中國能源安全分析:基于最優(yōu)消費路徑視角

張生玲 郝 宇

(1．北京師范大學經(jīng)濟與資源管理研究院/中國能源與戰(zhàn)略資源研究中心，北京100875;2．德國漢堡大學經(jīng)濟學院，漢堡20146)

式中r為折現(xiàn)率，等于外生決定的兩個時期間的市場流行利率。(2)－(5)式即為存在不確定性約束的最優(yōu)化問題。在解此最優(yōu)化問題之前，必須就供需雙方的兩個不確定性因子進行進一步說明，以求得模型的解析解。首先假設(shè)未來時期的需求不確定性z和能源進口的不確定性因子x各自服從某一形式的分布函數(shù)。進一步假設(shè)需求不確定性z來源于經(jīng)濟增長的不確定性，即將z設(shè)為經(jīng)濟增長率g的函數(shù):z=z(g)并且有z’(．)＞0。因此，如果假設(shè)經(jīng)濟增長率g的概率密度函數(shù)為fg(x)，那么未來能源需求不確定性因子z的概率密度函數(shù)即為fz(x)=z［fg(x)］。對于未來能源進口量的不確定性x，假設(shè)其在當前時期的期望值存在，且為E(x)。

回到最優(yōu)化問題，對于某一可能的增長率水平gi，其對應(yīng)的未來時期需求不確定性因子為zi，可以解最優(yōu)化問題(2)－(5)式。首先，根據(jù)拉格朗日函數(shù)可以得到關(guān)系:

中國能源安全分析:基于最優(yōu)消費路徑視角

張生玲1郝 宇2

(1．北京師范大學經(jīng)濟與資源管理研究院/中國能源與戰(zhàn)略資源研究中心，北京100875;2．德國漢堡大學經(jīng)濟學院，漢堡20146)

進入新世紀以來，中國能源生產(chǎn)不能滿足能源需求的強勁增長，導致能源對外依賴性較大，能源進口和海外開發(fā)又面臨較多挑戰(zhàn)。國內(nèi)能源開發(fā)粗放，能源利用效率低下，新能源和可再生能源發(fā)展較晚，能源戰(zhàn)略儲備不完善等問題也很突出。本文在中國具體實際的基礎(chǔ)上，通過建立一個簡單的兩時期消費最優(yōu)化模型，并綜合考慮本國能源與能源進口和海外開發(fā)之間、傳統(tǒng)能源與新能源和可再生能源的開發(fā)與利用之間這兩個關(guān)鍵的替代關(guān)系及提高能源利用效率的可能影響，得出了中國能源消費的最優(yōu)跨期消費路徑。當前能源消費中的很多問題，包括日益增大的“能源缺口”，都源于實際能源消費量嚴重偏離了這一“最優(yōu)路徑”所規(guī)定的消費水平。因此，為了有效緩解乃至從根本上消除中國的“能源缺口”，中國能源消費應(yīng)嚴格按照此最優(yōu)跨期消費路徑進行，同時盡可能地增加能源進口、加快發(fā)展可再生能源和新能源并提高能源使用效率。

能源缺口;能源安全;新能源;能源供求

能源最優(yōu)利用問題的研究始于自然資源經(jīng)濟學的創(chuàng)始人霍特林(Hotelling)于1931年提出的“霍特林法則(Hotelling's Rule)”:為了確保不可再生能源利用的效用最大化，能源價格增長的速度應(yīng)該等于社會貼現(xiàn)率［1］。1970年代的石油危機引發(fā)了西方學者對這一問題的新一輪研究熱潮，主要的成果體現(xiàn)在理論方面，許多學者利用動態(tài)最優(yōu)化理論和不確定性等理論工具，將霍特林所開創(chuàng)的研究領(lǐng)域的廣度和深度都進行了拓展［3－9］。但是，霍特林所得出的確保能源最優(yōu)消費的核心結(jié)論并沒有被動搖，而是得以發(fā)展為各種不同的表現(xiàn)形式，同時也得到了更多的實證檢驗［2，10］。進入21世紀以來，隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，不斷增長的能源消費需求與較低水平的能源占有量之間的矛盾已成為制約國民經(jīng)濟快速發(fā)展的一個重要問題?！坝兴炝鳌笔降拇址砰_發(fā)模式、較高的石油對外依存度以及相對較低的新能源和可再生能源的利用水平是當前中國能源利用中的三大問題。雖然國內(nèi)學者也就能源緊缺問題做了大量研究，但目前的研究主要集中在對國內(nèi)能源供需水平的數(shù)值測算和預測［13－14］以及政策分析等層面［11，14］，而針對當前能源利用中的主要矛盾從理論高度分析能源開發(fā)利用問題的研究還比較缺乏。本文通過建立嚴謹?shù)臄?shù)理模型框架，針對前述能源利用中的主要問題，闡明中國“能源缺口”的成因，并從理論上分析兩種根本上消除中國“能源缺口”的可行辦法:發(fā)展新能源，以及提高能源利用效率。本文的理論分析可以幫助我們加深對中國能源問題的理解，同時也為今后進一步的實證分析提供了相應(yīng)的理論依據(jù)。

1 理論分析:基本模型的建立

“能源安全”是一個綜合概念，包括能源生產(chǎn)安全、消費安全、運輸安全等等方面。本文著重從能源消費安全方面進行分析，即能否在經(jīng)濟體可承受的合理價格之下，持續(xù)、足量地滿足經(jīng)濟體的能源需求。近年來，對能源安全的探討擴展到使用安全方面，即能源使用不能對人們賴以生存的環(huán)境造成破壞。對于世界上多數(shù)能源消費大國來說，保障能源持續(xù)、及時和足量地滿足國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要，并且保持價格的可接受性，成為了一項重要的政治和經(jīng)濟任務(wù)。

為了從經(jīng)濟層面更好地量化“能源安全”這一指標，本文用“能源最優(yōu)消費路徑缺口”的大小來表現(xiàn)“能源安全”的嚴重程度。在下面的分析中，“能源最優(yōu)消費路徑缺口”(以下簡稱“能源缺口”)的定義為，在至少滿足每一時期最基本能源消費需求的前提下，為了保證能源消費的社會福利最大化，由能源最優(yōu)消費路徑所決定的能源消費量與維持一定產(chǎn)出所必須的最低能源消費量之間的差距。建模過程中未涉及開采成本因素。具體地，我們可以用以下公式來表示“能源缺口”的大小:

能源缺口(t)=維持一定產(chǎn)出所必須的最低能源消費量－能源最優(yōu)消費量 (1)

這里括號中的t意為第t個時期。能源缺口的數(shù)值越大，說明按照最優(yōu)路徑求出的能源最優(yōu)消費量較能源最低要求消費量之間的差距越大，因而能源供給的形勢越嚴峻，“能源安全”的程度也就越低。式中的能源最優(yōu)消費量很可能與能源實際消費量并不相同，因而此處我們定義的“能源最優(yōu)消費缺口”與國內(nèi)學者分析時常用的“能源缺口”(能源的實際需求量高出實際供給量之間的差額)的概念并不相同。

基本模型的思路來源于Weinstein和 Zeckhauser［3］的原始模型。主要是從能源市場的供給和需求端入手來考察能源最優(yōu)消費問題，并同時考慮供給和需求兩個方面的不確定性。設(shè)國內(nèi)總能源存量為Q，并且假設(shè)沒有能源儲備，也不考慮可再生能源的開發(fā)利用。為了使模型盡量簡化并不失一般性，僅考慮兩個時期:當前時期(t=0期)和未來時期(t=1期)。假設(shè)在未來時期能源供給和需求兩方面都存在不確定性。在需求方面，假設(shè)兩個時期能源社會需求函數(shù)分別為d0(q0)和d1(q1，z)，其中q0和q1分別是兩個時期的能源消費量，z為影響未來能源需求的不確定性因子。為了簡單起見，且不失一般性，兩個時期的需求函數(shù)都設(shè)為線性形式:

這樣的需求函數(shù)形式與一些學者的實證結(jié)果相符合。如Cooper(2003)和滕泰等(2006)的實證結(jié)果表明，包括中國在內(nèi)的主要經(jīng)濟體的石油價格彈性都非常低，因此可以設(shè)定兩個時期的線性能源消費需求函數(shù)的斜率不變［12－15］。此外，根據(jù)Cooper的測算，石油需求的長期需求彈性要高于短期需求彈性。較高的長期需求彈性可能反映了化石能源利用效率的提高和新能源得以更廣泛地利用后對化石能源依賴性的降低。當未來時期的需求不確定性z＞0時，根據(jù)我們的需求函數(shù)得出的長期需求價格彈性就會比短期需求價格彈性更高。

在供給方面，能源總供給量由三個方面共同決定:國內(nèi)能源總儲量Q，當期能源進口量和未來時期能源進口量(1－x)。國內(nèi)能源總儲量是一定的，當期能源進口量也已經(jīng)確定，唯一存在不確定性的就是未來時期能源進口的數(shù)量。這里用x表示未來時期能源進口的風險因子，為未來時期潛在能源進口最大可能水平。X的取值范圍介于0和1之間。因而兩個時期能源消費的約束條件為

對于整個經(jīng)濟體而言，能源消費效用最大化的理想情況是消費者獲得了消費能源全部的經(jīng)濟租，即消費者剩余和生產(chǎn)者剩余之和。在這種理想情況下，能源跨期消費最大化問題為

式中r為折現(xiàn)率，等于外生決定的兩個時期間的市場流行利率。(2)－(5)式即為存在不確定性約束的最優(yōu)化問題。在解此最優(yōu)化問題之前，必須就供需雙方的兩個不確定性因子進行進一步說明，以求得模型的解析解。首先假設(shè)未來時期的需求不確定性z和能源進口的不確定性因子x各自服從某一形式的分布函數(shù)。進一步假設(shè)需求不確定性z來源于經(jīng)濟增長的不確定性，即將z設(shè)為經(jīng)濟增長率g的函數(shù):z=z(g)并且有z’(．)＞0。因此，如果假設(shè)經(jīng)濟增長率g的概率密度函數(shù)為fg(x)，那么未來能源需求不確定性因子z的概率密度函數(shù)即為fz(x)=z［fg(x)］。對于未來能源進口量的不確定性x，假設(shè)其在當前時期的期望值存在，且為E(x)。

回到最優(yōu)化問題，對于某一可能的增長率水平gi，其對應(yīng)的未來時期需求不確定性因子為zi，可以解最優(yōu)化問題(2)－(5)式。首先，根據(jù)拉格朗日函數(shù)可以得到關(guān)系:

聯(lián)立(4)、(6)兩式可以解出在未來能源需求不確定性因子取值zi時，未來時期最優(yōu)能源消費量的期望值:

當消費者在當前時期做出消費決策時，他們必須將未來時期的不確定性考慮進去，由對未來時期能源消費的期望值可以反推出當前時期最優(yōu)能源消費水平為:

類似的結(jié)果在不同的z取值情況下(對應(yīng)著不同的產(chǎn)出增長率水平)都能成立，因此考慮需求端不確定性之后的當期能源最優(yōu)消費量為

在未來時期，所有的不確定性都已消除，未來時期能源進口量也已經(jīng)確定，因此未來時期的最優(yōu)能源消費量由總的能源實際供給量與當前時期能源最優(yōu)消費量所決定。

(10)和(11)兩式構(gòu)成了跨期能源消費最優(yōu)路徑。這里有幾點值得注意的地方。首先，最優(yōu)消費路徑只與兩個不確定性因子的期望值有關(guān)，而與其分布函數(shù)的具體形式無關(guān)。這是由我們所設(shè)的需求函數(shù)的特點所決定的:需求端的不確定性因子z以線性形式進入需求函數(shù)，使得其對需求的影響與其他影響需求的因素相對獨立。另外，不確定性主要是通過對當期最優(yōu)能源消費量的影響來決定最優(yōu)能源消費路徑的。其基本原理是，當期能源消費需要考慮未來能源供給雙方的不確定性，從而為未來可能更高的能源需求預留一定的空間。

接下來，可以就不確定性對最優(yōu)消費路徑的影響進行一些定性分析。對(10)和(11)兩式進行簡單分析可以得知，其他條件不變時，若未來時期的能源消費需求的不確定性z的期望值越高，當期最優(yōu)能源消費越低而未來時期的最優(yōu)能源消費量越高。而對于供給端而言，更高的不確定性(更低的未來能源進口期望值)會同時降低當前和未來兩個時期的最優(yōu)能源消費量。

進一步地，如果把能源視為產(chǎn)出的必要投入的話，生產(chǎn)函數(shù)可以表示為這里Yi表示時期i的總產(chǎn)出。對于某一水平的產(chǎn)出，所需要的能源消費量可以用反函數(shù)的形式表示出來:假設(shè)當前時期的產(chǎn)出水平為，那么當前時期所需要的最低能源消費量的數(shù)量為。由于未來時期對當期的產(chǎn)出增長率為g，未來時期相應(yīng)的能源消費量為

因此，根據(jù)能源缺口的定義，兩個時期的能源缺口水平分別為

0;以及d)ΔQ0＜0，ΔQ1＜0。最后一種情況在兩個時期都沒有能源缺口，是最理想的狀態(tài)，而其他三種情況都至少在某一個時期存在能源缺口。情況a)中能源缺口存在于未來時期，而當前時期并無能源短缺的狀況，這可能是由于未來能源需求不確定性因子高于期望值(相應(yīng)地經(jīng)濟增長率高于期望值)，或者是未來能源進口量低于期望值所造成的。情況b)與a)正好相反，能源缺口僅存在于當前時期，這一現(xiàn)象的可能原因也與情況a)相反。情況c)中兩個時期內(nèi)都存在能源缺口。

實際上，由于該模型假設(shè)具有一般性，這一理論模型可適用于分析任何一個經(jīng)濟體對不可替代且總存量一定的某種資源性商品的最優(yōu)消費路徑。該模型具體的解與未來能源需求量的不確定性因子z的具體分布函數(shù)以及生產(chǎn)函數(shù)(12)式的具體形式有關(guān)。

當前中國經(jīng)濟面臨的實際情況是，伴隨著中國經(jīng)濟總量的快速增長，保證經(jīng)濟體正常運轉(zhuǎn)的能源消費的閾值也相應(yīng)不斷提高。由于能源在國民經(jīng)濟生產(chǎn)中的重要性始終維持在比較高的水平(若以單位GDP能耗來衡量能源在生產(chǎn)中的重要性，中國的單位GDP能耗遠高于OECD國家甚至很多發(fā)展中國家)，因而“能源缺口”表達式中的第一項qi=f－1(Yi)較大;另一方面，由于預期中國經(jīng)濟在未來一段時間內(nèi)仍然會保持較快的發(fā)展速度，未來能源需求的期望值E(z)較高，而未來能源預期供給水平E(QS)水平相對較穩(wěn)定，因而根據(jù)(14)式可知當前時期的能源缺口ΔQ00的可能性很大，并且在經(jīng)濟增長率g足夠高的情況下，根據(jù)(15)式?jīng)Q定的未來時期能源缺口ΔQ10的可能性也很大。加之考慮到中國國內(nèi)能源存量有限，以石油戰(zhàn)略儲備為基礎(chǔ)的能源戰(zhàn)略儲備體系尚未健全，中國經(jīng)濟在兩個時期內(nèi)均面臨正的能源缺口(能源缺口組合c)ΔQ00，ΔQ10)的可能性很高。簡言之，對于中國經(jīng)濟，由于能源消費的“閾值”水平不斷提高，在不考慮新能源和可再生能源利用及能源使用效率提高的情況下，國家“能源安全”的基本要求很可能無法得以實現(xiàn)。

2 發(fā)展新能源和可再生能源對降低“能源缺口”的影響

如果把經(jīng)濟體可利用的能源總存量比作一個“蓄水池”，可再生能源的生產(chǎn)就猶如新的水源供給，可以周期性地源源不斷流入能源總存量的“蓄水池”中。新能源/可再生能源與傳統(tǒng)化石能源相比最突出特點是前期投入成本較高，回報周期長。如太陽能發(fā)電所必須的太陽能電池板造價相對較高，而且建設(shè)太陽能發(fā)電站的單位裝機容量成本高，一次性投資大。據(jù)估算，在當前技術(shù)條件下利用太陽能電池板進行光伏發(fā)電的前期投入成本是煤電的10倍以上。但是，太陽能發(fā)電廠一旦建成投入運營，其運營成本和維護保養(yǎng)支出相對較低，且無須支付高昂的原料成本。

為了在模型中充分體現(xiàn)可再生能源的特點，假設(shè)研發(fā)可再生能源的固定成本為F，生產(chǎn)可再生能源的邊際成本為f，其每一期的生產(chǎn)能力為qN，另假設(shè)化石能源總供給仍為QS，與基本模型中的假設(shè)相同。兩個時期化石能源消費量分別為Q1和Q2。則此時能源消費的社會福利最大化問題變?yōu)?

其約束條件為

因此，這一最優(yōu)化問題是基本模型中最優(yōu)化問題的一個自然延伸。進一步假設(shè)兩個不確定性因子z和x仍然服從基本模型中設(shè)定的分布函數(shù)。對于每個給定的zi(相應(yīng)的經(jīng)濟增長率為gi)，從拉格朗日函數(shù)可以推導出

實際上，這仍然是霍特林法則的表現(xiàn)形式。注意到此式對所有可能的z的取值都是成立的，因此霍特林法則在考慮新能源應(yīng)用的情況下仍然是成立的。

不難求得在需求不確定性因子取值為zi時的新能源的最優(yōu)產(chǎn)量為如果將(18)、(19)兩式聯(lián)立，可以得到關(guān)系

此式對所有z的可能取值均成立，因而作為最優(yōu)化問題的解的新能源的最優(yōu)產(chǎn)量為

由于qN的最優(yōu)產(chǎn)量是在當前時期決定的，未來時期的不確定性會對其最優(yōu)產(chǎn)量有影響，因此其與進口能源和未來能源需求函數(shù)不確定因子的期望值相關(guān)。未來時期能源最優(yōu)消費量等于化石能源的最優(yōu)消費量與可再生能源最優(yōu)消費量之和:

等式(18)、(22)和(23)三式共同決定了新能源作為能源供應(yīng)新渠道條件下的能源最優(yōu)消費路徑。與原始模型不同之處在于，考慮新能源的生產(chǎn)后，當期能源最優(yōu)消費量不再受供求兩方面的不確定性的影響，而只取決于新能源生產(chǎn)的邊際成本f。這實際上體現(xiàn)了新能源與傳統(tǒng)化石能源之間的完全替代關(guān)系。根據(jù)拉格朗日方程，拉格朗日乘數(shù)是f的一個固定倍數(shù)，其比例為倍的邊際成本f。如果f足夠小，當期最優(yōu)能源消費量將比支持當期產(chǎn)出水平的“閾值”能源消費量此處拉格朗日乘數(shù)的經(jīng)濟學含義是化石能源的影子價格。由于化石能源與新能源之間是一種完全的替代關(guān)系，化石能源的消費者可以通過放棄消費一個單位的傳統(tǒng)化石能源轉(zhuǎn)而消費新能源，以使其總效用保持不變?？紤]到未來能源消費的效用需要對當前進行折現(xiàn)，消費者愿意為新能源生產(chǎn)所支付的最高價格是高，從而消除當期的能源缺口。

對于未來時期，供需兩方面的不確定性將主要通過新能源產(chǎn)量傳導到未來時期能源最優(yōu)消費量中:高于預期的能源進口量以及需求函數(shù)的不確定性因子z(相應(yīng)地，實際產(chǎn)出增長率g高于其預測值)時，未來時期的能源消費量將升高。除此之外，值得注意的是，雖然發(fā)展可再生能源是解決能源短缺最有希望的對策，它仍然有可能在經(jīng)濟上是無效率的。其根本原因在于發(fā)展可再生能源的初期投入F往往過高。過高的固定成本不僅可能抵消發(fā)展新能源所帶來的全部收益，而且可能會使得總凈效應(yīng)為負。

中國幅員遼闊，西部地區(qū)風能、太陽能等資源非常豐富，東部沿海地區(qū)發(fā)展潮汐能的潛力也很大，新能源行業(yè)的發(fā)展將大有可為。①根據(jù)中投顧問公司發(fā)布的《2012－2016年中國可再生能源市場投資分析及前景預測報告》的估算，中國太陽能較豐富的區(qū)域占國土面積的2/3以上，年輻射量超過6 000 MJ/m2，每年地表吸收的太陽能大約相當于1．7萬億tce的能量;風能資源量約為32億kW，初步估算可開發(fā)利用的風能資源約10億kW，按德國、西班牙等風電發(fā)展迅速的國家的經(jīng)驗進行類比分析，中國可供開發(fā)的風能資源量可能超過30億kW。目前，技術(shù)瓶頸，較高的行業(yè)初期投資，以及對傳統(tǒng)能源和新能源之間協(xié)調(diào)管理等因素構(gòu)成了制約中國可再生能源發(fā)展的主要障礙。因而，加快科技創(chuàng)新和技術(shù)引進，通過對新能源產(chǎn)業(yè)采用行政補貼和稅費減免等措施降低新能源建設(shè)的初期的固定投資成本F，以及采取積極措施協(xié)調(diào)整合傳統(tǒng)能源和可再生能源的發(fā)展等措施將會對促進中國新能源行業(yè)的發(fā)展起到?jīng)Q定性的作用。由于新能源的利用和發(fā)展屬于“開源”性質(zhì)增加能源供應(yīng)總量的舉措，且發(fā)展可再生能源的收益是長期和穩(wěn)定的，因而大力發(fā)展可再生能源將是緩解中國“能源缺口”并最終實現(xiàn)“能源安全”的戰(zhàn)略目標的根本解決之道。

3 提高能源使用效率對降低“能源缺口”的影響

中國當前能源開發(fā)與利用中一個突出特點是“有水快流”，也就是能源開發(fā)與利用效率低下，浪費嚴重。雖然根據(jù)不同的測算標準，中國的單位GDP能耗差異較大，但各種計算結(jié)果都顯示中國的單位GDP能耗遠遠高于發(fā)達國家的平均水平。由于更集約更高效地使用能源意味著利用同樣的能源獲得更多的產(chǎn)出，實際上等同于增加了能源的供給量，從而有效降低“能源缺口”并提升國家“能源安全”。下文我們進一步將能源利用效率加入包括新能源應(yīng)用的模型中作為一個考慮因素，分析改善能源使用效率對能源最優(yōu)消費路徑的影響以及對降低“能源缺口”的重大意義。

首先需要說明的是，能源利用效率的改善并不影響最優(yōu)能源消費路徑，這是由于能源利用效率的高低并不影響任何時期的能源需求函數(shù)，從而也不會影響能源價格。能源利用效率的提高會通過降低同等產(chǎn)出情況下的能源投入需求來降低乃至消除能源缺口。國際上通用的衡量能源利用效率的一個重要指標是單位GDP能耗，表明生產(chǎn)單位GDP所需要消耗的能源數(shù)量。單位GDP能耗越低，經(jīng)濟體的能源利用效率則越高。為了在模型中表述方便且不失一般性，此處采用相對效率的概念。將當前時期的能源效率標準化為一個單位，假設(shè)在將來時期的能效可能提高比例θ，那么每一時期降低的能源投入需求為

另一方面，提升能源利用效率也會產(chǎn)生相應(yīng)的成本，這一成本與提升的效率水平有關(guān)，設(shè)為C(θ)，它包括更節(jié)能的機器設(shè)備的購買費用，和/或進行技術(shù)研發(fā)以提高能源利用效率的相應(yīng)開支。為了使理論模型分析更加方便，假設(shè)這一部分成本以額外能源需求的形式表現(xiàn)出來。那么能源利用效率提高水平θ的最優(yōu)值由以下最優(yōu)化問題所決定:

式中ΔQM(θ)表現(xiàn)了維持兩個時期產(chǎn)出水平條件下能源消費量“閾值”的降低總水平。由于只有一個未知變量，(25)式取得最大值得一階條件為:

此式的經(jīng)濟學含義很明顯:在能源利用效率提升到最優(yōu)值時，其邊際成本應(yīng)該等于能源效率提升所帶來的邊際收益。這一最優(yōu)解的具體形式取決于成本函數(shù)C(．)和生產(chǎn)函數(shù)f(．)的具體形式，也取決于經(jīng)濟增長率g的分布函數(shù)。只要θ取正值，兩個時期的能源消費“閾值”水平都會相應(yīng)降低，因此使得能源缺口降低乃至消除。

中國的單位GDP能耗不僅高于發(fā)達國家的平均水平，甚至高于新興工業(yè)化國家的平均水平，說明中國在經(jīng)濟發(fā)展過程中的能源浪費現(xiàn)象一直比較嚴重，在節(jié)能方面還有很大潛力可挖。下面用一個實例來說明能源利用效率提升對緩解中國“能源缺口”的重要作用。鑒于中國能源利用效率較低，提升效率的邊際成本也相對較低，在此處計算時暫不考慮這一成本。根據(jù)國際能源署的統(tǒng)計，2007年中國單位GDP能耗為0．82 t標準油/千美元(按2000年不變價計算)，而世界平均水平是0．30 t標準油/千美元，美國和日本分別是0．20和0．10 t標準油/千美元。如果中國能將單位GDP能耗提高到世界平均水平的標準，那么中國的能源的實際供給能力將會提高2．73倍，換言之，能源需求將降低63%。2008年中國能源消費的進口依存度為53%，僅提高能源效率一項就能使中國完全擺脫對進口能源的依賴，而且還能節(jié)省相對于2008年能源消費總量16%的能源供未來使用或出口創(chuàng)匯，這一數(shù)字約為4．6億t標準煤的能量。雖然將中國能耗水平提升到世界平均水平在短期可能無法實現(xiàn)，但在當前能源利用效率較低的情況下做到穩(wěn)步提高效率水平是很有可能的。理論上說，只要能源利用效率的增長速度不低于GDP的增長率，就完全能夠在經(jīng)濟總量增長的同時保證能源總消耗量不變甚至降低，有助于降低中國的“能源缺口”。

綜上，我們通過分析一個跨期離散時間的包含不確定性的最優(yōu)化模型，從理論上分析了依照能源最優(yōu)跨期消費路徑所決定的能源缺口，并且從新能源的生產(chǎn)和能源利用效率的改善兩方面拓展了基本模型的分析，探討了消除能源缺口，改善能源安全狀況的可行方法。至此，可以將能源缺口抽象地表示為:

此處腳標t表示第t個時期。能源缺口的大小，與進口能源量I，新能源產(chǎn)量qN，能源利用率提高水平θ，以及未來時期能源需求函數(shù)的不確定因子z有關(guān)。而這些變量又與進口能源的風險因子x和經(jīng)濟體的產(chǎn)出增長率g相關(guān)。

4 結(jié)論:提升國家能源安全的最優(yōu)路徑

本文通過建立兩時期理論模型，并結(jié)合中國的具體實際，找出了有效緩解乃至消除中國“能源缺口”，改善能源安全狀況的最優(yōu)消費路徑。由于這一最優(yōu)路徑是根據(jù)跨期消費者效用最大化得出的，按這一路經(jīng)得出的各個時期的能源消費水平不僅考慮了當前時期能源消費的需求，同時也考慮了未來時期可能的能源消費需求的影響，因此可以避免出現(xiàn)“有水快流”等粗放式、突擊式的能源消費模式，使得能源消費盡可能地兼顧當前和將來的能源消費需求，將人為因素造成的不合理的能源緊缺壓低到最低水平。當然，根據(jù)對第一部分基本模型的分析，僅僅按照這一最優(yōu)消費路徑進行合理能源消費并不一定能完全消除能源缺口并實現(xiàn)能源安全的戰(zhàn)略目標，因為能源消費總量是與國民經(jīng)濟發(fā)展水平和能源利用效率密切相關(guān)的?？紤]到中國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，以及能源對中國經(jīng)濟發(fā)展的重要作用(較高的單位GDP能耗水平)，中國經(jīng)濟在今后一段時期內(nèi)對能源的需求量仍將維持在較高水平，因而如果沒有增加能源供給的“開源”措施，僅僅通過最優(yōu)化能源跨期消費路徑可能并不足以完全消除能源缺口。通過第二和第三部分對基本模型的拓展，我們看到努力增加中國能源進口和海外開發(fā)在短期內(nèi)可以有效緩解“能源缺口”，而新能源和可再生能源的開發(fā)與利用以及提高能源利用效率才是長期內(nèi)消除“能源缺口”，確保中國能源安全的根本解決途徑。以下就分別對這幾個增進能源安全方面的途徑進行簡要闡述。

4．1 能源進口與海外開發(fā)是保障能源安全的最直接途徑

作為增加能源供應(yīng)量的最簡單也是最直接的“開源”辦法，從能源富余國進口能源，或與這些國家合作以較低成本開采能源，是短期內(nèi)迅速降低能源缺口，緩解能源緊張局面的最簡便也最有效的辦法。進入新世紀，主要能源消費國的能源需求不斷增加，能源價格不斷攀升，可以預計在全球化石能源總儲量下，再加上人為因素、地緣因素和生產(chǎn)成本因素，全球能源生產(chǎn)無法滿足持續(xù)攀升的能源需求，預期能源價格的上漲速度也會超過霍特林法則所決定的最優(yōu)消費路徑下能源價格的理想上漲速度——社會貼現(xiàn)率。因此，第一，如果匯率不發(fā)生大幅波動，國際能源的進口價格預期上漲速度一定會高于社會貼現(xiàn)率，為了降低能源進口成本，中國應(yīng)該抓緊時機，積極拓展海外市場，

搶占市場份額，盡早盡快地多進口不可再生資源;積極拓展海外開發(fā)業(yè)務(wù)，鼓勵企業(yè)“走出去”獲得更多的海外權(quán)益能源。第二，盡快健全和完善石油戰(zhàn)略儲備體系，為增加進口量和加快進口速度做好準備。第三，必須清醒地認識到，由于石油需求國之間的激烈競爭，各國在石油進口方面一定會進行更加激烈的博弈，中國能源進口水平很可能不能完全彌補“能源缺口”，因此需要在單純的進口之外采取更加多元化的手段，包括大力發(fā)展可再生能源和新能源，努力提高能源使用效率，以期盡可能地降低乃至消除“能源缺口”。

4．2 發(fā)展新能源和可再生能源是長期保障能源安全最有希望的辦法

由于利用新能源和可再生能源的具有回報時間長且收益穩(wěn)定的特點，發(fā)展可再生能源將會在長期內(nèi)為中國提供穩(wěn)定可靠的能源供應(yīng)，如果其供應(yīng)量高于當前可獲得的能源供給與按最優(yōu)能源消費路徑?jīng)Q定的能源消費之和的差額，那么從理論上說可再生能源和新能源的生產(chǎn)就能完全消除國內(nèi)的“能源缺口”，實現(xiàn)國家能源安全的目標。根據(jù)第二部分中對拓展模型的分析，決定可再生能源總產(chǎn)量的最關(guān)鍵因素在于初期投入的單位成本。如果初期投入的單位成本足夠低，那么可再生能源總產(chǎn)量可以超過能源缺口，如果初期投入的單位成本過高，不僅可再生能源的產(chǎn)量無法彌補“能源缺口”，發(fā)展可再生能源的經(jīng)濟意義也不足以體現(xiàn)。因此，只有在生產(chǎn)單位能源的初期投入成本足夠低時，可再生能源的產(chǎn)出才可能彌補“能源缺口”，同時每一時期最低能源消費的“閾值”也有可能得到保證。這就客觀上要求:一是加快科技創(chuàng)新，努力降低新能源建設(shè)的初期單位投入成本;二是通過政策、法規(guī)、資金等方面的扶持降低新能源投資非技術(shù)方面的初期投入，促進民間投資的積極性。通過鼓勵開發(fā)新能源和可再生能源，使得能源供給來源更加合理和多樣化，不斷優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，從當前煤炭消費占主導地位的能源消費格局逐步向新能源、清潔能源的消費格局進行轉(zhuǎn)變，有利于緩解中國“能源缺口”并最終實現(xiàn)“能源安全”的戰(zhàn)略目標。

4．3 提高能源利用效率是保障能源安全的最有效路徑

通過前文分析，如果提升能源利用效率的邊際成本很高，說明能源效率方面的潛力已經(jīng)基本上挖掘完畢，繼續(xù)提高能源利用效率在經(jīng)濟上已不合算。如果提升能源利用效率的邊際成本很低時，效率提升的空間很大，更多能源應(yīng)留待未來時期能源利用效率更高時使用。中國的實際情況是能源消費粗放，公眾節(jié)能意識尚未形成，當前單位GDP能耗高于絕大多數(shù)發(fā)達國家甚至很多發(fā)展中國家。因此中國提高能源效率的邊際成本低，潛力很大。通過成本較低的節(jié)能措施就能壓縮大量無效益的能源需求，從總體上降低能源供需之間的緊張局面，從而可以從根本上消除能源缺口，實現(xiàn)國家能源安全。因此，大力培養(yǎng)節(jié)能減排意識，通過適當?shù)慕?jīng)濟、行政和法律手段，千方百計提高能源利用效率，減少能源浪費;同時，加強環(huán)境保護的力度，制定合理可行的減排目標;最重要的是要理順能源價格，管理好國內(nèi)的能源需求，讓能源價格能正確反映能源的稀缺程度，從而迫使能源消費者改進能源利用效率，壓縮不合理的能源需求，中國能源緊缺的局面才有望真正得以緩解，國家能源安全目標才能實現(xiàn)。

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An Analysis of Energy Security for China:from the Perspective of Optimal Consumption Time Path

ZHANG Sheng-ling1HAO Yu2
(1．School of Economic and Resource Management/Research Centre of China Energy and Strategic Resources，Beijing Normal University，Beijing 100875，China;2．Department of Economics，Hamburg University，Hamburg 20146，Germany)

From the beginning of the new century，China's energy security situation has become increasingly serious．One prominent problem is the growing gap between soaring energy demand and relatively limited growth of energy supply．On the basis of the concrete characteristics of energy demand and supply in China，we developed a theoretical framework to analyze the causes of current energy consumption gap and determined the optimal energy consumption time path accordingly．The basic model was also extended to take account of the possibilities of energy import，development of new and renewable energy，and promoting energy efficiency．The main problems that China's economy faces currently，including the growing energy gap，are caused by the deviation from the optimal consumption time path．As a result，in order to efficiently reduce and finally eliminate the energy consumption gap，the actual energy consumption should follow exactly the optimal consumption path determined by the model，and meanwhiles the Chinese government should try every effort to raise energy import，accelerate the development of new and renewable energy industry，and promote energy efficiency as well．

energy consumption gap;energy security;new energy;energy supply and consumption

F206

A

1002－2104(2012)10－0137－07

10．3969/j．issn．1002－2104．2012．10．020

2012－05－28

張生玲，博士，副教授，主要研究方向為宏觀經(jīng)濟、能源經(jīng)濟等。

北京師范大學985基地項目和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助重大項目(編號:2009AC－6)。

(編輯:李 琪)