方明 張培元 金琴琴 任荔冰

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，環(huán)境問題已經(jīng)得到廣泛的重視，各地區(qū)出臺了諸如碳稅、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)整對于企業(yè)和社會來說就變得至關(guān)重要。為此，通過建立帶有約束的企業(yè)供應(yīng)量-利潤模型和社會福利模型，對在碳稅政策下天然氣對煤炭的替代作用進(jìn)行研究，從企業(yè)成本和社會成本角度分析，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：F2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.05.006

1引言

我國目前已經(jīng)是世界上能源消費(fèi)量和碳排放量最大的國家之一，煤炭約占我國能源供應(yīng)的70%。但這種以煤為主的消費(fèi)結(jié)構(gòu)，卻是引起我國大氣污染的主要原因。當(dāng)下中國85%的煤炭是通過直接燃燒使用的，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，可以同時解決碳排放和污染兩個問題。我國以天然氣為燃料的分布式能源系統(tǒng)建設(shè)以逐步進(jìn)入實質(zhì)性開發(fā)實施階段，“試點先行”將成為推動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、社會福利等因素，探討天然氣相對于煤炭能否成為中國清潔可靠能源保障的合理長期選擇。

本文以天然氣和煤炭的碳排量為對象，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，在單位煤炭天然氣熱值構(gòu)成的約束條件下得到總利潤函數(shù)，考慮經(jīng)濟(jì)損失，獲得社會總福利函數(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

目前國內(nèi)已有大量文獻(xiàn)從宏觀層面上研究國家化石能源燃燒后的碳排放對經(jīng)濟(jì)影響。碳排放是我國在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程應(yīng)該考慮重要問題。

有研究者建立了對碳排放和我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的計量經(jīng)濟(jì)模型，從定量角度分析二者相關(guān)性。武紅（2013）等通過建立近五十多年我國的碳排放總量和國內(nèi)生產(chǎn)總值的計量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)在這期間經(jīng)濟(jì)增長過程中，存在從碳排放總量到GDP的單項Granger因果關(guān)系，即高碳排放促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的增長，但經(jīng)濟(jì)增長并不會明顯導(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)增長與碳排放之間因果關(guān)系的顯著性。同樣建立近三十年計量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型，研究表明碳排放與經(jīng)濟(jì)增長之間沒有存在明顯的環(huán)境庫茲涅茲曲線，即在不采取減排措施的假設(shè)下，我國碳排放量不會自然地減少，反而碳排放量會隨著經(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)度也是對碳排放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系研究的一個方面。張友國（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)率的下降也對碳排放強(qiáng)度產(chǎn)生了明顯的抑制作用，另外隨著電力對原煤的替代，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)為從長期來看，煤炭消耗比重的持續(xù)增加必然會使碳排放的增長速度高于GDP的增長速度，因此大大提高碳排放強(qiáng)度。因此，我國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，已經(jīng)有越來越多的學(xué)者利用各類模型來研究碳排放問題，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)建我國能源經(jīng)濟(jì)動態(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題。在研究煤電行業(yè)實施碳減排的路徑選擇方面，葉斌等（2013）在參與開發(fā)中國能源與環(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)外部兩個層面界定能耗強(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)出及其價格、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會福利等變量的影響，婁峰等（2014）通過構(gòu)建動態(tài)可計算一般均衡（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)具體針對天然氣和煤炭減排時對社會總福利的影響進(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、社會總福利、廠商的利潤額等。而這個角度研究對于我國目前亟待解決優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，推動天熱氣改革極具實際參考價值。鑒于此，本文將針對該處空白進(jìn)行研究。

3模型說明

4模型分析

從模型中可以看出，供應(yīng)商利潤Ui與煤炭供應(yīng)量Ci成負(fù)相關(guān)關(guān)系，同時，社會總福利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)量的上升一方面會使得供應(yīng)商利潤因減排成本的上升和碳稅的上升而下降，另一方面，會在供應(yīng)商利潤下降和環(huán)境外部性的影響下，使得社會總體福利下降。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)約束來看，在一個地區(qū)以熱值計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，對煤炭具有顯著的替代作用。天然氣對煤炭的替代作用具體可以體現(xiàn)在如下的三個方面：一是由于燃燒產(chǎn)生相同熱量時，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；二是使用天然氣所帶來的較低的碳排放量同樣會使得企業(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對不同區(qū)域造成不同的環(huán)境外部性影響，天然氣對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，降低了社會總體成本，提高了社會總福利。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，天然氣對煤炭的替代效用在企業(yè)利潤層面和社會福利層面均產(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)展計劃自籌經(jīng)費(fèi)項目“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”（項目編號：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)越來越多地被開發(fā)和使用，我國政府須重視天然氣對傳統(tǒng)化石能源的替代，以配合我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。針對本文提出的問題，結(jié)合我國的客觀實際，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，提高能源使用效率，加大對重污染企業(yè)的懲處力度；二是利用合理的碳稅等政策對能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，重視天然氣對煤炭的替代作用；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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