強(qiáng)約束條件下我國(guó)化石能源優(yōu)化配置研究

張一清，劉傳庚,譚玲玲

(山東工商學(xué)院 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，山東 煙臺(tái)　264025)

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強(qiáng)約束條件下我國(guó)化石能源優(yōu)化配置研究

張一清，劉傳庚,譚玲玲

(山東工商學(xué)院 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，山東 煙臺(tái)264025)

摘要：隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，我國(guó)敞口式的能源消費(fèi)導(dǎo)致需求急劇增加以及環(huán)境嚴(yán)重破壞。在生態(tài)環(huán)境等強(qiáng)約束條件下，優(yōu)化配置化石能源以實(shí)現(xiàn)能源利用效用最大化有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。在能源供給總量約束、能源最低保障約束、生態(tài)環(huán)境約束等強(qiáng)約束條件下，構(gòu)建了能源利用效用最大化模型，給出了能源優(yōu)化配置的思路。通過(guò)計(jì)算能源邊際產(chǎn)出均衡條件下的我國(guó)各行業(yè)潛在能源結(jié)余量，給出了我國(guó)行業(yè)間能源優(yōu)化配置的具體思路，最后從宏觀和微觀層面上提出了縮小行業(yè)間能源使用效率差距和加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)推廣利用等政策建議。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)約束；化石能源；優(yōu)化配置；實(shí)證分析

近年來(lái)我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，導(dǎo)致能源需求持續(xù)增長(zhǎng)，一方面敞口式的能源消費(fèi)，造成了能源過(guò)度利用和環(huán)境的嚴(yán)重破壞，已經(jīng)威脅到經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[1];另一方面能源利用效率不高，我國(guó)主要高耗能產(chǎn)品的單位能耗比世界先進(jìn)水平高20%-40%，能源供需矛盾已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的瓶頸[2]。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,我國(guó)的能源供給總量不可能大幅增加，為更好地滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源的需求，必須改變我國(guó)目前的能源配置制度，優(yōu)化配置化石能源，走一條既符合國(guó)情又與國(guó)際先進(jìn)水平看齊的能源可持續(xù)發(fā)展道路[3]。能源短缺的實(shí)質(zhì)是能源優(yōu)化配置制度長(zhǎng)期滯后于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，只有通過(guò)能源管理制度的創(chuàng)新，才能有效解決能源短缺問(wèn)題[4]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用系統(tǒng)分析和統(tǒng)計(jì)分析的方法對(duì)能源資源優(yōu)化配置進(jìn)行了持續(xù)的研究。

應(yīng)用系統(tǒng)分析：William Stephens and Tim Hess(1999)提出在能源管理問(wèn)題中應(yīng)用系統(tǒng)分析方法來(lái)剖析和描述；Suresh P Sethi and Gerald L Thompson(2005)、Tsujimura Motoh(2004)使用管理科學(xué)方法求解能源最優(yōu)開發(fā)利用效益，解決能源管理中的決策問(wèn)題；Luciana Porter Bolland(2006)提出在能源管理中運(yùn)用系統(tǒng)管理科學(xué)的理論與方法，研究能源資源的最優(yōu)開采和儲(chǔ)量管理；趙國(guó)浩(2005)則從系統(tǒng)管理的角度研究能源優(yōu)化配置理論和應(yīng)用，提出了基于可持續(xù)發(fā)展的資源最優(yōu)配置模型。

應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析：Daniel L Schmoldt,Jyrkl Kangas and Guillermo A. Mendoza(2001)通過(guò)綜合模型和指標(biāo)體系評(píng)價(jià)能源可持續(xù)發(fā)展，給出了能源可持續(xù)發(fā)展的度量指標(biāo)；孫國(guó)文等(2006)結(jié)合我國(guó)能源生產(chǎn)和需求的實(shí)際狀況，從傳統(tǒng)的多元統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)學(xué)模型角度預(yù)測(cè)能源的產(chǎn)量和需求。鄭明慧等在分析能源消費(fèi)省區(qū)配置基礎(chǔ)上，測(cè)算絕對(duì)趨同條件、相對(duì)趨同條件下河北省節(jié)能潛力，得出其總體能源效率偏低、節(jié)能潛力大的結(jié)論[5]。陳軍(2010)通過(guò)測(cè)算區(qū)域間能源邊際產(chǎn)出相等情況下能源富余或短缺狀況，給出了區(qū)域間能源優(yōu)化配置的政策建議。

上述研究把系統(tǒng)管理和統(tǒng)計(jì)方法用于能源的最優(yōu)開發(fā)利用，側(cè)重于能源供需平衡分析，著眼于區(qū)域間能源利用效率差異以及節(jié)能潛力，但尚缺乏既定的硬約束條件下的產(chǎn)業(yè)間能源優(yōu)化配置的實(shí)證分析。

考慮到能源具有稀缺性和“準(zhǔn)公共物品”的特點(diǎn)，本研究在既定硬約束條件下，從能源優(yōu)化配置的角度，在滿足參與者個(gè)體參與和激勵(lì)相容約束下，將能源優(yōu)先配置到最具經(jīng)濟(jì)效用的行業(yè)中，使能源利用的總效用最大。

一、 能源優(yōu)化配置的模型與方法

能源優(yōu)化配置是探求在能源配置過(guò)程中滿足主體參與約束和激勵(lì)相容約束，在硬約束條件下合理確定各行業(yè)能源使用的邊際收益，尋求能源利用效用最大化的配置方式。我國(guó)主要耗能行業(yè)為第二產(chǎn)業(yè)中的高耗能行業(yè)，根據(jù)不同行業(yè)的能源使用效率進(jìn)行能源配置，可以實(shí)現(xiàn)能源利用效用的最大化。

(一) 能源優(yōu)化配置的約束條件

對(duì)能源配置模型中參數(shù)有以下假定：(1) 不同行業(yè)的單位GDP能耗及彈性系數(shù)存在差別；(2) 不同行業(yè)的單位能耗的污染治理成本存在差別；(3) 根據(jù)我國(guó)行業(yè)的耗能現(xiàn)狀，主要針對(duì)第二產(chǎn)業(yè)中的主要耗能行業(yè)。

能源優(yōu)化模型是在能源供給總量約束條件下，尋求能源使用效用的最大化，即通過(guò)現(xiàn)有配置和理想配置下能源利用的總效用比較，計(jì)算出不同配置間能源利用的機(jī)會(huì)成本，即“制度外利潤(rùn)”，然后利用合作博弈機(jī)制的原理進(jìn)行分配，最終求出能源的最優(yōu)配置[6]。

能源優(yōu)化配置需要遵循的硬約束條件：

1. 能源開發(fā)生產(chǎn)的總量平衡約束

∑TE≤min(TEava,TEsupply)

其中∑TE是所有行業(yè)能源需求總量，TEava、TEsupply分別是指當(dāng)前技術(shù)條件下可開采的能源總量和已開發(fā)出的能源可供總量。

2. 居民能源耗用的最低保障約束

∑TEdown≥∑μ*MINYEurban*POPurban

+∑μ*MINYErural*POPrural

其中，∑TEdown為居民能源年消耗總量，μ為居民生活能源使用保障率,MINYEurban、MINYErural分別為城市和農(nóng)村人均最低年能源消耗量，POPurban、POPrural分別為城市(urban)和農(nóng)村(rural)人口。

3. 關(guān)鍵工業(yè)(設(shè)備制造業(yè)等)能源耗用的最低保障約束

∑iTEcritical≥∑iξi*MINQi*QEi

其中，TEcritical是關(guān)鍵工業(yè)能源實(shí)際耗用量，ξi為關(guān)鍵工業(yè)能源耗用保證率,根據(jù)不同關(guān)鍵工業(yè)的實(shí)際狀況確定，MINQi是關(guān)鍵工業(yè)必須提供的產(chǎn)品或者服務(wù)的最低量，QEi是單位產(chǎn)品或者服務(wù)耗用的能源定額。

4. 污染排放總量的生態(tài)環(huán)境約束

污染排放總量的生態(tài)環(huán)境約束主要包括能源開發(fā)生產(chǎn)及利用過(guò)程中排放的各種污染物，必須滿足維持生態(tài)環(huán)境平衡所要求的最低排放量。

其中，Ki(i=1,2,...,n)是能源資源開發(fā)生產(chǎn)及能源產(chǎn)品利用過(guò)程中第i種污染物的排放當(dāng)量；MINEC為維持生態(tài)環(huán)境平衡所要求的最低排放量。

能源開發(fā)生產(chǎn)的總量平衡約束、居民能源耗用的最低保障約束、關(guān)鍵工業(yè)(設(shè)備制造業(yè)等)能源耗用的最低保障約束、污染排放總量的生態(tài)環(huán)境約束是硬約束條件，使用統(tǒng)計(jì)精算的方法可得到硬約束條件中相關(guān)量的值，在上述硬約束條件下，對(duì)不同行業(yè)的能源使用量進(jìn)行配置，盡可能使能源利用的總效用最大[7]。

(二) 能源優(yōu)化配置的目標(biāo)函數(shù)

能源利用的總效用計(jì)算可以概化為硬約束條件下的線性規(guī)劃問(wèn)題，模型中的參與者有能源主管機(jī)構(gòu)、第二產(chǎn)業(yè)中的部分行業(yè)，目標(biāo)函數(shù)主要由兩部分組成：耗能成本和用能效用，其差值為參與者的凈效用。

1. 各行業(yè)能源使用的邊際效用

根據(jù)各行業(yè)的用能量和邊際效用容易得到用能效用，假定Yi為第i行業(yè)的GDP，Ei為各行業(yè)的用能量，i=1,2,...,n表示各行業(yè)。

假定能源是各行業(yè)必需的生產(chǎn)要素，滿足柯布-道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)模型，即Y=f(A,K,L,E)=A*Kα*Lβ*Eγ，其中Y為GDP產(chǎn)出量，L、K、A分別為勞動(dòng)、資本和技術(shù)三種投入要素；E為能源投入要素，α、β、γ分別表示資本、勞動(dòng)和能源的GDP產(chǎn)出彈性系數(shù)。

2. 各行業(yè)能源使用的邊際成本

能源的全成本包括資源成本、工程成本、生態(tài)環(huán)境成本以及能源稀缺和多用途所決定的機(jī)會(huì)成本在內(nèi)的總成本[8]?？梢詫①Y源環(huán)境成本內(nèi)部化，假定資源成本C1，工程成本C2，生態(tài)環(huán)境成本C3，能源稀缺和多用途所決定的機(jī)會(huì)成本C4，則能源的全成本Ca=C1+C2+C3+C4。假定Ca,i表示第i行業(yè)單位能源的全成本(i=1,2,...,n)，則不同行業(yè)能源消耗量的原則是能源耗用的邊際效用等于能源的邊際成本，即要滿足MPE=Ca,i。

3. 目標(biāo)函數(shù)

能源管理機(jī)構(gòu)是代表社會(huì)公共利益的政府管理機(jī)構(gòu)，其通過(guò)制定能源政策，在滿足硬約束條件下最大化能源使用總效用。

約束條件∑TE≤min(TEava,TEsupply)是指行業(yè)能源需求總量要小于當(dāng)前技術(shù)條件下能源的可供總量，參數(shù)∑TE的值可通過(guò)最近幾年我國(guó)各行業(yè)能源需求總量并結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃用統(tǒng)計(jì)方法獲取；參數(shù)TEava、TEsupply的值可以通過(guò)國(guó)家發(fā)改委能源研究所相關(guān)資料獲取。

約束條件∑TEdown≥∑μ*MINYEurban*

POPurban+∑μ*MINYErural*POPrural是指居民的年能源消耗總量要滿足最基本的城市居民和農(nóng)民能源消耗的最低保障，參數(shù)μ一般取95%，參數(shù)MINYEurban、MINYErural通過(guò)典型城市和鄉(xiāng)村的調(diào)研可以獲得，參數(shù)POPurban、POPrural的值可通過(guò)該地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒獲取。

約束條件∑iTEcritical≥∑iξi*MINQi*QEi是指關(guān)鍵工業(yè)(設(shè)備制造業(yè)等)能源耗用的最低保障約束，參數(shù)TEcritical的值可通過(guò)相關(guān)年份的統(tǒng)計(jì)年鑒獲取，ξi一般取100%，MINQi可通過(guò)行業(yè)調(diào)研測(cè)算得出，QEi根據(jù)實(shí)地調(diào)研得出。

上述符號(hào)前文中已有定義，容易導(dǎo)出能源使用總效用最大化的條件為： MPE=Ca,i，即在能源全成本定價(jià)下，要使各行業(yè)能源使用的邊際收益等于邊際成本。

(三) 能源優(yōu)化配置方式的求解

能源優(yōu)化配置方式的求解為兩個(gè)部分:第一部分是配置方式的有效性判別;第二部分是配置方式的設(shè)計(jì)。

1. 配置方式的有效性判別

配置方式的有效性判別是將能源配置概化為動(dòng)態(tài)博弈問(wèn)題，在能源利用過(guò)程中不再視配置方式為一個(gè)外生的固定不變的參數(shù)，而是作為內(nèi)生變量處理。

2. 配置方式的設(shè)計(jì)

根據(jù)配置方式的有效性判別結(jié)論，求解現(xiàn)有配置模式下能源利用的效用，同時(shí)求解滿足激勵(lì)相容和參與約束的全局優(yōu)化模式下能源利用的效用，計(jì)算兩種配置方式間能源利用的效用差額即合作博弈解的可行域(制度外利潤(rùn))，利用納什-海薩尼討價(jià)還價(jià)方法計(jì)算參與者分配的效用，提出新的能源優(yōu)化配置方式。

表1　能源配置博弈模型總體構(gòu)成及特點(diǎn)

3. 模型計(jì)算流程

圖1　最優(yōu)煤炭資源配置方式的設(shè)計(jì)流程

根據(jù)以上分析，以煤炭為例，能源配置模型的框架及流程，詳見圖1。

最優(yōu)煤炭資源配置方式中的功能框圖說(shuō)明:

(1) 煤炭資源總量確定

該數(shù)據(jù)可從我國(guó)煤炭資源綜合規(guī)劃等相關(guān)預(yù)測(cè)報(bào)告中獲得，煤炭資源總量是模型中賴以分配的煤炭資源量。

(2) 不同行業(yè)實(shí)際煤炭使用量和可以使用的煤炭量

不同行業(yè)實(shí)際煤炭使用量是指第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)中的重點(diǎn)耗能行業(yè)(交通運(yùn)輸及倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)等)實(shí)際使用的煤炭量。不同行業(yè)可以使用的煤炭量主要是指煤炭資源管理機(jī)構(gòu)按照煤炭使用的行業(yè)政策，分給第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)中重點(diǎn)耗能行業(yè)的煤炭配額，如果有結(jié)余煤炭量,則通過(guò)市場(chǎng)分配給其他行業(yè)使用[9]。

(3) 參與者目標(biāo)函數(shù)

假定模型中的參與者有靠近煤炭產(chǎn)地的行業(yè)1、遠(yuǎn)離煤炭產(chǎn)地的行業(yè)2和煤炭資源管理機(jī)構(gòu)。不同行業(yè)用煤(主要是指第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)中的重點(diǎn)耗能行業(yè))的目標(biāo)函數(shù)是用煤效用(用煤的GDP產(chǎn)出)最大化，即要滿足單位煤炭使用的全成本等于煤炭使用的邊際效用(煤炭使用的邊際GDP產(chǎn)出)。煤炭資源管理機(jī)構(gòu)的目標(biāo)就是制定煤炭使用的管理制度，在滿足既定約束條件下追求各行業(yè)用煤效用總和(煤炭利用的GDP產(chǎn)出總和)最大化[10]。

(4) 可能的煤炭資源配置方式和參與者類型依存戰(zhàn)略

可能的煤炭資源配置方式是指在煤炭配置中各種可能的煤炭配置方式。假定煤炭資源的配置方式有三種：配置方式1是不加任何約束、自由用煤的制度；配置方式2是煤炭管理機(jī)構(gòu)指令性分配煤炭資源給各行業(yè)的計(jì)劃用煤；配置方式3是基于煤炭產(chǎn)權(quán)的市場(chǎng)交易和宏觀管理制度(煤炭全成本定價(jià)、煤炭資源稅和行業(yè)用煤配額的綜合運(yùn)用)。

參與者類型依存戰(zhàn)略是指基于既定的煤炭配置方式，參與者根據(jù)自身的類型比如GDP貢獻(xiàn)、耗煤特點(diǎn)以及行業(yè)成長(zhǎng)性而選擇的使自身效用(GDP產(chǎn)出)最大化的戰(zhàn)略(包括選擇煤炭使用量、是否采取節(jié)煤措施以及是否采用煤炭產(chǎn)權(quán)交易等)。

(5) 配置方式有效性判斷

配置方式有效性判斷用來(lái)選擇特定時(shí)期內(nèi)各方可以接受的各種煤炭資源配置方式中總GDP產(chǎn)出最大的煤炭資源分配方式。

(6) 全局煤炭?jī)?yōu)化的配置方式

理想的全局優(yōu)化的煤炭配置方式是指在硬約束條件下，各種可能煤炭配置方式中用煤GDP法的最大產(chǎn)出的煤炭配置方式。

(7) 合作博弈可行域

合作博弈可行域是指全局最優(yōu)煤炭配置方式下總GDP產(chǎn)出與現(xiàn)有的煤炭配置方式下GDP產(chǎn)出差額，即可以重新配置的合作博弈域。

(8) 合作博弈解的合理性

合作博弈可行域或制度外利潤(rùn)(不同煤炭配置方式下總GDP產(chǎn)出凈差額)的分配，必須滿足激勵(lì)相容約束和個(gè)體參與約束，即煤炭配置方式必須使參與個(gè)體參與該配置方式比不參與要好；煤炭配置方式必須使參與個(gè)體所選擇的最優(yōu)戰(zhàn)略符合煤炭資源管理機(jī)構(gòu)目標(biāo)。

4. 能源優(yōu)化配置方式的求解方法

煤炭資源優(yōu)化配置方式通過(guò)構(gòu)建合作博弈模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先,比較不同煤炭資源配置方式下各行業(yè)用煤的總GDP產(chǎn)出。其次,尋找最大的制度外利潤(rùn)(即不同煤炭資源配置方式間最大的GDP產(chǎn)出凈差)。最后,尋找滿足個(gè)體參與約束和激勵(lì)相容的新煤炭資源配置方式。

一般情形下，從規(guī)范角度構(gòu)建煤炭資源優(yōu)化配置方式，利用合作博弈方法求出納什-海薩尼討價(jià)還價(jià)解。在納什-海薩尼討價(jià)還價(jià)解的計(jì)算中，現(xiàn)有煤炭資源配置方式中各行業(yè)的GDP產(chǎn)出用ci表示，用xi表示為經(jīng)討價(jià)還價(jià)后參與者的收益或新煤炭資源配置方式下各行業(yè)的GDP產(chǎn)出。

目標(biāo)函數(shù)：

約束：

xi≥ci,i=1,....,nxi∈R+

其中：Δ為新的煤炭資源配置方式下各行業(yè)用煤的總GDP產(chǎn)出與原有配置下的總GDP產(chǎn)出凈差。

討價(jià)還價(jià)解取決于各行業(yè)的討價(jià)還價(jià)能力，以及各行業(yè)煤炭使用的邊際效用，本質(zhì)上在煤炭資源管理機(jī)構(gòu)監(jiān)管下，明確煤炭產(chǎn)權(quán)并采用市場(chǎng)機(jī)制配置煤炭資源，該方法要求煤炭資源管理機(jī)構(gòu)做到：各行業(yè)的用煤信息公開；制定煤炭產(chǎn)權(quán)交易的政策和完善煤炭產(chǎn)權(quán)交易的制度環(huán)境；設(shè)置煤炭產(chǎn)權(quán)交易的場(chǎng)所和中介。

權(quán)重分配法由煤炭資源管理機(jī)構(gòu)利用行政手段根據(jù)不同行業(yè)煤炭使用量占煤炭總量的比例，分配合作博弈可行域。

權(quán)重分配法下參與者獲得的效用：

其中: Δ為兩種不同煤炭配置方式間的效用差額(不同煤炭資源配置方式下的GDP產(chǎn)出凈差額)。

以上兩種方法都滿足合作博弈解的必要條件，同時(shí)也滿足機(jī)制設(shè)計(jì)要求的激勵(lì)相容約束和個(gè)體參與約束。

二、 實(shí)證分析

本研究將化石能源界定為煤炭、成品油和天然氣，為簡(jiǎn)化計(jì)算并測(cè)算我國(guó)分行業(yè)化石能源邊際產(chǎn)出并給出行業(yè)間化石能源的優(yōu)化配置，將2011年各行業(yè)的終端化石能源消耗總量(煤炭、成品油以及天然氣)折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，各行業(yè)的能源邊際產(chǎn)出、化石能源消耗量以及節(jié)能量分別是指折算成標(biāo)準(zhǔn)煤消耗的行業(yè)邊際產(chǎn)出、折算成標(biāo)準(zhǔn)煤的能源消耗總量和折算成標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能量(將各行業(yè)消耗的化石能源統(tǒng)一折算成標(biāo)準(zhǔn)煤后，比單獨(dú)測(cè)算煤炭、成品油以及天然氣，行業(yè)間化石能源邊際產(chǎn)出的比較以及能源邊際產(chǎn)出相同條件下各行業(yè)的潛在能源結(jié)余量更有意義)。

根據(jù)前文能源優(yōu)化配置方式的解釋，能源優(yōu)化配置必須以行業(yè)能源邊際產(chǎn)出決定行業(yè)間能源的流動(dòng)數(shù)量和流動(dòng)方向。我國(guó)化石能源優(yōu)化配置的基本思路是分析比較不同行業(yè)的能源邊際產(chǎn)出，依據(jù)各行業(yè)能源邊際產(chǎn)出相等情形下能源富余或短缺情況判斷化石能源優(yōu)化配置效果[11]。

(一) 行業(yè)間化石能源邊際產(chǎn)出的比較分析

化石能源的邊際產(chǎn)出是指在其他投入要素不變的前提下，增加一個(gè)單位化石能源的投入(噸標(biāo)準(zhǔn)煤)所增加的產(chǎn)出量(萬(wàn)元GDP)，計(jì)算公式如下：

圖2　2011年我國(guó)相關(guān)行業(yè)的能源邊際產(chǎn)出值* 由于我國(guó)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中行業(yè)能源消耗量和行業(yè)工業(yè)產(chǎn)值統(tǒng)計(jì)口徑不同，只選取了我國(guó)工業(yè)中部分行業(yè)。

(二) 邊際產(chǎn)出均衡下行業(yè)間的化石能源優(yōu)化配置

能源優(yōu)化配置核心是在滿足各行業(yè)能源邊際產(chǎn)出相同前提下能源利用的總效用最大。行業(yè)間能源的配置可依據(jù)最高能源邊際產(chǎn)出行業(yè)，測(cè)算出能源邊際產(chǎn)出相同條件下各行業(yè)的能源配置量。

在最高能源邊際產(chǎn)出約束下，各行業(yè)若保持GDP增量不變，就必須相應(yīng)減少能源消耗量，歷史投入的能源增量與這些能源增量的差值就是能源邊際產(chǎn)出低的行業(yè)向能源邊際產(chǎn)出高的行業(yè)配置的數(shù)量。以2011年我國(guó)最高行業(yè)的能源邊際產(chǎn)出水平為標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)算2011年其他行業(yè)的潛在能源結(jié)余量，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2　能源邊際產(chǎn)出相同條件下各行業(yè)的潛在能源結(jié)余量　(單位:萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤)

在表2中，通過(guò)計(jì)算得出我國(guó)2011年家具制造業(yè)最高化石能源平均產(chǎn)出為20.23萬(wàn)元/噸標(biāo)準(zhǔn)煤。以最高行業(yè)的能源產(chǎn)出值作為其他行業(yè)能源邊際產(chǎn)出的均衡條件，其他行業(yè)會(huì)產(chǎn)生不同數(shù)量的潛在能源結(jié)余，其中化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)的潛在能源結(jié)余量為32453.07萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，非金屬礦物制品業(yè)、石油煉焦核燃料加工業(yè)、煤炭開采及洗選業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)均有較大的能源潛在結(jié)余量。

以行業(yè)中最高能源邊際產(chǎn)出為標(biāo)準(zhǔn)，給其他行業(yè)配置能源量，就可以最大化能源利用的總效用。然而，隨著最高能源邊際產(chǎn)出行業(yè)接受能源量的增多，其能源邊際產(chǎn)出逐漸減少，當(dāng)其邊際產(chǎn)出等于次高行業(yè)的能源邊際產(chǎn)出時(shí)，能源配置將發(fā)生變化。

根據(jù)以上思路實(shí)現(xiàn)的行業(yè)潛在的能源結(jié)余量為行業(yè)間能源的優(yōu)化配置提供了理論上的支持，然而,需要指出的是要實(shí)現(xiàn)最高行業(yè)的能源邊際產(chǎn)出與其他行業(yè)的能源邊際產(chǎn)出相同，需要完善的制度、技術(shù)和市場(chǎng)等條件，現(xiàn)實(shí)中出于種種限制，各行業(yè)很難達(dá)到能源的邊際產(chǎn)出相同①按照上述思路計(jì)算得出的能源邊際產(chǎn)出相同條件下各行業(yè)的潛在能源結(jié)余量，是理論化的行業(yè)間優(yōu)化配置量。在實(shí)際化石能源優(yōu)化配置中，要充分考慮行業(yè)特點(diǎn)確定能源結(jié)余，比如通用設(shè)備制造業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的關(guān)鍵工業(yè)，其能源需求量應(yīng)該優(yōu)先配置，另外石油和天然氣開采業(yè)、煤炭開采和洗選業(yè)作為化石能源資源的開采行業(yè)，該類行業(yè)自身的能源需求量也要滿足，當(dāng)然這些行業(yè)的能源消耗應(yīng)該與國(guó)際先進(jìn)國(guó)家同行業(yè)的能源強(qiáng)度比較并結(jié)合我國(guó)該類行業(yè)的發(fā)展實(shí)際狀況，制定降低能源強(qiáng)度的階段性目標(biāo)。盡管上述方案只是一個(gè)理論上的行業(yè)間化石能源優(yōu)化配置安排，但其為我國(guó)相關(guān)行業(yè)的能源配置提供了量化參考，為設(shè)計(jì)更為合理有效的能源優(yōu)化配置方式提供了計(jì)算依據(jù)和分析基礎(chǔ)。能源優(yōu)化配置方式可以在能源市場(chǎng)中執(zhí)行嚴(yán)格的行業(yè)及產(chǎn)品節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，促使高能耗行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)品升級(jí)，通過(guò)行業(yè)政策或者市場(chǎng)機(jī)制將能源配置到能源邊際產(chǎn)出高的行業(yè)。。

(三) 優(yōu)化配置方式下化石能源GDP產(chǎn)出的測(cè)算

根據(jù)圖2以及表2的分析，我國(guó)行業(yè)間合作博弈的可行域是存在的，利用機(jī)制設(shè)計(jì)原理對(duì)各行業(yè)使用的能源量用合作博弈論分析，基本思路是依據(jù)各行業(yè)累計(jì)潛在節(jié)能總量及最高行業(yè)能源產(chǎn)出計(jì)算出潛在可增加的總產(chǎn)值，利用權(quán)重分配法分配新增加的總產(chǎn)值。

根據(jù)表2計(jì)算得出2011年我國(guó)上述行業(yè)最大潛在節(jié)能量總計(jì)為119029.41萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，按照2011年家具制造業(yè)能源邊際產(chǎn)出為20.23萬(wàn)元/噸標(biāo)準(zhǔn)煤，經(jīng)計(jì)算潛在最大可增加GDP值為2407964.95億元。為簡(jiǎn)化計(jì)算，采用權(quán)重分配法(權(quán)重值為各行業(yè)能源利用量占能源利用總量的比重)分配新增加的總產(chǎn)值，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3　兩種配置方式下2011年我國(guó)相關(guān)行業(yè)GDP產(chǎn)值比較(單位:億元)

三、 結(jié)論與政策建議

(一) 結(jié)論

從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度看，能源資源是稀缺的，尤其是對(duì)中國(guó)這樣的人口大國(guó),更離不開能源支持，因此要從政策和機(jī)制上實(shí)現(xiàn)能源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的優(yōu)化配置，使得能源利用的總效用最大。

我國(guó)行業(yè)能源使用受諸多條件的制約，包括能源資源的可采儲(chǔ)量、居民生活基本用能、公共基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行基本用能、環(huán)境容量等硬性約束。在滿足能源需求的硬性約束條件下，能源的優(yōu)化配置能夠促使我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，以最低的能源成本實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

前文給出了能源配置制度構(gòu)建的模型及求解流程，能源優(yōu)化配置理論模型及實(shí)證分析表明：在滿足硬約束條件下，政府制定相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)政策并利用市場(chǎng)機(jī)制配置能源，以增加高能效行業(yè)的能源供給量、抑制低能效行業(yè)的能源需求量，盡可能使各行業(yè)中能源利用的邊際效用相等，實(shí)現(xiàn)能源利用的總效用最大。

(二) 政策建議

要解決我國(guó)能源短缺問(wèn)題，除加大能源供應(yīng)外，必須轉(zhuǎn)變思路，著重從能源配置的創(chuàng)新角度將不同行業(yè)的能源使用看作一種稀缺資源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)間優(yōu)化配置。為促使高耗能低產(chǎn)出行業(yè)提高能源利用效率，宏觀層面上建議由政府能源主管部門制定高耗能產(chǎn)品能源消耗定額的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且對(duì)高耗能行業(yè)征收能源稅；同時(shí)，在污染排放總量等硬約束條件下，可以直接給高耗能低產(chǎn)出行業(yè)分配能源配額，以控制高耗能低產(chǎn)出行業(yè)的能源使用量，將能源配置到低耗能高產(chǎn)出的行業(yè)中，以實(shí)現(xiàn)行業(yè)間的能源優(yōu)化配置[12]。具體政策建議包括：

1. 嚴(yán)控高耗能低產(chǎn)出行業(yè)過(guò)快增長(zhǎng)以及產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩行業(yè)的盲目擴(kuò)張。嚴(yán)格重大耗能項(xiàng)目的能效評(píng)估審查和環(huán)境影響評(píng)價(jià)，對(duì)新上項(xiàng)目能源消費(fèi)量增長(zhǎng)過(guò)快的地區(qū)，暫緩高耗能項(xiàng)目能評(píng)審查，提高“兩高”項(xiàng)目準(zhǔn)入門檻，新上“兩高”項(xiàng)目的能效、環(huán)保指標(biāo)要達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)、同規(guī)模領(lǐng)先水平。

2. 制定嚴(yán)格的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，制定高耗能行業(yè)的能源消耗的定額行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。完善能源節(jié)約的激勵(lì)機(jī)制，促使高耗能企業(yè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)品升級(jí)。各地區(qū)相關(guān)行業(yè)盡快制定高耗能行業(yè)能源定額辦法，在地區(qū)與行業(yè)范圍內(nèi)，由能源主管部門根據(jù)該行業(yè)內(nèi)先進(jìn)企業(yè)的能源定額指標(biāo)，大力淘汰落后的能源利用技術(shù)及設(shè)備。能源定額是高耗能行業(yè)節(jié)能工作的基本依據(jù)，也是節(jié)能主管部門核定和審批能源使用許可量的重要依據(jù)。

3. 盡快建立分行業(yè)的能源消費(fèi)總量配額控制機(jī)制，加強(qiáng)鋼鐵、有色金屬、化工、建材等重點(diǎn)耗能行業(yè)的能源管理，在我國(guó)能源總量控制目標(biāo)下，分配重點(diǎn)耗能企業(yè)的能源配額，實(shí)行重點(diǎn)行業(yè)耗能的總量控制。結(jié)合做好化解產(chǎn)能過(guò)剩矛盾工作，以鋼鐵、水泥、電解鋁、平板玻璃等產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩行業(yè)為重點(diǎn)，將任務(wù)分解落實(shí)到企業(yè)并加強(qiáng)監(jiān)督檢查。

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西南政法大學(xué)資助項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：2014XZRCXM007)

基金項(xiàng)目：教育部人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：14XJC860002)；

收稿日期：2015 - 06 - 03

中圖分類號(hào)：F426.21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-105X(2015)04-0068-08

作者簡(jiǎn)介：張一清(1975-)，男，博士，山東工商學(xué)院講師，山東能源經(jīng)濟(jì)協(xié)同創(chuàng)新中心研究員，主要研究方向?yàn)楫a(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)和電子商務(wù)。