2、研究方法

能源战略可以理解为:特定社会组织为应对能源可持续发展挑战,从社会治理全局角度提出的能源体系发展总体规划。 该规划主要影响能源市场的运行,最终影响能源系统的物理构成和技术性能,以实现特定的社会治理和可持续发展目标。

本文采用SEGO方法对能源策略进行系统分析(见图1)。 该方法由 4 个基本要素组成:

①与可持续发展相关的能源挑战,简称能源挑战;

②能源供应、转换、消费和基础设施的物理系统,简称能源系统;

③与能源相关的社会治理,简称能源治理;

④与能源有关的市场运作,简称能源市场。

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图1 SEGO能源策略分析方法框架示意图

(1)能源挑战

能源是可持续发展的必要支撑条件。 可持续发展的能源挑战是指特定社会组织为满足人们日益增长的需求,因能源、资源、环境面临的制约而提出的一些问题和现象的质疑。 国际应用系统分析研究所(IIASA)将全球能源挑战分为三类:能源公平、能源供应安全和能源绿色化。

为应对能源领域的挑战,不同国家和地区需要根据实际情况做出调整。 比如,对于发展中国家来说,经济发展仍然是国家发展的首要任务。 中国能源可持续发展的目标是满足经济发展的电力需求,保障能源安全,保护公众健康和生态环境,消除能源贫困。 因此,在分析特定国家或地区的能源挑战时,首先要明确社会组织的需求; 其次,要明确不同能源挑战的优先顺序,确保更加合理应对能源挑战。 第三,要分析特定地区的社会条件和资源环境。 和其他边界条件; 最后,识别当前环境下的能源需求,明确满足能源需求所面临的可持续发展挑战,以更好地应对。

(2)能源系统

能源系统是能源转换和利用的载体。 它是将能源资源转化为社会生产和生活所需的特定能源服务形式(有用能源)的过程。 能源利用链包括来源、运输、转换、分配和最终使用五个过程。 世界各国的能源系统存在差异。 面对可持续发展挑战,能源系统优化是必要举措,迫切需要对能源系统进行深入分析。

能源系统分析以系统整体优化为目标,对能源系统从生产到终端利用的各个环节进行定性和定量分析,为决策者提供参考。 进行能源系统分析时,首先必须明确研究区域能源系统的组成和结构,确定系统边界和相关环节和部门以及物理系统运行的原理,并利用模型和方法描述区域能源系统的概况。区域能源系统。 在此基础上开始研究,收集相关数据填充模型,分析系统变化的规律和影响。 最后,结合能源面临的挑战,找到能源物理体系中存在问题的根源,并提出改进措施和可行的解决方案。

(三)能源治理

能源领域的公共产品属性和外部性是亟待治理解决的突出问题。 根据联合国的定义,治理是指行使经济、政治和行政权力来管理国家和地区各级事务。 能源治理是指社会如何在提供能源服务方面进行治理,通常包括决策的参与者、机构和流程,涉及能源相关参与者,如政府、非政府组织、公司、公民、公私伙伴关系和议程与能源规则相关的制定、谈判、实施、监督和执行程序。

当前,国家和全球层面支持能源治理的目标都是应对可持续能源发展的挑战,但侧重点有所不同。 国家能源治理主要是应对能源供应安全挑战,全球能源治理主要是应对能源公平和能源绿色化挑战。

(四)能源市场

能源市场是指商品与能源商品进行交换的市场。 能源市场的运行主要涉及开发和利用能源的人或组织的日常行为和相应机制。 能源市场运行研究分析是能源战略系统分析的重要组成部分。

(5)SEGO方法的整体统一

SEGO 方法的四个要素总体上是统一的。 能源挑战是根源,能源体系是主要载体,能源治理是手段,能源市场是传导机制。 它们共同构成了能源与生态、环境、经济、社会等融合、互联的复杂动态。机制已成为能源系统战略分析中不可或缺的组成部分。

四要素之间的联系是:为了有效应对能源挑战,首先要了解能源系统的基本构成、发展趋势和未来技术选择; 实现能源体系转型调整,需要建立能源治理层面的一体化协调机制; 由于地区间能源治理模式存在差异,利益相关者也不同。 能源作为一种商品,必须通过市场从生产者传递到消费者,才能实现能源的最终利用。 因此,有必要认识能源市场的运行机制,探讨利益冲突问题,使能源体系转型在能源治理的干预和引导下更好地满足全社会的能源消费需求。

具体来说,能源挑战应根据世界或国家在能源发展中已经遇到或可能遇到的困难来解释世界或国家面临的能源发展困境; 能源体系应重点关注目标地区的能源生产结构、消费结构等。 ; 能源治理要以一定区域能源治理结构为核心,明确权力结构和治理模式,提出改革建议; 能源市场旨在明确一定区域能源市场的主要利益相关者,理清能源市场主体之间的关系和冲突,为市场体制机制的发展提出建议。

3. 全球能源转型及其影响的系统分析

(一)全球能源挑战

根据IIASA对全球能源挑战的分类,能源公平是指为全人类提供负担得起的能源服务。 目前,全球仍有超过26亿人无法获得现代能源服务,能源公平问题主要受能源供应和能源成本影响。 一定地区能源的稳定供应取决于稳定的能源运输。 由于能源商品危险且难以保存,稳定的能源运输在一定程度上依赖于能源基础设施。 对于经济发展水平落后的国家来说,基础设施投资不足,导致基础设施建设严重滞后,无法保障能源稳定输送。 此外,能源的有限性要求人们为他们使用的能源付费,特别是在能源资源禀赋有限的地区。 能源运输成本和关税推高能源价格,进一步加剧能源贫困。

能源供应安全是指能够为能源系统各部分日益增长的能源需求安全供应能源,防范和减少能源相关风险和间歇性供应中断,不断扩大储能能力。 传统能源安全主要指石油的供应安全,但在现代能源安全理念中,电力也被视为能源安全的重要组成部分。 能源供应安全问题本质上源于资源分布不均。 当一个国家对能​​源进口产生依赖时,能源供应安全问题就变得尤为重要。 但当前世界能源市场机制的不完善,导致能源被一些国家垄断,加大了其他国家发生能源供应危机的风险。 此外,资源、市场、基础设施等也是能源供应安全问题的诱因。

能源绿色化是指在能源生产和利用过程中,从较低比例使用绿色能源的状态逐步过渡到较高比例使用绿色能源的过程。 能源绿色化主要解决环境保护和生态两个问题。 其中,环境保护问题主要包括空气、水和土壤的管理; 在生态方面,不合理的能源结构导致生态系统出现异常现象,如全球气候变化、臭氧层空洞等。

过去,人们一直致力于利用化石能源来解决能源贫困和供应安全问题。 然而,化石燃料的过度使用带来了显着的负面影响,难以同时兼顾绿色能源。 因此,为了尽可能同时实现能源公平、能源供应安全和能源绿色化,首先需要从能源系统方面提出更适合目标要求的解决方案,即:物理系统级别; 其次,能源与国家安全、地区安全密切相关,社会治理结构及相关制度应与能源发展相适应、协调,形成实现能源转型立体目标的制度保障。 最后,在已经形成的地方能源市场的基础上,在区域和世界层面形成更加完善的市场机制,充分发挥市场的资源配置和优化配置功能。

(2) 全球能源系统

重塑世界能源体系需要各国共同努力、协调应对,推动能源体系发生重大、根本性变革。 尽管清洁能源、绿色能源的概念逐渐被认可和青睐,但化石能源的主导地位尚未出现明显削弱的迹象。 据国际能源署(IEA)统计(见图2),2016年,煤炭、石油、天然气三大传统化石能源占一次能源总产量的81.4%,仍占据绝对地位。核心地位和主导地位。

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图2 2016年全球一次能源产量分布

尽管化石能源仍然是解决能源贫困等挑战的主要途径,但对该路径的过度依赖使全球生态系统承受巨大压力。 为解决这一困境,主张控制化石能源消费总量,同时注重内部结构的合理调整。 从IEA基于电热当量法绘制的2016年能源桑基图可以看出,在能源终端消费方面,全球约65%的石油用于交通运输领域,67%以上的煤炭用于运输领域。用于电力工业,全球约58%的煤炭用于电力工业。 %的天然气用于工业和建筑业。 从总体消耗来看,全球约28.8%的能源用于工业领域,28.8%用于交通领域,33.3%用于建筑领域。 由此可见,工业、交通、建筑三大领域对化石能源的依赖程度依然较高。 具体来说,宏观层面,全球能源利用结构固化问题依然严重,亟待从物理结构上调整能源终端消费结构。 微观层面,交通运输行业对石油能源的依赖程度较高,可通过采用先进发动机设备、大力发展新能源汽车、燃料电池等来降低; 工业部门对煤炭依赖程度较高,有关部门需出台更加严格的监督管理措施,加强政府机构对工业企业能源利用的合理指导,结合税收等行政手段调整能源利用结构; 在建筑领域,从使用分布式、可再生、易得的清洁能源入手,发展清洁低碳的建筑能源消费结构。

(三)全球能源治理

全球治理是指全球视角下的社会治理。 它包括两种模式:一是强调多主体参与、多边力量共同领导的全球治理模式; 另一种是个别国家掌握主要权力的超级大国模式。

世界大多数国家希望形成更加平等互利、有利于维护世界和平稳定和经济发展、多边力量共同主导的全球治理模式。 能源是国民经济的重要命脉,在国际政治关系中发挥着重要作用。 在全球多边政治权力竞争过程中形成的联合国等国际组织,一直围绕能源领域进行控制和协调。 此外,为了促进世界或地区能源安全和可持续发展,一些致力于能源治理和控制的国际组织也逐渐形成,如石油输出国组织(OPEC)、IEA等。

当前全球能源治理的主要问题是,面对美国长期的超级大国地位,国际组织在能源治理中发挥的作用有限。 但世界大多数国家希望形成的多边力量主导的全球治理模式与美国希望延续的超级大国模式之间的博弈带来了更多不确定性。 与此同时,各国在能源领域相互争斗也很常见。 因此,全球能源治理现状不仅给能源清洁低碳发展带来挑战,也给世界各组织权力变革带来历史机遇。

(4) 全球能源市场

能源作为一种商品,在全球范围内流通和交易,因此从市场角度分析能源问题具有重要价值。 能源市场的主要形式是能源商品现货交易、期货交易和能源技术合作共享。 世界能源贸易体系由能源生产国、过境国和主要消费国组成。 世界贸易组织(WTO)等国际组织提供上层统一指导和协调(见图3)。 同时,金融机构作为金融市场的重要参与者和中介服务机构参与能源交易; 一些跨国公司因其业务涉及世界多个地区的市场,可以提供增值服务或在国际贸易中具有参与优势。 它还将参与能源贸易。 以世贸组织为代表的国际组织作为能源贸易的最高协调和管理体系,控制着整个贸易条款的签署和贸易的实施。

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图3 世界能源交易体系模型图(简单)

在能源贸易过程中,由于一些国家结构性力量的存在,一些超级大国通过世贸组织、金融机构、跨国公司等对能源贸易产生较强影响和干预。 为此,应建立以市场为核心的能源商品交易机制,促进能源商品化,充分发挥市场优化资源配置功能。 同时辅以必要的区域治理和社会治理结构优化,建立更加成熟的能源运行体系。

(五)总结与启示

当前,全球能源体系面临公平、供应安全、绿色发展挑战,不确定性严峻。 化石能源在全球一次能源生产中占主导地位。 全球能源体系结构转型迫切需要强有力的全球治理。 然而,国际组织在能源和气候变化领域的领导能力有限。 地区冲突和发展目标不同,导致世界能源难以建立统一的领导体系。 能源的商品属性要求各国建立完善的市场机制来促进能源贸易。 只有能源体系、治理体系、市场机制的全面完善,才能推动世界能源体系向碳资源利用更加低碳、水平更加合理的现代化方向转变。

全球能源系统现状分析对中国具有启示意义。 首先,能源体系的有序转型和健康发展离不开有效统一的国家治理。 在能源问题上高度统一领导、高效坚决执行,利国利民。 其次,能源的商品属性不容忽视,能源市场是连接能源生产转化端与消费利用端的重要桥梁。 中国应积极参与世界能源市场体系建设,为世界能源体系发展做出贡献,同时也使我国能源体系不断走向成熟。

四、我国能源战略分析及启示

(一)我国能源挑战

作为发展中国家,我国除了面临能源公平、能源安全和能源绿色化等世界共同的三大能源挑战外,还需要协调好经济发展与能源挑战的关系。 我国能源可持续发展面临五大能源挑战:能源需求巨大且持续增长、油气进口依存度快速上升、常规环境污染严重、农村和小城镇清洁能源服务匮乏、温室气体巨大且快速增长气体排放。

1、能源需求巨大且不断增长

我国能源需求总量巨大。 2018年,我国一次能源消费总量达到4.58×109吨标准煤,占世界一次能源消费总量的23.6%。 与此同时,我国能源需求持续增长。 例如,2007年至2018年,我国能源消费年均增速达到3.9%。 为此,我国的目标是:到2030年,能源消费总量控制在6.0×109吨标准煤以内,到2050年,能源消费总量基本稳定。

2、油气对外依存度快速上升

我国能源资源禀赋具有“富煤、贫油、少气”的特点。 2018年,我国原油进口总量4.6×108吨,进口依存度达到72.9%。 天然气对外依存度也快速上升,从2007年的2%上升到2018年的43.7%。

3、日常环境污染严重

我国常规环境污染和生态破坏问题仍然十分严重。 常规环境污染主要包括空气污染、水污染和土壤污染,以及臭氧层破坏、持久性有机物污染等问题。 经过长期治污工作,我国整体环境得到较大改善,但问题仍然存在:部分地区全年好天气天数比例仍不足60%;部分地区全年好天气天数比例仍不足60%; 磷污染问题突出,19.7%的断面超标; 部分重质有色金属矿区及周边耕地土壤环境问题较为突出。

4、农村和小城镇清洁能源服务缺乏

与城市相比,农村地区缺乏高效、清洁的能源服务。 体现在:能源公平问题突出,能源消费水平较低; 大量使用劣质散煤,燃煤污染排放严重; 能源基础设施落后; 可再生能源利用率低。

5、温室气体排放量巨大且增长迅速

2018年,中国能源相关二氧化碳排放量达9.43×109吨,占全球能源相关碳排放总量的27.8%。 2008年至2018年,我国能源相关二氧化碳排放量年均增加2.02×109吨,年均增长率3.2%。 2015年,我国在巴黎气候变化大会上做出承诺,二氧化碳排放量在2030年左右达到峰值,并力争尽快实现。 2030年后,我国将面临控制碳排放总量的国际压力,这将对我国能源发展提出更加严峻的挑战。

我国上述能源挑战中,不断增长的能源需求是为了满足我国经济发展所需的电力需求。 农村和小城镇地区清洁能源服务的缺乏是一个能源公平问题。 油气对外依存度快速增长,是能源安全问题。 、环境污染和温室气体排放是能源绿色问题。 总之,对于我国来说,最重要的问题仍然是为经济发展提供能源,同时逐步解决现有的能源公平、能源安全和能源绿色问题,确保能源可持续发展。

(二)我国能源系统

1965年至2019年一次能源消费量(见图4)和消费结构(见图5)变化表明,我国一次能源消费量从1.87×108吨标准煤增加到4.83×108吨标准煤,年均增长率为6.25%; 能源相关CO2排放量从4.89×108吨增加到9.83×109吨,年均增长率5.74%; 这一时期,煤炭始终占据主要能源地位,但其比重从87.0%下降到57.4%。 。

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图4 中国一次能源消费历史变化曲线

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图5 中国一次能源消费结构变化曲线

能源资源的粗暴利用给我国的社会、环境、气候带来了诸多问题。 为了解决这一问题,近十年来能源发展逐渐进入转型期。

一方面,能源消费持续增长。 2009年,我国一次能源消费量首次位居世界第一,成为世界第一能源消费国。

另一方面,能源转型成效显着。 2007年至2018年,由于能源消费总量控制,能源消费年均增速大幅下降至3.89%; 可再生能源消费量年均增长12.54%; 非化石能源占能源消费总量的比重由5.9%提高到13.9%; 煤炭占能源消费总量的比重从73.7%下降到58.3%,2014年首次实现负增长,能源相关碳排放2014年也首次下降。

当前,我国能源发展正处于从高速发展向高质量发展的过渡阶段。 协调好满足经济发展和人民美好生活需求的关系,实现清洁低碳、安全高效的目标,是我国能源体系未来发展的重要课题。

(三)我国能源治理

在我国能源治理中,政府发挥决定性作用,组织利益相关方形成能源治理制度和规则,并对其他利益相关方进行指导和监督。 中央把握能源治理主旋律和大方向,提出能源发展战略目标和实施方案。 各级地方政府在此基础上制定本级能源发展规划,实现自上而下的能源治理。

The energy governance behavior of the Chinese government is specifically reflected in: In terms of political awareness, saving resources, protecting the environment, and enhancing sustainable development capabilities are the consensus of previous national leaders in my country. From the perspective of improving the ecological environment as one of the goals of building a well-off society in an all-round way, To the concept of ecological civilization that “lucid waters and green mountains are golden mountains and silver mountains”, while adhering to the economic development as the center, we continue to increase the emphasis on sustainable development. In terms of national strategic planning, the country’s plans for the energy sector are mainly reflected in the formulation of five-year plans. In short, by carrying out the energy revolution, optimizing the energy consumption structure, and improving energy utilization efficiency, a clean, low-carbon, safe and efficient modern energy system will be established in our country.

Stakeholders in energy governance include the government, civil society groups (industry associations, non-profit organizations, etc.), energy companies, citizens, etc. These stakeholders play different roles under the leadership and organization of the government.

Facing the energy challenge of sustainable development, my country still needs to further strengthen energy governance: while maintaining economic growth, control the total energy consumption; improve the primary energy consumption structure, further reduce the proportion of fossil energy, and increase the use of renewable energy; Improve energy utilization efficiency, promote advanced energy utilization technologies, and gradually eliminate outdated production capacity; improve the level of end-use energy services, and further promote the electrification of end-use energy services.

(4) my country’s energy market

The main operation form of my country’s energy market is basically the same as the trade model and the world energy market, that is, the main form of my country’s energy market operation also includes direct trade of energy commodities, cooperation and sharing of energy technology, and trading of energy futures; The basic model includes energy producers, transporters and consumers, with unified guidance and coordination at the upper level by government departments.

The main differences from the world energy market are:

① The Chinese government’s coordination and guidance capabilities at the upper level are much higher than those of international organizations, and it plays a greater role in the energy market;

②The vast majority of transporters and producers in my country’s energy market are played by state-owned enterprises, and energy prices can be adjusted according to the actual needs of the region;

③Compared with the development of the world energy market, the futures market development of my country’s energy market is not perfect enough.

(5) Summary and Enlightenment

In the face of my country’s challenges in terms of energy fairness, energy security, energy greening, and economic development needs, it is necessary to further strengthen the optimization of my country’s energy system while understanding the development status of the energy system, including strengthening the design of passive systems and strengthening the foundation Connect facilities, promote energy-saving technologies, enhance energy system flexibility and renewable energy consumption capabilities. In order to optimize the energy system, it is necessary to make strategic adjustments in energy governance, and the implementation of energy governance-related measures requires the use of effective policy tools to guide the operation of the energy market. In the future, it is still necessary to further improve the relevant systems and rules of energy governance, while continuing to promote the marketization of energy and improve the energy market.

5. Conclusions and policy recommendations

(1) Main findings

This paper proposes a set of “SEGO” energy strategy system analysis method, and discusses the global energy transition and China’s energy revolution from the aspects of sustainable development, energy system, energy governance and energy market operation.

The world faces multiple energy challenges such as energy equity, energy security and energy greening. Due to the lack of a strong global energy governance system, it is difficult for countries’ energy strategies to be effectively integrated and implemented consistently and effectively at the global level, resulting in an overall slow transformation of the global energy system. China is expected to play a more active role in promoting the transformation of the global energy system. active role.

my country’s energy challenges are becoming increasingly complex and severe. However, due to firm political will, a series of energy strategic consensuses of “controlling total volume and adjusting structure” have been formed, effectively promoting energy transformation and achieving less energy consumption and emissions. However, with the increasing requirements for deep energy conservation, the large-scale introduction of renewable energy, and the development of information and communication technology, energy system integration (the core is infrastructure) will become a huge challenge and a major opportunity. The development of China’s energy system should carry out global system optimization and full-scale fine management and control from a panoramic perspective of the economy, society, and ecological environment, and ensure the depth of co-construction, sharing, and co-regulation among various types of energy networks such as electricity, heat, and fuel. Collaborate to accelerate disruptive innovation in new energy technologies and industries such as renewable energy and information and communication technology.

(2) Policy recommendations

1. Strengthen leadership and management, and establish the concept of “putting energy conservation and low carbon first, and resolutely curb waste”

In all aspects of energy governance such as policy guidance, development planning, market supervision, and financial support, we must firmly establish the concept of “energy conservation and low carbon first, and resolutely curb waste.” In order to strengthen energy strategic decision-making and overall coordination, under the leadership of the National Energy Commission, each major region has established an inter-regional energy committee to strengthen the overall leadership and management of major regions in promoting the energy revolution, and to do a good job in overall system optimization and energy development. Fine control throughout the process.

2. Strengthen the “two coordinations” and make relevant plans for the energy revolution

At the national and regional levels, strengthen the coordination of energy planning with economic, social, and ecological environment planning; at the same time, strengthen the coordination of inter-regional energy planning, introduce long-term plans for cross-provincial and municipal energy revolutions and five-year energy development plans in major regions, and actively promote Energy transformation enables the relevant requirements of the energy revolution strategy to be implemented concretely.

3. Guided by promoting innovation, vigorously deepen energy market reform

Accelerate the research and introduction of effective policy tools, further promote the opening of the energy market, return to the nature of energy commodities, and encourage private capital to enter more fields. Allow each major region to innovate independently, accelerate the subversion and innovation of new energy technologies and industries, propose unique energy market reform plans suitable for the region, and strengthen the exchange and sharing of regional energy market reform experiences.

4. Pay attention to the development of multi-energy collaborative technologies and systems

It is recommended that the development of multi-energy collaborative technologies and systems be elevated to the national energy strategy level and promoted as a national research project for major system projects, such as coal and biomass coupled power generation and heating technology. Encourage major regions to propose independently innovative multi-energy collaborative technology and system solutions based on their own conditions, and support demonstration applications and promotions.