超越能源转型：量化中国海上风电扩张的多维度影响

《Renewable Energy》：Beyond energy transition: Quantifying the multidimensional impacts of offshore wind power expansion in China

中国近海风电规模化发展对技术经济、环境和社会结构产生多维影响。研究构建“技术-工业-社会”分析框架，整合学习曲线、电力系统优化和投入产出模型，预测2050年风电年减排二氧化碳3470万吨，创造直接就业26.9万岗位，推动关联产业增值87.6亿元。分析表明，风电扩张需协调传统产业转型与新兴行业发展，平衡减排效益与社会公平。

　　

任中瑞|张素芳|袁园|雷普|聂青云|黄仁

华北电力大学经济与管理学院，北京，102206，中国

摘要

尽管中国的海上风电扩张被广泛认为是能源转型的支柱，但其对社会经济和生态领域的系统性影响仍缺乏深入研究。本研究开创了一个“技术-产业-社会”分析框架，结合经验曲线建模、电力系统优化和多区域投入产出分析，量化了中国海上风电扩张的多维影响。从经济角度来看，预计到2050年，海上风电每年可为电力行业节省159亿元人民币，并带动上下游产业创造87亿元人民币的附加值。从环境角度来看，替代燃煤发电每年可减少3.47亿吨二氧化碳排放，远超过海上风电扩张带来的0.67亿吨间接排放。从社会角度来看，海上风电的发展创造了26.93万个直接就业机会和4.34万个间接就业机会，完全弥补了煤炭行业的就业损失，同时使劳动力结构向技术密集型行业转移。值得注意的是，海上风电的增长有利于新兴产业，但对传统煤炭相关行业构成了挑战，因此需要协调的产业和区域政策来确保公平转型。

引言

电力行业已成为全球碳排放的主要来源，2023年能源相关二氧化碳排放量的40%以上来自该行业[1]。为应对《巴黎协定》设定的气候目标，世界各国正在对其电力系统进行结构改革，重点在于脱碳[2]。作为全球最大的二氧化碳排放国，中国承诺在2060年前实现碳中和，并计划建立一个主要由可再生能源驱动的电力系统[3]。然而，中国的可再生能源供应与电力需求之间存在地理上的不匹配：风能和太阳能资源主要集中在西部地区，而东部沿海地区则承载了大部分经济活动和电力消费[4,5]。因此，推进东部沿海电力行业的低碳转型对于实现中国的碳中和目标至关重要。

海上风电技术的进步提供了一个有前景的解决方案。得益于技术创新和积累的经验，全球海上风电的平准化成本（LCOE）在过去十年下降了60%以上[6]。预计到2030年，成本将进一步降至约50美元/兆瓦时，使海上风电在经济效益上与燃煤发电具有竞争力[7]。此外，考虑到中国丰富的海上风电资源、靠近负荷中心的地理位置以及其清洁、低碳的特性[8]，中国政府已将海上风电纳入政府工作报告，并将其确定为战略性新兴产业发展的关键领域[9]。截至2023年底，中国的海上风电装机容量达到37.7吉瓦，占全球总量的50%，位居世界第一[10]。尽管中国起步较欧洲晚，但其扩张速度令人瞩目。

中国海上风电的快速扩张将重塑电力系统的发电结构，带来广泛的社会经济和环境影响[11]。一方面，海上风电的部署吸引了大量市场投资，促进了相关产业和供应链的发展，产生了积极的经济效应和就业机会；另一方面，随着化石燃料发电的逐步淘汰，传统能源行业可能会经历经济和就业损失。然而，化石燃料使用的减少将显著降低温室气体排放，改善环境质量[14]。对这些影响的系统评估有助于全面理解海上风电发展的多维成本和收益，为政策制定者提供决策支持，以优化资源配置、促进公平转型并实现可持续发展。

作为一种新兴技术，海上风电在发展阶段目前面临较大的成本压力，现有研究主要集中在其技术经济特性上。Ederer[15]开发了一个标准化的财务建模框架，分析了英国14个早期海上风电场的盈利能力，并评估了补贴计划的影响。Castro-Santos等人[16]将成本效益分析与LCOE方法相结合，评估了葡萄牙海上风电部署的经济可行性。Sahu等人[17]利用LCOE研究了中国的海上风电经济情况，发现由于电网连接挑战和运维技术的限制，成本仍然较高。Benabadji等人[18]考虑了水深、距离海岸的距离、材料成本以及运维等因素，计算并绘制了地中海西南部地区浮动海上风电的LCOE图谱，确定了该地区最具安装潜力的地点。

随着全球对气候问题的关注加剧，海上风电的研究不再仅仅关注经济分析，还将其碳减排和环境效益作为关键考量因素。Ferreira等人[19]将生命周期评估与LCOE相结合，评估了海上风电场在各阶段的经济和环境影响。他们的研究表明，LCOE范围为67-115欧元/兆瓦时，温室气体排放量为7-10公斤二氧化碳当量/兆瓦时。Nagababu等人[20]基于GIS-MCDM模型的研究表明，在南亚安装240兆瓦的海上风电容量每年可减少45亿吨二氧化碳排放，有助于实现碳中和目标。Guo等人[21]强调了海上风电在中国实现碳中和目标中的作用，预测到本世纪中叶，装机容量可能达到1500吉瓦，大幅替代煤炭发电并减少温室气体排放。Ren等人[22]预测，将具有成本效益的海上风电纳入中国的能源结构中，到2050年可为电力行业提供2-5%的电力供应，从而累计减少3%的污染物排放，并防止约16.5万人过早死亡。

尽管上述研究从经济和减排角度对海上风电部署进行了广泛探讨，但大多数研究仅限于单一维度的影响分析，未探讨潜在的社会经济后果，特别是对相关产业链的影响。为填补现有文献的空白，本研究结合电力系统优化和投入产出模型，构建了一个多维综合评估框架。主要贡献如下：首先，它通过建立“技术-产业-社会”分析框架，突破了现有研究的维度限制。通过整合学习曲线预测的技术成本动态变化、电力系统优化的直接效应以及投入产出模型捕捉的间接传输效应，本研究量化了海上风电从技术到社会的完整链的多维影响，为新兴能源技术的系统评估提供了可推广的分析范式。其次，它深化了对社会经济影响的细致评估，弥补了类似研究的不足。该研究不仅扩展了评估维度，还关注“公平转型”的核心概念，量化了海上风电发展对上下游产业经济贡献、环境效益和就业结构变化的异质性影响。这响应了在碳中和目标下评估能源转型多重价值的需求，为产业投资规划和区域协调发展政策提供了更有针对性的实证支持，促进了环境效益和社会经济公平的协同发展。

尽管以往的研究从经济和减排角度对海上风电部署进行了广泛分析，但大多局限于单一维度的影响分析，未探讨潜在的社会经济后果，特别是对相关产业链的影响。为填补这一研究空白，本研究结合电力系统优化和投入产出模型，构建了一个多维综合评估框架。主要贡献如下：首先，它通过建立“技术-产业-社会”分析框架，突破了现有研究的维度限制。通过整合学习曲线预测的技术成本动态变化、电力系统优化的直接效应以及投入产出模型捕捉的间接传输效应，本研究量化了海上风电从技术到社会的完整链的多维影响，为新兴能源技术的系统评估提供了可推广的分析范式。其次，它深入评估了社会经济影响，填补了类似研究的空白。该研究不仅扩展了评估维度，还关注“公平转型”的核心概念，量化了海上风电发展对上下游产业经济贡献、环境效益和就业结构变化的异质性影响。这响应了在碳中和目标下评估能源转型多重价值的需求，为产业投资规划和区域协调发展政策提供了更有针对性的实证支持，促进了环境效益和社会经济公平的协同发展。

本文的其余部分结构如下：第2节概述了研究方法、情景设置和数据来源。第3节报告了主要发现。第4节讨论了结果及其相关政策意义。

研究框架

受技术进步的推动，我们开发了一个“技术-产业-社会”研究框架（如图1所示），以系统评估海上风电发展的经济、环境和就业影响——这些影响统称为多维影响。

在技术层面，我们构建了一个多因素学习曲线模型，以拟合海上风电投资成本与装机容量等关键因素之间的历史关系。

海上风电投资成本预测

首先，使用多因素学习曲线方法拟合通过研究获得的中国海上风电的历史数据。由于福建和广东海域复杂的海底地形，对这些地区风力涡轮机基础的要求更高，因此这些地区的海上风电项目投资成本显著高于其他地理条件下的地区。因此，需要为主要海域分别建立学习曲线。

讨论

受技术进步、大规模发展等因素的推动，海上风电的成本预计将持续下降。许多研究探讨了不同地区海上风电的未来成本走势，估计的技术学习率范围为3%至31%[7]。基于这些发现，本研究聚焦中国，应用多因素经验曲线模型来估算成本降低情况。

结论

在全球应对气候变化和推动能源系统低碳转型的背景下，海上风电的发展已成为沿海国家能源战略的关键支柱。作为全球最大的二氧化碳排放国，中国迫切需要推动东部沿海负荷中心的绿色转型。海上风电凭借丰富的资源和靠近负荷中心的优势

作者贡献声明

任中瑞：撰写——原始草稿、软件、方法论、概念化。张素芳：撰写——审稿与编辑、监督。袁园：方法论。雷普：监督、资金获取。聂青云：数据整理。黄仁：数据整理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：72304237）、中国博士后科学基金（项目编号：2024M754104）和CPSF博士后奖学金计划（项目编号：GZC20242171）的支持。