能源價格波動對能源-環(huán)境-經濟系統(tǒng)的影響研究

郭正權，張興平，鄭宇花

(1．北方工業(yè)大學經濟管理學院，北京 100144；2．華北電力大學經濟與管理學院，北京 102206；3．北京工商大學商學院，北京 100048)

1 引言

能源作為國民經濟基本的生產要素，其價格波動將對整個經濟體系產生重要的影響，因此能源價格波動及其對社會經濟體系的影響機制一直是國內外學者研究的熱點。比如，姬強等[1]提出時變最優(yōu)Copula模型，并對石油價格、天然氣價格與外匯市場匯率間動態(tài)相依關系進行了實證分析。曹飛[2]構建了開放經濟條件下的真實經濟周期模型，通過引入石油價格沖擊和技術沖擊，探討了石油價格沖擊對中國實際經濟波動的作用機制?？捎嬎阋话憔?Computable General Equilibrium，CGE)模型在瓦爾拉斯一般均衡理論基礎上，將國民經濟各組成部分和經濟循環(huán)的各個環(huán)節(jié)納入到一個統(tǒng)一的框架下進行分析，可以刻畫國民經濟各部門的相互作用、相互影響和相互制約過程，因而被學者們廣泛地應用到能源、環(huán)境政策以及能源價格變動對能源-環(huán)境-經濟系統(tǒng)的影響分析中。李霜等[3]構建了一個包含石油價格沖擊的動態(tài)隨機一般均衡模型，基于經濟波動風險的最小化，研究了石油價格沖擊對中國貨幣供應機制的影響。Doroodian與Boyd[4]利用動態(tài)CGE模型分析了2000年美國石油價格沖擊對經濟增長和通貨膨脹的影響。Guivarch等[5]通過全球混合CGE模型，檢驗了2003-2006年期間印度石油價格上漲對經濟的影響。Aydn和Acar[6]通過動態(tài)CGE模型，分析了土耳其作為小型開放的石油與天然氣進口國，石油價格沖擊對其宏觀經濟變量的影響。Maisonnave等[7]探討了氣候政策是否將緩解石油價格上漲對歐洲宏觀經濟帶來的負面影響。Orlov[8]通過靜態(tài)多部門CGE模型評估了俄羅斯天然氣的最優(yōu)價格。Solaymani等[9]研究了石油價格波動與能源補貼的組合情景對馬來西亞交通部門經濟與環(huán)境變量的影響。Capros等[10]評估了差別能源價格對歐盟和非歐盟國家宏觀經濟和部門的影響。

許多學者利用CGE模型研究了中國能源價格與能源-環(huán)境-經濟系統(tǒng)變量之間的關系。在該類研究中，能源部門的分類是一個重要問題。林伯強與牟敦國[11]將能源部門調整為煤炭、原油、石油冶煉與電力4個部門，研究了石油與煤炭價格上漲對宏觀經濟變量的影響。He等[12]將能源部門調整為煤炭開采、天然氣、石油開采與冶煉、焦炭、電力與熱力的生產與供應5個部門，分析了煤炭價格上漲對電力價格以及宏觀經濟變量的影響。Li Jifeng等[13]將能源部門調整為煤炭開采、石油與天然氣開采、石油冶煉、煉焦與核燃料加工、電力與熱力的生產與供應、燃氣生產與供應6個部門，探討了在不同電力價格機制下，征收100元/噸的碳稅對經濟系統(tǒng)的影響。Liu Jingyu等[14]將能源部門調整為煤炭、原油、石油冶煉與電力4個部門，研究了石油價格波動與貨幣政策及目標之間的相互影響與反應。Dong Baomin等[15]將能源部門調整為煤炭、石油、天然氣、電力4個部門，探討了國際石油價格沖擊與人民幣匯率變動對中國宏觀經濟的影響。Zhang Wei等[16]將能源部門調整為煤炭、石油、天然氣、電力4個部門，分析了天然氣價格波動對經濟系統(tǒng)的影響。He Yongda與Lin Boqiang[17]將能源部門調整為天然氣、原油、煤炭、石油、燃氣和電力6個部門，討論了天然氣價格波動對經濟系統(tǒng)的影響。

不同類能源在生產過程存在異質性，在產品使用過程中存在替代關系，有些一次能源是二次能源生產過程中的主要原料投入，這些因素都將影響能源價格波動對能源-環(huán)境-經濟系統(tǒng)的影響機制。尤其是近年來我國清潔可再生電力發(fā)展迅速，使得在研究過程中需考慮不同電力能源之間的替代關系?；诖?，本文實現(xiàn)了對電力部門的細分，將其細分為火電、水電、核電、風電和太陽能及其它電力五個部門。另外，本文對石油和天然氣開采產品部門進行了拆分。石油開采產品與天然氣開采產品是完全異質性能源，其生產過程的投入結構與產品的分配結構差異是非常大的，本文克服了按能源產量等比例拆分的缺陷，通過雙比例平衡法實現(xiàn)了石油開采業(yè)與天然氣開采業(yè)的拆分，體現(xiàn)了兩類能源各自的生產技術特點與產品需求結構特征。本文最終將能源部門細分為11個部門，可以進一步提高能源價格波動政策情景分析的科學性，同時也可以對清潔可再生電力相關的政策進行分析。

本文在政策情景設置中充分考慮到目前影響中國各類能源價格波動的重要因素，主要包括：(1)化石能源價格下跌并持續(xù)維持低位。中國煤炭價格指數(shù)由2011年11月份的200左右持續(xù)走低，2016年底雖有所回升，但目前基本維持在150-160之間。國際石油價格從2014年7月以來也一路下跌并長期維持低價位區(qū)間。(2)風電與太陽能發(fā)電成本持續(xù)下降?！笆濉逼陂g，光伏發(fā)電成本總體降幅超過60%，風力開發(fā)利用成本下降了約30%?？梢灶A期，隨著風光發(fā)電技術進步及累計裝機的增加，其發(fā)電成本將持續(xù)降低。(3)環(huán)境稅，或碳稅的實施將導致化石能源使用成本提高。2016年通過的《中華人民共和國環(huán)境保護稅法》將于2018年1月1日實施。未來我國有可能實施單獨的碳稅政策或將碳稅納入環(huán)境稅中。(4)電力市場化改革將影響電力價格及其在經濟系統(tǒng)的傳導作用。2015年3月中共中央、國務院發(fā)布了《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》，電力體制改革重要內容之一就是推進電力交易市場化。

基于以前學者的研究以及我國能源價格波動的客觀現(xiàn)實，本文將構建基于能源部門細分的能源價格波動CGE模型，系統(tǒng)分析在化石能源價格下降，風電和太陽能發(fā)電技術進步，碳稅以及電力市場化改革等不同的政策情景組合下，能源價格波動對我國能源-環(huán)境-經濟系統(tǒng)的影響機制。

2 模型主要結構

本文構建的CGE模型主要包含生產函數(shù)、貿易函數(shù)(產品需求與分配函數(shù))、機構函數(shù)、均衡與閉合函數(shù)、碳排放與居民福利函數(shù)等模塊。

生產函數(shù)模塊中，本文將生產函數(shù)分為6層套嵌，第六層為資本-能源-勞動要素合成與中間投入的合成。第五層為資本-能源要素與勞動要素的合成。第四層為能源要素與資本要素的合成。最下邊的三層是體現(xiàn)能源部門細分的不同能源要素投入的合成。其中，第三層能源要素的合成，即化石能源要素與電力能源要素的合成。第二層為化石能源要素的合成；電力能源要素的合成。其中，化石能源要素煤焦能源-石油能源-氣體能源的合成，根據(jù)能源之間的可替代性，合成順序：石油能源與氣體能源合成；油氣能源要素與煤焦能源要素合成。電力能源要素是清潔電力能源與火電能源要素的合成。第一層是10種一次與二次能源要素投入的合成。具體包括：煤炭開采與焦碳能源要素投入的合成；石油開采與石油加工要素投入的合成；天然氣開采與燃氣要素投入的合成；水電、核電、風電、太陽能及其它發(fā)電四種清潔電力能源要素投入的合成。生產函數(shù)中要素與相關產品投入結構詳見圖1，且各層投入的合成采用常替代彈性(Constant Eleasticity of Substitution，CES)生產函數(shù)形式。

圖1 生產函數(shù)結構示意圖

貿易函數(shù)模塊中，國內產品分配采用常彈性轉換(Constant Elasticity of Transformation，CET)函數(shù)形式，生產者在一定的生產技術約束下，確定產品在不同的市場之間分配的最優(yōu)策略。國內產品需求采用“阿明頓(Armington)假設”函數(shù)形式，消費者在進口品與國內產品之間進行優(yōu)化組合，以實現(xiàn)成本最小化。機構函數(shù)模塊包括居民的收入與支出函數(shù)，企業(yè)的收入與支出函數(shù)，政府的收入與支出函數(shù)。其中居民的消費函數(shù)采用斯通-蓋利(Stone-Geary)效用函數(shù)，其余函數(shù)都為等比例線性函數(shù)。均衡函數(shù)模塊包括勞動力市場均衡、資本市場均衡、商品市場均衡；閉合函數(shù)模塊包含儲蓄-投資平衡、政府收支平衡、國際收支平衡。碳排放模塊函數(shù)主要計算煤炭、焦炭、原油、石油加工品、天然氣、燃氣等化石能源在需求過程中排放的二氧化碳。居民福利函數(shù)，本文通過希克斯等價變動來衡量實施外部政策沖擊后對居民福利的影響，以政策實施前的商品價格為基礎，測算居民在政策實施后效用水平的變化情況。

3 部門設置與數(shù)據(jù)來源

3.1 部門設置和能源部門細分方法與過程

本文以2012年全國投入產出表為基礎，根據(jù)產業(yè)結構特點以及研究的需要，將投入產出表調整為31個部門。其中能源部門包括：煤炭采選業(yè)、煉焦業(yè)、石油開采業(yè)、精煉石油加工業(yè)、天然氣開采業(yè)、燃氣生產和供應業(yè)、火電生產與供應業(yè)、水電生產與供應業(yè)、核電生產與供應業(yè)、風電生產與供應業(yè)、太陽能及其它電力生產與供應業(yè)。其中石油與天然氣開采業(yè)拆分采用雙比例平衡法，詳見Guo Zhengquan等[18]。電力生產與供應業(yè)部門的具體拆分步驟為：(1)根據(jù)《中國2012年投入產出表編制方法》[19]編制方法，2012年各類電力生產、電力傳輸與供應相關企業(yè)調研的成本明細表、其它成本明細表、利潤表等基礎數(shù)據(jù)，編制各類電力部門中間投入比例結構與增加值比例結構；(2)在各類電力部門的生產投入過程中，化石能源全部投入到火電部門，核燃料產品投入到核電部門；(3)根據(jù)2012年各類電力的發(fā)電量與平均上網電價，將電力生產與供應業(yè)部門拆分為火電、水電、核電、風電、太陽能及其他電力生產與供應業(yè)，以及電力傳輸與供應業(yè)部門；(4)根據(jù)火電、水電、核電、風電、太陽能及其他電力的發(fā)電量，分割電力傳輸與供應業(yè)部門，由此將電力生產與供應業(yè)部門，拆分為火電生產與供應業(yè)、水電生產與供應業(yè)、核電生產與供應業(yè)、風電生產與供應業(yè)、太陽能及其他電力生產與供應業(yè)5個部門；(5)根據(jù)各部門的產出價值按比例拆分電力生產與供應業(yè)部門產品在中間投入與最終需求環(huán)節(jié)的分配；(6)火電、水電、核電、風電、太陽能及其它電力各個部門對電力的投入需求來自于本部門。

3.2 數(shù)據(jù)來源

基礎數(shù)據(jù)來自于國家統(tǒng)計局-2012年中國投入產出表、國家統(tǒng)計局年度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，《2013-中國電力年鑒》[20]、《中國能源統(tǒng)計年鑒-2013》[21]、中國電力企業(yè)聯(lián)合會年度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，火電、水電、核電、風電、太陽能發(fā)電、電網公司等相關企業(yè)財務報表數(shù)據(jù)。

模型中需要標定與設置的參數(shù)主要包括生產函數(shù)與貿易函數(shù)的替代彈性系數(shù)、碳排放系數(shù)。本文替代彈性系數(shù)標定主要參考了文獻[22-26]的相關研究。碳排放系數(shù)主要涉及煤炭開采和洗選業(yè)、煉焦業(yè)、石油開采業(yè)、石油煉制與加工業(yè)、天然氣開采業(yè)、燃氣生產和供應業(yè)6種一次、二次化石能源最終需求導致的碳排放。其中，設定煉焦、燃氣制造的原煤投入不產生碳排放；碳排放發(fā)生在焦炭與燃氣消費需求環(huán)節(jié)；用于石油煉制與加工業(yè)的原油投入不產生碳排放，碳排放主要發(fā)生在石油產品的消費需求環(huán)節(jié)。六種化石能源的碳排放系數(shù)來自《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》。

4 情景設置與模擬分析

4.1 情景設置

根據(jù)目前影響中國能源價格波動的主要因素及趨勢，本文在以下幾方面設置價格波動情景：(1)化石能源價格下降。由于清潔能源對化石能源替代作用，以及供求關系等因素，化石能源價格一定時期內將處于低價位運行狀態(tài)。(2)風電與太陽能發(fā)電部門全要素生產率提高。(3)電力價格管制方式。中國政府正在積極推進電力市場化改革，電力價格的管制機制將由政府管理轉變?yōu)槭袌龉┬桕P系決定，管制方式的改變將影響電價在經濟系統(tǒng)的傳導機制與作用效果。(4)環(huán)境稅的實施將影響化石能源的使用成本。環(huán)境稅是對大氣污染物、水污染物、固體廢物和噪聲等多種污染源征的稅，并且每一種污染物又涉及多種稅目。環(huán)境稅稅目復雜，數(shù)據(jù)來源困難，且不是單獨針對化石能源使用的外部性而征收的稅。同時，中國將來有可能實施單獨的碳稅政策，或將碳稅納入到環(huán)境稅中。因此本文在環(huán)境成本方面依然考慮碳稅政策。具體政策情境設置如下：

情景1：假設煤炭與原油價格同時下降10%、20%、30%，電力價格實行政府管制，電力價格保持不變。

情景2：假設煤炭與原油價格同時下降10%、20%、30%，電力價格市場化，電價根據(jù)市場供需關系自動調整。

情景3：在情景1的基礎上，假設風電與太陽能及其它電力全要素生產率提高30%。

情景4：在情景2的基礎上，假設風電與太陽能及其它電力全要素生產率提高30%。

情景5：在情景3的基礎上，對化石能源使用引起的碳排放實施碳稅政策，征收標準為30元/噸二氧化碳。

情景6：在情景4的基礎上，對化石能源使用引起的碳排放實施碳稅政策，征收標準為30元/噸二氧化碳。

4.2 政策情景組合對能源需求總量及結構的影響分析

不同政策情景對能源需求和結構的影響如表1。情景1中，煤炭與原油價格下降導致煤炭、焦炭、原油、石油和燃氣需求量上升。同時由于能源之間相對價格變化與替代作用，導致電力和天然氣需求有所下降。情景2中，在市場化電力價格傳導機制作用下，火電需求量由于煤炭投入成本下降有所上升。能源間替代作用導致清潔電力需求量下降，而且幅度相比情景1更大。因此當清潔電力成本遠高于傳統(tǒng)火電成本時，市場化的電價機制將不利于清潔可再生電力的發(fā)展，此時需要政策的大力支持。

情景3中，雖然風電與太陽能及其它電力由于技術進步，全要素生產率提高30%，成本明顯下降，但由于電力價格管制，生產環(huán)節(jié)的成本下降難以傳導到需求環(huán)節(jié)，導致各類能源的需求變化情況與情景1基本一致。而情景4中，由于電力價格市場化機制將風光可再生能源電力成本的下降傳遞到需求環(huán)節(jié)，清潔可再生能源電力需求有極大的提高。因此當清潔電力效率明顯提升，成本與傳統(tǒng)火電成本相當時，市場化的電價機制將有利于清潔電力的發(fā)展，此時可以考慮可再生能源電力政策的退出機制?；痣娪捎诿禾客度氤杀镜南陆担枨笠灿兴岣?。

征收碳稅導致化石能源使用成本有所提高，情景5和情景6中化石能源的需求都有所下降，而清潔電力需求有所增加。碳稅政策可有效地抵消由于化石能源價格下降而導致的化石能源消費和碳排放的增加。因此，當化石能源價格持續(xù)走低并低位運行時是推出碳稅政策的有利時機。情景6中，當風電與太陽能發(fā)電全要素生產率提高30%，也就是當風光可再生能源發(fā)電成本大幅度降低時，市場化的電價機制更有利于清潔可再生能源電力的發(fā)展。

表1 政策情景組合對能源需求總量及結構的影響單位：%

續(xù)表1 政策情景組合對能源需求總量及結構的影響單位：%

4.3 政策情景組合對碳排放總量與強度的影響分析

政策情景組合對碳排放總量與強度的影響結果如表2?？傮w來看，化石能源價格下降將導致我國碳排放總量與強度有所增加。相對于電價管制情景，電價市場化機制對減少碳排放有更好的效果。特別是在電力價格市場化機制下，風電和太陽能發(fā)電技術進步與實施碳稅政策等情景組合下(情景6)，可有效地減少碳排放總量和強度，有效對沖由于化石能源價格下降導致的碳排放增加。由于清潔能源占總能源消費比例很低，相對來說，實施碳稅政策比風電和太陽能發(fā)電技術進步的效果更為明顯。

4.4 政策情景組合對宏觀經濟變量的影響分析

不同政策情景對宏觀經濟變量的影響如表3。在全部6種政策情景組合下，由于化石能源價格下降，以及風電、太陽能和其它電力全要素生產率的提高，導致能源成本下降，因此整體上實際GDP和社會福利都有不同程度的上升，且隨著化石能源價格下降幅度的增加不斷提高。即使在征收碳稅的情景5與情景6，實際GDP和社會福利僅比不征收碳稅的情景3與4有略微的下降。情景2相比情景1、情景4相比情景3、情景6相比情景5，在市場化電價機制條件下，實際GDP和社會福利有更高程度的提高。

表2 政策情景組合對碳排放總量與強度的影響單位：%

續(xù)表2 政策情景組合對碳排放總量與強度的影響單位：%

表3 政策情景組合對宏觀經濟變量的影響

續(xù)表3 政策情景組合對宏觀經濟變量的影響

續(xù)表3 政策情景組合對宏觀經濟變量的影響

居民收入的波動主要取決于勞動與資本生產要素價格的波動(勞動、資本與能源之間存在替代作用；能源產出增加或減少對要素需求變化引起的要素價格波動)。企業(yè)收入的波動一方面取決于資本要素價格的波動，另一方面取決于煤炭、原油價格下降導致的部門損失。政府收入的波動取決于居民收入、企業(yè)收入的波動、碳稅引發(fā)的收入增加，以及社會經濟系統(tǒng)各類價格波動引發(fā)的稅收波動?？傮w上，在不同政策情景組合下，居民收入、企業(yè)收入和政府收入作為名義變量都有不同程度的下降，但不同政策情景組合下的變動幅度有所差異。其中，居民收入在情景4中下降幅度最小。企業(yè)收入在所有情境中下降幅度都較大，但六種情景之間的差異不大。政府收入在前4種情景中下降幅度差異不大，而在征收碳稅情景中下降幅度明顯減小。居民儲蓄、企業(yè)儲蓄、政府儲蓄與相應的收入呈現(xiàn)出相同方向、同幅度的變化。相應全社會的名義投資也有所下降，實際投資由于全社會整體價格水平的下降，比名義投資下降幅度較低。居民消費在不同政策情景組合下，比基準情景都有所增加。政府總消費在前4中情景中有所降低，但在征收碳稅的情景中有所增加。

總體來說，居民、企業(yè)、政府與社會投資等名義與實際變量，由于受到不同政策的作用力度與方向不同，變動方向與幅度差異比較大。但作為宏觀經濟變量中最為核心變量，實際GDP與社會福利，在6種政策情景組合中都有所增加，且在電價市場化機制下有更高程度的提高。

5 結語

由于不同能源之間的替代與互補性，以及不同能源價格波動方向的差異，能源價格波動對能源-環(huán)境-經濟系統(tǒng)影響的作用機制是極其復雜的。在化石能源價格下降，風電和太陽能發(fā)電技術進步，化石能源環(huán)境成本提高，以及電力價格市場化改革等影響能源價格波動因素的政策情景組合作用機制下，得出如下結論及政策建議：

(1)煤炭和石油價格下降會促進化石能源的需求，抑制清潔電力需求。由于煤炭與石油在我國能源消費結構中占據(jù)絕對的主導地位，其價格下降將導致能源消費與單位GDP能耗的增加。

(2)化石能源價格下降將導致我國碳排放總量與強度增加。不同能源價格波動的政策情景組合下，電價市場化機制下比政府管制對降低碳排放總量與碳排放強度有更好的效果。電力市場化改革有利于發(fā)揮電價在經濟系統(tǒng)中傳導機制的作用。

(3)碳稅對降低化石能源需求和碳排放以及促進清潔電力需求有顯著作用，碳稅與化石能源價格變動的聯(lián)動機制有利于提升節(jié)能減排效果。也就是說，當化石能源價格明顯下降時，要適當提高碳稅水平，反之要降低碳稅水平。因此政府在化石能源價格低價位長期運行的背景下，有必要而且也有條件采取政策手段，尤其是環(huán)境稅或更為直接的碳稅政策，通過提升化石能源的使用成本來降低其需求增加所導致的環(huán)境影響，從而促進能源系統(tǒng)的低碳轉型。

(4)當清潔電力的成本與傳統(tǒng)火電成本相比具有價格競爭力時，電力價格市場化機制會明顯促進清潔電力的需求。反之，政府管制電價有利于清潔電力的發(fā)展。因此，促進清潔電力成本的降低，使得其與火電具有價格上的競爭力是促進清潔可再生能源發(fā)展的重要政策取向。

(5)在能源價格波動政策情景組合下，作為宏觀經濟核心變量的實際GDP與社會福利都有所增加，且電價市場化機制比電價政府管制有更高程度的提高。因此在目前條件下，有利于碳稅和電價市場化改革等政策的實施。

CGE模型是建立在瓦爾拉斯一般均衡理論基礎上，依據(jù)新古典經濟學理論對現(xiàn)實經濟系統(tǒng)的抽象與刻畫，在政策評價方面非常具有優(yōu)勢，但CGE模型建模過程復雜、數(shù)據(jù)要求高。本文所構建的CGE模型，是在基準年的數(shù)據(jù)基礎上，分析能源價格波動多政策情景對能源-環(huán)境-經濟系統(tǒng)的影響機制，屬于比較靜態(tài)分析。動態(tài)CGE模型可以模擬能源價格波動政策的長期累積效應，因此未來有必要研究模型結構更為復雜的動態(tài)CGE模型，以此為基礎評價能源價格波動對能源-環(huán)境-經濟系統(tǒng)的沖擊效應。