中國“能源轉型”是否合理？
——能源替代-互補關系的實證研究

劉平闊，王志偉

(上海電力大學 經濟與管理學院，上海 200090)

根據國家統計局2018年的初步統計：2017年中國能源生產結構中，原煤占比68.6%，原油占比7.6%，天然氣占比5.5%，水電、核電、風電等占比18.3%；能源消費結構中，煤炭消費量占比約為60.4%，同比下降1.6%；天然氣、水電、核電、風電等清潔能源消費量占能源消費總量的20.8%，同比增長1.3%。中國是全球最大的能源生產國以及消費國之一；煤炭處于主體性地位，石油消費量高但生產量低，供應依賴進口；清潔能源消費比重持續上升，發展潛力巨大。隨著中國經濟社會的發展，同時來自于世界范圍內應對氣候變化的壓力日益凸顯，中國民眾不僅表現出“節能降耗”意識的不斷增強，而且表現出對于“清潔環保”的強烈渴求。中國已成為應對氣候變化的領導者和模范兵，能源結構正由“煤炭為主”向“多元化協同”轉變，能源發展驅動正由“高速增長”向“高質量增長”、由“傳統能源增長”向“新能源增長”轉變，清潔低碳化進程不斷加快。隨著經濟社會持續發展和體制改革不斷深化，兼顧“經濟社會發展”、“能源安全”和“環境保護”等多層目標，為了滿足從“資源依賴型”轉變為“技術依賴型”、從“政策依賴型”轉變為“市場依賴型”的演進要求，中國能源必須走出一條符合社會主義市場經濟特色的可持續轉型之路。

現階段，中國經濟由高速度增長階段轉為高質量發展階段，且正處在轉變發展方式、優化經濟結構、轉換增長動力的攻關期；從“新時代”中國能源部門的發展形勢看，經濟增長方式的轉變必然要求能源轉型過程中有序推行“綠色能源選擇”。“十三五”規劃建議中提出了“建設清潔低碳、安全高效的現代能源體系”的發展目標，電力發展重點聚焦“綠色”、“有序”和“轉型”。2017年10月，黨的十九大再次倡導“創新、協調、綠色、開放、共享”發展理念；由此，中國能源發展戰略方向已然明朗，能源革命正加速推進，“能源轉型”已上升到國家戰略層面。無論是中國發展的實際需求，抑或是對能源安全戰略的充分權衡，“能源轉型”已成為現階段中國亟待解決的問題之一；但受制于資源稟賦、能源結構等發展障礙以及新能源技術瓶頸，中國在能源轉型過程中遇到掣肘和阻力，導致了“產能過剩”、“消納不足”、“跑馬圈地”和“圈而不建”等無序發展現象。這些現象出現的本質原因是并未從經濟層面和技術層面解答現階段中國“能源轉型”的科學合理性，致使現有的制度安排適應性效率較低、設計的政策框架無法有效落地。

一、文獻綜述

可持續性能源轉型，是一個長期、多維和基礎的過程[1]，也是將社會技術系統轉變為更良性的生產-消費模式的方式[2]；能源轉變不僅限于能源基礎設施的改造，而且涉及“更廣泛的社會-經濟組合”的轉換[3-4]。中國能源轉型經歷了“低碳轉型”[5-6]和“綠色轉型”[7]的分析評價階段。近年來，國內的學者逐漸意識到：中國能源發展也進入了“三低三嚴”新常態[8]，中國能源轉型的方向對全球的影響將是引領性的[9-10]，“新時代”能源安全戰略也必須要有新思路[11]；中國應該從根本上打破工業領域“擴張-過剩-再擴張-再過剩”的循環[12-13]，“轉型期”能源結構調整、加快綠色低碳發展、提高能源系統效率、追求運行綜合效益將成為未來發展的主要目標[14]。針對能源轉型中的替代-互補關系，也多集中于氣候變化和環境保護問題[15-16]，但仍有量化分析轉型路徑的成果。目前主要的研究包括：Kumar等(2015)考慮了可再生能源和非可再生能源之間內部替代彈性，并在8個行業中定性分析了替代路徑[17]；Vahl等(2015)基于技術層面，分析了能源轉型的低碳水平，并提出了“可再生分布式發電”的替代轉型路徑[18]；隋建利等(2017)利用馬爾科夫區制轉移因果模型分析異質性能源消費問題，為中國能源產業結構轉型提供技術支持[19]；但Trutnevyte(2016)也得了“成本最優方案掩蓋了由于成本最優偏離而產生的不確定性”的結論，并反思了能源轉型的系統構建問題[20]。同時應該意識到：國外所采用的能源轉型模式并不一定完全適用于中國現階段的能源部門的轉型現狀和升級要求[21]，各國轉型路徑存在較為明顯的差異[22-23]，且實現其轉型的路徑無法“生搬硬套”到中國現實[24]。

但中國能源轉型仍有其工作的側重點。“電力轉型”是實現能源轉型的主要支撐[25-26]，電力部門的有序發展受到來自技術和體制等領域的深刻影響[27-28]，因此“十三五”階段成為了中國能源轉型有序發展的關鍵期[29]。然而目前針對電力能源轉型的研究相對較少，現有成果主要集中于對國外轉型經驗的總結[30-31]，如：Newbery(2016)對歐盟和英國電力轉型的經驗進行總結，并分析了固定電價制度(FITs)對可再生電力供給的影響[32]；Rogge等(2017)對德國電力系統向可再生能源轉型的經驗進行了總結，并對比分析了“技術組件替代”(途徑A)和“廣泛系統改造”(途徑B)對于電力轉型實現低碳化的影響效果[33]。

綜上所述，國內、外學者已對能源轉型的研究領域做出了較為突出的貢獻，但就中國能源可持續轉型而言仍存在一些不足之處。具體可分為以下三個方面：首先，內容方面，目前的研究多集中于政策導向的“轉型模式”和“政策效果”，而對于市場導向的“轉型基礎”缺少系統性的分析；其次，方法方面，目前多采用計量經濟分析、綜合評價分析、案例比較分析等，強調于分析“轉型狀態”而弱化了對“轉型原因”的理論推導；最后，結論方面，由于不同轉型模式的適用性有待驗證，導致研究成果因研究目標、研究范圍、研究方法和研究數據的不同存在差異，對于各個模式所實現過程和效果的論斷無法達成一致。“能源轉型”主要體現為“制度性轉型”[34]、“經濟性轉型”[35]和“技術性轉型”[36]；當前，中國“能源轉型”的任務主要包括兩方面：一方面，既要有效利用電能替代散燒煤、燃油等能源消費方式，又要大力發展清潔能源電力替代低效率的火力發電生產方式，即“電能替代”(1)電能具有清潔、安全、便捷等優勢，實施電能替代對于推動能源消費革命、落實國家能源戰略、促進能源清潔化發展意義重大，是提高電煤比重、控制煤炭消費總量、減少大氣污染的重要舉措。電能替代的電力能源主要來自與清潔能源，即可再生能源發電以及部分超低排放煤電機組；無論是可再生能源對煤炭的替代，抑或是超低排放煤電機組集中燃煤對分散燃煤的替代，都將對提高清潔能源消費比重、減少大氣污染物排放做出重要貢獻。；另一方面，還要科學優化能源結構，實現新能源與傳統能源、可再生能源與化石能源、清潔能源與常規能源的協調有序和平穩升級，即“多能互補”(2)多能互補集成優化示范工程，有利于提高能源供需協調能力，推動能源清潔生產和就近消納，減少棄風、棄光、棄水限電，促進可再生能源消納，是提高能源系統綜合效率的重要抓手，對于建設清潔低碳、安全高效現代能源體系具有重要的現實意義和深遠的戰略意義。。無論是“電能替代”，抑或是“多能互補”，中國已從政策層面對“能源轉型”的發展模式提供了必要的制度性保障(3)如：2016年5月的《關于推進電能替代的指導意見(發改能源〔2016〕1054號)》以及2016年7月的《關于推進多能互補集成優化示范工程建設的實施意見(發改能源〔2016〕1430號)》。；而于漸進的改革過程，體現邊際革命和增量調整性質的重要方面則是以市場為導向的“經濟性轉型”和“技術性轉型”，且二者共同構成“制度性轉型”的充分條件和必要保證。惟其如此，才能促使能源體制中的“制度性能源轉型”體現“自下而上”誘致性變遷和演化的有序過程。

二、模型構建

(一)系統邊界及概念模型

對于“中國現階段‘能源轉型’是否合理”問題的回答，其實質即：界定、分析并論證目前中國進行“能源轉型”的基礎和保障是否充分。基于微、宏觀經濟學及新制度經濟學的一般原理，為便于從經濟性、技術性和制度性等層面分析“能源轉型”過程中能源替代-互補關系及“電能替代”和“多能互補”的發展基礎，同時不失研究的一般性(從復雜系統理論和系統動力學理論的邊界視角)，本文將對中國能源轉型概念模型的邊界進行界定(見圖1)，且定位研究范圍為“能源轉型”基礎的內因分析。

圖1 中國“能源轉型”能源替代-互補關系的邊界界定

(二)內因判定模型I：經濟性

產生“能源轉型”電能替代-多能互補關系問題的內生原因之一是能源成本或價格的信號引導作用[37]。根據新古典經濟學的基本理論，基于中國能源資源稟賦的基本特點，考慮經濟性判定對能源種類的可分離性要求，經濟性轉型判定分析模型將在修正Allen替代彈性(Allen Elasticity of Substitution，AES)模型的基礎上，通過Morishima替代彈性(Morishima Elasticity of Substitution，MES)模型研究化石能源、火力發電和清潔能源發電之間的替代-互補關系。

多種能源可作為一種生產要素組合，其成本函數的能源內部替代彈性可僅通過雙重成本函數來確定。大多數研究認為能源要素可從勞動、資本及其他生產要素中進行“弱分離”(4)“弱可分離性”意味著盡管總體能源利用水平無法獨立于其他生產要素，但能源組合的成本最小化與勞動、資本及其他要素的最佳組合效果(水平)無關。“弱可分離性”的成本結構可促使經濟主體遵循一個連續的優化過程：(1)選擇合適的能源要素，最大限度地降低能源成本；(2)選擇包括能源總成本在內的所有要素投入水平。[38-39]，因此能源成本函數可表示為：

CostEN=f(Costfossil,Costthermal,Costclean)

(1)

其中，CostEN表示能源組合的總成本；Costfossil表示化石能源要素成本；Costthermal表示火力發電要素成本；Costclean表示清潔能源發電要素成本。同時給出Translog成本函數：

(2)

其中，m和n均為能源類型，包括化石能源fossil、火力發電thermal和清潔能源發電clean；pm表示能源要素價格；α和β表示模型中待求的經濟參數，且各種能源投入價格滿足齊次線性約束：

(3)

能源組合總成本對能源價格求一階偏導，得到：

(4)

(5)

再根據AES的定義，得到Allen替代彈性σmn：

(6)

進而可得聯立方程：

(7)

由此得到AES模型的交叉價格彈性CPEmn，用符號ηmn表示“絕對替代彈性”：

CPEmn=ηmn=sn·σmn

(8)

其中，CPEmn表示隨著能源n價格的變化，對能源m需求產生相應的變化。根據Hicks邊際替代率的定義，對AES模型進行修正，得到MES模型的“凈替代彈性”：

(9)

其中，OPEnn表示能源n的自價格彈性。根據Hicks的理論可知：交叉價格彈性CPEmn可用以解釋“總效應”；自價格彈性OPEmn可用以解釋“收入效應”；MESmn可用以解釋“替代效應”。基于微觀經濟學理論，AES模型和MES模型的價格彈性與能源替代-互補關系可分為3種情境，如表1所示：

表1 絕對交叉價格彈性和凈交叉價格彈性的情境分析

(三)內因判定模型II：技術性

“能源轉型”電能替代-多能互補關系問題產生的另一個內生原因是能源的技術進步推動[40-41]。當三種及以上能源主體的運營效率和效果可超過孤立能源主體的運行效率和效果時(5)“供給側結構性改革”等制度變遷影響了能源系統中各主體的目標和利益，技術創新、產業優化升級及社會責任履行的需求程度和關聯性均存在差異。，系統中的能源替代-互補關系問題將得以解決且可形成較為穩定的長期互動關系。對“電能替代-多能互補”的技術性轉型判定分析模型，一個平衡的能源系統EnS依然可根據化石能源fossil、火力發電thermal和清潔能源發電clean等三種能源類型劃分情況，構建三維的Lotka-Volterra Competition(LVC)模型進行技術可行性的判斷(6)LVC模型的思路：首先，設定主導能源技術處于市場飽和狀態；然后，平衡系統中引入其他具有競爭優勢的能源技術，進行技術競爭分析；最后，在確定能源技術的關系后，研究各種能源技術的替代行為，分析主導能源技術在平衡狀態下被新的競爭性能源技術所替代的可能性及替代形式。。

三維LVC模型由三個獨立的非線性微分方程組成；由于三種能源關系存在不確定性，故采用Bazykin規范形式給出能源非自治系統的描述：

(10)

表2 能源技術相互作用的情境分類

進而構建新模型進行參數的灰色估計；把公式(10)進行方程轉換得到公式(11)：

(11)

其中，c為三維LVC模型的待估參數。且規定[42]：

x1,(t+1)-x1,(t)=c1,0[x1,(t)+x1,(t+1)]/2+

[x2,(t)+x2,(t+1)]/4+c1,3[x1,(t)+x1,(t+1)]

[x3,(t)+x3,(t+1)]/4

(12)

進而得到離散化方程。并根據本文研究目的，選取時間序列18年的數據(2000-2017年，涵蓋“九五”期末、“十五”、“十一五”、“十二五”以及“十三五”期初)，得到矩陣方程如下：

[x1,(2)-x1,(1),x1,(3)-x1,(2),...,x1,(18)-x1,(17)]T

(13)

其中，定義：

B1=

(14)

(15)

在最小二乘準則下，存在關系：

(16)

同理，根據公式(13)-(16)的原理，可得：

(17)

(18)

在不考慮時間序列負荷問題時(即不考慮峰谷時段的電力負荷差異性)，電能屬于“同質性”產品。因此，對于既定的社會電力需求空間，火力發電和清潔能源發電存在競爭關系，因此需要構建二維LVC模型對兩者之間的競爭穩定性進行分析。為分析發電技術之間的競爭狀態，即當t→+時xthermal(t) 和xclean(t)的趨向[43]，對“電源系統”進行穩定性分析，其拓展模型為：

(19)

其中，xthermal和xclean仍分別表示火力發電技術和清潔能源發電技術的發展空間；rthermal和rclean則分別表示火力發電技術和清潔能源發電技術在“電源系統”中的自然增長率；N1和N2則分別表示二維模型無競爭狀態下火力發電技術和清潔能源發電技術的均衡技術總量，即發電能源產業的極限技術規模；δ1和δ2分別表示火力發電技術和清潔能源發電技術競爭的相關系數。

所圍成的空間內，火力發電技術無法擴散，而清潔能源發電技術可繼續擴散。因此，清潔能源發電技術的發展占主導低位，火力發電技術的空間將被擠壓。

圖2 火力發電技術和清潔能源發電技術之間競爭替代關系的四種情境

三、實證分析

(一)數據來源

為了分析中國“能源轉型”中能源替代-互補關系，本文選取2000-2017年的相關能源統計數據進行實證研究。一方面，時間序列數據以“九五”期末為基期，跨度涵蓋“十五”期間、“十一五”期間、“十二五”期間以及“十三五”初年，數據具有較為廣泛的統計學意義；另一方面，此期間涵蓋了兩輪“電力體制改革”期間以及“供給側結構性改革”初期，數據選取可充分驗證制度變遷過程中的產業績效。

(1)能源市場份額(x)。為不失研究的一般性，將能源市場份額轉化為能源存量(Q)。化石能源市場份額xfossil選取《中國統計年鑒2017》中石油消費量Qoil和煤炭消費量Qcoal。為實現電力供需過程的系統安全穩定運行，電力具有“及發及用”和“實時平衡”等特性，且由于從用戶端無法統計電力產品的屬性來源，故可用發電量近似替代用電量。火力發電市場份額xthermal選取《中國電力年鑒2016》以及2017年國家統計局公布的火電發電量Qthermal。清潔能源發電市場份額xclean選取了《中國電力年鑒》中水電、核能、風能、太陽能等4種技術的清潔能源發電量Qclean；其中，囿于數據的不可得性約束，水電和核電選取2000-2017年數據，風能數據選取2006-2017年數據，太陽能數據選取2010-2017年數據。另外，在用于LVC模型時，能源存量單位需統一換算成“萬噸標準煤”。

(2)能源價格(p)。根據《中國統計年鑒(2017)》的能源統計和價格統計結果，參考BP的能源統計數據(2017)，并結合匯率調整，可分別獲得石油和煤炭的價格poil和pcoal。再根據《中國電力年鑒2016》以及國家統計局網站2017年相關數據，得到火力發電加權平均價格pthermal和清潔能源發電加權平均價格pclean。

(3)能源成本(Cost)。根據能源價格p和能源消費Q的數據，計算結果的單位統一為“萬元”：

Costfossil=poil×Qoil+pcoal×Qcoal

(20)

Costthermal=pthermal·Qthermal

(21)

Costclean=pclean·Qclean

(22)

(二)數據處理

1.經濟性模型數據處理

根據統計數據和公式(2)的要求，可得三種能源的對數價格指數lnP以及成本占比s，如表3所示。此時的sfossil、sthermal和sclean之和為1，即規定三種能源的消費預算線為1。

表3 三種能源的對數價格指數與成本占比

表4 ADF平穩性檢驗

通過Johansen協整檢驗，驗證回歸方程所描述的因果關系存在偽回歸的可能性，結果如表5所示。協整檢驗結果表明：對數價格指數與成本占比之間存在穩定關系。

根據普通最小二乘法(OLS)進行參數估計，結果如表6所示：

表5 回歸方程協整檢驗

表6 經濟性轉型判定分析模型的相關參數估計值

根據AES和MES模型，帶入公式(6)-(9)中計算得到2000-2017年中國化石能源、火力發電和清潔能源發電等三種能源長期的自價格彈性、絕對價格彈性以及凈價格彈性，如表7和表8所示：

表7 中國2000-2017年能源的長期自價格彈性和絕對價格彈性

表8 中國2000-2016年間能源的長期凈價格彈性

2.技術性模型數據處理

在一個相對封閉的能源(化石能源、火力發電和清潔能源發電)系統中(7)系統不受外界影響；且三種能源相同類型內部不存在競爭，且不存在技術差異比較。，根據折算標準(規定每度電折算0.404千克標準煤，作為電力折算標準煤系數)，得到2000-2017年中國化石能源、火力發電和清潔能源發電的市場份額走勢，如圖3所示：

(a)

(b)圖3 中國化石能源、火力發電和清潔能源發電市場份額

根據公式(11)-(18)對技術性轉型判定分析模型的參數進行估計，結果如表9所示。根據表9結果，參照公式(10)和公式(11)的對應關系，對應求出技術擴散模型LVC中相應的參數值，如表10所示。

表9 灰色估計模型的參數估計量

表10 中國能源轉型技術性判定LVC模型參數估計值

(三)結果分析

1.經濟性轉型可行性判定

(1)能源轉型的自價格彈性

根據計算結果，圖4分別顯示了2000-2017年中國化石能源、火力發電和清潔能源發電的自價格彈性。由其變化趨勢可知：

中國2000-2017年間，化石能源和火力發電的自價格彈性波動相對平穩，而清潔能源發電的自價格彈性則變化幅度較大。化石能源自價格彈性的均值約為-0.19，范圍介于-0.22～-0.16之間，幅度為0.06。火力發電自價格彈性的均值約為-0.20，范圍介于-0.25～-0.15之間，幅度為0.10。清潔能源發電自價格彈性的均值約為-0.27，范圍介于-0.32～-0.06之間，幅度為0.26；在2000-2008年，在-0.33～-0.27之間波動，呈平穩態勢；而2008年之后，其自價格彈性的絕對值先減小后增加，清潔能源發電部門受價格因素影響，且變化較大。三種能源的自價格彈性均為負值，處于消費的“經濟區域”并滿足“需求定理”，在中國要素市場中均屬于“正常商品”；但化石能源和火力發電的自價格彈性并未產生敏感的波動趨勢，較為成熟的技術使得二者呈現相對明顯的“剛性需求”；清潔能源發電自價格彈性的絕對值(0.267786)大于化石能源自價格彈性的絕對值(0.193991)和火力發電自價格彈性的絕對值(0.201353)，清潔能源發電雖為“正常商品”屬性但受到能源價格的誘導效果強于其他兩種能源；作為能源轉型中的“綠電”，清潔能源發電的價格變化對其需求量的影響更顯著。

(2)能源轉型的絕對價格彈性

編程后計算結果如圖5所示。由2000-2017年中國化石能源、火力發電和清潔能源發電的絕對價格彈性變化趨勢可知：

在“九五”期末至“十三五”期初，中國化石能源、火力發電和清潔能源發電的交叉價格彈性均為正值，即從絕對量角度三種能源互為“替代商品”。化石能源對火力發電和清潔能源發電的長期絕對價格彈性分別為0.572305和0.646128；火力發電和清潔能源發電對化石能源的長期絕對價格彈性分別為1.512444和0.892095；火力發電對清潔能源發電的長期絕對價格彈性為0.872470，清潔能源發電對火力發電的長期絕對價格彈性為0.658391。由圖5(a)可知，當電力產品價格降低時，需求側對于化石能源的需求將隨之減少，“能源轉型”過程可從需求側實現“電能替代”；由清潔能源發電價格波動所引起的化石能源需求量的變化(彈性變化幅度為0.40～1.00)比由火電發電價格波動所引起的變化(彈性幅度為0.50～0.70)更顯著，“綠色”電力表現出更為有效的“替代”屬性。由圖5(b)可知，當化石能源價格發生變化時，電力產品的需求同樣受到影響，同時印證了電能作為大宗商品的“正常商品”屬性而并非僅為政策性工具；火力發電對于化石能源的交叉價格彈性曲線呈現“倒U”型，其變化幅度為0.60～3.12，表明化石能源價格變化對于火力發電的影響更顯著；清潔能源對于化石能源的交叉價格彈性曲線呈平穩波動態勢，其變化幅度為0.50～1.39，表明清潔能源發電對于石能源價格變化的反應較為遲鈍。由圖5(c)可知，在成本層面的價格誘導作用下，雖然火力發電和清潔能源發電互為“替代商品”，但火力發電對于清潔能源發電價格的交叉彈性曲線呈現“U”型變化趨勢，而清潔能源發電對于火力發電價格的交叉彈性曲線呈現“倒U”型變化趨勢，二者的變化趨勢呈現“此消彼長”的特征。

圖4 2000-2017年中國化石能源、火力發電和清潔能源發電的自價格彈性

(a)

(b)

(c)圖5 2000-2017年中國化石能源、火力發電和清潔能源發電的絕對價格彈性

(3)能源轉型的凈替代彈性

如圖6所示，分析2000-2017年中國化石能源、火力發電和清潔能源發電的凈價格彈性變化趨勢；結合圖5和表1的判定標準，可知：

2000-2017年，中國化石能源、火力發電和清潔能源發電的凈交叉價格彈性均為正值，即從相對量角度三種能源仍互為“替代商品”。化石能源對火力發電和清潔能源發電的長期凈價格彈性分別為0.773659和0.913914；火力發電和清潔能源發電對化石能源的長期凈價格彈性分別為1.706435和1.086086；火力發電對清潔能源發電的長期凈價格彈性為1.140255，清潔能源發電對火力發電的長期凈價格彈性為0.859745。由圖6(a)可知，“能源轉型”過程中，在考慮化石能源自價格變化的情況下，“電能替代”的效率更為顯著；與絕對價格彈性相比，火電發電價格波動所引起的化石能源凈價格彈性的變化趨勢相同但變化幅度更大，范圍為0.62～0.90；清潔能源發電價格對于化石能源所引起的凈價格彈性變化趨勢與其絕對價格彈性變化趨勢相同，但凈價格彈性變化范圍的介于0.41～1.29之間，變化幅度的絕對值(0.88)顯著大于絕對價格彈性變化幅度的絕對值(0.60)，強化了“綠電替代屬性更為明顯”的結論。由圖6(b)可知，與絕對價格彈性相比，火電發電和清潔能源發電對于化石能源價格的凈交叉彈性仍呈現相同的變化趨勢，但清潔能源的波動幅度從0.89減小到0.73，其凈價格彈性曲線更為平穩。由圖6(c)可知，火力發電凈交叉彈性的變化范圍介于0.75～1.45，清潔能源發電凈交叉彈性的變化范圍介于0.55～1.25，且二者的凈交叉彈性曲線以ε=1為中心，呈現上下對稱的變化趨勢；從“電能內部替代”的角度，二者互為唯一的“替代商品”。

(a)

(b)

(c)圖6 2000-2017年中國化石能源、火力發電和清潔能源發電的凈價格彈性

2.技術性轉型可行性判定

(1)三維技術擴散效果分析

在“技術性轉型判定分析模型”中，由自然增長系數分析，b1=0.2881、b2=0.4624、b3=-0.6669，其中b2>b1>0，表明在無其它能源競爭情況下，化石能源技術和火力發電技術自然增長率均為正值，能夠實現能源產業規模的擴大；從技術促進程度的角度分析，火力發電技術對產業自身轉型升級發展的作用效果比化石能源對自身產業轉型升級發展的作用效果明顯。b3<0表明清潔能源發電技術的自然增長率為負，在相對封閉的系統中，清潔能源發電技術(如裝機容量)的占比逐漸減小。

由計算結果可知：a1,1=0.0000、a2,2=0.0680、a3,3=0.1009，化石能源技術擴散過程中對自身無限制性，而火力發電技術和清潔能源發電技術在擴散過程中對產業發展具有促進作用。根據表2的判定標準，對參數進行分析：①a1,2=0.0418>0且a2,1=0，表示化石能源技術與火力發電技術的互動關系為“偏利共生”；當清潔能源發電技術所占份額既定，火力發電技術單向促進化石能源技術發展。②a1,3=-0.0524<0且a3,1=0，表示化石能源技術和清潔能源發電技術的互動關系為“偏害共生”；當火力發電技術所占份額既定，清潔能源發電技術單向抑制化石能源技術發展。③a2,3=-0.0697<0且a3,2=-0.1641<0，表明火力發電技術和清潔能源發電技術的互動方式為“競爭關系”；當化石能源技術所占份額既定，火力發電技術和清潔能源發電技術形成替代態勢。

由此，得到三維LVC技術性轉型的實證分析結果：①中國發電方式仍是以火力發電為主導地位，清潔能源發電技術的市場占比相對較小。②在無競爭且無政策性支持的情況下，化石能源技術和火力發電技術呈正向增長，而清潔能源發電技術的自然增長率為負值。

(2)二維技術擴散效果分析

雖然清潔能源發電技術面臨著較為嚴峻的競爭形勢，但火力發電仍與其存在競爭關系。根據灰色估計模型，將公式(19)變型為：

(23)

其中，l為二維LVC模型的待估參數。利用圖3(b)中的數據進行計算，得到l1和l2的取值；再將其帶回公式(19)，求解結果入表11所示：

表11 火力發電技術與清潔發電技術二維LVC模型參數計算結果

由參數計算結果可知：

①現階段在“電源系統”中，中國火力發電技術與清潔能源發電技術競爭內稟增長率分別為0.1818與0.0252；就“電能內部替代”的技術層面而言，火力發電技術擴散能力強于清潔能源發電技術。由此反映了兩種發電技術擴散能力存在差異性，火力發電技術增長能力略高于清潔能源發電技術。

3.能源替代-互補關系分析

本文利用MES方法和LVC方法，構建了經濟性轉型判定分析模型和技術性轉型判定分析模型；并利用2000-2017年中國能源部門的統計數據進行實證分析，分別對化石能源、火力發電和清潔能源發電在“能源轉型”過程中的能源替代-互補關系進行了研究。綜合實證分析結果，得到三種能源在“能源轉型”中的關系，如圖7所示：

圖7 中國“能源轉型”中的替代-互補關系邏輯

四、結論及政策涵義

(一)研究結論

通過實證分析，本文驗證了能源替代-互補關系對中國能源轉型路徑選擇的重要作用，從而為能源產業有序發展提供了一個可能性解釋。主要結論如下：第一，能源部門屬于“資本密集型”和“技術密集型”產業集群；現階段中國全面推進“能源轉型”意味著中國能源轉型將促進資本和技術由高污染能源領域向清潔能源領域轉移，進而提高能源經濟的質量。中國“能源轉型”并非能源技術的一種“零和博弈”：一方面，化石能源技術和火力發電技術相對成熟，雖然目前已實現“規模經濟”，但兩種能源技術仍存在一定的創新機遇和發展空間。另一方面，清潔能源發電的成本和技術成為中國“能源轉型”成敗的重要因素，對中國能源替代-互補關系的互動和協調具有較好的解釋力，但對中國“綠色能源選擇”目標實現的影響程度有限。在無競爭壓力或無自身發展限制的情況下，火力發電和清潔能源發電對產業自身的轉型升級效果要優于化石能源產業轉型升級效果，對能源產業的整體發展效率和轉型效果起到了促進作用。短期角度，化石能源和火力發電的基礎性、支柱性地位是無法被取代；長期角度，“能源轉型”是不可逆轉的(8)主要體現在5個方面：(1)技術的可疊加和可積累；(2)經濟全球化的倒逼作用；(3)“低碳道德化”和化石能源稀缺性；(4)能源革命對供需格局重塑作用；(5)“能源多元化”和“能源多源化”。，且將是一個長期有序的演化過程。為了實現平穩、有序、高效的“能源轉型”，必須協調好能源替代-互補關系。能源轉型并非單純“提高可再生能源份額”，也不僅僅是清潔能源的“成本競爭力”；能源成本的規模經濟和能源技術的比較優勢共同造成了中國能源轉型路徑的多樣性。

第二，就轉型中的“電能替代”而言，可分為“電能外部替代”和“電能內部替代”。電能外部替代是實現一次能源依賴向二次能源依賴的有序過渡；電能內部替代是實現清潔能源發電對火力發電的技術升級。一方面，電力能源在技術層面對化石能源具有較強的替代性，可實現較為有效的“電能外部替代”。從長期交叉價格彈性角度看，與火力發電相比，清潔能源發電對化石能源的替代效果更明顯；與清潔能源發電相比，火力發電對化石能源價格的反應更敏感。此外，火電發電價格波動所引起的化石能源絕對價格彈性和凈價格彈性的變化趨勢相同但變化幅度不同：不僅證明了火力發電既受到電力價格(產品價格)的影響，又受到煤炭價格(要素價格)的影響；同時也證明了在成本角度，目前中國已初步實現“煤電聯動”，即煤炭價格和火力發電上網電價呈現一定的協同性。另一方面，從成本和技術層面，清潔能源發電和火力發電呈現競爭狀態，二者直接成為互相的“替代商品”。在“能源轉型”過程中可實現較為有效的“電能內部替代”，且清潔能源發電作為“替代商品”的能力更強。成本和價格對能源轉型中的“電能替代”過程具有顯著的“信號”誘導作用；且能源成本價格和能源產品市場價格應是中觀層面和微觀層面進行能源資源配置更為有效的“激勵”。

第三，就轉型中的“多能互補”而言：從技術層面看，長期內清潔能源技術對“能源轉型”的影響程度將逐漸超越火力發電技術的影響程度，但目前的清潔能源發電技術的市場占有率無法保證“電能替代”的既定目標(9)雖然風力發電技術正在向“成長期”過渡，但清潔能源發電技術整體仍處于產業發展生命周期的“導入階段”。；短期內二者將處于一個相對均衡的“多能互補”模式。從成本層面看，由于化石能源中的煤炭是火力發電的原料(10)中國煤炭消費占比中，約有50%的煤炭作為動力煤用于火力發電。，因此火力發電對于化石能源價格變化所表現出的敏感性更為顯著，而清潔能源發電對化石能源價格變化所表現出的遲鈍，化石能源成為威脅中國能源安全的“根源”且具有較大不確定性，而解決能源安全發展及轉型的途徑則是發展清潔能源；雖然電力價格的理性回歸，可以促進電力產品對化石能源產品的經濟性替代，但由于中國“富煤、貧油、少氣”的能源結構特征，化石能源的價格依然會引起電能產品的同向波動，加之清潔能源發電在全社會能源消費中的占比較低，導致“電能替代”無法滿足現階段中國能源需求側的實際要求，電能產品依然受到化石能源價格的顯著影響，在能源需求側仍需要“多能互補”模式促進“能源轉型”。“綜合能源系統”的目的和作用之一是提高靈活性；為發揮“經濟性轉型”和“技術性轉型”的基礎作用，不僅需要提高多能互補在綠色能源選擇過程中的有序程度，增強清潔能源的市場力和技術擴散能力，而且還需要協調能源生產環節的結構關系，實現“多能互補”與“電能替代”之間的最佳耦合。

(二)政策建議與展望

從長期分析，中國能源轉型成效取決于經濟模式、技術擴散與制度安排的三方面“創新”。中國很多“一刀切”的能源轉型模式未能合理地反映不同區域能源發展和安全的需求，對于轉型路徑的選擇仍需慎重，轉型邏輯和轉型思維仍需盡早轉變。在市場不健全、政策不到位的情況下，清潔能源發電自身競爭優勢不足，技術擴散的效果將受到其他能源技術現有規模的制約和影響。從發展空間上看，與電力技術“內部”互動關系的均衡點目標相比，火力發電發電量和清潔能源發電量均未達到均衡配比值；但就相對的均衡目標實現率而言，火力發電部門已出現“產能過剩”的現象，而清潔能源部門仍存在消納能力不足。就絕對總量而言，“產能過剩”屬于一種無序的資源配置扭曲現象，“去產能”可有效地解決資源配置效率的問題；但考慮到市場份額，兩種發電技術均存在發展空間，粗放的火力發電“去產能”也無法實現能源系統的真正轉型和升級，同時“消納能力不足”成為了影響清潔能源技術擴散的主要原因。能源總量控制必須與有序發展效率相協調，否則“能源轉型”將走向另一個極端，即單純地追求清潔能源在全社會能源消費中的占比。為了弱化能源的資源配置扭曲效應，必須以市場為導向，構建具有激勵相容性的、涵蓋經濟手段和技術手段的長效機制，“能源轉型”過程的重心應逐漸從“僅注重產品”向“兼顧服務質量”的方向過渡；同時有序引導中國“綠色能源選擇”和“電力創新”，利用不同的轉型路徑優化組合影響能源部門的轉型行為和升級過程。但同時，也應避免出現能源領域的“馬太效應”，更應該避免能源替代-互補關系“鐘表定率”和清潔能源“搭便車”等無序現象。目前，清潔能源發電市場化程度較低，電力市場無法產生有效的“信號”誘導技術創新和資源合理配置；技術盲目擴散的行為又反作用于能源電力產業，而導致了“跑馬圈地”、“圈而不建”等無序發展現象，且缺乏市場發展動力。對于中國現有的水力發電技術、風力發電技術、光伏發電技術、核能發電技術和生物質能發電技術而言，真正意義的“技術性能源轉型”，不僅要體現于技術的科學開發，而且要體現于技術的合理利用。

一方面，本文豐富了國內、外有關能源轉型可行性方面的研究成果；另一方面，也有助于理解中國能源產業升級的內部驅動力來源；值得注意的是，本文研究還具有明顯的政策涵義，即轉型基礎和均衡目標設定對于中國能源轉型以及電力創新等問題具有不容忽視的作用。雖然本文將經濟性轉型、技術性轉型和制度性轉型納入中國“能源轉型”的研究框架，并從邊界內進行了一定的理論與實證分析，但仍存在可進一步完善的空間。一方面，本文針對轉型基礎的研究，定位在“能源成本”和“能源技術”本身，而并未考慮其他經濟因素(如：共享經濟模式、PPP投資運營模式、數字化商業模式等)和其他技術因素(如：能源互聯網、儲能技術、輸電容量及調度等)；在省略利好機遇的前提下，對于“電能替代”和“多能互補”等轉型模式的分析具有一定的局限性。后續工作中將兼顧內、外驅動因素以進一步優化完善。另一方面，本文將能源轉型的基礎定位為經濟性轉型和技術性轉型，而沒有重點分析制度性轉型的作用機理。但目前，中國能源轉型很大程度上需要依靠“制度先行”；在排除制度性因素的情況下，轉型可行性判定模型對中國能源體制改革的解釋力上做出了較大的犧牲。后續工作中將在判定原有模型的基礎上加入“制度性保障”和“政策性支持”，進一步增強研究的現實指導意義。