动态视角下的低碳能源转型分析:需求弹性、竞争结构和社会福利

赵甜 沈曦 王金良

(1.山东科技大学 财经学院,山东 泰安 271001; 2.东北大学 经济系,美国 波士顿 02115;3.广东科技学院 管理学院,广东 东莞 523083)

一、引言

以风电和光伏为代表的新能源一直来被认为是依托平准化度电成本优化的能源供给侧结构性替代选项。根据权威咨询机构BNEF的报告,截至2020年,全球风光发电侧度电成本相比2010年初累计降幅达70%以上。IEA全球能源报告也显示,风光新能源在全球发电总量中的占比从2010年不足1%快速增长到2021年的10%。随着各国陆续发布双碳路线图,业内对于能源转型的前景愈发乐观。诸多研究认为,持续乐观的技术进步和成本下行能在需求层面刺激新能源对传统能源的替代,从而成为各国双碳战略落地的加速器[1-3]。对于供给侧而言,新能源发电成本对传统化石能源的赶超则有利于在位企业提高盈利能力,并依托自身技术、行业资源积累和数字经济浪潮提升话语权[4-5]。然而,2020年席卷全球的新冠疫情和随后两年的地缘政治和供应短缺危机打破了这一进程,整个能源行业陷入了对低碳转型和能源安全矛盾的焦虑:一方面,石油、天然气和煤炭的大宗商品价格经历了有史以来最长的价格超级周期,但似乎更占成本优势的新能源并没有表现出更强的发展优势。根据BP能源研究报告披露的数据,能源(包括甲烷)、工业加工和燃烧的碳当量排放量较去年增加了5.7%,在全球范围内,包括原油、煤炭和天然气在内的一次能源消费增长了近6%。另一方面,在供给侧,化石能源企业的市场影响力得到了空前的强化,无论是上游原油输出国组织,还是中下游以壳牌和神华等为代表的区域性能源销售企业,业绩均达到了创历史记录的新高。反观新能源企业虽然依然保持着较快的业务规模增长,资本市场的关注热度却在2021年以后显著降温,以中国A股市场为例,风电和光伏企业的市盈率估值在2021年初达到了历史峰值,但此后一直处于回调阶段。

针对能源转型的市场结构和社会福利影响,现有文献的研究绝大部分集中在需求侧和政策端的讨论,将能源转型行为简化为成本优化的过程[6]或是政策驱动的结果[7],针对社会福利的讨论也基本集中在价格弹性层面[8-9]。针对能源转型供给侧的研究则主要聚焦于能源成本的预测分析[10]和碳市场下的企业减排决策[11]。然而,近年来的市场波动逐渐证明,能源转型并不是一个简单的成本对比问题,而是综合包括定价机制、盈利空间、资本投入和应用场景等多维度的全局化评判。在新能源完全“去补贴平价”以后,新能源和传统能源的竞争关系更加微妙。那么,新能源在需求侧对传统能源的替代效应发生了怎样的改变?常用能源在供给侧的市场份额如何衡量?如何依托需求弹性和供给结构去评估能源转型过程中供求双方的福利分配对政策制定者的长期碳中和决策的影响?一方面,需要充分了解各类能源的消费需求特性,依托不同阶段的消费者行为特征,引导可持续的需求转型;另一方面,需要深度洞察能源转型过程中各类能源在供给侧的结构性变化,在推进低碳转型过程中确保当地的能源安全。

本文可能的边际贡献主要体现在,第一,模型方面,将近乎完美的需求系统(Almost Ideal Demand System,AIDS)模型拓展到二阶段情形,有助于进一步洞察不同时期内用能主体的动态能源消费决策。第二,方法论方面,将对能源消费决策行为的研究从传统的需求侧扩展到供求两个层面。本文尝试通过倒推成本区间的方法评估各类能源的市场竞争结构,并在长达40年的样本区间内考察供给侧的议价能力。通过深入讨论工商业用户的能源消费决策,系统性测算消费者剩余和生产者剩余的结构性动态演变,研究结论有助于考察双碳目标下不同时期政策的有效性和市场发展的可持续性。

二、文献综述

(一)能源转型需求侧驱动因素研究

现有新能源转型需求侧研究主要聚焦于能源经济性方面,早期的研究以Grossman和Krueger(1995)[12]为代表,依托环境库兹涅茨曲线研究经济发展不同阶段对环境的影响。随着能源转型路线的逐渐清晰,Thom(2000)[13]和Khan等(2022)[14]将能源消费结构的变化纳入到实证模型中,从而洞察了“去碳化”政策、当地经济发展水平以及能源禀赋等因素对终端用户接纳绿色可再生能源的刺激作用。其中一部分研究聚焦于价格因素的讨论[15],另外一部分研究则尝试跳出价格因素的范畴[16]。

针对这些宏观趋势背后的机制分析,国内外的研究在过去十年也有一定的涉及。齐绍洲和李杨(2018)[17]研究了能源转型中经济增长的门槛效应,发现在长期中,高额补贴不能代替经济增长能力成为左右一国能源转型的核心因素。Acharya和Adhikari(2021)[18]调查了印度对尼泊尔的经济封锁造成的能源冲击,发现能源问题仍然是欠发达国家经济发展的重要瓶颈。刘自敏等(2022)[19]利用中国居民能源消费调查数据分析了个人碳交易机制对改善居民能源贫困的具体作用。赵甜和沈曦(2022)[20]计算了1980年以来食品行业代表性企业对各类能源的需求弹性和内外部因素对低碳新能源消费需求的影响,发现相比早期补贴政策的激励模式,对于能源需求相对稳定的工商业用户,价格杠杆并不能持续作为能源转型的驱动力。

由此可见,经过十多年的讨论,无论是对价格弹性的计量模型还是非价格因素影响机制的考察,研究已经比较完善,对象覆盖了宏观区域市场和微观家庭用户等多个维度。但是随着新能源行业步入成熟期,非价格因素在消费选择决策中发挥着越来越大的作用,即便双碳目标已成为超70个国家和地区的共识,各地政策依然聚焦于能源成本和价格因素的导向,如何客观理解过去一段时间内能源需求价格弹性的动态变化以及消费者福利的变化是左右政策未来长期走势的重要任务。

(二)能源转型市场供给侧研究

供给侧和企业层面的研究文献主要集中于三个领域:第一类研究立足于资源禀赋和区域市场的能源供求特征,洞察长期可持续发展的能源转型战略和政策。张所续和马伯永(2019)[21]针对地缘政治和能源危机的风险系统讨论了中国依托“一带一路”倡议扩大国际能源合作推进非化石能源替代的必要性和可行性。第二类研究深入到各类能源市场内部,洞察产业或企业经营和转型的策略。以韩秀云(2012)[22]为代表的研究文献深入探析了能源转型过程中新能源产业过度投资的问题。延伸到宏观经济和能源结构层面,何则等(2020)[23]借助系统动力学方法模拟了未来三十年煤油气等传统能源行业的发展演变路径,发现高需求和低产出的矛盾依然不容忽视。具体到企业战略层面,黄绮煜等(2023)[24]综合市场、行业和企业多项指标量化评估了传统能源在能源转型过程中的优势和劣势。第三类研究则偏重于技术层面,讨论了新能源大规模接入的技术瓶颈和可行性问题。杨红生等(2019)[25]提出了海洋牧场和海上风电融合发展的新思路,主张建立兼顾清洁能源生产、渔业资源持续产出的现代化海洋牧场新模式。陈国平等(2020)[26]论述了能源转型的技术瓶颈,认为要提升发电涉网性能,通过“大云物移智链”等新技术普及能源互联网。

相比需求层面的研究,供给侧系统性的讨论相对匮乏,现有文献虽然就行业转型和企业战略做出了一定的论述,但就能源安全而言,在实现双碳目标过程中,平衡化石能源和新能源的发展关系非常重要。作为“压舱石”的传统化石能源,成熟的价格机制却导致了2020年以来的一轮超级周期,对中游电力企业和下游能源用户都造成了巨大的成本压力。而新能源企业虽然一如既往被乐观的需求预期所笼罩,但盈利能力和经营状态却始终处于剧烈波动的状态。长期来看,双碳路线作为一个还将持续数十年的长期战略,如何正确理解供给侧的整合和结构性演化是一个不能忽视的问题。由于微观样本数据的匮乏,已有研究未能直接就各类能源市场的供给结构做出系统性的计量和评估。

(三)AIDS模型及其改进研究

AIDS模型是架构需求侧结构的主流框架,该模型常用于分析由不同类型商品的价格和数量所构成的经济系统,消费者在可支配收入和商品价格的约束下,选择不同数量的商品组合以满足他们的需求。之后通过计算价格弹性,可以实现对市场需求变化以及定价策略的预测。在满足收支加总、齐次性和跨产品对称性三个约束条件以后,AIDS模型表现出三个显著的优势:多项式结构弹性化、满足多重选择公理和跨主体的需求加总(1)一般需求曲线的跨主体加总需要偏好满足线性恩格尔曲线,AIDS模型避免了这一问题。。得益于上述优势,AIDS模型被广泛应用于各类需求行为的实证研究。现有文献主要集中在两个核心问题上,一是利用LA-AIDS模型对社会福利效应和需求弹性的计量[27],二是对政策效果的考察[28]。

本文立足于亚太市场粮食深加工企业的能源消费样本,需要构建一个能深入需求模型内部,洞察不同品类之间的需求替代行为,同时利用参数估计的结果拟合动态需求弹性并进行后续供给侧企业市场势力估算和社会福利计量,Goldberg等(2006)[29]发展的阶段化AIDS模型无疑是一个理想的解决方案。该模型将消费者选择行为阶段化和结构化,简化了参数计量过程,并优化了自由度。

综上所述,已有文献为研究能源转型问题提供了良好的基础,表现出以下特点,第一,现有相关文献主要集中在居民用能决策和政府对能源转型的激励问题,受制于数据样本,针对工商业能源消费主体的行为研究相对较少,但工商业用户的能源消费结构选择不仅会影响到当地能源转型的进程,对于一国能源安全和经济增长潜力也有着不可忽视的作用。第二,供给层面的结构性演变同样是能源转型过程中政策制定者需要关注的问题,如何既能保障作为压舱石的传统能源供应稳定,又能有效提升新能源的发展潜力是一项重要课题。第三,已有研究利用AIDS模型解决了参数冗余和选择集差异两个问题,但无论在参数估计还是实证研究方面,相对静态的结果难以就工商业企业在能源消费结构转型过程中面临的复杂多样性给予充分的洞察。鉴于此,本文选择亚太地区农业深加工板块的500余家企业为研究样本,利用阶段化AIDS模型从消费侧需求弹性、供给侧竞争结构和社会福利层面进行动态分析,深入考察能源转型中市场各项指标的演化,进而获得不同因素对终端用户能源转型决策的实际影响。

三、理论模型

(一)阶段化AIDS模型

实证模型使用的阶段化AIDS模型构建在Gorman形式的需求假设之上,消费效用满足拟线性特征。汇总样本期(1980—2020年)内不同产业的产品单位能耗(2)鉴于不同用能主体的能源供应方案存在选择差异,实证研究将能源统一标准化为千焦。和占比情况可以发现,在1980—1990年的单位产出中,能源成本和相应占比的变化并不明显,而1990—2000年除了饲料行业,其余产品的单位能耗在1991—1995年的基础上经历了15%～20%的下行,2010年以后,能源消耗的成本变动逐渐放缓。而纵观40年样本期内各个产品能源成本的占比波动稳定在±1.5%之间,这意味着企业的能源消费和需求与生产规模呈一定的线性比例关系,满足AIDS模型的基本假设。

企业组织生产过程中能源投入的总量取决于企业的生产规模,而生产经营活动对于能源的需求符合规模效应不变的假设。从能源需求和采购决策层面来看,能源消费只是在固定总量下选择相对优化的解决方案和供应模式。考虑到能源消费企业在供能模式和能源选择两个层面的战略复杂性,沿用阶段化AIDS模型:在第一阶段,企业决策究竟是利用集中式直供系统、自建分布式能源项目或第三方能源托管模式中的哪一种来实现供能;在第二阶段,企业依据能源价格、当地能源禀赋和供能稳定性等因素综合考虑自身能源消费的具体形式。

用式(1)反映企业在第一阶段的选择行为。

(1)

其中,ωk,r表示能源消费支出占比,r表示企业所处区域(东北亚、南亚、东南亚和澳洲),k表示供能模式(集中式、分布式和第三方)。X/P是基于企业每期名义能源支出X计算的各类能源市场成本,已通过Stone指数P进行加权平均。F表示各类能源选项。

用式(2)反映企业在第二阶段的选择行为。

(2)

其中,i和j分别代表能源品类(煤、油气、直购电力、可再生能源等),Xk为三种能源供应模式的绝对市场规模,Pk为加权价格指数。

(二)社会福利效应模型

在阶段化AIDS模型的参数估计结果基础上进行社会福利效应分析,通过计算生产者剩余和消费者剩余,考察在过去四十年间,能源价格波动和转型对上下游参与者经济利益的影响。

首先,对消费者剩余的计量方法参考Panos等(2014)[30]的分析框架:通过固定价格以外的其他因素,考察价格波动的补偿变化。但与之不同的是,本文的实证样本涉及不同能源之间的替代关系,因此简单计算单一能源价格的波动,无法客观反映市场因素对能源消费主体的影响。因此,本文的补偿变化在其基础上发展了对多元价格因素的考虑。传统的补偿变化可以表述为CV=E(U0,P1)-E(U0,P0),即在固定效用水平U0(本文为能源热值)下,价格从P0变动到P1,需求方需要增加的支出。对未发生能源转型的需求,将价格增量乘以能源消费数量就是消费者福利的变化量。如果在样本观察期内发生了能源转型可以利用AIDS模型获得计量的结果。

(3)

(4)

其次,对生产者剩余的计量则相对简单。由于绝大多数能源供给会受到当地政府直接或间接的管制,在政府授权基础上,能源供应方之间进行一定的竞争。因此,能源市场在模型中被假设为寡头垄断的状态。由于实证样本覆盖了长达40年的情况,可以不考虑资源瓶颈对供给方生产成本的影响,从而简化假设在每一年各种能源供应的成本为固定值。因此,生产者剩余就变成了一个多寡头产量竞争模型。基于需求弹性和当期能源的市场价格,可以计算出固定边际成本的供应商在不考虑固定投资的情况下,单位利润为:π=p-C=-p/ε,以此作为生产者剩余的考察标准。

四、能源消费结构转型的社会福利分析

(一)样本概况

使用四大粮商在亚太地区经营农产品深加工业务的492家企业数据为基础进行分析,各样本企业的经营状况数据来自美国DNB固定周期提供的企业征信报告,其中包括按年度汇总的企业产值、投入成本和各项能源的开支额,以供应商为单元。在2000年以前,报告周期为五年一次,2000—2010年为三年一次,2010年以后每年均有记录汇总。地区能源价格数据来自于BNEF的全球能源大数据库,以国家为单元,动态跟踪了主要一次和二次能源的名义单价(3)新能源价格并不存在一个满足大宗商品特征的指数,本文将特定样本时间周期内BNEF项目数据库跟踪到的该区域市场新能源电力交易合同价格作为当地新能源的价格变量。。

农产品深加工企业的终端用能需求主要包括工业蒸汽和电力两大类,而在能源消费结构选择上,可以在两个维度进行区分:一个维度是分布式能源(包括自建和第三方托管两种模式)和集中式能源,前者依托用能主体在用户侧的锅炉等设备生产,而后者则是通过公共事业的能源管网系统(电网、燃气和蒸汽管道)传输,用能主体可以选择综合成本较低的方案进行能源采购。另一维度是传统能源和新能源,这一维度的划分在不同时期内呈现动态变化:20世纪90年代期间,煤炭被定义为传统能源,油气能源被视为替代的新能源,而到了2010年以后所有化石能源均被定义为传统能源,新能源则定位为太阳能、风能和生物质能等可再生能源。

亚太市场的能源转型在样本期内反映为三个阶段:(1)20世纪90年代之前,煤炭基本占据了最主要的份额。从企业用能数据看,无论是自备锅炉还是外购电力,基本都依赖煤炭作为主能源。(2)1990—2010年的20年间,在全球能源技术变革带动下,能源结构在各地呈现多样化态势。东南亚市场以(生物)柴油、天然气、石油气作为主要的能源替代,东北亚市场则重点发展了液化天然气进口业务,澳洲市场得益于本国丰富的能源禀赋,在保持较大煤炭、天然气出口的同时同步于欧美国家,基本实现油气对煤炭的替代。(3)2010年以来,可再生能源的发展在亚太地区逐渐加快,中国和印度由全球前两位的煤炭消费国,一跃成为了全球最大的新能源市场之一,印尼、马来西亚等东南亚国家开始加快发展本国可再生能源禀赋,分别在地热能、生物质能等方面得到了长足的发展。

(二)能源消费结构转型的需求侧价格弹性分析

1.结构模型参数估计结果

表1在宏观层面洞察了不同地区能源市场结构的差异:从交叉价格系数可以看出,跨供能模式(集中式到分布式或是集中式到第三方)的替代性并不高,从价格系数的估计结果来看,任何一种供能模式对于自身价格的敏感性明显大于对其他模式的成本反应系数。但是,区域市场间的差异相对显著,北亚和南亚市场用户对于集中式供能模式的偏好就强于澳大利亚。而得益于早期“净计量”(4)净计量是应用于美国和澳大利亚等国的新能源激励政策,允许用户将分布式能源的多余电力返输电网抵减消费的电力,用于鼓励分布式项目建设和能源自发自用。和能源微网运营的模式创新,澳大利亚用户对于分布式能源的接受度则领先于其他地区。

表2的结果聚焦于不同能源之间的替代关系:如果将所有能源分为三类:化石能源(煤炭、天然气和燃油),集中式电力和新能源(太阳能、风电和生物质),从交叉价格系数不难看出,同一大类内能源之间的交叉价格系数显著大于其他大类的能源产品,这也反映出能源之间的不完全替代关系。

表2 微观层参数估计结果

表3考察的是不同市场因素对用户选择决策的影响,值得注意的是除了价格因素以外,化石能源表现为资源禀赋导向型能源,相比可再生能源在发展前期和中期的依赖政策扶持,煤油气则更多依仗于当地能源储量形成的区域市场差异,并影响用户的选择决策。

表3 离散选择模型参数估计结果

2.动态价格弹性分析

本文尝试将弹性计量结果动态化,图1汇总了测度结果。首先,在自价格弹性方面,煤炭、油气和新能源均表现出典型的U型趋势。从历史数据来看,能源需求对自价格的敏感性在初期较弱,随着应用的逐渐成熟,价格成为该能源持续拓展市场的重要因素,自价格弹性也在产业化的中期达到顶峰,在后期随着该能源应用趋于成熟和新替代能源的出现,价格弹性开始回落。尤其对于化石能源,在成熟期(2000年以后),自价格弹性持续处于低位。电力消费相对特殊,从样本的估计结果看,需求的价格弹性呈现较明显的提升。从需求侧来看,和一次能源不同之处在于电力消费依赖于相应的输配网络和终端用能设备的建设和投资。不可否认的是,自2000年以来,尽管各国基础设施投资依然存在显著的差异,但是在电力设施建设方面,相比20年前依然有了显著的进步,而持续改善的公共设施无疑是助推电力消费提升的重要原因,尤其是面对电价逐步下行的窗口期,用户的直接电力消费需求呈现更显著的增长。

图1 各种能源需求的动态自价格弹性

①时间变量包括三个虚拟变量d1、d2、d3,d1=1为1980—1990年,d2=1为1991—2000年,d3=1为2001—2010年,d1=d2=d3=0为2011—2020年。

其次,在交叉价格弹性方面,不同能源表现出不同的跨品类竞争特点。在化石能源内部,煤炭和油气能源的交叉价格弹性表现出倒U型特征,这意味着油气能源对于煤炭的冲击在早期并不反映在价格层面,而随着油气成本的降低,性价比因素逐渐支撑了对煤炭能源的替代,到成熟期以后,两种能源基本处于平行发展的态势。化石能源需求对电力以及新能源的价格弹性表现出显著的指数型增长,但新能源对化石能源的价格弹性则表现为双峰特点。早期电力和新能源受制于地方基础设施和能源成本价格的劣势,无论是在市场绝对份额还是企业用户兴趣层面都无法对传统化石能源形成冲击,早期的新能源项目主要得益于政策性鼓励,较少从成本和价格层面考虑。而随着新能源和电力设施的完善和成本持续优化,在一些地区,电力能源已经完全具备了与传统的化石能源相比的成本竞争力,市场驱动逻辑从早期的政策和示范项目导向过渡到纯市场驱动,相应的化石能源对于电力和新能源的交叉价格弹性的指数性增长也得到了市场逻辑的解释和支撑。反观新能源对传统化石能源价格的敏感性,双峰波动从另一个角度反映出在需求消费端竞争模式的改变。早期新能源的渗透主要通过集中式大型项目依托区域性电网系统实现规模化应用,而政策性补贴通常对标的是新能源和化石能源的成本差。随着补贴逐步退坡,新能源需求对补贴的依赖和敏感性在一段时间内会快速减弱。在竞价模式下,政府确定一个固定规模的补贴池,通过招标完成年度的新能源项目开发目标,因此新能源的发展在一段时间内独立于化石能源,直到自身成本完全实现市场化竞争的平价水平,规模控制在绝大多数国家被放开。此时,对新能源的需求成为用户在市场化选择时自我驱动的结果,传统化石能源的价格因素也再次受到关注,并表现为交叉价格弹性的反弹。

(三)能源消费结构转型的供给侧竞争结构分析

对竞争结构的考察依托实证模型的供给侧框架,分析基于需求弹性倒推的各个市场能源供应成本区间和BNEF基于行业技术调研测算的能源成本估计值之间的差异。本文测算了每5年的需求弹性在20%和80%分位点的估计值,结合当期能源价格倒推成本,可以得到一个估值区间。如果将BNEF的能源成本测算结果视为样本期内能源用户的实际成本,那么对照这一区间则可以判断相应的供给侧市场结构。当上游表现出更强的市场竞争性时,BNEF的结果应该更接近于实证模型估计出的区间上限,反之则意味着上游具有更强的市场势力。

图2汇总了煤炭、(生物)柴油、天然气、公共电力和风光新能源六个能源产业上游成本区间的评估结果。由于部分能源(如电力和柴油)的成本测算涉及不同地区分销和输配的差异,因此BNEF的结果可能超出模型测定的区间,但在绝大多数情况下,BNEF代表的第三方能源成本测算都涵盖在本文的实证结果之内。细化到每一个能源品类,实证结果都给出了更加丰富的解释。

图2 供应端成本区间估计结果

煤炭和天然气方面,作为亚太区最主流的两类化石能源,保持了较为稳定的市场竞争结构。尤其是煤炭,在东北亚和南亚,BNEF的估计值始终保持在模型估计区间的底部,也就意味着煤炭供应商在这两个地区有着极为强劲的市场势力,东南亚和澳洲市场的结果尽管略有差异,但也始终保持在区间值偏低的水平。与之形成一定反差的是天然气,BNEF的成本估计值在天然气样本中处于模型估计区间略微偏上的水平。政策的差异可以解释这一现象:受制于能源禀赋和出于经济安全的需要,包括中国、印度和绝大多数东南亚国家在内的政府都直接或间接控制着煤炭市场的供给侧,通过投资审批规划、价格行政指令、供应计划性等手段干预市场,对比下游发电产业的逐步市场化,上游煤炭始终保持了较高的国家垄断特性。而对于天然气除了澳大利亚和印尼,其余亚太地区国家均为净进口国,尽管也存在一定的政府管制政策,但进口商和贸易商之间的竞争远比煤炭企业剧烈。尤其是近五年的东北亚地区得益于天然气市场的技术突破和俄罗斯远东地区供应的爆发(5)本文研究暂不考虑俄乌冲突和欧美对俄天然气制裁的影响。,现货市场大量冲击之前的长约市场体系,市场竞争性更是达到前所未有的高度。

柴油(6)本文样本仅考虑作为燃料的柴油需求,而不涵盖运输用的柴油。方面,作为化石能源的备用解决方案,其需求较不稳定。与此同时,由于柴油的成本受到上游原油市场的影响,在整个样本期内波动较大。但值得注意的是,在绝大多数情况下,BNEF的成本估计值都处于模型估计区间的下沿位置,这反映出的不一定是供给侧的集中化,而是因为作为替代天然气和煤炭的短期燃料,柴油由于绝对成本较高,通常只会在能源极度短缺的情况下被作为最后的选择,因此需求的弹性相比煤炭和天然气要明显更低,从而抬高了供给侧的议价能力。

电力和新能源在电气化背景下,市场竞争结构在样本期间内出现了显著的变化。电力市场化改革和电网配套设施投资加速是过去20年亚太电力市场发展最重要的两个关键词,在实证结果中虽然可以清晰的看到用电成本的稳步下行,但是电力市场供给侧较强的议价能力在绝大多数地区并没有受到冲击。其中较为明显的是澳大利亚自20世纪90年代末开始推进的开发竞争性电力市场决策,一方面确定了在电力供应行业重组、电力公司和零售部门引入竞争、公有发电及输配电资产逐步卖给私营部门、促进区域互联的基本原则;另一方面积极构建了现货和期货市场,帮助用户通过期现结合的模式完成电力成本的风险管理。实证结果表明,在2005—2010年期间,电力行业的自由化改革显著提高了澳洲市场的可竞争性,改革的成果也被维持至今。但与之形成对比的是其他亚太地区,相比2000年以来发电市场的自由化改革,受到投资和交易机制约束的中下游电力输配售市场依然处于政府部分管制甚至完全垄断之下,即便存在直购电等市场化机制,国有和当地垄断性的电力服务企业对下游用电客户依然保持着较强的市场势力。

新能源产业近年来的快速发展导致了产业结构和市场逻辑的多次演变,从估计结果上看,无论是光伏还是风电,早期BNEF的成本估计结果都处于模型估值区间较低的水平,意味着较强的供应侧垄断势力,而背后主要是由于早期新能源项目主要是政府试点或以补贴模式进行,产业参与者由于技术能力、政府关系和投资约束等诸多因素,数量相对有限,导致在位企业拥有了较强的议价能力。2005年以后,新能源发展的加速吸引了一大批私人资本和跨国竞争者的进入,尤其在2010年以后,由于欧美国家对中国新能源产业的双反调查(反垄断和反补贴),导致大量上游制造、施工和投资企业扎堆开发亚太市场,短期内造就了一个“红海型”的竞争态势,企业的议价能力和市场势力迅速弱化。这样的结果又在短期内导致市场出现了一次洗牌,一大批缺乏持续竞争力的企业被淘汰。与此同时,新能源产业的政策在2015年以后逐步从补贴转向自由的市场化,被鼓励并要求参与电力市场的直接招标竞争,头部企业的成本、技术和资金优势再次得到集中体现,因此实证模型中供给侧的议价能力得到了一定的恢复。

(四)能源消费结构转型的社会福利分析

为方便跨品类比较,福利结构分析依托中国能源统计年鉴对各种能源折标准煤的参考系数进行热值单位转化,单位统一为百万千焦。

传统化石能源对大宗商品的价格周期非常敏感,在供给侧的生产者剩余更多反映出的是资源垄断下的超额利润,而需求侧的消费者剩余则依赖于煤炭、油气价格的波动周期。电力市场由于受到政府调控的影响,相对较为稳定,尤其是2000年以后的一段时间,基础设施投资加快,导致包括澳大利亚和东北亚在内的部分市场电力企业的售电和用户用电成本都得到了一定的降低,从而改善了社会福利。但对照化石能源的价格周期可以看出,电力市场的社会福利同样受到上游能源大宗价格波动的影响。尤其在2008年前后,化石能源价格的大幅上涨导致绝大多数市场电力价格的上升,并在未来一段时间侵蚀了消费者剩余。

与传统能源相比,新能源的表现相对具有产业周期的特征。计量结果表明,从产业早期的幼稚阶段到逐步成熟,社会福利逐步从供给侧向需求侧转移。但是值得注意的是,新能源产业在早期(2010年之前)享受了相当一部分政府补贴,这一阶段的供求双方收益主要是在一段时间内比较明显的表现为从供给侧向需求侧的转移,尤其在2005—2015年之间,得益于产业化的设备降本加速,供给侧的竞争导致用户侧收益的快速增加。这一趋势甚至维持到了去补贴的前期,但是由于降本瓶颈的到来以及市场供应再次的集中,消费者剩余的增长逐步放缓。但是对比供给侧,在2015年之前,竞争加剧导致生产者剩余无论在绝对值还是相对占比中都快速下降,然而2015年以后,尽管消费者剩余增长开始放缓,生产者剩余也没有明显反弹。这反映出即便出现了供应侧寡头占比的回升,卖方的议价能力并没有因此而恢复,在新技术频繁迭代和设备国产化的驱使下,供应增长的预期持续压制了供给侧超额利润的反弹。

如果将社会福利效应作为能源转型供求端的经济性驱动力,结合产业层面动态分析不同能源在产业周期内差异化的发展路径,可以发现能源转型决策在不同时间段面临着不同的驱动因素。

化石能源方面,油气产业的加速发展在2000年前后的确刺激了亚太市场的部分用户进行能源转型,相比2000年前较高成本的油气能源,终端用户在2000—2005年期间切实的获得了一定收益。但近年来,由于出口国供应的稳定性下降,油气价格经历了数轮超级周期的波动,用户的经济价值出现了一定的缩水,因此在当地电力配套投资加速的情况下,用户具备一定的激励去替代传统化石能源。

电力方面,作为依赖基础投资的项目,对2000年前后的澳大利亚和2010年以来的东北亚市场表现出积极的经济价值提升。但在东南亚和南亚市场,这样的替代效应并没有得到有效的维持,经历了短暂的发展以后,电气化的消费者福利效应出现了回落。这一方面受制于当地持续的电力系统投资能力;另一方面也和当地依旧处于管制和政府垄断的市场体制有着重要的关系,消费者难以持续获得电气化的红利。尤其当终端用户发现煤炭等能源大宗商品的价格会最终影响到电力价格,依托集中化的电力系统实行的能源转型动力就相对减弱了。

新能源产业方面,伴随技术和项目开发的成熟,新能源对传统能源的替代在2010年以后显著提升了用户端的经济效益和社会福利。尤其在电力市场相对发达的东北亚和澳大利亚市场,依托当地相对完善的电力系统和新能源市场政策,2010年以后通过风光新能源替代传统的煤炭或油气,能稳定的为终端用户提供正收益。对比集中供应的电力,新能源解决方案的地区性差异得到了更显著的体现。在除澳洲以外的其他地区,风光新能源在2015年前一直未能创造出优于电网系统的价值,而澳大利亚市场主要得益于当地机制设计和相对较高的工商业电价,新能源才得以从2005年开始占据一定的成本优势。

除此以外,同样值得注意的是,在新能源市场发展到一定的水平以后,能源供求关系和价格均趋于稳定,进一步降本对用能主体的吸引力和驱动力呈现快速递减的趋势。任何一种新型能源在前期都能通过更快的技术革新和规模经济效应在性价比上实现对传统能源的赶超,从而提升市场占比。但是一旦达到成熟期以后,受制于成本瓶颈或深度投资等因素,经济吸引力便开始弱化,市场占比的进一步提升需要依赖于更多非价格因素的驱动和支撑。

总结消费者福利的计量结果发现,油气、电力和新能源对下游需求侧经济价值的贡献普遍经历了逐步增长但最终增长放缓的过程,但在时间维度上存在明显的差异。单纯的成本优势对于不同区域和类型的终端能源用户有着完全不同的影响。尤其当新能源产业从幼稚产业步入成熟期,若要逐步减少政策的依赖,需要依托更加完善的电网配套投资和市场机制设计,能源消费群体面临着一个更加复杂的决策环境。

五、结论与政策建议

(一)研究结论

(1)需求侧产业周期特征。计算需求侧的能源价格弹性发现,它表现出显著的产业周期性特征。化石能源消费需求的反弹除了受到地缘政治和能源危机的影响外,新能源依仗的价格杠杆机制的失灵也是一个重要因素。与发展早期不同,随着产业的成熟和补贴的退坡,能源之间的成本价格差相对收敛,新能源在稳定性和可控性方面的劣势逐渐暴露,尤其是以东南亚为代表的欠发达地区,基础设施配套相对落后,当能源转型的需求端驱动因素逐步从价格因素转变为非价格因素,终端消费者对于用能安全稳定的诉求超越了单纯的成本考虑,最终导致需求端对能源成本波动的敏感性下降。

(2)供给侧市场竞争结构。分析供给侧的市场竞争结构发现,即便受到政府管制的影响,传统化石能源仍表现出相对稳定的集中化供给结构和卖方议价能力。而新能源企业的市场势力和议价能力在产业周期中经历了数轮波动,与早期通过政策寻租或先发优势建立的在位优势相比,随着供给侧的扩张导致市场竞争激烈化,在较短时间内削弱了新能源产业传统寡头的议价能力,也逐渐导致过度竞争。即便行业能持续保持超预期的技术进步和成本优化能力,企业的盈利能力依然难以有效提高。虽然当下资本市场依然能给新能源企业提供一定的融资支持,但长期如何引导行业进行理性投资和竞争,保持企业的研发和再投资能力依然是政策制定者需要解决的重要问题。

(3)能源转型的社会福利效应。探讨能源转型的社会福利效应发现,供给侧的生产者剩余和市场竞争结构的演化基本保持了一致。生产者剩余方面,传统能源企业得益于相对稳定的市场竞争结构,并不担心来自竞争方面的收益冲击,而新能源企业的生产者剩余无论在绝对量还是占比方面都经历了显著的下降。消费者剩余方面,传统化石能源和集中化电力都并没有持续为消费者提供福利改善,新能源则经历了一个去补贴过程的转变,相比早期主要由政府的补贴创造社会价值,在去补贴以后,新能源的福利效应主要来自于产业自身发展和企业竞争降价的驱动。

(二)政策建议

(1)需求端引导风光新能源可持续转型。需求端的政策引导需要突破成本-价格的单向维度。制定能源结构转型政策立足于能源安全和产业持续健康的发展,在确保经济能源安全的前提下,平衡各种能源细分市场的供求关系,确保新能源产业健康可持续发展才是推动全社会能源转型最有力的保障。实证研究已经证明,在行业成熟期,单纯的价格优势并不足以加速消费者的低碳能源转型,但如果能有效改善能源输配设施,加快电力期现货市场建设,以及进一步扩大碳排放市场的范围,反而能从能源供给安全、市场交易便利和未来政策预期等多个维度影响用户的选择,从需求端实现风光新能源的扬长避短。

(2)供给侧平衡传统能源与新能源发展。短期内依然不能忽视传统化石能源在供给端的压舱石作用。对于因资源禀赋或政策管制形成的垄断和市场势力,在保证能源安全的前提下适当的价格管制依然有着重要的意义。相比传统化石能源的价格超级周期影响,风光等新能源产业发展的风险主要来自于恶性竞争,一方面会导致上游再投资和研发投入能力的削弱;另一方面更容易造成劣币驱逐良币的风险。适时改进新能源项目招标机制应该成为政策的重点,对于服务期长达20-30年的电力项目,避免单纯的低价竞争,而重视项目全生命周期的稳定和用能安全,既能保证产业链理性的竞争,也能为企业提供合理的盈利空间,推动能源转型的健康持续发展。

(3)需求侧构建多品类分布式能源结构。长期发展规划的核心应聚焦在需求侧。能源转型旨在通过打破传统单一的由化石能源主导的市场体系,构建多品类分布式的能源结构。虽然新能源相较传统能源的劣势在于供给侧的稳定性和可控性,以及由此带来的额外消费成本,但是从亚太市场的经验看,单方面等待社会基础设施投资弥补这一短板并不是最理性的选择。各地在政策管理、政策稳定和财政能力上均存在巨大的差距,无法在短时间内为新能源打造完备的市场环境,但积极鼓励规划绿氢、绿氨等下游技术创新,通过下游用户的需求迭代实现对风光新能源的更高效应用,并在化工原料、能源品类和运输燃料等多个领域实现对传统化石能源的替代才是新能源完全去补贴之后的再次发展机遇。