基于可再生能源替代的经济持续发展模型的毕业

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　　摘 要：以可再生能源在总能源消费中所占比例作为替代率，讨论了可再生能源替代问题在整体经济系统中的作用．基于经济发展、能源需求、温室气体(GHG)排放、替代率等要素，建立了可再生能源替代的动态系统的数学模型．运用最优控制理论，在期望替代路径给定的条件下，求解再生替代能源产业理论上的最优发展策略．最后，根据实际数据，得出我国实现2020年可再生能源发展规划的动态优化路径，使之在满足经济持续发展对能源需求的前提下，系统要素配置最优、化石能源使用量和GHG排放最少．

　　关键词：经济持续增长；GHG排放；可再生能源；替代率；动态优化策略　　

　　1 引 言

　　在现代经济系统中，能源作为经济和社会发展最基本的物质基础之一，发挥着不可替代的重要作用．但现代社会对化石能源的过分依赖，使其在现有经济体系中同时扮演两个不同的角色．一方面，能源支持世界各国，特别是发展中在经济增长过程中必须的、不断扩大的能源需求，促进了经济的发展，对整体经济系统呈正效应；另一方面，化石能源生产和消费的不断增加，导致温室气体(GHG)等环境污染的加剧，造成气候突变等大量不确定的、自然和人为的重大灾难?．此时，能源产业对经济发展又呈现出负效应．

　　化石能源使用对经济发展的负效应，以及其作为耗竭性资源的稀缺性，将对以化石能源为基础的现代经济系统产生重大影响，并使系统的长期稳定性变得脆弱．对此，国外学者已有大量深入研究．在国内，王海建建立了有关能源资源约束、环境污染的内生经济增长数学模型，致力于在化石能源的使用和经济持续发展中寻找最优稳定解；于渤等则提出了考虑能源耗竭、污染治理的经济持续增长模型，指出开发化石能源的替代产品是经济长期稳定增长的必然选择.

　　应该指出，这些研究和数学模型均未考虑可再生能源替代问题、其在经济系统中的作用，以及其对整个经济系统可能产生的重大影响．

　　一般认为，化石能源资源的有限性和耗竭性是对经济持续发展的重大威胁之一．本文认为，这恰恰是大力发展可再生替代能源产业的重大契机．作为新兴绿色产业，其市场化发展的驱动力就在于有限供应所造成的能源价格上涨，以及各国政府为控制温室气体排放所采取的强有力的财政税收政策．近年来，生物柴油、燃料酒精、风力发电、太阳能等绿色能源产业在欧美等国家的蓬勃发展，无不得益于高昂的能源价格和政府的财政支持哺．

　　可以认为，可再生清洁能源必将最终替代化石能源，使能源产业从现行的生产一污染一治理模式，转为资源一生产一再生资源模式，即所谓的第三范式．但是，由于受到市场价格、技术水平和开发成本的限制，可再生能源替代之路是一个长期艰苦的过程．像京都议定书对GHG减排给定路线图一样，社会决策者可以根据对现状的评估和对未来的预测，给出期望的可再生能源替代化石能源的路线图．

　　本文拟研究可再生替代能源产业理论上的动态优化发展策略，使之在确保经济持续发展的前提下，全社会不可再生化石能源的使用量最少，即意味着GHG排放最少．

　　2 模型的建立

　　2．1 含能源投入的生产函数

　　鉴于能源是我国经济发展中不可完全替代的限制性要素，本文将能源作为宏观经济生产函数中一个单独的投入要素；考虑到我国劳动投入对生产函数几乎没有影响，为讨论方便，这里假定劳动力总数为常数并标准化为1；假设生产函数为Cobb-Douglas型且规模报酬不变，其中，Y为国民经济系统的产出、K为资本存量、层为能源投入总量，它们均为时间t的函数，A是综合技术进步系数，a、p是弹性系数．

　　2．2 可再生替代能源及开发投资

　　f为第t年年投入市场的可再生清洁能源总量；y(f)为每年岛(t)在社会总的年度能源消费中所占的比例，简称替代率，满足为第t年度对替代可再生能源产业研发和生产的总投资，g为单位投资的可再生能源产出率．

　　2．3 考虑化石能源污染的国民经济系统实际产出式(1)中未计算化石能源使用产生污染给经济系统造成的负面影响．鉴于全球GHG排放80％以上来自于化石能源利用，这里引入能源污染损失函数D(y)，其定义为由于能源的开发和使用过程中排放GHG等污染物而造成实际国民经济产出减少的影响系数，满足0<D(y)≤1．由于可再生能源不增加环境负担，甚至有助于自然吸收大气中已过量的GHG等污染物，因此，本文认为D(y)是替代率y(t)的函数，它随着y(t)值的增加而增大．

　　2．4 资本的积累、消费和投资设c为社会消费总量，q是消费系数,假设用于可再生替代能源的开发和投资经费来源于社会总消费，如部分地将原本付给外国石油商的资金投资到生物燃料产业开发.k为可再生能源产业年总投资占社会全年总消费的比例.

　　2．5 动态优化模型其意义在于满足经济持续发展对能源总需求的同时，化石能源的使用量最小．其中,D为贴现率，T为社会计划者根据可再生能源替代化石能源的路线图，预计实现某个替代率目标y(T)的年限．

　　3 期望替代路径下的优化发展策略

　　q为经济系统所消耗能源全部为化石能源时，所产生的GHG等污染造成社会总产出损失的损失率．I即为在考虑经济持续增长及GHG排放控制的情况下，期望替代路径y(T)所对应的优化动态投资策略．

　　4 我国实际数据的案例分析

　　4．1 参数的选取

　　根据2005年国家统计公报数据，并参考张明慧文的估算方法，我们回归分析了我国1985．2006年数据，求出q=0．541，p=0．510，A=0．742(标准误差为0.108、0.368和0.015)．其中，Y、K的单位为亿元，E的单位为万吨标煤；综合燃料酒精和水电的投资产出参数，取平均投资产能比为g=0．02万吨标煤，亿元；另取P=0.03．

　　据国家《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，我国要力争可再生能源消费量达到能源消费总量的15%．以21305年为起始年份，2020年为目标年份，按《规划》提供的数据，我们有y=0．075，E=16748.9，y=0．15．

　　最后，参考于渤等文，取损失率为q=2．9％

　　4．2 结果分析和政策建议

　　上述结果表明，如果社会按动态投资策略投资并实现产能，年度可再生能源总产出就可优化路径增长．最终，实现国家《可再生能源中长期发展规划》，在2020年将可再生能源占总能源消费的比例从2005年的7．5％提高到15％；并在最大限度地减少化石能源的使用和GHG排放的同时，确保我国整体经济的持续、健康发展．按照该计算结果，如果平均投入产能比保持不变，20052010年的可再生能源产业投资年平均增长率应不低于14．3％；20102015、20152020年平均增长率分别应为16．5％、15．6％，均须远远高于我国未来可能的GDP增长率．

　　假设存在理性的社会计划者，以行政和财政的手段，引导国民经济系统按上述的最优动态投资轨迹，每年递增地投资进行可再生清洁能源的开发和生产，就能确保可再生能源对化石能源的替代比例按指定的路径上升；在保证整体经济长期持续发展的同时，控制源于化石能源开采和使用造成的GHG排放等环境退化问题．运用各种行政和财政手段的基本目的，就是将化石能源的市场价格维持在适当的高位，使替代能源产业有利可图并稳定发展．比如，可以通过控制开采和进口化石能源许可证的发放、提高污染排放标准、增加资源开采税和燃油税等措施影响化石能源价格；与此同时，对替代能源产业予以减免税、补贴等财政支持．

　　总之，政府和社会计划者如果运用自己对市场能源价格的影响力，引导和控制可再生能源产业按上述的优化策略进行发展，就可以在0一T期内，使经济系统中发展、能源和源于能源的GHG排放诸关系系统动态最优化，并实现《可再生能源中长期发展规划》的能源经济目标．

　　对于可再生能源产业的投入．产出延时和折旧问题、能源污染损失的阀值和函数的不连续等问题，我们拟作进一步研究并另文讨论．

　　5 结 论

　　可再生能源替代传统的化石能源，是解决经济发展、能源需求、GHG排放三者关系困局，实现能源循环经济的必然途径．需要在市场和政策诸因素的驱动下，以高企的能源价格为契机，持续不断地强化对可再生能源产业的投资．最终，摆脱现代经济对化石能源的依赖，避免GHG过量排放造成的灾难，确保经济系统长期稳定发展．本文用动态数学模型描述了可再生替代能源在整体经济系统中的作用；并结合实际数据和国家中长期发展规划，求出了在期望的替代路径下，可再生能源产业理论上的动态优化发展轨迹，希望供政策和产业研究人员参考．