孫 鵬,李世杰
(海南大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,海南 ???570228)
能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。林伯強(qiáng)(2010)指出能源安全、能源稀缺、能源高成本以及減少環(huán)境的負(fù)面外部性都可能對中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成挑戰(zhàn)[1]。未來大力開發(fā)可再生能源正是解決這些能源問題的關(guān)鍵所在。近年來,可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到了世界各國和地區(qū)相關(guān)政策的大力支持。上網(wǎng)價格政策和配額制是兩種最為常見、也最為有效的規(guī)制政策,世界范圍至少60個以上的國家已經(jīng)應(yīng)用了這兩個政策中的一種(Lund,2009)[2]。上網(wǎng)價格政策(Feed-in tariff,F(xiàn)IT)本質(zhì)上是一種價格規(guī)制政策,其以德國、西班牙、丹麥和我國為代表。它是指電網(wǎng)公司有義務(wù)收購由可再生能源貢獻(xiàn)的電力,政府制定一個高于市場價格收購價格,給予可再生能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)以政策優(yōu)惠,可再生能源電價與市場電價的差值由政府或消費(fèi)者進(jìn)行分?jǐn)?Menanteau et al.,2003)[3]。而配額制(Renewable Portfolio Standard,RPS)本質(zhì)上則是一種從量規(guī)制,它以英國、美國與澳大利亞等國為代表,是指政府制定一個可再生能源占全部發(fā)電量的一個最低比例,電力生產(chǎn)者有義務(wù)在生產(chǎn)化石能源電力同時必須配套生產(chǎn)相應(yīng)最低比例的可再生能源電力(Jaccard,2004)[4]。
實(shí)踐中,各個國家實(shí)施兩種政策的效果千差萬別,學(xué)術(shù)界對兩種政策孰優(yōu)孰劣一直爭論不休,到底在何種市場環(huán)境和政策目標(biāo)下,應(yīng)該采用何種規(guī)制政策才能實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo),學(xué)者們目前也未給出一個合理解釋。本文旨在運(yùn)用博弈模型探討兩種規(guī)制手段的各自優(yōu)缺點(diǎn),為在特定的市場環(huán)境和政策目標(biāo)下的政策選擇提供理論依據(jù)。
到底FIT和RPS哪種政策更有效?不同的出發(fā)點(diǎn)以及視角可能會得到了不同的答案。一部分學(xué)者認(rèn)為FIT比RPS更有效。Lewis and Wiser(2006)檢驗(yàn)了不同國家和地區(qū)在支持風(fēng)能發(fā)電裝備制造產(chǎn)業(yè)政策的重要性。他們指出FIT可以直接提供一個穩(wěn)定的、高收益風(fēng)電開發(fā)市場,這會形成生產(chǎn)者的一個良好預(yù)期。而RPS則會創(chuàng)造市場的不確定性,并且降低企業(yè)的收益水平,進(jìn)而不能最大化的激勵嘗試實(shí)現(xiàn)特定的環(huán)境目標(biāo)[5]。Lipp(2007)比較了丹麥、德國(使用FIT)和英國(RPS)在扶持可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策效果。結(jié)論是FIT在產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及創(chuàng)造就業(yè)方面要好于RPS[6]。Cory et al.(2009)認(rèn)為FIT給開發(fā)者和投資者一個支付保障,而RPS則未能給予市場一個承諾和預(yù)期,故FIT是比RPS相對有效的規(guī)制政策[7]。Butler和Neuhoff(2008)提出英國采取的RPS與德國采取的FIT相比,在理論上應(yīng)該有更低的開發(fā)成本,然而實(shí)踐中并不如此。德國采取的FIT使得德國的風(fēng)能發(fā)電市場擁有更低的輸送成本、更高的市場競爭以及更快的產(chǎn)業(yè)發(fā)展[8]。
另外一些學(xué)者則認(rèn)為RPS在一些方面要強(qiáng)于FIT。Schmalensee(2011)指出通過德國和英國關(guān)于FIT與RPS的比較中,不能得出FIT就一定比RPS好。這種比較只能說明政策的應(yīng)用方面德國做的要比英國好,而從在美國德克薩斯州RPS的應(yīng)用來看,其同樣可以達(dá)到FIT的規(guī)制效果[9]。Tamás et al.(2010)指出如果市場是完全競爭的,兩種政策效果應(yīng)該是相同的。如果市場競爭是不完全的,在一個較寬的參數(shù)變化范圍內(nèi),RPS社會福利都始終高于FIT[10]。Ringel(2006)指出在理論上判斷,RPS更有利于形成競爭優(yōu)勢,從而降低成本[11]。Menanteau et al.(2003)指出FIT在增加發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量以及激勵效果方面更具優(yōu)勢,但在成本控制,動態(tài)效率以及技術(shù)改變方面,RPS要優(yōu)于FIT[3]。
我國當(dāng)前主要實(shí)施的是以FIT為核心的可再生能源發(fā)展支撐體系,但未來是否引入RPS的爭論也從未停歇。一部分學(xué)者鑒于目前FIT發(fā)揮的巨大作用,認(rèn)為應(yīng)在堅持當(dāng)前政策的同時,對FIT的具體實(shí)施手段進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。史丹和楊帥(2012)認(rèn)為上網(wǎng)電價政策是目前推動可再生能源發(fā)展最為成功的機(jī)制,但這一機(jī)制發(fā)揮重要作用的關(guān)鍵還在于如何結(jié)合我國的國情[12]。時璟麗(2008)指出雖然FIT發(fā)揮了巨大作用,但還存在著諸多不足,我國應(yīng)吸取國外的成功經(jīng)驗(yàn),對政策予以適時調(diào)整,完善價格政策體系。另一部分學(xué)者則指出未來我國還應(yīng)積極實(shí)施RPS政策以解決FIT的不足[13]。姜南(2007)指出FIT下由政府規(guī)定的固定的價格會與實(shí)際的成本價格和市場價格脫節(jié),無法保證開發(fā)成本最低,從而會使供電商的利潤受到影響,損害他們的積極性,引入源配額可以解決這方面的弊端[14]。樊杰等(2003)論證了實(shí)施可再生能源RPS在東部沿海地區(qū)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中的意義及其途徑[15]。
我們無法從一個視角來評估不同政策的好壞,事實(shí)上,F(xiàn)IT和RPS都有其優(yōu)勢和劣勢,因此需要根據(jù)不同的市場條件和政策目標(biāo)來選合適的政策?;诖?,本文構(gòu)建了一個包含能源產(chǎn)量以及R&D投入的兩階段博弈模型,并運(yùn)用數(shù)值模擬的方法來分析兩種政策下不同的影響機(jī)理,旨在為我國未來扶持可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策選擇提供理論借鑒。
一個寡頭企業(yè)生產(chǎn)兩種能源電力產(chǎn)品:可再生能源電力和化石能源電力。我們將在兩種規(guī)制方式下正式建立一個能源替代的博弈模型,定義兩種能源電力分別為R和D。
需求方:對于i∈{R,D},P為價格,Qi為能源產(chǎn)量。效用函數(shù)為:
其中α>0為常數(shù),表示市場規(guī)模。反需求函數(shù)可以對式求偏導(dǎo)得到:
供給方:市場中有唯一的電力能源生產(chǎn)企業(yè)。該企業(yè)在不同的技術(shù)成本下同時生產(chǎn)兩種能源電力。在給定的規(guī)制政策下,企業(yè)在第一階段選擇R&D的投入水平,第二階段選擇兩種能源電力的產(chǎn)量。以下將正式在FIT與RPS兩種方式下建立企業(yè)的利潤函數(shù)。
在FIT下,能源企業(yè)可以獲得額外的價格補(bǔ)貼,此時企業(yè)的利潤函數(shù)如下:
其中,ζ>0是固定溢價水平;c為常數(shù)表示化石能源的邊際成本系數(shù);c()2為規(guī)模報酬遞減的化石能源總成本。由于可再生能源發(fā)電技術(shù)的不成熟性,其開發(fā)成本要高于化石能源,X為基于成本節(jié)約的R&D支出。可再生能源的邊際成本系數(shù)為c+me-μX,0<μ<1表示研發(fā)效率,m>0表示可再生能源與化石能源的初始成本差距。
R&D最優(yōu)投入量與補(bǔ)貼價格水平ζ、市場規(guī)模α以及成本系數(shù)相關(guān)。將代入式,就會得到均衡時兩種能源電力的產(chǎn)量和,再將其代入到(3),可以得到最優(yōu)的企業(yè)利潤πF*。
在RPS下政策制定者規(guī)定了可再生能源電力必須滿足總能源電力產(chǎn)量的一個最低比例。假設(shè)最低的比例為λ∈[0,1],有QR/(QR+RD)=λ,即QR=λ/(1-λ)QD。此時生產(chǎn)方利潤函數(shù)為:
根據(jù)逆向歸納法,按照相似的求解路徑,可以得到在RPS下均衡解。為了簡化表達(dá)式,假設(shè)λ/(1-λ)=k,即=。對(6)式關(guān)于和分別求偏導(dǎo)得:
將(7)式代入到(6)式中并對XR求偏導(dǎo),我們得到PRS方式下均衡時最優(yōu)R&D投入為:
(8)式最優(yōu)R&D投入與最低可再生能源電力比例k,市場規(guī)模α以及成本系數(shù)有關(guān)。同樣我們可以得到RPS下最優(yōu)能源電力、以及最大利潤πR*。
在上文得到的最優(yōu)R&D投入和兩種能源的最優(yōu)產(chǎn)量基礎(chǔ)上,將比較兩種政策下不同的激勵效果,包括R&D投入、兩種能源電力產(chǎn)量、消費(fèi)者剩余以及社會福利。由于表達(dá)式的復(fù)雜性,將借助數(shù)值模擬的方法進(jìn)行比較,對參數(shù)進(jìn)行賦值并得到參數(shù)變化情況下數(shù)值解路徑,所有的程序設(shè)定以及圖形描繪都將在MATLAB7.0中完成。
在兩種規(guī)制政策下,一種規(guī)制變量為價格,另一種則為產(chǎn)量。無法在兩種規(guī)制變量同時變化時來比較不同規(guī)制政策的影響機(jī)理,因此必須對兩種規(guī)制政策進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。為了保證不同政策間將達(dá)到等價的效果,需要建立起參數(shù)ζ與k的一座橋梁。正式的定義等價效果為:
定義1:如果兩種規(guī)制政策實(shí)現(xiàn)了相同的可再生能源電力市場份額,就說此時這兩種規(guī)制政策的效果是等價的。
定義1為建立兩種政策比較的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)系提供了途徑。所以由式(4)可知,F(xiàn)IT下兩種能源電力產(chǎn)量比率為/=[cα+(1+c)ζ]/[(c+me-μXF)α-ζ],而在RPS下的兩種能源電力比率為k。由定義1可知,如果兩種規(guī)制政策是等價的,則令k=[cα+(1+c)ζ]/[c+me-μXFα-ζ],這表示為實(shí)現(xiàn)RPS與FIT同樣的可再生能源市場份額,當(dāng)FIT下的規(guī)制水平為ζ時,RPS下的規(guī)制水平需為[cα+(1+c)ζ]/[(c+me-μXF)α-ζ]。故為獲得與FIT同樣的市場份額下,PRS政策下有:
其中f∈{X,Q}。以下我們只需要比較FIT下的fF*(ζ)與RPS下的fR*([cα+(1+c)ζ]/[(c+me-μXF)α-ζ])即可。至此,我們將不同的規(guī)制手段(ζ與k)比較轉(zhuǎn)化成了統(tǒng)一的比較變量(ζ),這樣可以在一個函數(shù)圖像上描繪出兩種規(guī)制手段的差異性。
首先比較兩種規(guī)制政策下的R&D投入XF*(ζ)和XR*([cα+(1+c)ζ]/[(c+me-μXF)α-ζ])。有命題:
由命題1可知,隨著市場規(guī)模α,研發(fā)效率μ以及初始成本差異m增加,最優(yōu)R&D投入水平都顯著地增加。同時,規(guī)制水平(ζ,k)提高也顯著提高了企業(yè)R&D投入量。通過數(shù)值模擬方法可以模擬出兩種政策方式下哪種規(guī)制手段對激勵R&D投入更加有效,結(jié)果如下:
當(dāng)且僅當(dāng)cD(S)時等號滿足。
圖1 R&D投入比較(c=1,α=30,μ=0.12,m=2)
如圖1所示,R&D投入隨著補(bǔ)貼水平(即ζ與k)的提高而提高,這就證明了激勵性的規(guī)制政策能顯著提高企業(yè)基于成本節(jié)約的R&D投入,并且能顯著提高企業(yè)生產(chǎn)效率。但兩種規(guī)制政策下將帶來不同程度的激勵效果:在相同市場份額的目標(biāo)下,F(xiàn)IT政策下的最優(yōu)R&D投入水平要高于RPS政策下的水平,這意味著在激勵企業(yè)基于成本節(jié)約的R&D投入方面,F(xiàn)IT要比RPS更加有效。這一理論分析的結(jié)論也得到了實(shí)證的支持,如Lewis和Wiser(2007)[5]、Lund(2009)[2]等通過實(shí)證研究都得出在激勵R&D投入方面FIT政策是較有效的規(guī)制手段。
繼續(xù)遵循定義1條件,可以比較兩種政策下可再生能源以及化石能源的最優(yōu)產(chǎn)量以及市場價格的大小。由(4)-(8)式,可以得到兩種能源的最優(yōu)產(chǎn)量以及市場價格水平,有以下命題:
由命題2可知,兩種規(guī)制政策對于提高可再生能源產(chǎn)量、抑制化石能源生產(chǎn),從而實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的路徑不盡相同。由數(shù)值模擬有:
圖2 可再生能源產(chǎn)量比較
圖3 化石能源產(chǎn)量比較(c=1,α=30,μ=0.12,m=2)
如圖2,圖3所示,隨著補(bǔ)貼水平(ζ和k)的提高,F(xiàn)IT下的可再生能源產(chǎn)量要高于RPS下的產(chǎn)量。但在RPS下化石能源產(chǎn)量下降的幅度卻要高于FIT下幅度。故可以得到以下基本結(jié)論:FIT政策在促進(jìn)可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面更具有優(yōu)勢。但另一方面,化石能源的大量使用給我們帶來了大量的諸如氣候變暖、空氣污染等環(huán)境和社會問題,因此在降低對化石能源的過度依賴,降低能源消耗的碳排放以及實(shí)現(xiàn)環(huán)境改善方面,RPS方式會發(fā)揮更大的作用。
造成兩種規(guī)制手段規(guī)制效果上差異的原因這在于兩種能源存在替代關(guān)系,規(guī)制政策可以從兩個方面實(shí)現(xiàn)可再生能源對化石能源的替代:一是提高可再生能源電力的產(chǎn)量,這可稱為激勵效應(yīng)(Incentive Effect,IE);二是抑制化石能源的產(chǎn)量,這可稱為抑制效應(yīng)(Disinhibition Effect,DE)。FIT政策下,政府給予了可再生能能源電力一個高于市場價格的補(bǔ)貼價格,這使得可再生能源電力產(chǎn)量迅速增加,但化石能源電力產(chǎn)量并未得到有效抑制;而在PRS政策下,政府規(guī)定了可再生能源電力與化石能源電力的一個最低比例,企業(yè)在生產(chǎn)決策時既可以提高可再生能源產(chǎn)量,亦可以降低化石能源產(chǎn)量,此時對化石能源的抑制效應(yīng)要顯著的大于FIT政策下的抑制效應(yīng),而對可再生能源的激勵效應(yīng)卻小于FIT政策下的激勵效應(yīng)。即IEF>IER,DEF<DER。
由式(1)可知,在自由市場以及沒有市場失靈條件下的消費(fèi)者剩余為CS=(QD+QR)2/2。如果這一條件發(fā)生變化,消費(fèi)者剩余函數(shù)將會改寫。以下考慮在消費(fèi)化石能源時存在負(fù)外部性的情形,假定消費(fèi)化石能源時的污染函數(shù)為:
(13)式為污染排放量的二次形式(孫鵬 張力,2014)[16]。并且有?f(QD)/?D>0以及?2f(QD)/>0,表示隨著對化石能源的消費(fèi)所產(chǎn)生的負(fù)外部性是以遞增方式遞增的。γQD為污染排放量,γ∈[0,1]為常數(shù)表示能源的排放強(qiáng)度。w為污染的損害系數(shù)。w以及γ越大,負(fù)外部性水平越高,消費(fèi)者剩余就越低。在FIT政策下,會存在一定的規(guī)制成本ζQFR,實(shí)踐中一種常見的方法是將這種成本在消費(fèi)者中分?jǐn)?中國、德國、丹麥等國都是采用這種方式),故在兩種政策下消費(fèi)者剩余可以表示為:
通過式,可以數(shù)值模擬出兩種規(guī)制手段下消費(fèi)者剩余的高低,結(jié)果如下:
由圖4所示,RPS方式下的消費(fèi)者剩余顯著地高于FIT下的消費(fèi)者剩余。由于FIT政策是一種政策實(shí)施成本相對較高的手段,其在實(shí)施過程中會產(chǎn)生額外的規(guī)制成本ζQFR,隨著對可再生能源產(chǎn)業(yè)扶持力度不斷提高,消費(fèi)者必須承擔(dān)這一高昂的規(guī)制成本;而在RPS方式下,消費(fèi)無需承擔(dān)額外的成本,因此FIT下的消費(fèi)者剩余顯著的低于RPS下的消費(fèi)者剩余。
我們將社會福利函數(shù)視為廠商利潤與消費(fèi)者剩余的和,即:
圖4 消費(fèi)者剩余比較
通過數(shù)值模擬可以比較出兩種政策下社會福利的高低,如圖5所示:
圖5 社會福利比較(c=1,α=30,μ=0.12,m=2,γ=0.1);在(A)中w=100,在(B)中w=400
化石能源消費(fèi)過程中產(chǎn)生的負(fù)外部性水平高低決定了哪種規(guī)制政策在提高社會福利方面更加有效。如果污染損害系數(shù)w相對較低(w=100),F(xiàn)IT下的社會福利較高;而如果污染損害系數(shù)w相對較高(w=400),RPS政策下社會福利較高。這一結(jié)論就為可再生能源規(guī)制政策的選擇提供了依據(jù),即當(dāng)化石能源負(fù)外部性較低時,采用FIT政策更優(yōu);當(dāng)負(fù)外部性較高時,RPS政策更優(yōu)。福利偏好是影響最終決策的關(guān)鍵性因素。如果廠商利潤以及可再生能源長期的發(fā)展更加受到重視(極端情形下Wi=πii∈{F,R}),那么決策者就會選擇FIT政策;反之,如果決策者更偏好于消費(fèi)者剩余的水平(極端情形下Wi=CSii∈{F,R}),他將會選擇RPS政策。
FIT和RPS是在扶持可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展,降低碳排放以及促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中最常見也是最有效的兩種政策。幾乎所有發(fā)展可再生能源產(chǎn)業(yè)的國家都采用了這兩種政策中的一種,但是不同國家的實(shí)踐效果卻有較大差別。本文從一個理論視角檢驗(yàn)了兩種政策下的R&D投入、能源產(chǎn)量、市場價格、消費(fèi)者剩余以及社會福利的差異。本文的一部分的結(jié)論得到了其他一些學(xué)者研究結(jié)論的支持(Lipp,2007;Menanteau et al.,2003;Cory et al.,2009;Lewis and Wiser,2006)[3][5][6][7],也得到各國實(shí)踐結(jié)果的支持,即FIT在提高可再生能源產(chǎn)量(裝機(jī)容量),激勵基于成本節(jié)約的R&D投入方面都顯著地優(yōu)于RPS,這也是應(yīng)用FIT的國家可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平的國家顯著高于應(yīng)用RPS國家的原因。
但是本文的結(jié)論也指出可再生能源的發(fā)展水平并不是評價一種規(guī)制政策效果的唯一標(biāo)準(zhǔn)。在降低碳排放以及提高消費(fèi)者福利方面,RPS要比FIT做的更好。與一些現(xiàn)有的研究成果(Tamás et al.,2010)不同的是[10],本文的結(jié)論無法獲知兩種政策下哪種社會福利較高,決策選擇取決于化石能源負(fù)外部性的水平的高低。當(dāng)負(fù)外部性水平較高時,RPS下社會福利要優(yōu)于上FIT下的社會福利。
從世界各國的政策實(shí)施過程來看,兩種政策適用于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不同階段和不同的經(jīng)濟(jì)環(huán)境。王仲穎等(2012)指出FIT適用于產(chǎn)業(yè)成長階段,有利于降低可再生能源市場的交易成本、穩(wěn)定可再生能源市場、支持實(shí)施統(tǒng)一發(fā)展規(guī)劃、促進(jìn)中小企業(yè)發(fā)展等。而RPS適用于產(chǎn)業(yè)成熟階段和市場經(jīng)濟(jì)體系健全的國家,通過結(jié)合市場機(jī)制和政府管制,可更大程度地推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場競爭[17]。本文的結(jié)論恰恰證明了在產(chǎn)業(yè)不同的發(fā)展階段FIT與RPS兩種政策將會發(fā)揮不同功效,而政策制定者需要做的是在確定的產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段以及市場環(huán)境下權(quán)衡這些政策的優(yōu)劣,選擇一個相對較好的政策并在實(shí)踐中使之發(fā)揮最大的功效。
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