1 緒論

改革開放以來，盡管我國經(jīng)濟發(fā)展獲得了舉世矚目的成就，隨著我國工業(yè)化發(fā)展與城鎮(zhèn)化發(fā)展進程的不斷推進，過度使用化石能源產(chǎn)生了一系列的問題。片面追求 GDP 的引導之下，我國工業(yè)的發(fā)展模式一直以來都延續(xù)著傳統(tǒng)的高能耗、高污染以及低產(chǎn)出的經(jīng)濟增長模式。能源作為一把雙刃劍，一方面它作為經(jīng)濟發(fā)展的動脈，能源的投入對于各國經(jīng)濟的發(fā)展都是不可或缺的。能源的短缺亦或是價格的波動都會對經(jīng)濟體產(chǎn)生非常大的沖擊，這種沖擊必將長期存在，上世紀七十年代的兩次石油危機就是很好的例子。縱觀世界經(jīng)濟的發(fā)展進程，能源對于經(jīng)濟增長的約束力有增無減，尤其是發(fā)展中國家。二十一世紀以來，能源價格不斷提高，各國家對石油等不可再生能源的爭奪也更加激烈，國際動蕩此起彼伏，局部沖突持續(xù)不斷，能源的爭奪儼然成為各國的重中之重。另一方面它也是污染的根源，生態(tài)環(huán)境污染作為能源大量使用的副作用，不但影響經(jīng)濟發(fā)展目標的實現(xiàn)，而且對本國乃至全球的環(huán)境保護構成嚴峻的挑戰(zhàn)。二十世紀九十年代以來，隨著世界范圍的氣候變動異常，生態(tài)環(huán)境不斷惡化以及自然災害的頻發(fā)，環(huán)境問題早已成為全人類必須面對的巨大挑戰(zhàn)。減少污染及溫室氣體的排放，經(jīng)濟增長方式向更加低碳的模式轉(zhuǎn)變已成為各國政府當前的首要任務。在哥本哈根會議上，我國政府承諾將在 2020 年之前以 2005 年為基礎將單位GDP 碳排放的強度降低百分之四十至百分之四十五，并且我國政府會根據(jù)此承諾制定相應的約束性指標，將其加入我國經(jīng)濟與社會發(fā)展的長期規(guī)劃之中。單位GDP 的 CO2排放強度與 CO2排放量及國內(nèi)的生產(chǎn)總值三者之間的關系密切，在一定的技術水平之下，能源結構就是能夠決定 CO2排放量的關鍵因素。因此，本文將討論低碳背景下的能源替代與環(huán)境污染。

1.1 研究背景
在當今世界，我國是眾多發(fā)展中國家中最大的一個，在促進我國經(jīng)濟發(fā)展與社會進步的過程中，能源與氣候問題會更加嚴重。由于我國正處在社會主義初級階段，受到國家人口眾多和經(jīng)濟發(fā)展模式的慣性效應等因素的相互制約，我國未來能源需求的增長速度將會更高。能源作為我國經(jīng)濟發(fā)展過程中不可或缺的物質(zhì)基礎,在經(jīng)濟健康發(fā)展和改善人民生活方面發(fā)揮了重要的作用。20 世紀的后 20個年頭，我國的能源消耗每年平均增長了 4.5%；21 世紀的前 10 個年頭，平均年增率超過了 8%。即使 2010-2030 年我國能源消費年均增速為 4.0%，到 2030 年能源消費總量將達到 71 億噸標準煤（發(fā)電煤耗法）；如果年平均增長速度按照6%計算，則 2030 年能源需求將超過 100 億噸標準煤。即使未來我國人均能源消費量與目前能源效率較高的日本的人均水平相當，按 14.5 億人口計算，則我國每年能源需求總量將超過 85 億噸標準煤；如果與目前的美國人均水平相當，則總能源需求每年超過 160 億噸標準煤。巨大的能源需求前景給我國未來經(jīng)濟和社會發(fā)展帶來了嚴峻挑戰(zhàn)，我國能源消費的持續(xù)增長和能源儲備量的局限性，尋求替代能源迫在眉睫。
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1.2 研究的意義
在經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的大背景之下，能源替代、環(huán)境污染與經(jīng)濟的可持續(xù)增長這三者之間的關系日益密切，三者的協(xié)調(diào)發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展的關鍵。能源替代和環(huán)境污染的分析，不僅是人類社會發(fā)展的一個重要話題，也是現(xiàn)如今經(jīng)濟學與環(huán)境科學等相關專業(yè)研究的重要方面。現(xiàn)階段我國正處在調(diào)整經(jīng)濟發(fā)展方式與結構的關鍵時刻，本文結合了我國當前的發(fā)展背景，參考國內(nèi)外相關的理論研究，構建了一個能源替代、環(huán)境污染與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的理論研究框架，針對能源替代、環(huán)境污染與經(jīng)濟增長之間的相互影響與內(nèi)在聯(lián)系進行了深入的研究。對我國經(jīng)濟的健康發(fā)展，合理有效的保護當前的環(huán)境，不但擁有很高的理論價值，而且對現(xiàn)實的發(fā)展也有一定的指導作用。
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2 相關理論研究

2.1 國內(nèi)外相關研究
能源替代是能源經(jīng)濟研究領域的一個非常重要的課題，在過去的許多年里國外學者進行了許多相關的研究，而國內(nèi)對于能源替代方面的研究非常之少，多為能源和資本、能源和勞動力之間的替代研究，缺少對能源之間的替代進行研究。如張華[5]在盧卡斯內(nèi)生增長模型加入可再生能源和不可再生能源參數(shù)，討論了增長路徑在達到均衡的過程中可再生、不可再生能源的消費量同經(jīng)濟增長之間的關系。發(fā)現(xiàn)盡管可再生是能源持續(xù)使用的關鍵，但是現(xiàn)在支撐國內(nèi)經(jīng)濟增長的主力還是不可再生能源。賀媛[6]以超對數(shù)成本函數(shù)與 AES 替代彈性為基礎，估測我國能源之間（石油、煤炭和電力）和資本、勞動與能源間的替代彈性、自價格的彈性和交叉價格的彈性。通過對能源間的替代性研究發(fā)現(xiàn)，電力與煤炭、石油有替代關系，煤炭與石油一定條件下可以互補，但是能源間的價格彈性相對不足，替代互補效應相對較弱。趙胤慧[7]通過分析能源消費與污染排放的現(xiàn)狀和它們之間的相互關系，參考國內(nèi)外能源替代的研究成果，得出能源替代的優(yōu)化途徑，即積極開展電能代替化石能源、清潔能源加入火電替代交易以及區(qū)域之間電能的替代交易。胡國成[8]根據(jù)能源消費與經(jīng)濟增長的相關理論，構建一個加入可再生能源的內(nèi)生經(jīng)濟增長模型，通過定性分析得出，一方面能源消費和經(jīng)濟增長存在正相關的關系，另一方面不可再生能源終將耗盡，可以提高可再生能源的再生率來減緩經(jīng)濟增長和能源供求二者間的矛盾。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境污染已逐漸成為大家關注的話題，國內(nèi)學者就環(huán)境污染與經(jīng)濟增長兩者間的關系進行了大量的研究工作。例如黃菁[9]對我國環(huán)境污染和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展兩者之間的相互關聯(lián)以及二者的內(nèi)生影響機制進行深入的探討，定性和定量分析了多種可能的影響渠道對這關系的作用，對我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展與治理環(huán)境污染提出了相應的政策意見。
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2.2 相關理論概述
生產(chǎn)函數(shù)，指在一定的時間內(nèi), 技術水平恒定, 生產(chǎn)活動中所使用的各種生產(chǎn)要素的數(shù)量與最高產(chǎn)量兩者之間的關系。生產(chǎn)活動中使用的各類生產(chǎn)要素的數(shù)量與其最大產(chǎn)量之間的相互關系。對于生產(chǎn)函數(shù)的研究，經(jīng)濟學家經(jīng)歷了柯布—道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)、CES（Constant Elasticity of Substitution—常數(shù)替代彈性）生產(chǎn)函數(shù)、變替代彈性生產(chǎn)函數(shù)和超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)四個階段。CES 生產(chǎn)函數(shù)是由 J.K.Arrow 和 R.M.Solow 于 1961 年提出來的，作為現(xiàn)代經(jīng)濟分析活動中最常用的生產(chǎn)函數(shù)，它不單可以進行生產(chǎn)技術的預測，還是經(jīng)驗分析常用的工具。2.2 相關理論概述2.2.1 CES 生產(chǎn)函數(shù)生產(chǎn)函數(shù)，指在一定的時間內(nèi), 技術水平恒定, 生產(chǎn)活動中所使用的各種生產(chǎn)要素的數(shù)量與最高產(chǎn)量兩者之間的關系。生產(chǎn)活動中使用的各類生產(chǎn)要素的數(shù)量與其最大產(chǎn)量之間的相互關系。對于生產(chǎn)函數(shù)的研究，經(jīng)濟學家經(jīng)歷了柯布—道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)、CES（Constant Elasticity of Substitution—常數(shù)替代彈性）生產(chǎn)函數(shù)、變替代彈性生產(chǎn)函數(shù)和超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)四個階段。CES 生產(chǎn)函數(shù)是由 J.K.Arrow 和 R.M.Solow 于 1961 年提出來的，作為現(xiàn)代經(jīng)濟分析活動中最常用的生產(chǎn)函數(shù)，它不單可以進行生產(chǎn)技術的預測，還是經(jīng)驗分析常用的工具。
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3 能源替代、環(huán)境污染與經(jīng)濟增長.....12
3.1 引言....... 12
3.2 理論模型........13
3.3 模型求解........15
3.4 經(jīng)濟增長與能源效率...........21
4 能源替代與環(huán)境污染的實證研究......25
4.1 引言....... 25
4.2 計量方程........25
4.2.1 計量方程........... 25
4.2.2 數(shù)據(jù)的來源和處理...........26
4.3 實證檢驗........27
4.4 本章小結.......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 假設及符號設定.......31
5.2.2 各部門利潤....... 32
5.3 動態(tài)博弈模型........33
5.3.1 博弈模型構建...........33
5.3.2 均衡點求解....... 35
5.4 能源市場均衡結果分析.......37
5.5 本章小結.......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，能夠被人類利用并由此獲得能量的自然資源，根據(jù)其能否實現(xiàn)可持續(xù)利用，分為可再生能源和不可再生能源兩大類。隨著時代的發(fā)展，化石能源供應緊張，環(huán)境問題也日益突顯，在未來將會出現(xiàn)以可再生能源為主的新能源時期。新舊能源替代過程中能源結構正在發(fā)生變化。近年來，國內(nèi)外許多學者就能源替代問題作了大量的工作，Alejandro Mosino[54]研究了由可再生能源轉(zhuǎn)向不可再生能源投入的能源生產(chǎn)，數(shù)值模擬顯示，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)替代彈性不僅取決于不確定性參數(shù),也取決于能源的需求量、成本和能源的相對效率。肖條軍[55]構建了垂直創(chuàng)新對經(jīng)濟增長影響的縱向型內(nèi)生增長模型，對集團公司與其子公司二者在庫諾特市場上進行博弈分析，得出集團公司的創(chuàng)新能力對自身及子公司都用很好的促進作用。除建模分析外，也有一些學者實證分析碳稅等外生變量對能源結構的影響。例如 Monica Prasada[56]針對美國 39個州，，通過實證研究了可再生能源政策對碳排放的影響，驗證了碳稅對能源利用的積極性影響。較多學者從內(nèi)生經(jīng)濟增長模型以及均衡路徑角度分析能源替代問題，然而可再生能源替代不可再生能源的過程實質(zhì)上也是兩者博弈的過程，現(xiàn)有研究中基于博弈視角研究兩者替代關系的并不多。例如孫鵬[57]將 R&D 部門的投資作為可再生能源的決策變量，研究了兩類能源企業(yè)之間的動態(tài)博弈問題。本文借鑒 Pu-yan Nie[62-65]等構建雙寡頭 Stackelberg 博弈模型，從博弈的角度出發(fā)，建立Stackelberg 博弈模型，分析可再生能源與不可再生能源的均衡產(chǎn)量及其利潤，并探討稅率、邊際生產(chǎn)成本、替代水平等參數(shù)對其產(chǎn)生的影響，為政府等相關部門對能源結構的調(diào)整提供參考。

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結論

基于 Stackelberg 博弈模型分析不可再生能源與可再生能源的均衡產(chǎn)量，同時對兩類能源生產(chǎn)者利潤、政府收益、以及消費者效用進行探討。主要研究內(nèi)容及結論如下：
（1）假設某能源市場僅存在不可再生能源與可再生能源兩個生產(chǎn)者，利用Stackelberg 博弈模型構建雙寡頭產(chǎn)量博弈，求解并得出兩生產(chǎn)者的均衡產(chǎn)量；以及基于均衡產(chǎn)量兩類能源生產(chǎn)者的利潤、政府收益、以及消費者效用。
（2）在均衡產(chǎn)量的基礎上，分析能源市場的均衡結果，其中主要分析稅率、邊際生產(chǎn)成本、替代水平等關鍵因素對均衡產(chǎn)量的影響。分析結果表明了不可再生能源產(chǎn)量與稅率呈單調(diào)遞減關系，可再生能源產(chǎn)量與稅率呈單調(diào)遞增關系，說明政府制定稅率是調(diào)節(jié)兩者產(chǎn)量的有效措施；生產(chǎn)成本影響兩者產(chǎn)量，說明政府對可再生能源企業(yè)扶持的必要性；利用數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)可再生能源產(chǎn)量的敏感度隨替代水平增加而減小，不可再生能源產(chǎn)量與替代水平呈遞減關系。類似對均衡產(chǎn)量的分析，利用數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)稅率、邊際生產(chǎn)成本、替代水平同時影響四部門利潤。
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參考文獻(略)

本文編號：106473