能源效率提高能夠促進環境質量改善嗎？
——基于可計算一般均衡的視角

李 剛，黃巍巍

(南京財經大學 經濟學院，江蘇 南京 210023)

氣候變化是人類新世紀面臨的重大問題，一般認為，隨著技術進步和能源效率的提高，人們在生產相同數目產品時能源消耗總量會減少，因此各國都把提高能源使用效率和減少能源消耗量作為應對氣候變化的重要舉措之一。[1]1865年Javons最早對能源回彈效應問題進行研究，提出提高能源利用效率，不僅不會減少能源需求量，反而會導致能源需求量的增加。[2]Khazzoom(1980)[3]& Brookers(1990)[4]較早在宏觀經濟背景下對回彈效應進行研究，美國科學家Saunders(2000)[5]在其理論基礎上提出了“K-B假說”，并在新古典經濟理論的基礎上證實了能源回彈效應的存在性，由此引發了一系列相關爭論。Greening(2000)[6]從微觀經濟學的效用理論和成本理論出發，發現回彈效應對于不同層面經濟行為的反映程度不同。在實證研究方面研究結論也存在較大的差異：發達國家存在部分回彈效應，如加拿大、英國、德國、日本、西班牙等，表現為能源效率的提高能夠部分降低能源消費量。發展中國家存在回火效應(當回彈效應超過100%時)，如：越南、印度、菲律賓等，表現為能源效率的提高會增加了能源消費量。本文通過計算一般均衡模型(CGE)研究能源綜合回彈效應，試圖對中國能源利用效率，探討能源效率提高是否促進了能源消費的減少，進而改善了環境質量。

一、能源效率的回彈效應

(一)回彈效應

經濟學家通常將回彈效應分為三種類型：直接回彈效應，建立在局部均衡下的直接價格效應的結果；間接回彈效應，由價格效應引起的，由于經濟之間的關聯性，被擴散到其他部門的影響；綜合回彈效應，基于一般均衡的視角，在國民經濟系統中，能源效率提高對能源綜合需求的影響，包括直接回彈效應和間接回彈效應[6][7]。K-B假說提出之后，Berkhout[8]從微觀經濟學和宏觀經濟學的角度提出了新的定義，即：當技術進步導致能源效率提高，生產相同單位產品的能耗會降低。但不可忽視的是生產者將使用更多的能源來替代其他生產資料，因此會消耗更多的能源。理論上能夠節約的能源量會被這些額外的能源消費量所抵消，因此回彈效應被定義為理論節約量與實際節約量之差再與理論節約量的比值。

圖1 不同能源強度與經濟活動下的回彈效應 圖2 生產函數的嵌套結構

能源效率提高所產生的回彈效應可能因為國家或部門的不同而不同。如圖1 所示，橫軸代表經濟發展水平q，縱軸代表能源利用強度e，x表示能源消費水平，能源強度e=x/q，或者x=e×q。能源消費取決于兩個因素：能源消費強度和經濟水平。也即在兩個能源強度相同的經濟體中，經濟水平越高，能源消費量也就越大。[9]在圖1中，能源消費水平可以表示為e×q。假設在t0時，x0=e0×q0，能源消費量位于A。而到t1時，由于技術進步，能源強度由e0下降到e1，能源消費從A移到B，就是零回彈效應。如果能源消費從A移到C’，是部分回彈效應。如果能源消費從A移到C’，屬于完全回彈效應，因為能源消費量沒有發生變化。還有一種情況是回火效應，能源效率的提高不但沒有降低能源的消費量，反而使其增加。

回彈效應與價格彈性有關。如果能源在一些經濟體或部門中是缺乏彈性的，意味著能源價格的下降并不會導致能源消費的快速增加，會發生部分或全部的回彈效應。相反，如果能源是富有彈性的，能源價格的下降會導致能源消費的快速增加，也就會發生回火效應。

(二)度量回彈效應的方法

從一般均衡理論出發研究能源效率的回彈效應，將能源利用的技術進步率ρ應用到模型中[10]：

ε=(1+ρ)E(1)

其中，E為能源的實物單位(如：kWh，BTU或PJ)；ε為能源的效率單位。公式(1)表示，能源能夠被利用的部分等于能源的含能量與能源利用效率的乘積。能源效率就是自然能源的轉化效率，能夠被利用的能源，是經過轉化后的能源，于是把它稱為效率能源。考慮到價格彈性，效率能源pε可以表示為：

如果實物能源的價格保持不變，能源效率的提高就意味著效率能源的價格下降。在一般均衡的狀態下會發生替代效應、收入效應和產出效應。因此，從綜合的角度來講，對能源的回彈效應測度需要放在CGE模型框架下進行。

二、CGE模型

本文的CGE模型包括19個生產部門，其中，能源部門包括煤炭、石油和天然氣、電力；非能源部門包括農業、煤炭、石油和天然氣、采礦業、煙草、紡織、木材家具、燃料加工、化學產品、非金屬制品、金屬制品、儀器和設備、其他制造業。投入的生產要素包括勞動、資本、能源和非能源物質。機構由住戶、政府、投資和國外4個部門組成。

(一)CGE的基本框架

可計算一般均衡(CGE)是在Walras一般均衡理論的基礎上，通過優化的方法建立數學模型，對宏觀經濟運行進行量化研究。本文設計的CGE模型，由生產模塊、企業模塊、住戶模塊、政府模塊、國外模塊五部分組成。生產模塊需要多層嵌套，本文中采用了最常用的KLEM法對能源和非能源投入使用進行合成，中間投入項使用Leontief生產函數，其他均使用CES生產函數。具體形式見圖2所示。

住戶模塊使用線性支付系統(LES)描述家庭的消費。表現為，在商品上的消費支出額和消費收入，商品自身價格和其他商品價格呈現出線性的關系。國際貿易模塊包含了進口和出口兩部分。在出口方面，使用CET函數來表達國內生產活動的商品在國內銷售和出口之間的分配情況。其受國內價格和國際價格相對水平的影響，其關系表現形式為凸集形狀，因此參數ρ必須大于1。在進口方面，國內生產國內銷售和進口之間可以相互替代，因而采用Armington 函數。經濟閉合條件使用凱恩斯閉合。

(二)社會核算矩陣

本文使用國家統計局2015年42部門的投入產出表，合并成19部門的投入產出表。相關數據來源如下：第一中國統計年鑒(2016年)；第二，中國財政統計年鑒(2016年)；第三，中國能源統計年鑒(2016年)；第四，The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC,www.ipcc.ch)。

(三)參數設定

在CES、CET和Armington函數中，均需要使用替代彈性系數，而替代彈性系數通常是外生給定的，本文主要借鑒了婁峰(2015)[11]、Liang, Q. M (2007)[12]的研究(如表1所示)。

三、中國能源回彈效應的測算分析

(一)能源效率提高的經濟效應

首先，假定能源效率的增進是外生的，不考慮能源效率提高的經濟成本。假定在CGE模型中引入一次性能源效率沖擊，將所有生產部門的能源使用效率提高5%。沖擊后的結果如表2所示。

由于在能源效率提高之前的經濟狀態被假定為均衡狀態，在短期內資本存量不發生改變，是外生變量；長期則意味著資本存量可以發生改變，屬于內生變量。能源效率提高5%，從短期看，GDP增加了0.02%，消費總額減少了0.12%；從長期看GDP增加了0.60%，消費總額增加了0.89 %。長期影響大于短期影響。

值得注意的是，電力部門的產出在短期和長期內均得到了提高，分別為16.15%和16.54%。煤炭部門在短期的產出增加0.54 %，長期的產出增加0.90 %。石油和天然氣部門在短期的產出降低4.17 %，長期的產出降低4.24%。這種現象與三個因素有關：第一，能源消費結構。2015年，在中國的能源消費中，煤炭占63.7%，石油占18.3%，天然氣占5.9%。而在電力能源中，火電占78.23%，其他清潔能源占21.77%。由于能源之間具有相互替代性，當能源效率提高時，會增加對電力和煤炭的消費，減少對石油和天然氣的消費。第二，能源價格彈性。電力和煤炭是富有彈性的能源，能源消耗不僅沒有減少，反而增加出現了回火效應，尤其電力更為明顯。第三，能源消耗強度。通常認為能源效率提高會降低能源價格，有利于能源密集型企業并促進了它們的競爭力。一方面能源效率的提高能夠使得能源密集型企業的產出增加得更多，另一方面能源企業本身就是能源密集型企業，會進一步促進能源價格的下降，所以能源密集型企業的單位成本會下降更多。

能源效率的提高引起商品價格的變化在各部門之間的表現不同(詳見圖3)。在短期內，最大的價格下降發生在燃料加工和電力等能源密集型行業。同時不同部門在較短的時間內發生能源效率的提高，對行業的沖擊力相對于長期來說較大，因此產出價格短期價格降低幅度大于長期。長期看來，雖然真實工資和名義工資是可以變化的，但是資本的價格和總供給卻不能改變，無法使用能源來替代資本，所以能源效率對價格的影響短期比長期大。

圖3 不同時期能源效率提高5%后各部門產出價格變化情況 圖4 能源效率提高5%各部門產量變化情況

圖4中既包括能源部門，也包括非能源部門?？梢钥闯鲇腥缦氯齻€特征：第一，影響最大的是電力部門；第二，從時間的尺度上看，長期的影響大于短期；第三，石油和天然氣部門的產出下降，非能源部門的產出既有上升，也有下降。石油和天然氣部門有回彈效應，為16.58%，與大多數發達國家相似。電力與煤炭部門有回火效應，423.04%，與發展中國家的情況接近。這種情況并不完全取決于能源形式本身，還取決于一個國家經濟發展水平。發達國家的收入水平高，能源的價格彈性比較小，通常會是部分或者完全的回彈效應。而發展國家的收入水平低，能源的價格彈性比較大，則會出現回火效應。

(二)能源效率提高的環境效應

圖5 能源效率提高5%各部門二氧化碳排放的變化情況

二氧化碳排放量的測算借鑒了IPCC提供的方法和數據，經過計算，2015年的基準情景下的碳排放量為109.25億噸。如圖5所示在能源效率提高5%的情景下，在短期，二氧化碳排放為109.35億噸，增加0.09%；在長期，二氧化碳排放為109.72億噸，增加0.43%?？梢钥闯?，能源效率的提高不能降低二氧化碳的排放，反而會有小幅度的增加。二氧化碳排放量上升與回火效應有關，也就是說，能源效率的提高引起能源價格的下降，由于中國對能源的需求有比較大的彈性，導致電力和煤炭的需求增加。雖然石油和天然氣價格彈性較小，產出有所下降，但是煤炭的碳排放系數比較大，最終導致二氧化碳排放量的增加。

四、敏感度分析

(一)替代彈性的敏感性分析

表3 能源效率提高5%的長期敏感性分析(相對于基準年份變化)

續表3

注：投資總額被定義為外生變量，所以沒有發生改變。

通過改變生產部門的替代彈性來進行敏感性分析，這些生產部門的彈性包括能源部門與非能源部門的替代彈性，中間投入與產出增加值的替代彈性，進出口的替代彈性。首先改變模型中的關鍵參數值，通過擴大或者縮小相應的值，觀察替換前后發生的變化。表3中第1列是基準場景的結果，B列和C列是能源部門與非能源部門數值縮小0.8倍和擴大1.2倍后所得的結果，GDP從0.8倍時的0.00%變化到1.2倍時的0.01%。D列和E列是增加值與中間投入縮小0.8倍和擴大1.2倍后的變化情況，在短期和長期內各項沒有發生太大變化。F列和G列是出口需求彈性分別變化0.8倍和1.2倍后的結果，此情況下大部分項均發生了變化，其中出口和進口在0.8倍的情境下，分別降低了0.01%和-0.01%。在1.2倍的情況下減少的比例分別為-0.01%和0.01%。綜合來看，參數的改變對模型計算結果的影響較小。

(二)有成本的能源效率增進

上述討論中能源效率的提高都是無成本的結果。如果能源效率的提高將伴隨著其他成本的產生，這種成本可以通過多種方式引入，但是在目前所有的CGE模型中，通過降低勞動生產率來增加勞動力成本是最直接有效的引入方式。[11]每一個部門引入的勞動生產效率下降所帶來的損失足以抵消由于能源效率提高對總體生產成本的影響，勞動生產效率的下降可以被看作提高能源生產效率的額外成本。

表4 不同閉合勞動力市場結果

在外生經濟干擾情況下，不同的勞動力市場假設條件會對宏觀經濟產生不同的影響。在迄今為止的所有假設條件下，均認為供給方的勞動力市場可以通過實際工資函數來刻畫，其中實際消費工資與工人議價能力緊密相關，與失業率成反比。在敏感性分析中，我們考慮勞動力市場兩種閉合條件。第一種情況下，使用外生勞動供給函數，所以總勞動力可以被有效地固定。第二種情況下，引入抑制實際工資的閉合，其中實際工資根據現行實際工資設定，同時通過調整就業保證均衡條件。這些閉合可以看作勞動力供給在零和無限彈性的限制性條件下的實際消費工資。

如表4所示，在勞動供給為外生變量的情況下，GDP在短期和長期內都有顯著性的增長，相對于基準年份分別增加了1.01%和3.55%。消費價格指數在短期內上升0.97%，在長期內下降0.90%。在工資剛性的條件下，GDP在短期內增加1.82%，在長期中增加了2.90%。消費價格指數在短期內上升0.97%，在長期內下降0.90%。在回彈效應方面，與無成本能源效率增進相比，電力、煤炭和石油的回彈效應變化較小。綜合來看，通過替代彈性的敏感性分析和有成本的能源效率增進分析，在改變技術替彈性和生產成本對沖擊結果的影響是很小的，可以認為模型是比較穩定的。

五、結論和討論

本文使用CGE模型對我國能源效率提升的經濟和環境效應進行模擬分析，研究表明能源效率的提高會導致能源價格的下降。其中，電力價格下降最為明顯，其次是煤炭，最后是石油和天然氣。能源效率的提高會導電力和煤炭的產出增加，石油和天然氣的產出減少。能源效率的提高不會降低二氧化碳的排放量，不能改善環境質量。過去的十年間，中國能源利用效率不斷提升，但能源消費卻并未因此降低。由于能源消費的增加不完全是因為能源效率的提高，技術進步表現在許多方面，能源效率的提高僅是其中的一個方面。碳排放總量的大小取決于能源的消費總量，尤其是化石能源的消費量。如果能源效率的提高不能降低能源消費量，當然也就無法降低碳排放量。但這并不意味能源效率的提高對中國經濟是無意義的。首先，能源效率的提高促進了國民經濟的發展；其次，能源效率的提高降低了企業的生產成本，提升了企業的競爭力；最后，能源效率的提高促進了居民對能源的利用，增進了居民的福利水平。要想實現碳減排的目標，需要改變中國的能源消費結構。另外需要說明的是，由于中國能源需求價格彈性比較大，能源的需求量對價格比較敏感，建立動態的能源稅，以保證能源價格位于合理的區間是十分必要的。