环境管制政策下天然气对煤炭的替代作用分析

方明 张培元 金琴琴 任荔冰

摘要：随着我国经济发展和人民生活水平的提高，环境问题已经得到广泛的重视，各地区出台了诸如碳税、碳排放限额等环境管制政策，在这种背景下，能源使用结构的调整对于企业和社会来说就变得至关重要。为此，通过建立带有约束的企业供应量-利润模型和社会福利模型，对在碳税政策下天然气对煤炭的替代作用进行研究，从企业成本和社会成本角度分析，得出使用天然气作为煤炭的替代能源的必要性结论，并根据模型提出相应的政策建议。

关键词：天然气；碳税；碳排放量；最优供给量；替代作用

中图分类号：F2

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.05.006

1引言

我国目前已经是世界上能源消费量和碳排放量最大的国家之一，煤炭约占我国能源供应的70%。但这种以煤为主的消费结构，却是引起我国大气污染的主要原因。当下中国85%的煤炭是通过直接燃烧使用的，主要包括火力发电、工业锅炉、民用取暖和家庭炉灶等。高耗低效燃烧煤炭向空气中排放出大量SO2、CO2和烟尘，造成中国以煤烟型为主的大气污染。而天然气作为一种优质、高效、清洁的化石能源，与煤相比，可以同时解决碳排放和污染两个问题。我国以天然气为燃料的分布式能源系统建设以逐步进入实质性开发实施阶段，“试点先行”将成为推动天然气体制改革的探索方案。

已有的研究较多关注经济体中短期的减排应急之策，聚焦于环境管制政策，例如碳税、资源税、排污费以及生态补偿机制等，研究认为长期内发展低碳经济在于提高能源效率和优化能源结构。但是将长期内低碳经济与短期应急减排策略相结合的研究较少。本文的核心任务就是研究在环境管制政策下天然气和煤炭减排成本的经济可比性，考虑企业利润、社会福利等因素，探讨天然气相对于煤炭能否成为中国清洁可靠能源保障的合理长期选择。

本文以天然氣和煤炭的碳排量为对象，在传统模型基础上做出一些调整，首先研究不同碳税，控制不同碳排量，天然气和煤炭的环境成本核算，包括碳税和减排成本；再综合企业供应利润，在单位煤炭天然气热值构成的约束条件下得到总利润函数，考虑经济损失，获得社会总福利函数；最后比较分析天然气和基于环境管制政策下的替代作用，从该角度实现能源结构调整、推进节能减排。本文的研究为我能源企业合理控制环境成本、实现经济与环境的双赢和政府制定相关减排政策提供了理论依据。

2文献综述

目前国内已有大量文献从宏观层面上研究国家化石能源燃烧后的碳排放对经济影响。碳排放是我国在经济发展过程应该考虑重要问题。

有研究者建立了对碳排放和我国经济发展的计量经济模型，从定量角度分析二者相关性。武红（2013）等通过建立近五十多年我国的碳排放总量和国内生产总值的计量经济学模型，发现在这期间经济增长过程中，存在从碳排放总量到GDP的单项Granger因果关系，即高碳排放促进了经济的增长，但经济增长并不会明显导致碳排放的增加。另一方面，冷雪（2012）认为如果存在一个经济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，就可以削弱经济增长与碳排放之间因果关系的显著性。同样建立近三十年计量经济学模型，研究表明碳排放与经济增长之间没有存在明显的环境库兹涅兹曲线，即在不采取减排措施的假设下，我国碳排放量不会自然地减少，反而碳排放量会随着经济发展而急剧增加，因此采取经济手段和政治措施进行二氧化碳减排是必要的。

GDP碳排放强度也是对碳排放和经济发展关系研究的一个方面。张友国（2010）认为，在经济发展方式变化的各构成因素种，生产部门能源强度的降低是导致中国碳排放强度下降的最主要因素，直接能源消费率的下降也对碳排放强度产生了明显的抑制作用，另外随着电力对原煤的替代，终端能源消费结构的变化也使碳排放强度略有下降。刘广力（2012）将煤炭消耗引入到了GDP与碳排放的关系之间，他认为从长期来看，煤炭消耗比重的持续增加必然会使碳排放的增长速度高于GDP的增长速度，因此大大提高碳排放强度。因此，我国要降低碳排放需要从分子上的碳排放量入手，不断寻找清洁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，从而达到降低排放的目的。

在研究宏观层面的同时，已经有越来越多的学者利用各类模型来研究碳排放问题，其中以CGE模型或者基于CGE模型的变形为主。有学者从能源环境经济系统出发，构建我国能源经济动态CEG模型，也有从二氧化碳减排、缓解常规能源供给压力的能源可持续发展角度出发，构建了基于另一种模型假设基础之上的CGE模型。大多研究的是环境管制制度背景下企业的减排行为和碳交易问题。在研究煤电行业实施碳减排的路径选择方面，叶斌等（2013）在参与开发中国能源与环境政策分析模型（CEEPA）基础上进行相关扩展和补充；在探讨影响碳排放减排成本因素方面，姚云飞等（2012）构建了煤电全生命周期碳排放强度模型和碳排放权资源影子价格模型，研究了煤电企业和煤电行业的碳减排潜力、减排成本及其影响因素。一些学者还考虑了其他因素，胡雅楠等（2014）加入了CO2排放减少的居民支付意愿；杨翱等（2014）还考虑了生产者和使用者角度的能耗责任归属原则，从投入产出模型内外部两个层面界定能耗强度系数，以此提出能源消耗外部性的测定模型。部分文献综合模拟分析不同碳税水平、不同能源使用效率、不同碳税使用方式对二氧化碳减排强度、二氧化碳排放强度边际变化率、部门产出及其价格、经济发展、社会福利等变量的影响，娄峰等（2014）通过构建动态可计算一般均衡（DCGE）模型；任志娟等（2012）Sartzetakis的分析框架，用cournot模型将这三种减排手段统一探讨。

已有的与碳排放相关的研究中，大多数文献研究方向在减排方式的选择和影响减排成本因素宏观分析等方面，而少有文献具体针对天然气和煤炭减排时对社会总福利的影响进行探讨，包括比较环境管制政策下煤炭和天然气最优供应量、社会总福利、厂商的利润额等。而这个角度研究对于我国目前亟待解决优化能源结构，推动天热气改革极具实际参考价值。鉴于此，本文将针对该处空白进行研究。

3模型说明

4模型分析

从模型中可以看出，供应商利润Ui与煤炭供应量Ci成负相关关系，同时，社会总福利U也与煤炭供应量Ci成显然的负相关关系。煤炭供应量的上升一方面会使得供应商利润因减排成本的上升和碳税的上升而下降，另一方面，会在供应商利润下降和环境外部性的影响下，使得社会总体福利下降。这两方面的因素导致在环境管制政策下，煤炭使用成本是高昂的，这恰恰是天然气替代煤炭的意义所在。

从供应约束来看，在一个地区以热值计量的能源总需求量不变的情况下，天然气作为一种清洁高效的能源，对煤炭具有显著的替代作用。天然气对煤炭的替代作用具体可以体现在如下的三个方面：一是由于燃烧产生相同热量时，天然气比煤炭产生更少的二氧化碳，使用天然气替代煤炭可以减少供应商的碳排放，使得供应商的减排成本下降，提高企业利润；二是使用天然气所带来的较低的碳排放量同样会使得企业面临的碳税下降，从而进一步降低供应商成本；三是温室气体排放会对不同区域造成不同的环境外部性影响，天然气对煤炭的替代降低了温室气体的排放量，从而降低了能源使用的外部性，降低了社会总体成本，提高了社会总福利。综上所述，在环境政策管制政策下，具体而言，在政府设置一定碳税的情况下，天然气对煤炭的替代效用在企业利润层面和社会福利层面均产生正面的影响，这也从经济效益和福利经济学角度解释了天然气使用的必要性。

基金项目：

河北省廊坊市科学技术局2015年廊坊市科学技术研究与发展计划自筹经费项目“创新城市建设背景下廊坊市高新技术产业创新模式与机制研究”（项目编号：2015023104）。

5结论及政策建议

天然气作为一种单位碳排放量小、产热效率高的煤炭的替代能源，正在世界范围内越来越多地被开发和使用，我国政府须重视天然气对传统化石能源的替代，以配合我国的可持续发展战略。针对本文提出的问题，结合我国的客观实际，现提出具体的政策建议如下：一是制定更加完善的法律法规，规范能源市场，提高能源使用效率，加大对重污染企业的惩处力度；二是利用合理的碳税等政策对能源结构进行调整，重视天然气对煤炭的替代作用；三是增加天然气管道等基础设施建设投入，引导企业和居民正确、安全地使用天然气，促使天然气使用向普遍化、高效化、常态化的方向发展。

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