可再生能源與傳統(tǒng)化石燃料的替代性
——基于超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)的分析

肖建忠, 施文雨, 檀一帆

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 湖北 武漢 430078)

面對(duì)能源匱乏、全球環(huán)境惡化等難題,世界各國(guó)開(kāi)始實(shí)施優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、發(fā)展可再生能源等可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略.全球能源格局逐漸從以煤炭、石油、天然氣等化石能源為主,轉(zhuǎn)向以風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等低碳能源為主.2020年10月,十九屆五中全會(huì)上中共中央審議通過(guò)的《第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)建議》,提出推進(jìn)能源革命,制定2030年前碳排放達(dá)峰行動(dòng)方案,推動(dòng)能源低碳高效利用.目前,我國(guó)可再生能源投資規(guī)模穩(wěn)居世界第一,能源轉(zhuǎn)型、可再生能源發(fā)展已初有成效.據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)煤炭在能源消費(fèi)中所占比例由2011的70.2%下降到2019年的57.7%,化石能源生產(chǎn)在生產(chǎn)總量中所占比例由2010的89.6%下降到2019年的81.2%,且我國(guó)是世界上水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)的第一大國(guó)[1].但我國(guó)能源安全和環(huán)境狀況仍存在較大問(wèn)題,2011—2018年我國(guó)能源凈進(jìn)口一直呈上升趨勢(shì),對(duì)外依存度由2011年的13.55%增加到2018年的 21%,繼2017年超過(guò)美國(guó)成為最大的原油進(jìn)口國(guó)后,2018年超過(guò)日本成為最大的天然氣進(jìn)口國(guó)[2]. 2019年我國(guó)化石燃料占一次能源消費(fèi)總量的84.7%,其產(chǎn)生的碳排放約為每年98億t,占全社會(huì)碳排放總量的近90%[3].在此背景下,順利且高效地實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型并縮短能源轉(zhuǎn)型時(shí)間,實(shí)現(xiàn)能源安全及碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo),是一項(xiàng)重大課題.

能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型是個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程,當(dāng)前化石能源仍是主要的消費(fèi)能源,牢牢把握住相關(guān)技術(shù)發(fā)展、能源技術(shù)和管理模式創(chuàng)新是完成能源轉(zhuǎn)型的根本保障[4].不應(yīng)只關(guān)注能源轉(zhuǎn)型本身,還要關(guān)注可再生能源的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題,經(jīng)濟(jì)可行性決定了能源轉(zhuǎn)型的成敗和速度[5].除了考慮能源本身問(wèn)題,還應(yīng)該考慮政府機(jī)制建立[6]、水資源節(jié)流減排[7]等措施,即能源轉(zhuǎn)型方案的設(shè)計(jì)應(yīng)該與其他相關(guān)方案相結(jié)合,滿足短期內(nèi)成本能夠被經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)消納包容,長(zhǎng)期內(nèi)又能推動(dòng)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長(zhǎng)[8].國(guó)際能源署2018年發(fā)布的《全球能源轉(zhuǎn)型:2050路線圖》中指出,政策設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)是要挖掘能源效率和可再生能源之間強(qiáng)大的協(xié)同作用,利用二者的聯(lián)合效應(yīng)通過(guò)成本效益的方式實(shí)現(xiàn)大部分與能源相關(guān)的脫碳需求.

超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)模型在結(jié)構(gòu)上屬于平方反映面模型,因其易估計(jì)、包容性強(qiáng)的特點(diǎn)被廣泛用于分析要素替代彈性、技術(shù)進(jìn)步差異等問(wèn)題[9].超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)在能源方面的應(yīng)用目前主要集中在以下3個(gè)方面:一是把投入要素分解為不可再生能源、資本、勞動(dòng)等,分析能源要素和非能源要素之間的產(chǎn)出、替代彈性及技術(shù)進(jìn)步差異,其中鄭照寧等[10]認(rèn)為1978—2000年間我國(guó)資本能夠有效替代能源,而勞動(dòng)對(duì)能源的替代性不強(qiáng),能源的技術(shù)進(jìn)步速度小于資本大于勞動(dòng),與此相反,楊福霞等[11]認(rèn)為1978—2008年間我國(guó)勞動(dòng)能夠?qū)δ茉从泻芎玫靥娲?而資本對(duì)能源的替代性不強(qiáng),勞動(dòng)、資本的技術(shù)進(jìn)步都大于能源;二是將不可再生能源分解開(kāi)來(lái),具體分析能源間的產(chǎn)出、替代彈性及技術(shù)進(jìn)步差異[12],認(rèn)為電力、石油能夠有效替代煤炭,但煤炭的技術(shù)進(jìn)步速度大于電力和石油;三是將分析維度從國(guó)家具體到某個(gè)行業(yè)[13]或者擴(kuò)展到某個(gè)地區(qū)[14-15].

能源轉(zhuǎn)型方案的設(shè)計(jì)不僅要考慮能源的現(xiàn)實(shí)和技術(shù)特征,還要考慮經(jīng)濟(jì)的可行性,但是當(dāng)前從宏觀經(jīng)濟(jì)層面研究可再生能源,分析可再生能源與傳統(tǒng)化石燃料的替代彈性及可再生能源間的產(chǎn)出彈性、替代彈性、技術(shù)進(jìn)步差異等問(wèn)題的文獻(xiàn)不足.本研究將視角集中在能源與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)上,基于我國(guó)2001—2018年的時(shí)間序列數(shù)據(jù),運(yùn)用超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)和嶺回歸模型,剖析可再生能源與資本、勞動(dòng)、化石燃料投入要素的產(chǎn)出、替代彈性及技術(shù)進(jìn)步差異,回答可再生能源是否可以在不對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響的條件下實(shí)現(xiàn)發(fā)展,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、水電與石油、煤炭、天然氣的替代彈性問(wèn)題及可再生能源間的產(chǎn)出、替代彈性及技術(shù)進(jìn)步差異.

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究方法

現(xiàn)有關(guān)于能源經(jīng)濟(jì)問(wèn)題多采用成本或生產(chǎn)函數(shù)研究,大多數(shù)都將能源作為一種投入要素,采用中性技術(shù)進(jìn)步的柯布-道格拉斯(C-D)生產(chǎn)函數(shù)和常替代彈性(CES)生產(chǎn)函數(shù)或者超越對(duì)數(shù)成本函數(shù)進(jìn)行分析,然而各種投入要素的技術(shù)進(jìn)步速度不同,成本函數(shù)對(duì)要素的價(jià)格較敏感,不能很好地解釋要素間的替代彈性,簡(jiǎn)單最小二乘回歸還可能夸大能源對(duì)經(jīng)濟(jì)的作用,具有一定局限性.超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)是一種較為靈活的變彈性生產(chǎn)函數(shù)模型,是一種二階泰勒近似,能夠很好地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,尤其是處理異質(zhì)類(lèi)數(shù)據(jù),對(duì)生產(chǎn)技術(shù)也沒(méi)有任何限制;在結(jié)構(gòu)上屬于平方反映面模型,可以反映出解釋變量對(duì)被解釋變量的交互作用.因超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)具有易估計(jì)、包容性強(qiáng)等特點(diǎn),被廣泛用于分析能源與非能源投入要素、能源投入要素之間替代彈性、技術(shù)進(jìn)步差異及產(chǎn)出彈性等問(wèn)題.本文考慮產(chǎn)出隨時(shí)間的變化問(wèn)題,基于我國(guó)2001—2018年相關(guān)數(shù)據(jù),首先將投入分解為資本、勞動(dòng)、化石燃料及可再生能源,建立一個(gè)超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)模型,分析可再生能源與資本、勞動(dòng)、可再生能源之間的產(chǎn)出彈性、技術(shù)進(jìn)步差異等問(wèn)題,回答可再生能源能否在不影響經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的條件下實(shí)現(xiàn)發(fā)展.其次考慮數(shù)據(jù)的可獲得性及我國(guó)目前主要消耗的能源類(lèi)型,在此基礎(chǔ)上將可再生能源分解為風(fēng)能、水電、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能,將化石燃料分解為天然氣、石油、煤炭,分析4種可再生能源對(duì)3種化石燃料的替代性及4種可再生能源間的產(chǎn)出、替代彈性及技術(shù)進(jìn)步差異,為我國(guó)能源轉(zhuǎn)型方案設(shè)計(jì)提供經(jīng)濟(jì)層面的參考依據(jù).

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

通過(guò)上述分析可知,用到的數(shù)據(jù)為產(chǎn)出GDP和勞動(dòng)、資本、可再生能源、化石燃料及具體的風(fēng)能、水電、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能和煤炭、石油、天然氣等投入要素,時(shí)間為2001—2018年.其中產(chǎn)出、勞動(dòng)力、資本投入數(shù)據(jù)來(lái)自《2019年中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》[16]和國(guó)家統(tǒng)計(jì)局[1],產(chǎn)出用以2000年為基期的實(shí)際GDP表示,勞動(dòng)投入用勞動(dòng)力人數(shù)表示,單位為萬(wàn)人;資本投入用資本存量表示,單位為億元.資本存量以永續(xù)盤(pán)存法估算得出,公式為

Kt=Kt-1(1-σt)+It.

式中:Kt表示第t年的資本存量;Kt -1表示第(t-1)年的資本存量;σt代表第t年的資本折舊率,根據(jù)世界銀行的總財(cái)富估算值取5%[14];It表示第t年的資本投資,用該年的實(shí)際固定資本形成總額表示.為了獲得初始資本存量,用下列等式估計(jì):

K2001=I2001/(0.05+g).

其中g(shù)指我國(guó)2001—2018年實(shí)際固定資本形成總額的年均增長(zhǎng)率,為10.66%.

能源投入要素用各能源品種消費(fèi)總量表示.化石燃料指煤炭、石油和天然氣,化石燃料消費(fèi)總量為三者消費(fèi)總量的和,數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局[1],單位為萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤;可再生能源指風(fēng)能、水電、太陽(yáng)能和生物質(zhì)能,可再生能源消費(fèi)總量指四者消費(fèi)量的和,數(shù)據(jù)來(lái)源于英國(guó)石油公司(BP),單位統(tǒng)一換算為萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤.

2 結(jié)果分析

2.1 超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)模型設(shè)定

分析可再生能源與化石燃料及非能源要素之間的產(chǎn)出彈性、替代彈性及之間的技術(shù)進(jìn)步差異,以判斷可再生能源是否可能在不對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響的條件下發(fā)展,化石燃料是否可能按比例轉(zhuǎn)向更清潔的可再生能源.具體超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)為

式中:Kt、Lt、Et、Rt表示t年資本存量、勞動(dòng)力、化石燃料、可再生能源的值;αi是與投入有關(guān)的參數(shù),反映了投入要素對(duì)產(chǎn)出的貢獻(xiàn);αij是投入要素的交互項(xiàng)系數(shù),其給出關(guān)于要素間可替代性的信息;αii是投入要素i的平方項(xiàng)系數(shù),由技術(shù)水平?jīng)Q定,i、j=k、l、e、r;a0是常數(shù)項(xiàng).

則相應(yīng)的產(chǎn)出彈性為

式中:Yt表示t年的產(chǎn)出;Xit表示t年i的投入;Xjt是t年除i外的其他投入要素;UXit表示t年i的產(chǎn)出彈性.

要素間的替代彈性為

式中:δijt表示t年i與j的替代彈性;UXjt表示t年j的產(chǎn)出彈性;αjj是投入要素j的平方項(xiàng)系數(shù),由技術(shù)水平?jīng)Q定.

技術(shù)進(jìn)步差異為

產(chǎn)出彈性反映了各要素的效率及產(chǎn)出的規(guī)模效應(yīng),替代彈性反映了各要素之間的相互替代關(guān)系,Bijt反映了t年要素i與j之間的技術(shù)進(jìn)步差異,若Bijt>0,表示i的技術(shù)進(jìn)步快于j,反之i慢于j;若Bijt=0,表示兩者技術(shù)進(jìn)步速度相同.

2.2 評(píng)估方法

由于模型變量之間存在交互項(xiàng),考慮可能存在多重共線性問(wèn)題,首先運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行回歸,并計(jì)算其方差膨脹因子(VIF),檢驗(yàn)是否存在多重共線性,發(fā)現(xiàn)各VIF值遠(yuǎn)大于10,存在嚴(yán)重的多重共線性.嶺回歸是一種專(zhuān)用于共線性數(shù)據(jù)分析的有偏估計(jì)回歸方法,是目前解決多重共線性問(wèn)題最受歡迎的辦法.本文運(yùn)用R語(yǔ)言軟件,對(duì)模型進(jìn)行嶺回歸分析,結(jié)合方差膨脹因子確定嶺值K=0.4,具體估計(jì)結(jié)果如表1所示.

表1 嶺回歸參數(shù)結(jié)果Table 1 Ridge regression parameter results

2.3 可再生能源與其他要素的產(chǎn)出、替代彈性及技術(shù)進(jìn)步差異分析

根據(jù)表1可估計(jì)資本、勞動(dòng)、可再生能源、化石燃料的產(chǎn)出彈性,結(jié)果如圖1所示.3種投入要素的產(chǎn)出彈性變化趨勢(shì)類(lèi)似,逐年都有所增加,但增加速度整體呈下降趨勢(shì),表明各投入要素的利用效率都在逐年提高,但經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的規(guī)模遞增效應(yīng)正在減弱.其中產(chǎn)出彈性從大到小依次為資本、可再生能源、勞動(dòng)、化石燃料.

圖1 2001—2018年資本、勞動(dòng)、可再生能源、化石燃料的產(chǎn)出彈性Fig.1 Output elasticity of capital, labor, renewable energy, and fossil fuels, 2001-2018

可再生能源與資本、勞動(dòng)、化石燃料之間的替代彈性如圖2所示,從圖中可以看到可再生能源與資本的替代彈性較穩(wěn)定,且值大于1,表明可再生能源能夠?qū)Y本有效替代.可再生能源與勞動(dòng)的替代彈性變化趨勢(shì)較大,替代性不強(qiáng).可再生能源與化石燃料的替代彈性穩(wěn)中呈上升趨勢(shì),值小于但接近于1,表明可再生能源在一定程度上能夠替代化石燃料.這和可再生能源的發(fā)展有關(guān),可再生能源發(fā)展較晚,相關(guān)技術(shù)還不夠成熟,目前還無(wú)法直接與化石燃料競(jìng)爭(zhēng),但隨著政策支持、資金投入、技術(shù)創(chuàng)新等,可再生能源發(fā)展不斷完善,對(duì)其他化石燃料的替代性也將逐漸提高.

圖2 2001—2018年可再生能源與資本、勞動(dòng)、化石燃料的替代彈性Fig.2 Resilience of substitution between renewable energy and capital, labor, fossil fuels, 2001-2018

2001—2018年可再生能源與資本、勞動(dòng)、化石燃料的技術(shù)進(jìn)步差異如圖3所示,從圖中可以看到,可再生能源與資本、勞動(dòng)、化石燃料的技術(shù)進(jìn)步差異均大于0,即可再生能源的技術(shù)進(jìn)步速度均大于其他3種投入要素,其間的技術(shù)進(jìn)步差異都不太大,且呈下降趨勢(shì),尤其是可再生能源與化石燃料的技術(shù)進(jìn)步差異下降最大.目前化石燃料仍是我國(guó)能源消費(fèi)主體,其技術(shù)進(jìn)步速度也在不斷增加.雖然可再生能源產(chǎn)業(yè)處于高速發(fā)展過(guò)程中,但其技術(shù)進(jìn)步創(chuàng)新能力仍然不足,為保證能源轉(zhuǎn)型的順利進(jìn)行,加強(qiáng)其技術(shù)創(chuàng)新能力,降低相應(yīng)成本是必然選擇.可再生能源投入能夠促進(jìn)產(chǎn)出,可以有效替代資本投入,并在一定程度上能夠替代化石燃料,且他們之間技術(shù)進(jìn)步差異不大.基于此,在不考慮能源的可獲得性、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、資金等問(wèn)題的前提下,我們認(rèn)為可再生能源能夠在不對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響的條件下實(shí)現(xiàn)發(fā)展,并且在一定程度上替代化石燃料.

圖3 2001—2018年可再生能源與資本、勞動(dòng)、化石燃料的技術(shù)進(jìn)步差異Fig.3 Technological progress difference between renewable energy and capital, labor, fossil fuels, 2001-2018

2.4 可再生能源與3種化石燃料的替代彈性分析

可再生能源在某種程度上能夠替代化石燃料,但是化石燃料與可再生能源的替代彈性具體是怎么樣還未知,需要對(duì)超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)進(jìn)行改寫(xiě),具體分析風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、水電與石油、煤炭、天然氣的替代彈性.考慮數(shù)據(jù)可獲得性有限,為減少待估計(jì)參數(shù)、同時(shí)保證可以運(yùn)用隨機(jī)效應(yīng)技術(shù)進(jìn)行估計(jì),此處將部分可再生能源的跨越對(duì)數(shù)成分以及其與3種化石燃料投入之間的產(chǎn)出彈性、替代彈性排除在模型之外,將關(guān)注點(diǎn)集中在可再生能源與3種化石燃料的關(guān)系之間[14],并以滯后一期實(shí)際GDP表示資本、勞動(dòng)投入及經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)自主進(jìn)步要素,逐個(gè)討論.設(shè)超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)為

式中:Mt指的是t年風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能或水電的投入;Dt指t年除Mt以外的其他3種可再生能源投入;α0表示常數(shù)項(xiàng);ε、αd、αi、αj、αii、αjj表示對(duì)應(yīng)的系數(shù),i=w、s、g、h,j=c、o、n;Ct、Ot、Nt表示t年煤炭、石油、天然氣的投入;Pt表示第t年的實(shí)際GDP;Pt -1表示第(t-1)年的實(shí)際GDP.對(duì)函數(shù)模型進(jìn)行嶺回歸分析,結(jié)合方差膨脹因子(VIF)確定嶺參數(shù)值分別為0.50、0.75、0.75、0.55,則相應(yīng)的替代彈性見(jiàn)圖4.太陽(yáng)能與煤炭的替代彈性大于1,水電、生物質(zhì)能與煤炭的替代彈性雖然均小于1,但較接近于1,且兩者對(duì)煤炭的替代彈性都較穩(wěn)定;風(fēng)能與煤炭的替代彈性小于1,且變化幅度較大;即僅從宏觀經(jīng)濟(jì)層面上來(lái)說(shuō),太陽(yáng)能能夠?qū)γ禾坑行娲?水電、生物質(zhì)能在一定程度上能夠替代煤炭,風(fēng)能對(duì)煤炭的替代性不強(qiáng).水電與石油的替代彈性呈上升趨勢(shì),風(fēng)能與石油呈下降趨勢(shì),且近幾年兩者對(duì)石油的替代彈性都小于1;太陽(yáng)能、生物質(zhì)能對(duì)石油的替代彈性較穩(wěn)定,其中太陽(yáng)能與石油的替代彈性值大于1,生物質(zhì)能與石油的替代彈性小于接近于1,即石油更傾向于用太陽(yáng)能進(jìn)行替代,其次是生物質(zhì)能.4種可再生能源對(duì)天然氣的替代彈性值都大于1,其中水電、生物質(zhì)能對(duì)天然氣的替代彈性較穩(wěn)定,風(fēng)能、太陽(yáng)能對(duì)天然氣的替代彈性呈下降趨勢(shì),即4種可再生能源都能夠?qū)μ烊粴庥行娲?但天然氣更傾向于用水電和生物質(zhì)能進(jìn)行替代.

圖4 2001—2018年可再生能源與3種化石燃料煤炭、石油、天然氣間的替代彈性Fig.4 Resilience of substitution between renewable energy and coal, oil, natural gas, 2001-2018

2.5 可再生能源間的產(chǎn)出、替代彈性及技術(shù)進(jìn)步差異分析

可再生能源能夠在不對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響的條件下實(shí)現(xiàn)發(fā)展,僅從宏觀經(jīng)濟(jì)層面上來(lái)說(shuō),煤炭、石油傾向于用太陽(yáng)能、生物質(zhì)能替代,天然氣傾向于用水電、生物質(zhì)能替代,水電在一定程度上能夠替代煤炭.可再生能源的發(fā)展還有待研究.具體的超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)設(shè)定如下:

式中:Wt、St、Gt、Ht表示t年風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、水電的投入;αi、αij表示對(duì)應(yīng)的系數(shù),其中i、j=e、w、s、g、h,函數(shù)模型進(jìn)行嶺回歸分析,結(jié)合方差膨脹因子確定嶺值為0.6,并根據(jù)相應(yīng)參數(shù)估計(jì)值計(jì)算產(chǎn)出彈性、替代彈性及技術(shù)進(jìn)步差異.

2001—2018年4種可再生能源的產(chǎn)出彈性如圖5所示,從圖中可以看到,4種可再生能源要素產(chǎn)出彈性從2001—2018年都有所增加,說(shuō)明我國(guó)可再生能源的利用效率正在逐年增加.產(chǎn)出彈性從大到小依次為水電、風(fēng)能、生物質(zhì)能、太陽(yáng)能.目前水電仍是我國(guó)最大的可再生能源,2017年水力發(fā)電量占可再生能源的70.35%,風(fēng)能、生物質(zhì)能、太陽(yáng)能發(fā)電量分別占可再生能源發(fā)電量的18%、4.68%、6.96%[1],需要注意的是隨著國(guó)家扶持力度的加大,太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展,其發(fā)電量將超過(guò)生物質(zhì)能發(fā)電, 成為我國(guó)另一大主要利用的可再生能源,能源利用效率也隨之不斷提高.

圖5 2001—2018年4種可再生能源的產(chǎn)出彈性Fig.5 Output elasticity of four renewable energy sources during 2001-2018

2001—2018年4種可再生能源間的替代彈性如圖6所示.從圖6(a)中可以看到,最開(kāi)始風(fēng)能與其他3種可再生能源的替代彈性都有不同程度的浮動(dòng),但近幾年替代彈性均相對(duì)穩(wěn)定且值大于1,即僅從宏觀經(jīng)濟(jì)層面上來(lái)說(shuō),風(fēng)能能夠有效替代太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、水電.從圖6(b)～圖6(d)中可以看到,太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、水電與其他3種可再生能源替代彈性變化類(lèi)似,均呈下降趨勢(shì).近幾年只有太陽(yáng)能與風(fēng)能、水電,生物質(zhì)能與風(fēng)能,水電與太陽(yáng)能、生物質(zhì)能的替代彈性值大于1,說(shuō)明某種程度上太陽(yáng)能能夠有效替代風(fēng)能和水電,生物質(zhì)能能夠有效替代風(fēng)能,水電能夠有效替代太陽(yáng)能和生物質(zhì)能.

圖6 2001—2018年4種可再生能源間的替代彈性Fig.6 Elasticity of substitution between four renewable energy sources, 2001-2018

2001—2018年4種可再生能源間的技術(shù)進(jìn)步差異如圖7所示,從圖中可以看到,4種可再生能源的技術(shù)進(jìn)步差異變動(dòng)都比較大,這與我國(guó)目前大力發(fā)展可再生能源產(chǎn)業(yè)有關(guān),通過(guò)4種可再生能源技術(shù)進(jìn)步差異值的比較可以得出,技術(shù)進(jìn)步速度從大到小依次為太陽(yáng)能、風(fēng)能、水電、生物質(zhì)能.近幾年我國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,尤其是光伏產(chǎn)業(yè)“領(lǐng)跑者計(jì)劃”的實(shí)施促使其技術(shù)創(chuàng)新和成本顯著下降;風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)成熟,但棄風(fēng)限電等問(wèn)題仍較嚴(yán)重,目前相關(guān)政策主要以推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和成本下降等方式推動(dòng)其高質(zhì)量發(fā)展;水電發(fā)展到了轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期,破除技術(shù)瓶頸,解決棄水限電、市場(chǎng)化等問(wèn)題成為關(guān)鍵;生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)中有增,2020年9月國(guó)家發(fā)展改革委、財(cái)政部、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)了《完善生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)行的實(shí)施方案》,明確指出加大對(duì)生物質(zhì)能的補(bǔ)貼力度,充分保障其平穩(wěn)發(fā)展.

圖7 2001—2018年4種可再生能源間的技術(shù)進(jìn)步差異Fig.7 Differences in technological progress between four renewable energy sources, 2001-2018

3 結(jié) 論

在能源轉(zhuǎn)型方案的設(shè)計(jì)中,不僅要考慮具體的能源現(xiàn)實(shí)和技術(shù)特征,還要考慮宏觀經(jīng)濟(jì)層面上的問(wèn)題.文章從宏觀經(jīng)濟(jì)層面上考慮可再生能源與傳統(tǒng)化石燃料的替代性問(wèn)題,基于超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)模型對(duì)我國(guó)2011—2018年相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)出彈性從大到小依次為資本、可再生能源、勞動(dòng)、化石燃料;可再生能源能夠有效的替代資本,能夠在一定程度上有效替代化石燃料;四者技術(shù)進(jìn)步差異有收斂趨勢(shì),可再生能源的技術(shù)進(jìn)步速度均大于其他3種投入要素;可再生能源能夠在不對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生不利影響的條件下實(shí)現(xiàn)發(fā)展,化石燃料有可能按比例轉(zhuǎn)向更加清潔的可再生能源.在此基礎(chǔ)上將模型拓展,具體分析可再生能源對(duì)3種化石燃料的可替代性,結(jié)果表明煤炭、石油更傾向于用太陽(yáng)能、生物質(zhì)能替代,天然氣更傾向于用水電及生物質(zhì)能替代,水電在一定程度上能夠替代煤炭.最后具體分析4種可再生能源的產(chǎn)出、替代彈性及技術(shù)進(jìn)步差異,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)出彈性從大到小依次為水電、風(fēng)能、生物質(zhì)能、太陽(yáng)能;風(fēng)能能夠有效替代太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、水電,太陽(yáng)能能夠替代風(fēng)能和水電,生物質(zhì)能能夠有效替代風(fēng)能,水電能夠有效替代太陽(yáng)能和生物質(zhì)能;技術(shù)進(jìn)步速度從大到小依次為太陽(yáng)能、風(fēng)能、水電、生物質(zhì)能.

目前我國(guó)對(duì)可再生能源的利用正在快速發(fā)展中,太陽(yáng)能及水電的相關(guān)產(chǎn)業(yè)及技術(shù)都逐漸成熟,考慮太陽(yáng)能能夠有效替代煤炭及石油,水電能夠有效替代天然氣,未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),太陽(yáng)能、水電仍是可再生能源發(fā)展的重點(diǎn).其次生物質(zhì)能在某種程度上能夠替代3種化石燃料,當(dāng)太陽(yáng)能相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展較完善后,可以考慮重點(diǎn)發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè).但我國(guó)目前有關(guān)生物質(zhì)能的產(chǎn)業(yè)還比較落后,生物質(zhì)能的能源效率及技術(shù)進(jìn)步速度都相對(duì)較低,發(fā)展過(guò)程中要注意相關(guān)政策體系的建立,做到以政策為引領(lǐng),推動(dòng)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新及發(fā)展.另外在注重減少化石燃料消耗,降低碳排放的同時(shí),也應(yīng)注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展.從經(jīng)濟(jì)層面上來(lái)說(shuō),風(fēng)能產(chǎn)業(yè)雖然對(duì)化石燃料的可替代性不強(qiáng),但其發(fā)展一直較穩(wěn)定,也能有效替代其他3種可再生能源,故在利用水電、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能對(duì)3種化石燃料替代的同時(shí),也需要注重風(fēng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,以彌補(bǔ)可再生能源發(fā)展不夠成熟時(shí)減少化石燃料消耗所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損耗.