如何考虑行业转型路径的可行性因素——及其对能源系统建模的影响

《Energy Strategy Reviews》：How to consider feasibility aspects of transformation pathways for the industry sector - implications for energy systems modelling

本文针对能源系统模型（ESMs）在整合可行性考虑方面缺乏系统方法的问题，提出了Feasibility Loop框架。该框架通过定义“Where? What? When? Who? How? Why?”的5W1H上下文，整合多维可行性指标（技术、经济、制度、地理、环境、社会文化），并采用迭代评估方法，结合定量与定性分析，为工业脱碳路径提供结构化可行性评估工具，增强场景研究的政策相关性。

　　### 工业脱碳情景研究中的可行性评估：理论与实践的桥梁

随着《巴黎协定》目标的实现，工业脱碳路径的可行性已成为情景研究中不可或缺的一部分。然而，目前的能源系统模型（ESMs）在整合可行性考量方面仍存在一定的不足，特别是在模型构建的早期阶段，往往缺乏系统的可行性分析。为了弥补这一空白，本文提出了一种概念性框架，旨在指导如何将可行性因素系统地嵌入基于模型的情景研究中，特别关注工业领域。这一框架的核心贡献在于引入了“可行性循环”（Feasibility Loop），它提供了一种结构化、可视化和过程导向的方法，将现有的方法、指标和数据来源整合为一个连贯的迭代流程。

“可行性循环”不仅帮助模型构建者识别特定情境下的可行性要素，还明确了适用于这些要素的方法，并指导它们在模型流程中的具体应用阶段。通过这种方式，它为模型构建者提供了一个灵活的结构，使他们能够在不采用单一模板的情况下，对可行性进行有效的操作。本文提出的问题包括：如何在基于情景的工业脱碳研究中系统地表示可行性考量？如何将现有方法和建模实践整合到一个结构化的流程中以支持以可行性为导向的情景设计？从当前的国家自主贡献（NDC）研究中可以得出哪些关于可行性整合的结论？以及为了推进工业脱碳研究中的可行性考量，还需要采取哪些行动？

为了解决这些问题，本文综合了现有文献、行业特定的建模经验以及来自“NDC Aspects”研究项目（[12]）的见解。通过这种综合方法，我们识别了核心的理论需求，并评估了它们与当前建模实践的一致性。研究结果表明，通过一个结构化的概念，如“可行性循环”，可以更有效地生成和评估与可行性相关的数据，这将有助于构建更具现实意义和政策相关性的脱碳路径。

### 可行性评估的理论基础与现状

在这一部分，我们首先回顾了现有文献，探讨了可行性在脱碳路径和能源系统建模中的定义、评估和应用。我们发现，虽然可行性评估已被广泛用于多维度评估（MDE）以分析特定行业脱碳选项的阻碍和促进因素，但现有的方法往往过于依赖技术经济维度，而忽视了更广泛的背景条件，如制度、社会文化、环境和生态等因素。这种局限性使得许多可行性评估未能充分反映现实世界中的复杂性，从而影响了其在政策制定和实践中的适用性。

此外，现有的可行性评估方法在不同的研究和模型中呈现出多样性和碎片化。例如，一些方法侧重于特定的可行性维度（如制度或技术），而另一些方法则更倾向于全面的多维度评估。一些方法适用于情景设计，而另一些则更适合后处理分析或利益相关者参与。尽管这些方法各有优势，但它们往往没有形成统一的流程，导致评估结果的不一致和难以比较。

通过文献回顾，我们发现可行性评估需要一个清晰的背景框架，以便在多维的背景下对研究对象进行分析。因此，本文提出了一种基于现有理论和实践的综合框架，旨在解决这一问题。该框架通过结构化的方法将不同的评估维度和方法整合到一个连贯的流程中，使模型构建者能够更系统地识别和整合可行性因素。

### 可行性评估的维度与指标

可行性评估的另一个关键方面是识别和定义合适的指标。在现有研究中，我们发现，虽然多维的评估框架已经被广泛采用，但在实际应用中，这些指标的选择和定义仍然缺乏系统性。因此，本文提出了一种方法，通过定义明确的可行性指标类别，帮助模型构建者更好地识别和整合与可行性相关的因素。这些指标类别不仅有助于提高评估的透明度和可比性，还能确保在不同情境下的适用性。

例如，技术可行性指标可能包括技术成熟度（TRLs）和资源可用性，而经济可行性指标可能涉及成本和投资需求。制度可行性指标可能包括政策环境和法规框架，而社会文化可行性指标可能涉及公众接受度和利益相关者参与。环境和生态可行性指标可能包括排放水平和生态影响。这些指标的定义和应用需要结合具体的情境，以便在不同的研究和模型中保持一致性和适用性。

通过这种方法，模型构建者可以在不同的情境下选择和定义合适的可行性指标，从而提高评估的准确性和实用性。此外，这种方法还强调了指标之间的相互依赖性，以及如何通过不同的评估方法（如多标准决策分析（MCDM）和交叉影响平衡（CIB））来处理这些相互依赖性。

### 可行性循环：整合方法与知识的迭代流程

本文的核心贡献在于提出了“可行性循环”这一概念，它是一个视觉化和过程导向的框架，旨在系统地将可行性因素整合到基于模型的情景研究中。该循环包括五个基本步骤：当前和目标情境的定义、能源系统模型的构建、理论模型解决方案的生成、实际结果的评估，以及根据评估结果进行的迭代优化。

在第一步中，模型构建者需要明确当前和目标情境，包括地理位置、时间范围、行业子部门、技术选择、利益相关者和目标。这一步骤是可行性评估的基础，因为它决定了后续评估的范围和深度。

在第二步中，模型构建者需要将定义的情境和相关数据转化为一个理论模型结构。这一步骤涉及对能源系统进行抽象和数学建模，以生成一个详细的系统表示。通过这种方式，模型构建者可以确保其模型能够准确反映实际系统的复杂性。

在第三步中，模型需要通过数值计算来生成理论结果。这一步骤是模型构建的核心，因为它涉及对各种可行性因素进行量化分析，并评估它们对脱碳路径的影响。

在第四步中，模型结果需要被解释为实际情境下的结果。这一步骤涉及对模型解决方案进行因果关系分析，以评估其在现实世界中的可行性。通过这种方式，模型构建者可以确保其模型不仅具有理论上的准确性，还能够反映实际世界的复杂性和不确定性。

在第五步中，模型构建者需要对结果进行评估，并根据评估结果进行迭代优化。这一步骤涉及对模型的各个部分进行检查，以确保其在特定情境下的适用性和有效性。通过这种方式，模型构建者可以不断改进其模型，使其更符合实际需求和政策目标。

### 可行性评估的挑战与未来研究方向

尽管本文提出的框架具有一定的理论和实践价值，但在实际应用中仍然面临一些挑战。首先，数据的可用性和可访问性是一个重要的问题。可行性评估依赖于各种指标，这些指标在不同的情境下可能有所不同，缺乏标准化和一致性。因此，未来的研究需要开发更广泛、更标准化和更定期更新的数据集，以支持可行性评估的可靠性和可扩展性。

其次，资源密集度也是一个挑战。进行一个全面的可行性评估，需要大量的时间和资源，这在实际操作中可能难以实现。因此，未来的研究需要探索如何在不同的边界条件下，灵活地应用框架的不同部分，以提高其在资源有限情况下的适用性。

此外，专家团队的组成也是一个挑战。虽然本文的作者在框架的开发过程中进行了深入的讨论和分析，但他们的参与也可能导致一定的确认偏差或观点的一致性。因此，未来的研究需要包括更广泛和多样化的建模专家，以确保框架的稳健性和可推广性。

最后，框架的实际应用和操作可行性仍需进一步测试。虽然本文提出的方法具有一定的理论基础，但在实际操作中可能需要更多的调整和优化。因此，未来的研究需要通过实际案例和应用测试，来验证框架的有效性和适用性。

综上所述，本文提出的框架为工业脱碳情景研究中的可行性评估提供了一个结构化和过程导向的方法。通过整合不同的评估维度和方法，该框架不仅提高了评估的透明度和可比性，还增强了模型的实用性和政策相关性。尽管在实际应用中仍然面临一些挑战，但通过进一步的研究和实践，该框架有望成为支持工业脱碳路径的重要工具。