環(huán)境管制政策下天然氣對(duì)煤炭的替代作用分析

方明 張培元 金琴琴 任荔冰

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)得到廣泛的重視，各地區(qū)出臺(tái)了諸如碳稅、碳排放限額等環(huán)境管制政策，在這種背景下，能源使用結(jié)構(gòu)的調(diào)整對(duì)于企業(yè)和社會(huì)來(lái)說(shuō)就變得至關(guān)重要。為此，通過(guò)建立帶有約束的企業(yè)供應(yīng)量-利潤(rùn)模型和社會(huì)福利模型，對(duì)在碳稅政策下天然氣對(duì)煤炭的替代作用進(jìn)行研究，從企業(yè)成本和社會(huì)成本角度分析，得出使用天然氣作為煤炭的替代能源的必要性結(jié)論，并根據(jù)模型提出相應(yīng)的政策建議。

關(guān)鍵詞：天然氣；碳稅；碳排放量；最優(yōu)供給量；替代作用

中圖分類號(hào)：F2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.05.006

1引言

我國(guó)目前已經(jīng)是世界上能源消費(fèi)量和碳排放量最大的國(guó)家之一，煤炭約占我國(guó)能源供應(yīng)的70%。但這種以煤為主的消費(fèi)結(jié)構(gòu)，卻是引起我國(guó)大氣污染的主要原因。當(dāng)下中國(guó)85%的煤炭是通過(guò)直接燃燒使用的，主要包括火力發(fā)電、工業(yè)鍋爐、民用取暖和家庭爐灶等。高耗低效燃燒煤炭向空氣中排放出大量SO2、CO2和煙塵，造成中國(guó)以煤煙型為主的大氣污染。而天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的化石能源，與煤相比，可以同時(shí)解決碳排放和污染兩個(gè)問(wèn)題。我國(guó)以天然氣為燃料的分布式能源系統(tǒng)建設(shè)以逐步進(jìn)入實(shí)質(zhì)性開發(fā)實(shí)施階段，“試點(diǎn)先行”將成為推動(dòng)天然氣體制改革的探索方案。

已有的研究較多關(guān)注經(jīng)濟(jì)體中短期的減排應(yīng)急之策，聚焦于環(huán)境管制政策，例如碳稅、資源稅、排污費(fèi)以及生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制等，研究認(rèn)為長(zhǎng)期內(nèi)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)在于提高能源效率和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。但是將長(zhǎng)期內(nèi)低碳經(jīng)濟(jì)與短期應(yīng)急減排策略相結(jié)合的研究較少。本文的核心任務(wù)就是研究在環(huán)境管制政策下天然氣和煤炭減排成本的經(jīng)濟(jì)可比性，考慮企業(yè)利潤(rùn)、社會(huì)福利等因素，探討天然氣相對(duì)于煤炭能否成為中國(guó)清潔可靠能源保障的合理長(zhǎng)期選擇。

本文以天然氣和煤炭的碳排量為對(duì)象，在傳統(tǒng)模型基礎(chǔ)上做出一些調(diào)整，首先研究不同碳稅，控制不同碳排量，天然氣和煤炭的環(huán)境成本核算，包括碳稅和減排成本；再綜合企業(yè)供應(yīng)利潤(rùn)，在單位煤炭天然氣熱值構(gòu)成的約束條件下得到總利潤(rùn)函數(shù)，考慮經(jīng)濟(jì)損失，獲得社會(huì)總福利函數(shù)；最后比較分析天然氣和基于環(huán)境管制政策下的替代作用，從該角度實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、推進(jìn)節(jié)能減排。本文的研究為我能源企業(yè)合理控制環(huán)境成本、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的雙贏和政府制定相關(guān)減排政策提供了理論依據(jù)。

2文獻(xiàn)綜述

目前國(guó)內(nèi)已有大量文獻(xiàn)從宏觀層面上研究國(guó)家化石能源燃燒后的碳排放對(duì)經(jīng)濟(jì)影響。碳排放是我國(guó)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程應(yīng)該考慮重要問(wèn)題。

有研究者建立了對(duì)碳排放和我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的計(jì)量經(jīng)濟(jì)模型，從定量角度分析二者相關(guān)性。武紅（2013）等通過(guò)建立近五十多年我國(guó)的碳排放總量和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)在這期間經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)過(guò)程中，存在從碳排放總量到GDP的單項(xiàng)Granger因果關(guān)系，即高碳排放促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，但經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)并不會(huì)明顯導(dǎo)致碳排放的增加。另一方面，冷雪（2012）認(rèn)為如果存在一個(gè)經(jīng)濟(jì)可以容易地使用低碳排放要素投入去代替高碳排放要素投入，就可以削弱經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放之間因果關(guān)系的顯著性。同樣建立近三十年計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型，研究表明碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間沒(méi)有存在明顯的環(huán)境庫(kù)茲涅茲曲線，即在不采取減排措施的假設(shè)下，我國(guó)碳排放量不會(huì)自然地減少，反而碳排放量會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展而急劇增加，因此采取經(jīng)濟(jì)手段和政治措施進(jìn)行二氧化碳減排是必要的。

GDP碳排放強(qiáng)度也是對(duì)碳排放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系研究的一個(gè)方面。張友國(guó)（2010）認(rèn)為，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式變化的各構(gòu)成因素種，生產(chǎn)部門能源強(qiáng)度的降低是導(dǎo)致中國(guó)碳排放強(qiáng)度下降的最主要因素，直接能源消費(fèi)率的下降也對(duì)碳排放強(qiáng)度產(chǎn)生了明顯的抑制作用，另外隨著電力對(duì)原煤的替代，終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化也使碳排放強(qiáng)度略有下降。劉廣力（2012）將煤炭消耗引入到了GDP與碳排放的關(guān)系之間，他認(rèn)為從長(zhǎng)期來(lái)看，煤炭消耗比重的持續(xù)增加必然會(huì)使碳排放的增長(zhǎng)速度高于GDP的增長(zhǎng)速度，因此大大提高碳排放強(qiáng)度。因此，我國(guó)要降低碳排放需要從分子上的碳排放量入手，不斷尋找清潔能源和提高各能源使用力度和效率的方法，降低煤炭消耗比重，從而達(dá)到降低排放的目的。

在研究宏觀層面的同時(shí)，已經(jīng)有越來(lái)越多的學(xué)者利用各類模型來(lái)研究碳排放問(wèn)題，其中以CGE模型或者基于CGE模型的變形為主。有學(xué)者從能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)出發(fā)，構(gòu)建我國(guó)能源經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)CEG模型，也有從二氧化碳減排、緩解常規(guī)能源供給壓力的能源可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，構(gòu)建了基于另一種模型假設(shè)基礎(chǔ)之上的CGE模型。大多研究的是環(huán)境管制制度背景下企業(yè)的減排行為和碳交易問(wèn)題。在研究煤電行業(yè)實(shí)施碳減排的路徑選擇方面，葉斌等（2013）在參與開發(fā)中國(guó)能源與環(huán)境政策分析模型（CEEPA）基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)擴(kuò)展和補(bǔ)充；在探討影響碳排放減排成本因素方面，姚云飛等（2012）構(gòu)建了煤電全生命周期碳排放強(qiáng)度模型和碳排放權(quán)資源影子價(jià)格模型，研究了煤電企業(yè)和煤電行業(yè)的碳減排潛力、減排成本及其影響因素。一些學(xué)者還考慮了其他因素，胡雅楠等（2014）加入了CO2排放減少的居民支付意愿；楊翱等（2014）還考慮了生產(chǎn)者和使用者角度的能耗責(zé)任歸屬原則，從投入產(chǎn)出模型內(nèi)外部?jī)蓚€(gè)層面界定能耗強(qiáng)度系數(shù)，以此提出能源消耗外部性的測(cè)定模型。部分文獻(xiàn)綜合模擬分析不同碳稅水平、不同能源使用效率、不同碳稅使用方式對(duì)二氧化碳減排強(qiáng)度、二氧化碳排放強(qiáng)度邊際變化率、部門產(chǎn)出及其價(jià)格、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)福利等變量的影響，婁峰等（2014）通過(guò)構(gòu)建動(dòng)態(tài)可計(jì)算一般均衡（DCGE）模型；任志娟等（2012）Sartzetakis的分析框架，用cournot模型將這三種減排手段統(tǒng)一探討。

已有的與碳排放相關(guān)的研究中，大多數(shù)文獻(xiàn)研究方向在減排方式的選擇和影響減排成本因素宏觀分析等方面，而少有文獻(xiàn)具體針對(duì)天然氣和煤炭減排時(shí)對(duì)社會(huì)總福利的影響進(jìn)行探討，包括比較環(huán)境管制政策下煤炭和天然氣最優(yōu)供應(yīng)量、社會(huì)總福利、廠商的利潤(rùn)額等。而這個(gè)角度研究對(duì)于我國(guó)目前亟待解決優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，推動(dòng)天熱氣改革極具實(shí)際參考價(jià)值。鑒于此，本文將針對(duì)該處空白進(jìn)行研究。

3模型說(shuō)明

4模型分析

從模型中可以看出，供應(yīng)商利潤(rùn)Ui與煤炭供應(yīng)量Ci成負(fù)相關(guān)關(guān)系，同時(shí)，社會(huì)總福利U也與煤炭供應(yīng)量Ci成顯然的負(fù)相關(guān)關(guān)系。煤炭供應(yīng)量的上升一方面會(huì)使得供應(yīng)商利潤(rùn)因減排成本的上升和碳稅的上升而下降，另一方面，會(huì)在供應(yīng)商利潤(rùn)下降和環(huán)境外部性的影響下，使得社會(huì)總體福利下降。這兩方面的因素導(dǎo)致在環(huán)境管制政策下，煤炭使用成本是高昂的，這恰恰是天然氣替代煤炭的意義所在。

從供應(yīng)約束來(lái)看，在一個(gè)地區(qū)以熱值計(jì)量的能源總需求量不變的情況下，天然氣作為一種清潔高效的能源，對(duì)煤炭具有顯著的替代作用。天然氣對(duì)煤炭的替代作用具體可以體現(xiàn)在如下的三個(gè)方面：一是由于燃燒產(chǎn)生相同熱量時(shí)，天然氣比煤炭產(chǎn)生更少的二氧化碳，使用天然氣替代煤炭可以減少供應(yīng)商的碳排放，使得供應(yīng)商的減排成本下降，提高企業(yè)利潤(rùn)；二是使用天然氣所帶來(lái)的較低的碳排放量同樣會(huì)使得企業(yè)面臨的碳稅下降，從而進(jìn)一步降低供應(yīng)商成本；三是溫室氣體排放會(huì)對(duì)不同區(qū)域造成不同的環(huán)境外部性影響，天然氣對(duì)煤炭的替代降低了溫室氣體的排放量，從而降低了能源使用的外部性，降低了社會(huì)總體成本，提高了社會(huì)總福利。綜上所述，在環(huán)境政策管制政策下，具體而言，在政府設(shè)置一定碳稅的情況下，天然氣對(duì)煤炭的替代效用在企業(yè)利潤(rùn)層面和社會(huì)福利層面均產(chǎn)生正面的影響，這也從經(jīng)濟(jì)效益和福利經(jīng)濟(jì)學(xué)角度解釋了天然氣使用的必要性。

基金項(xiàng)目：

河北省廊坊市科學(xué)技術(shù)局2015年廊坊市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃自籌經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“創(chuàng)新城市建設(shè)背景下廊坊市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新模式與機(jī)制研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2015023104）。

5結(jié)論及政策建議

天然氣作為一種單位碳排放量小、產(chǎn)熱效率高的煤炭的替代能源，正在世界范圍內(nèi)越來(lái)越多地被開發(fā)和使用，我國(guó)政府須重視天然氣對(duì)傳統(tǒng)化石能源的替代，以配合我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。針對(duì)本文提出的問(wèn)題，結(jié)合我國(guó)的客觀實(shí)際，現(xiàn)提出具體的政策建議如下：一是制定更加完善的法律法規(guī)，規(guī)范能源市場(chǎng)，提高能源使用效率，加大對(duì)重污染企業(yè)的懲處力度；二是利用合理的碳稅等政策對(duì)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，重視天然氣對(duì)煤炭的替代作用；三是增加天然氣管道等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入，引導(dǎo)企業(yè)和居民正確、安全地使用天然氣，促使天然氣使用向普遍化、高效化、常態(tài)化的方向發(fā)展。

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