低碳背景下能源替代与环境污染研究

发布时间：2016-08-31 07:03

1 绪论

改革开放以来，尽管我国经济发展获得了举世瞩目的成就，随着我国工业化发展与城镇化发展进程的不断推进，过度使用化石能源产生了一系列的问题。片面追求 GDP 的引导之下，我国工业的发展模式一直以来都延续着传统的高能耗、高污染以及低产出的经济增长模式。能源作为一把双刃剑，一方面它作为经济发展的动脉，能源的投入对于各国经济的发展都是不可或缺的。能源的短缺亦或是价格的波动都会对经济体产生非常大的冲击，这种冲击必将长期存在，上世纪七十年代的两次石油危机就是很好的例子。纵观世界经济的发展进程，能源对于经济增长的约束力有增无减，尤其是发展中国家。二十一世纪以来，能源价格不断提高，各国家对石油等不可再生能源的争夺也更加激烈，国际动荡此起彼伏，局部冲突持续不断，能源的争夺俨然成为各国的重中之重。另一方面它也是污染的根源，生态环境污染作为能源大量使用的副作用，不但影响经济发展目标的实现，而且对本国乃至全球的环境保护构成严峻的挑战。二十世纪九十年代以来，随着世界范围的气候变动异常，生态环境不断恶化以及自然灾害的频发，环境问题早已成为全人类必须面对的巨大挑战。减少污染及温室气体的排放，经济增长方式向更加低碳的模式转变已成为各国政府当前的首要任务。在哥本哈根会议上，我国政府承诺将在 2020 年之前以 2005 年为基础将单位GDP 碳排放的强度降低百分之四十至百分之四十五，并且我国政府会根据此承诺制定相应的约束性指标，将其加入我国经济与社会发展的长期规划之中。单位GDP 的 CO2排放强度与 CO2排放量及国内的生产总值三者之间的关系密切，在一定的技术水平之下，能源结构就是能够决定 CO2排放量的关键因素。因此，本文将讨论低碳背景下的能源替代与环境污染。

1.1 研究背景
在当今世界，我国是众多发展中国家中最大的一个，在促进我国经济发展与社会进步的过程中，能源与气候问题会更加严重。由于我国正处在社会主义初级阶段，受到国家人口众多和经济发展模式的惯性效应等因素的相互制约，我国未来能源需求的增长速度将会更高。能源作为我国经济发展过程中不可或缺的物质基础,在经济健康发展和改善人民生活方面发挥了重要的作用。20 世纪的后 20个年头，我国的能源消耗每年平均增长了 4.5%；21 世纪的前 10 个年头，平均年增率超过了 8%。即使 2010-2030 年我国能源消费年均增速为 4.0%，到 2030 年能源消费总量将达到 71 亿吨标准煤（发电煤耗法）；如果年平均增长速度按照6%计算，则 2030 年能源需求将超过 100 亿吨标准煤。即使未来我国人均能源消费量与目前能源效率较高的日本的人均水平相当，按 14.5 亿人口计算，则我国每年能源需求总量将超过 85 亿吨标准煤；如果与目前的美国人均水平相当，则总能源需求每年超过 160 亿吨标准煤。巨大的能源需求前景给我国未来经济和社会发展带来了严峻挑战，我国能源消费的持续增长和能源储备量的局限性，寻求替代能源迫在眉睫。
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1.2 研究的意义
在经济可持续发展的大背景之下，能源替代、环境污染与经济的可持续增长这三者之间的关系日益密切，三者的协调发展是可持续发展的关键。能源替代和环境污染的分析，不仅是人类社会发展的一个重要话题，也是现如今经济学与环境科学等相关专业研究的重要方面。现阶段我国正处在调整经济发展方式与结构的关键时刻，本文结合了我国当前的发展背景，参考国内外相关的理论研究，构建了一个能源替代、环境污染与经济可持续发展的理论研究框架，针对能源替代、环境污染与经济增长之间的相互影响与内在联系进行了深入的研究。对我国经济的健康发展，合理有效的保护当前的环境，不但拥有很高的理论价值，而且对现实的发展也有一定的指导作用。
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2 相关理论研究

2.1 国内外相关研究
能源替代是能源经济研究领域的一个非常重要的课题，在过去的许多年里国外学者进行了许多相关的研究，而国内对于能源替代方面的研究非常之少，多为能源和资本、能源和劳动力之间的替代研究，缺少对能源之间的替代进行研究。如张华[5]在卢卡斯内生增长模型加入可再生能源和不可再生能源参数，讨论了增长路径在达到均衡的过程中可再生、不可再生能源的消费量同经济增长之间的关系。发现尽管可再生是能源持续使用的关键，但是现在支撑国内经济增长的主力还是不可再生能源。贺媛[6]以超对数成本函数与 AES 替代弹性为基础，估测我国能源之间（石油、煤炭和电力）和资本、劳动与能源间的替代弹性、自价格的弹性和交叉价格的弹性。通过对能源间的替代性研究发现，电力与煤炭、石油有替代关系，煤炭与石油一定条件下可以互补，但是能源间的价格弹性相对不足，替代互补效应相对较弱。赵胤慧[7]通过分析能源消费与污染排放的现状和它们之间的相互关系，参考国内外能源替代的研究成果，得出能源替代的优化途径，即积极开展电能代替化石能源、清洁能源加入火电替代交易以及区域之间电能的替代交易。胡国成[8]根据能源消费与经济增长的相关理论，构建一个加入可再生能源的内生经济增长模型，通过定性分析得出，一方面能源消费和经济增长存在正相关的关系，另一方面不可再生能源终将耗尽，可以提高可再生能源的再生率来减缓经济增长和能源供求二者间的矛盾。随着我国经济的快速发展，环境污染已逐渐成为大家关注的话题，国内学者就环境污染与经济增长两者间的关系进行了大量的研究工作。例如黄菁[9]对我国环境污染和经济的可持续发展两者之间的相互关联以及二者的内生影响机制进行深入的探讨，定性和定量分析了多种可能的影响渠道对这关系的作用，对我国经济可持续发展与治理环境污染提出了相应的政策意见。
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2.2 相关理论概述
生产函数，指在一定的时间内, 技术水平恒定, 生产活动中所使用的各种生产要素的数量与最高产量两者之间的关系。生产活动中使用的各类生产要素的数量与其最大产量之间的相互关系。对于生产函数的研究，经济学家经历了柯布—道格拉斯生产函数、CES（Constant Elasticity of Substitution—常数替代弹性）生产函数、变替代弹性生产函数和超越对数生产函数四个阶段。CES 生产函数是由 J.K.Arrow 和 R.M.Solow 于 1961 年提出来的，作为现代经济分析活动中最常用的生产函数，它不单可以进行生产技术的预测，还是经验分析常用的工具。2.2 相关理论概述2.2.1 CES 生产函数生产函数，指在一定的时间内, 技术水平恒定, 生产活动中所使用的各种生产要素的数量与最高产量两者之间的关系。生产活动中使用的各类生产要素的数量与其最大产量之间的相互关系。对于生产函数的研究，经济学家经历了柯布—道格拉斯生产函数、CES（Constant Elasticity of Substitution—常数替代弹性）生产函数、变替代弹性生产函数和超越对数生产函数四个阶段。CES 生产函数是由 J.K.Arrow 和 R.M.Solow 于 1961 年提出来的，作为现代经济分析活动中最常用的生产函数，它不单可以进行生产技术的预测，还是经验分析常用的工具。
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3 能源替代、环境污染与经济增长.....12
3.1 引言....... 12
3.2 理论模型........13
3.3 模型求解........15
3.4 经济增长与能源效率...........21
4 能源替代与环境污染的实证研究......25
4.1 引言....... 25
4.2 计量方程........25
4.2.1 计量方程........... 25
4.2.2 数据的来源和处理...........26
4.3 实证检验........27
4.4 本章小结.......30
5 可再生替代不可再生能源的 Stackelberg 博弈分析...... 31
5.1 引言....... 31
5.2 模型描述........31
5.2.1 假设及符号设定.......31
5.2.2 各部门利润....... 32
5.3 动态博弈模型........33
5.3.1 博弈模型构建...........33
5.3.2 均衡点求解....... 35
5.4 能源市场均衡结果分析.......37
5.5 本章小结.......43

5 可再生替代不可再生能源的 Stackelberg 博弈分析

5.1 引言

能源，能够被人类利用并由此获得能量的自然资源，根据其能否实现可持续利用，分为可再生能源和不可再生能源两大类。随着时代的发展，化石能源供应紧张，环境问题也日益突显，在未来将会出现以可再生能源为主的新能源时期。新旧能源替代过程中能源结构正在发生变化。近年来，国内外许多学者就能源替代问题作了大量的工作，Alejandro Mosino[54]研究了由可再生能源转向不可再生能源投入的能源生产，数值模拟显示，发现最优替代弹性不仅取决于不确定性参数,也取决于能源的需求量、成本和能源的相对效率。肖条军[55]构建了垂直创新对经济增长影响的纵向型内生增长模型，对集团公司与其子公司二者在库诺特市场上进行博弈分析，得出集团公司的创新能力对自身及子公司都用很好的促进作用。除建模分析外，也有一些学者实证分析碳税等外生变量对能源结构的影响。例如 Monica Prasada[56]针对美国 39个州，，通过实证研究了可再生能源政策对碳排放的影响，验证了碳税对能源利用的积极性影响。较多学者从内生经济增长模型以及均衡路径角度分析能源替代问题，然而可再生能源替代不可再生能源的过程实质上也是两者博弈的过程，现有研究中基于博弈视角研究两者替代关系的并不多。例如孙鹏[57]将 R&D 部门的投资作为可再生能源的决策变量，研究了两类能源企业之间的动态博弈问题。本文借鉴 Pu-yan Nie[62-65]等构建双寡头 Stackelberg 博弈模型，从博弈的角度出发，建立Stackelberg 博弈模型，分析可再生能源与不可再生能源的均衡产量及其利润，并探讨税率、边际生产成本、替代水平等参数对其产生的影响，为政府等相关部门对能源结构的调整提供参考。

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结论

基于 Stackelberg 博弈模型分析不可再生能源与可再生能源的均衡产量，同时对两类能源生产者利润、政府收益、以及消费者效用进行探讨。主要研究内容及结论如下：
（1）假设某能源市场仅存在不可再生能源与可再生能源两个生产者，利用Stackelberg 博弈模型构建双寡头产量博弈，求解并得出两生产者的均衡产量；以及基于均衡产量两类能源生产者的利润、政府收益、以及消费者效用。
（2）在均衡产量的基础上，分析能源市场的均衡结果，其中主要分析税率、边际生产成本、替代水平等关键因素对均衡产量的影响。分析结果表明了不可再生能源产量与税率呈单调递减关系，可再生能源产量与税率呈单调递增关系，说明政府制定税率是调节两者产量的有效措施；生产成本影响两者产量，说明政府对可再生能源企业扶持的必要性；利用数值分析发现可再生能源产量的敏感度随替代水平增加而减小，不可再生能源产量与替代水平呈递减关系。类似对均衡产量的分析，利用数值分析发现税率、边际生产成本、替代水平同时影响四部门利润。
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参考文献(略)

本文编号：106473