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《國家能源轉型：德、美實(shí)踐與中國選擇》通過(guò)對漫長(cháng)經(jīng)濟增長(cháng)史及其特征的回顧，探討經(jīng)濟增長(cháng)進(jìn)程中能源轉型與經(jīng)濟轉型的關(guān)系，通過(guò)對人類(lèi)社會(huì )能源轉型歷史階段的分析，提煉能源轉型的基本邏輯；通過(guò)對能源轉型的國別比較，概括能源轉型的差異化特征。作者朱彤、王蕾努力為研究能源轉型提供一種“系統思維”和“全局觀(guān)”。本書(shū)為全面理解“能源轉型”實(shí)踐提供了一個(gè)獨特視角和分析框架。

▎目錄

第一章 經(jīng)濟增長(cháng)歷程中的能源轉型

一、前工業(yè)社會(huì )的增長(cháng)“極限”及其破除

二、工業(yè)革命、經(jīng)濟轉型與能源轉型

三、能源轉型與國家經(jīng)濟興衰的案例

四、經(jīng)濟增長(cháng)新“極限”與能源轉型新挑戰

第二章 能源轉型的歷史與邏輯分析

一、能源利用與能源轉型的歷史

二、國家能源轉型分析的一個(gè)概念性框架

三、向可再生能源轉型的特殊性與面臨的問(wèn)題

第三章 國家能源轉型的德國實(shí)踐

一、德國歷史上的能源轉型

二、德國當前能源轉型的背景與目標

三、2020年能源轉型目標進(jìn)展評估

四、德國向可再生能源轉型的經(jīng)驗與問(wèn)題

五、德國向可再生能源轉型面臨的挑戰

第四章 國家能源轉型的美國實(shí)踐

一、美國歷史上的能源轉型

二、美國當前能源轉型政策的演進(jìn)

三、當前美國能源轉型的進(jìn)展

四、“頁(yè)巖氣革命”對美國能源轉型的影響

第五章 中國能源轉型的特點(diǎn)

一、中國歷史上的能源轉型

二、中國能源資源稟賦的特點(diǎn)

三、能源需求的剛性特征

第六章 中國能源轉型的難點(diǎn)與制約因素

一、中國能源轉型的難點(diǎn)

二、制約中國能源轉型的主要因素

三、中國能源轉型應注意的三個(gè)問(wèn)題

第七章 中國能源轉型的進(jìn)展、問(wèn)題與前景

一、中國能源轉型的含義與參考目標

二、中國能源轉型的進(jìn)展評估

三、中國能源轉型的問(wèn)題

四、中國能源轉型前景

第八章 中國能源轉型的方向與路徑

一、德國與美國能源轉型實(shí)踐的啟示

二、中國能源轉型的方向與路徑

三、能源大轉型需要大智慧參考文獻后記

▎書(shū)摘

能源轉型的三種理論觀(guān)點(diǎn)的簡(jiǎn)要評述

三次能源轉型論

“能源轉型”（energy transition），簡(jiǎn)而言之，就是能源的更替和變化。人們在不同的層次上描述這些變化，就形成了能源轉型分析的不同邏輯和不同的階段劃分。目前，國內外對能源轉型的“歷史”研究相對薄弱，但也有少數學(xué)者努力在紛繁復雜的能源技術(shù)進(jìn)步和能源演變軌跡中，嘗試構建能源轉型的分析邏輯和理論框架。目前，大致存在三種判斷重大能源轉型的標準或分析邏輯，我們概括地稱(chēng)其為：“兩次轉型論”、“三次轉型論”和“五次轉型論”。^[1]

1. 三次能源轉型論的基本內容

三次能源轉型論是目前關(guān)于能源轉型流傳最廣的一種理論觀(guān)點(diǎn)，但難以確定是誰(shuí)，在什么時(shí)候提出來(lái)的。

這一觀(guān)點(diǎn)通常將人類(lèi)能源利用史描述為幾個(gè)“時(shí)代”的方式來(lái)表述，同時(shí)也提出兩次能源替代的看法。從認識能源轉型的角度，我們將這一觀(guān)點(diǎn)概括為“四個(gè)時(shí)代”、“三次轉型”。“四個(gè)時(shí)代”是指薪柴（植物能源）時(shí)代、煤炭時(shí)代、石油時(shí)代和后石油時(shí)代；“三次轉型”分別是指煤炭替代薪柴的“第一次能源轉型”，石油替代煤炭的“第二次能源轉型”，以及即將到來(lái)的“第三次能源轉型”。

通常認為，大約30萬(wàn)年前，原始人學(xué)會(huì )用火，特別是掌握人工取火方法后，人類(lèi)能源利用就進(jìn)入薪柴（植物能源）時(shí)代。原始人生產(chǎn)、生活所需熱能絕對地依賴(lài)于木材、枯草、作物秸稈、動(dòng)物糞便等；作為動(dòng)力來(lái)源的人體肌肉力和畜力同樣依靠植物能源的轉化。公元前后雖然發(fā)明了風(fēng)車(chē)、水車(chē)等設施利用自然動(dòng)力獲得更多的機械能，但人類(lèi)活動(dòng)和社會(huì )運行的主導和基礎能源依然是薪柴（植物能源）。

第一次能源轉型大致在18世紀末英國工業(yè)革命時(shí)期。蒸汽機的發(fā)明和推廣，以及一系列能源（煤炭）密集型工業(yè)的發(fā)展，加快了煤炭對薪柴的替代，使煤炭很快成為社會(huì )生產(chǎn)和生活的主要能源，人類(lèi)社會(huì )進(jìn)入“煤炭時(shí)代”。

第二次能源轉型大致出現在19世紀末20世紀初，內燃機的發(fā)明標志著(zhù)石油作為一種“新”能源開(kāi)辟了一個(gè)新的市場(chǎng)；各類(lèi)以石油產(chǎn)品為燃料的高效內燃發(fā)動(dòng)機的出現和推廣，石油對煤炭的替代從20世紀10年代開(kāi)始在主要工業(yè)化國家進(jìn)入加速階段。如果以石油消費量超過(guò)煤炭消費量來(lái)度量“石油時(shí)代”的話(huà)，那么美國大約在20世紀40年代末進(jìn)入“石油時(shí)代”。全球層面，石油消費量在20世紀60年代初超過(guò)煤炭。

進(jìn)入21世紀，隨著(zhù)人們對化石能源消費導致的環(huán)境問(wèn)題和大氣變暖的重視，以及風(fēng)能、太陽(yáng)能利用新技術(shù)的日趨成熟，關(guān)于第三次能源轉型的討論開(kāi)始增多。不過(guò)，第三次能源轉型向“哪種”能源轉，存在兩種代表性看法：一種是認為當前的能源轉型是化石能源向可再生能源轉型，最終走向“可再生能源時(shí)代”；另一種觀(guān)點(diǎn)則認為，可再生能源在一段時(shí)期內還以成為主導能源，因此，當前的能源轉型是向包括核能在內的多種能源轉型，化石能源時(shí)代將走向“多元能源時(shí)代”。

2. 簡(jiǎn)要評述

這一“理論”沒(méi)有對“能源轉型”進(jìn)行界定，也沒(méi)有明確闡述能源轉型的“判斷標準”。然而，通過(guò)梳理其分析邏輯可以發(fā)現，這一理論對“能源轉型”理解有如下三個(gè)特點(diǎn)：一是立足于能源轉型是“能源的更替和顯著(zhù)變化”這一基本含義；二是把能源轉型理解為薪柴、煤炭、石油這些“一次能源品種”的更替和顯著(zhù)變化；三是用一次能源品種的比重變化來(lái)描述能源的“顯著(zhù)變化”。

“三次能源轉型論”按照一次能源品種主導地位的轉變區分了過(guò)去、現在和未來(lái)的三次能源轉型。但這一理論對能源轉型概念的理解僅停留“一次能源轉變”的淺層含義上。這種對能源轉型的理解，無(wú)法對“能源轉型因何發(fā)生”這一基本問(wèn)題做出合理回答。因而，基于這一含義的能源轉型研究很難對能源轉型的歷史過(guò)程做出較為深入的闡述，對認識未來(lái)能源轉型的啟示也很有限。

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^[1]這種概括是為了便于表述的簡(jiǎn)化做法。事實(shí)上，這種不同階段劃分本質(zhì)上反映了對能源轉型歷史的評價(jià)標準和邏輯的差異。介紹這些不同的劃分標準，正是為了構建本書(shū)的“能源轉型”分析邏輯提供借鑒。

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瓦茨拉夫·斯米爾五次能源轉型論

1. 五次能源轉型論的基本內容

 加拿大學(xué)者瓦茨拉夫·斯米爾（Vaclav Smil）^[1]在2004年發(fā)表一篇名為《世界歷史與能源》的論文中，提出了一個(gè)關(guān)于能源轉型的理論，我們稱(chēng)之為“五次能源轉型論”。^[2]這一理論認為，判斷能源轉型的最重要標準是極大改善能源轉換效率的“原動(dòng)機”（prime movers）出現，^[3]使人類(lèi)社會(huì )所能利用的能量數量級得以大幅提高。根據這一判斷標準，斯米爾提出，到目前為止人類(lèi)能源利用經(jīng)歷了四次能源轉型（見(jiàn)圖2-8）。即將到來(lái)的第五次能源轉型則是向天然氣作為單一能源轉型。

圖2-8人類(lèi)歷史上的四次能源轉型

資料來(lái)源：Vaclva Smil(2004)

第一次能源轉型的標志是馴養役畜和利用火來(lái)生產(chǎn)金屬和其他耐火材料。距今約10000~5000年前，人類(lèi)已經(jīng)馴服了牛、馬等動(dòng)物作為役畜。利用畜力耕犁、收割和運輸，提高農業(yè)收成。數據顯示，人勞動(dòng)的持續輸出功率為50~80瓦，而小型耕牛為300瓦，優(yōu)良馬匹為700~800瓦，而且可以連續工作數小時(shí)。一個(gè)健壯馬匹的工作量相當于10個(gè)強壯勞動(dòng)力。^[4]用火來(lái)冶煉金屬——先是煉銅（公元前4000年）然后是煉鐵（公元前1400年）——可以提供耐用的生產(chǎn)工具，燒磚則用于修建保溫性更好的住所。所有這些都極大地提高所能獲得和利用的能量級。

第二次能源轉型標志是風(fēng)車(chē)和水車(chē)的出現。人們設計水車(chē)和風(fēng)車(chē)，水磨、水碾，^[5]把水力和風(fēng)力轉化為機械能，部分替代動(dòng)物原動(dòng)機（人和役畜）。至少在公元前1000年，埃及和和美索不達米亞等地已經(jīng)開(kāi)始利用水車(chē)進(jìn)行農產(chǎn)品加工、灌水和排水。公元前200年，古波斯人開(kāi)始用垂直軸風(fēng)車(chē)碾米。公元400-500年，歐洲的“羅馬水磨”和中國的水磨已經(jīng)有相當高的水平。比如，羅馬人在法國南部的阿爾勒（Arles）附近修建的巴貝格大水磨由8個(gè)梯級磨房組成，每級磨房有2套水磨，水輪直徑達2米。在山溪水驅動(dòng)下，大水磨每天可加工糧食28噸，足夠供應居住在阿爾勒地區的1萬(wàn)多居民。^[6]

水車(chē)的傳播很快。11世紀東部和南部的英格蘭，達到平均每350人1輛水車(chē)。然而，水車(chē)性能雖然在不斷改進(jìn)，但直到18世紀，歐洲水車(chē)的平均功率依然不到5千瓦，同期一匹好馬的功率可以超過(guò)1千瓦。

由于風(fēng)車(chē)和水車(chē)的利用要受到資源條件限制，盡管風(fēng)車(chē)和水車(chē)在其所能發(fā)揮作用的領(lǐng)域產(chǎn)生了深刻影響，但這次能源轉型的影響不像第一次能源轉型那樣普遍。

第三次能源轉型的標志是蒸汽機的發(fā)明。1765年，瓦特改良了蒸汽機。蒸汽機的發(fā)明和推廣取代了動(dòng)物原動(dòng)機（人和役畜），煤炭取代了薪柴。瓦特專(zhuān)利到期后，高壓蒸汽機發(fā)展迅速，從根本上改變了陸地和海上旅行。數百年來(lái)，馬車(chē)平均低于10千米/小時(shí)。但到1900年，蒸汽火車(chē)能夠很容易跑馬車(chē)10多倍速度。鐵路極大地降低了大負荷移動(dòng)的成本，蒸汽輪船縮短了國際旅行的距離。比如，跨大西洋航行從1830年乘坐帆船的1個(gè)多星期減少到1890年坐輪船不超過(guò)6天。

這次能源轉型始于18世紀末工業(yè)革命的英國，并于20世紀在所有工業(yè)化國家得以完成。蒸汽機對動(dòng)物原動(dòng)機的替代在多數低收入國家依然還在進(jìn)行之中，特別是非洲。

第四次能源轉型的標志是發(fā)電機發(fā)明使用和1882年世界第一座中心發(fā)電站投入使用。19世紀70年代，歐洲企業(yè)紛紛采用電能源作為新動(dòng)力，但基本屬于一臺發(fā)動(dòng)機設備供應一棟房屋或一條街道照明的“住戶(hù)式電站”。1882年在倫敦和紐約的“中心電廠(chǎng)”投入發(fā)電（都是燃煤電廠(chǎng)）。其中，倫敦電廠(chǎng)所發(fā)電力可供1000個(gè)愛(ài)迪生燈泡使用，紐約電廠(chǎng)所發(fā)電力可供6000個(gè)愛(ài)迪生燈泡使用。發(fā)電機、蒸汽輪機、電動(dòng)機這些新的能量“原動(dòng)機”推動(dòng)能源向“電氣化”轉型。

到今天，19世紀90年代末形成的電力系統技術(shù)架構和標準依然是現代電力系統的基礎。而且從那時(shí)起，“原動(dòng)機”單元規模和效率不斷提高。汽輪發(fā)電機功率從1900年的10千瓦發(fā)展到2003年的1.5吉瓦（GW），發(fā)電效率從1900年的5%提高到2003年的40%（熱電聯(lián)產(chǎn)60%）。各種廉價(jià)電動(dòng)機的出現使美國制造業(yè)在30年內迅速實(shí)現了轉型：1929年，工業(yè)電機容量占所有安裝機械動(dòng)力的80%以上，高級生產(chǎn)組裝線(xiàn)（福特1913年首創(chuàng )）是典型代表。

廉價(jià)而可靠的電力供應深刻影響著(zhù)人們的日常活動(dòng)：街道和房屋的照明，房屋制冷（空調），給城市和城際列車(chē)提供能量，等等。20世紀60年代以來(lái)，電力開(kāi)始給計算機和互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代提供動(dòng)力。

從能源結構變化角度，以“電氣化”為核心的第四次能源轉型有兩個(gè)特征：一是電力部門(mén)消耗的化石燃料份額日益增長(cháng)，同時(shí)在電力生產(chǎn)結構中，1950年代以后開(kāi)始出現了核能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和光伏電池發(fā)電等新的發(fā)電方式。二是煤炭份額穩定下降，石油和天然氣的份額增加。

需要指出的是，石油對煤炭的替代是伴隨著(zhù)1876年內燃機發(fā)明，以及后來(lái)汽油柴油發(fā)動(dòng)機的出現和推廣而產(chǎn)生的。然而，由于內燃機作為原動(dòng)機的原理與蒸汽機是一樣的，因此，雖然其在時(shí)間上與第四次能源轉型重疊，但不屬于第四次能源轉型，也不構成一次新的能源轉型，而是將其作為第三次能轉型的深化。

而且，驅動(dòng)不同階段能源轉型的原動(dòng)機在相當一段時(shí)期內是長(cháng)期共存的。比如，18世紀末和20世紀中期之間內燃機和電動(dòng)機完全占主導地位之前，役畜、水車(chē)（風(fēng)車(chē)）和蒸汽機在歐洲部分地區共存了150多年。

2. 簡(jiǎn)要評述

斯米爾的能源轉型理論，對迄今的人類(lèi)能源利用史上發(fā)生的能源轉型進(jìn)行了梳理和分析。根據其描述，目前我們依然處于第四次能源轉型推動(dòng)的“電氣化”時(shí)代之中。對于第五次能源轉型，斯米爾認為，雖然大家討論的焦點(diǎn)集中在化石燃料向可再生能源轉型方面，但在未來(lái)20~30年間最有影響的全球能源轉型是天然氣將成為世界上最重要的單一燃料。^[7]

瓦茨拉夫·斯米爾的“五次能源轉型論”遵循的是“原動(dòng)機”發(fā)明和推廣邏輯。該理論從“原動(dòng)機”的產(chǎn)生及其導致能量利用數量級增長(cháng)的角度，提出人類(lèi)歷史到目前為止經(jīng)歷了四次能源轉型，對我們認識“能源轉型因何”提供了非常有啟發(fā)性的見(jiàn)解和思路。

然而，這一理論所提出的以“發(fā)電機”出現而引發(fā)的第四次能源轉型，偏離了“一次能源”的邏輯而進(jìn)入了“二次能源”（電力），從未來(lái)能源轉型的角度看是不恰當的。原因是，化石燃料發(fā)電的“原動(dòng)機”效率和能級的提升將進(jìn)一步增強化石燃料的競爭力，不利于向清潔燃料的過(guò)渡。而且，一次能源是能源之“源”，脫離“一次能源”討論“能源轉型”，轉型可能會(huì )成為無(wú)源之水。換句話(huà)說(shuō)，任何非一次能源對于“能源轉型”的價(jià)值和意義，必須回歸到其所依賴(lài)的一次能源的“源頭”來(lái)評價(jià)，才是真實(shí)可靠的。

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^[1]瓦茨拉夫·斯米爾是加拿大馬尼托巴溫尼伯大學(xué)（University of Manitoba Winnipeg）環(huán)境學(xué)院教授，研究領(lǐng)域包括能源、環(huán)保、糧食、人口、經(jīng)濟、歷史和公共政策，2010年入選《外交政策雜志》全球100名思想家。

^[2]Vaclva Smil. World History and Energy.Encyclopedia of Energy，C. Cleveland, ed.,2004,Vol. 6, Elsevier, Amsterdam,pp.549-561.

^[3]原動(dòng)機（primemovers）泛指利用能源產(chǎn)生原動(dòng)力的一切裝置與機械。按利用的能源分，有熱力發(fā)動(dòng)機、水力發(fā)動(dòng)機、風(fēng)力發(fā)動(dòng)機和電動(dòng)機等，是生產(chǎn)、生活所需動(dòng)力的主要來(lái)源。

^[4]尼克拉·艾莫里和文思卓·巴爾扎尼：《可持續世界的能源——從石油時(shí)代到太陽(yáng)能將來(lái)》，陳軍、李岱昕譯，化學(xué)工業(yè)出版社2014年版，第23頁(yè)。

^[5]瓦茨拉夫·斯米爾沒(méi)有提到水磨、水碾，但它們應該和水車(chē)一樣，都屬于“能量原動(dòng)機”，不過(guò)出現時(shí)間要比水車(chē)晚1000年左右。

^[6]譚徐明：《中國水力機械的起源、發(fā)展及其中西比較研究》，《自然科學(xué)史研究》1995年第14卷第1期。

^[7]VaclavSmil. Energy Transitions. http://www.vaclavsmil.com/wp-content/uploads/WEF_EN_IndustryVision-12.pdf

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羅伯特·海夫納三世的“兩次能源轉型論”

1. 兩次能源轉型論的基本內容

美國天然氣專(zhuān)家羅伯特·海夫納三世在其2009年出版的《能源大轉型》一書(shū)中提出了有關(guān)能源轉型的另一種觀(guān)點(diǎn)。^[1]海夫納三世認為，為了更好地理解人類(lèi)能源的過(guò)去、現在與未來(lái)，應從能源存在形態(tài)上考慮所有能源資源，將其分為固體、液體和氣體三類(lèi)存在類(lèi)型，而不必糾結于能源利用、能源政策與政治之間的復雜關(guān)系。

固體能源包括木材、干草、動(dòng)物糞便、煤炭，石油則是典型的液體能源，氣體能源則包括天然氣、風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫能等。能源大轉型是從過(guò)去的不可持續的固體能源向未來(lái)無(wú)限的、清潔的可持續發(fā)展的氣體能源轉變，而液體能源是固體與氣體能源的過(guò)渡狀態(tài)。

據此，人類(lèi)能源利用存在兩次重大能源轉型（見(jiàn)圖2-9）。第一次能源轉型是固體能源向液體能源的轉型，發(fā)生在19世紀中期液體燃料（石油）對固體燃料的替代（煤炭）。第二次能源轉型是液體能源向氣體能源的轉型，目前正處于過(guò)渡階段。如果不存在政治因素的干擾，2050年世界將完全轉向氣體能源時(shí)代。

圖2-9人類(lèi)能源利用過(guò)去與將來(lái)的兩次轉型

資料來(lái)源：羅伯特·海夫納三世（2013年），第4頁(yè)。

在每個(gè)能源階段，都會(huì )發(fā)生周期性的能源替代。比如，固體能源階時(shí)代炭取代木材，液體能源時(shí)代石油取代鯨脂油，以及目前出現的生物燃料對石油的替代。在氣體能源時(shí)代，天然氣也將逐漸被風(fēng)能和太陽(yáng)能等替代。氣體能源時(shí)代的最后階段將主要依靠氫能、太陽(yáng)能、風(fēng)能和核聚變提供能量，實(shí)現以氫為基礎的經(jīng)濟。在海夫納三世看來(lái)，過(guò)渡到氣體能源時(shí)代的最后階段大約需要200年的時(shí)間。

需要注意的是，這一能源轉型理論的一個(gè)隱含前提是，海夫納三世認為地球上天然氣儲量不比煤炭?jì)α可佟Ｒ驗樘烊粴獯嬖跅l件非常廣泛，地球上幾乎所有巖石中都存在天然氣。^[2]因此，他特別強調了天然氣作為一種清潔能源的重要地位。而主張盡快使能源體系從化石能源向可再生能源轉型的觀(guān)點(diǎn)顯然忽視了這一點(diǎn)。2014年，世界一次能源消費結構中，原油、天然氣和煤炭的比例分別為32.6%，23.7%和30%；美國一次能源消費結構則分別為36.4%、30.2%和19.7%。^[3]顯然，無(wú)論從現狀還是未來(lái)趨勢看，世界天然氣地位還有進(jìn)一步提升的空間。

2.簡(jiǎn)要評述

羅伯特·海夫納三世從能源存在的三種物理形態(tài)出發(fā)，把人類(lèi)漫長(cháng)歷史和未來(lái)的能源轉型概括為“固體向液體”，“液體向氣體”的轉變。這一觀(guān)點(diǎn)具有高度的理論抽象性和邏輯一致性，為我們認識未來(lái)能源轉型方向提供了極具價(jià)值的觀(guān)察視角。然而，這一理論對于能源轉型判斷標準過(guò)于抽象，而且對概念內涵和特征等問(wèn)題分析很少，這對于理解當前及未來(lái)能源“如何轉型”作用有限。

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^[1]該書(shū)2013年出版了中譯本。參見(jiàn)：羅伯特·海夫納三世：《能源大轉型：氣體能源的崛起與下一波經(jīng)濟大發(fā)展》，馬圓春、李博抒譯，中信出版社2013年版，第4-10頁(yè)。

^[2]羅伯特·海夫納三世曾經(jīng)在2007年預測陸地可開(kāi)發(fā)天然氣在30000萬(wàn)億~40000萬(wàn)億立方英尺（相當于849.5萬(wàn)億～1132.7萬(wàn)億立方米），而2013年BP的天然氣可采儲量數據為6558萬(wàn)億立方英尺（相當于185.7萬(wàn)億立方米）。20世紀80年代中期，海夫納三世應當時(shí)的中國石油部邀請對中國天然氣潛在儲量進(jìn)行調查，其結論是中國的天然氣儲量非常豐富，可能與美國相當。

^[3]根據BPStatistical Review of  World Energy 2015數據計算。

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書(shū)摘來(lái)源：《國家能源轉型：德、美實(shí)踐與中國選擇》（朱彤、王蕾著(zhù)），浙江大學(xué)出版社，2015年12月，第66-73頁(yè)

供稿/朱彤

編發(fā)/王磊

公眾號：朱彤（INDUSTRY_REVIEW）