1 緒論

改革開放以來(lái)，盡管我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展獲得了舉世矚目的成就，隨著我國(guó)工業(yè)化發(fā)展與城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)程的不斷推進(jìn)，過(guò)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(dǎo)之下，我國(guó)工業(yè)的發(fā)展模式一直以來(lái)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(jì)增長(zhǎng)模式。能源作為一把雙刃劍，一方面它作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)脈，能源的投入對(duì)于各國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都是不可或缺的。能源的短缺亦或是價(jià)格的波動(dòng)都會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)體產(chǎn)生非常大的沖擊，這種沖擊必將長(zhǎng)期存在，上世紀(jì)七十年代的兩次石油危機(jī)就是很好的例子�？v觀世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)程，能源對(duì)于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的約束力有增無(wú)減，尤其是發(fā)展中國(guó)家。二十一世紀(jì)以來(lái)，能源價(jià)格不斷提高，各國(guó)家對(duì)石油等不可再生能源的爭(zhēng)奪也更加激烈，國(guó)際動(dòng)蕩此起彼伏，局部沖突持續(xù)不斷，能源的爭(zhēng)奪儼然成為各國(guó)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(jì)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，而且對(duì)本國(guó)乃至全球的環(huán)境保護(hù)構(gòu)成嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，隨著世界范圍的氣候變動(dòng)異常，生態(tài)環(huán)境不斷惡化以及自然災(zāi)害的頻發(fā)，環(huán)境問題早已成為全人類必須面對(duì)的巨大挑戰(zhàn)。減少污染及溫室氣體的排放，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式向更加低碳的模式轉(zhuǎn)變已成為各國(guó)政府當(dāng)前的首要任務(wù)。在哥本哈根會(huì)議上，我國(guó)政府承諾將在 2020 年之前以 2005 年為基礎(chǔ)將單位GDP 碳排放的強(qiáng)度降低百分之四十至百分之四十五，并且我國(guó)政府會(huì)根據(jù)此承諾制定相應(yīng)的約束性指標(biāo)，將其加入我國(guó)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的長(zhǎng)期規(guī)劃之中。單位GDP 的 CO2排放強(qiáng)度與 CO2排放量及國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)總值三者之間的關(guān)系密切，在一定的技術(shù)水平之下，能源結(jié)構(gòu)就是能夠決定 CO2排放量的關(guān)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(dāng)今世界，我國(guó)是眾多發(fā)展中國(guó)家中最大的一個(gè)，在促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步的過(guò)程中，能源與氣候問題會(huì)更加嚴(yán)重。由于我國(guó)正處在社會(huì)主義初級(jí)階段，受到國(guó)家人口眾多和經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的慣性效應(yīng)等因素的相互制約，我國(guó)未來(lái)能源需求的增長(zhǎng)速度將會(huì)更高。能源作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ),在經(jīng)濟(jì)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(jì)的后 20個(gè)年頭，我國(guó)的能源消耗每年平均增長(zhǎng)了 4.5%；21 世紀(jì)的前 10 個(gè)年頭，平均年增率超過(guò)了 8%。即使 2010-2030 年我國(guó)能源消費(fèi)年均增速為 4.0%，到 2030 年能源消費(fèi)總量將達(dá)到 71 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤（發(fā)電煤耗法）；如果年平均增長(zhǎng)速度按照6%計(jì)算，則 2030 年能源需求將超過(guò) 100 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。即使未來(lái)我國(guó)人均能源消費(fèi)量與目前能源效率較高的日本的人均水平相當(dāng)，按 14.5 億人口計(jì)算，則我國(guó)每年能源需求總量將超過(guò) 85 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤；如果與目前的美國(guó)人均水平相當(dāng)，則總能源需求每年超過(guò) 160 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。巨大的能源需求前景給我國(guó)未來(lái)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，我國(guó)能源消費(fèi)的持續(xù)增長(zhǎng)和能源儲(chǔ)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(jì)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(jì)的可持續(xù)增長(zhǎng)這三者之間的關(guān)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(guān)鍵。能源替代和環(huán)境污染的分析，不僅是人類社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要話題，也是現(xiàn)如今經(jīng)濟(jì)學(xué)與環(huán)境科學(xué)等相關(guān)專業(yè)研究的重要方面�，F(xiàn)階段我國(guó)正處在調(diào)整經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式與結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵時(shí)刻，本文結(jié)合了我國(guó)當(dāng)前的發(fā)展背景，參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)的理論研究，構(gòu)建了一個(gè)能源替代、環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的理論研究框架，針對(duì)能源替代、環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的相互影響與內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行了深入的研究。對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，合理有效的保護(hù)當(dāng)前的環(huán)境，不但擁有很高的理論價(jià)值，而且對(duì)現(xiàn)實(shí)的發(fā)展也有一定的指導(dǎo)作用。
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2 相關(guān)理論研究

2.1 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究
能源替代是能源經(jīng)濟(jì)研究領(lǐng)域的一個(gè)非常重要的課題，在過(guò)去的許多年里國(guó)外學(xué)者進(jìn)行了許多相關(guān)的研究，而國(guó)內(nèi)對(duì)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(dòng)力之間的替代研究，缺少對(duì)能源之間的替代進(jìn)行研究。如張華[5]在盧卡斯內(nèi)生增長(zhǎng)模型加入可再生能源和不可再生能源參數(shù)，討論了增長(zhǎng)路徑在達(dá)到均衡的過(guò)程中可再生、不可再生能源的消費(fèi)量同經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)盡管可再生是能源持續(xù)使用的關(guān)鍵，但是現(xiàn)在支撐國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主力還是不可再生能源。賀媛[6]以超對(duì)數(shù)成本函數(shù)與 AES 替代彈性為基礎(chǔ)，估測(cè)我國(guó)能源之間（石油、煤炭和電力）和資本、勞動(dòng)與能源間的替代彈性、自價(jià)格的彈性和交叉價(jià)格的彈性。通過(guò)對(duì)能源間的替代性研究發(fā)現(xiàn)，電力與煤炭、石油有替代關(guān)系，煤炭與石油一定條件下可以互補(bǔ)，但是能源間的價(jià)格彈性相對(duì)不足，替代互補(bǔ)效應(yīng)相對(duì)較弱。趙胤慧[7]通過(guò)分析能源消費(fèi)與污染排放的現(xiàn)狀和它們之間的相互關(guān)系，參考國(guó)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(guó)成[8]根據(jù)能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的相關(guān)理論，構(gòu)建一個(gè)加入可再生能源的內(nèi)生經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模型，通過(guò)定性分析得出，一方面能源消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)存在正相關(guān)的關(guān)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(lái)減緩經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和能源供求二者間的矛盾。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境污染已逐漸成為大家關(guān)注的話題，國(guó)內(nèi)學(xué)者就環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)兩者間的關(guān)系進(jìn)行了大量的研究工作。例如黃菁[9]對(duì)我國(guó)環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展兩者之間的相互關(guān)聯(lián)以及二者的內(nèi)生影響機(jī)制進(jìn)行深入的探討，定性和定量分析了多種可能的影響渠道對(duì)這關(guān)系的作用，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與治理環(huán)境污染提出了相應(yīng)的政策意見。
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2.2 相關(guān)理論概述
生產(chǎn)函數(shù)，指在一定的時(shí)間內(nèi), 技術(shù)水平恒定, 生產(chǎn)活動(dòng)中所使用的各種生產(chǎn)要素的數(shù)量與最高產(chǎn)量?jī)烧咧g的關(guān)系。生產(chǎn)活動(dòng)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(guān)系。對(duì)于生產(chǎn)函數(shù)的研究，經(jīng)濟(jì)學(xué)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(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)四個(gè)階段。CES 生產(chǎn)函數(shù)是由 J.K.Arrow 和 R.M.Solow 于 1961 年提出來(lái)的，作為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)分析活動(dòng)中最常用的生產(chǎn)函數(shù)，它不單可以進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)的預(yù)測(cè)，還是經(jīng)驗(yàn)分析常用的工具。2.2 相關(guān)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(shí)間內(nèi), 技術(shù)水平恒定, 生產(chǎn)活動(dòng)中所使用的各種生產(chǎn)要素的數(shù)量與最高產(chǎn)量?jī)烧咧g的關(guān)系。生產(chǎn)活動(dòng)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(guān)系。對(duì)于生產(chǎn)函數(shù)的研究，經(jīng)濟(jì)學(xué)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(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)四個(gè)階段。CES 生產(chǎn)函數(shù)是由 J.K.Arrow 和 R.M.Solow 于 1961 年提出來(lái)的，作為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)分析活動(dòng)中最常用的生產(chǎn)函數(shù)，它不單可以進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)的預(yù)測(cè)，還是經(jīng)驗(yàn)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(jì)增長(zhǎng).....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(jì)增長(zhǎng)與能源效率...........21
4 能源替代與環(huán)境污染的實(shí)證研究......25
4.1 引言....... 25
4.2 計(jì)量方程........25
4.2.1 計(jì)量方程........... 25
4.2.2 數(shù)據(jù)的來(lái)源和處理...........26
4.3 實(shí)證檢驗(yàn)........27
4.4 本章小結(jié).......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(shè)及符號(hào)設(shè)定.......31
5.2.2 各部門利潤(rùn)....... 32
5.3 動(dòng)態(tài)博弈模型........33
5.3.1 博弈模型構(gòu)建...........33
5.3.2 均衡點(diǎn)求解....... 35
5.4 能源市場(chǎng)均衡結(jié)果分析.......37
5.5 本章小結(jié).......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(shí)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(shí)代的發(fā)展，化石能源供應(yīng)緊張，環(huán)境問題也日益突顯，在未來(lái)將會(huì)出現(xiàn)以可再生能源為主的新能源時(shí)期。新舊能源替代過(guò)程中能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)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(duì)效率。肖條軍[55]構(gòu)建了垂直創(chuàng)新對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)影響的縱向型內(nèi)生增長(zhǎng)模型，對(duì)集團(tuán)公司與其子公司二者在庫(kù)諾特市場(chǎng)上進(jìn)行博弈分析，得出集團(tuán)公司的創(chuàng)新能力對(duì)自身及子公司都用很好的促進(jìn)作用。除建模分析外，也有一些學(xué)者實(shí)證分析碳稅等外生變量對(duì)能源結(jié)構(gòu)的影響。例如 Monica Prasada[56]針對(duì)美國(guó) 39個(gè)州，，通過(guò)實(shí)證研究了可再生能源政策對(duì)碳排放的影響，驗(yàn)證了碳稅對(duì)能源利用的積極性影響。較多學(xué)者從內(nèi)生經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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(guò)程實(shí)質(zhì)上也是兩者博弈的過(guò)程，現(xiàn)有研究中基于博弈視角研究?jī)烧咛娲P(guān)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(dòng)態(tài)博弈問題。本文借鑒 Pu-yan Nie[62-65]等構(gòu)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(rùn)，并探討稅率、邊際生產(chǎn)成本、替代水平等參數(shù)對(duì)其產(chǎn)生的影響，為政府等相關(guān)部門對(duì)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供參考。

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結(jié)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(shí)對(duì)兩類能源生產(chǎn)者利潤(rùn)、政府收益、以及消費(fèi)者效用進(jìn)行探討。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：
（1）假設(shè)某能源市場(chǎng)僅存在不可再生能源與可再生能源兩個(gè)生產(chǎn)者，利用Stackelberg 博弈模型構(gòu)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?jī)深惸茉瓷a(chǎn)者的利潤(rùn)、政府收益、以及消費(fèi)者效用。
（2）在均衡產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，分析能源市場(chǎng)的均衡結(jié)果，其中主要分析稅率、邊際生產(chǎn)成本、替代水平等關(guān)鍵因素對(duì)均衡產(chǎn)量的影響。分析結(jié)果表明了不可再生能源產(chǎn)量與稅率呈單調(diào)遞減關(guān)系，可再生能源產(chǎn)量與稅率呈單調(diào)遞增關(guān)系，說(shuō)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(shuō)明政府對(duì)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(guān)系。類似對(duì)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(shí)影響四部門利潤(rùn)。
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號(hào)：106473