劉平闊，王志偉

(上海電力大學 經(jīng)濟與管理學院，上海 200090)

根據(jù)國家統(tǒng)計局2018年的初步統(tǒng)計：2017年中國能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中，原煤占比68.6%，原油占比7.6%，天然氣占比5.5%，水電、核電、風電等占比18.3%；能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭消費量占比約為60.4%，同比下降1.6%；天然氣、水電、核電、風電等清潔能源消費量占能源消費總量的20.8%，同比增長1.3%。中國是全球最大的能源生產(chǎn)國以及消費國之一；煤炭處于主體性地位，石油消費量高但生產(chǎn)量低，供應依賴進口；清潔能源消費比重持續(xù)上升，發(fā)展?jié)摿薮蟆ｋS著中國經(jīng)濟社會的發(fā)展，同時來自于世界范圍內(nèi)應對氣候變化的壓力日益凸顯，中國民眾不僅表現(xiàn)出“節(jié)能降耗”意識的不斷增強，而且表現(xiàn)出對于“清潔環(huán)?！钡膹娏铱是?。中國已成為應對氣候變化的領導者和模范兵，能源結(jié)構(gòu)正由“煤炭為主”向“多元化協(xié)同”轉(zhuǎn)變，能源發(fā)展驅(qū)動正由“高速增長”向“高質(zhì)量增長”、由“傳統(tǒng)能源增長”向“新能源增長”轉(zhuǎn)變，清潔低碳化進程不斷加快。隨著經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展和體制改革不斷深化，兼顧“經(jīng)濟社會發(fā)展”、“能源安全”和“環(huán)境保護”等多層目標，為了滿足從“資源依賴型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤凹夹g依賴型”、從“政策依賴型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆袌鲆蕾囆汀钡难葸M要求，中國能源必須走出一條符合社會主義市場經(jīng)濟特色的可持續(xù)轉(zhuǎn)型之路。

現(xiàn)階段，中國經(jīng)濟由高速度增長階段轉(zhuǎn)為高質(zhì)量發(fā)展階段，且正處在轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換增長動力的攻關期；從“新時代”中國能源部門的發(fā)展形勢看，經(jīng)濟增長方式的轉(zhuǎn)變必然要求能源轉(zhuǎn)型過程中有序推行“綠色能源選擇”。“十三五”規(guī)劃建議中提出了“建設清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系”的發(fā)展目標，電力發(fā)展重點聚焦“綠色”、“有序”和“轉(zhuǎn)型”。2017年10月，黨的十九大再次倡導“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”發(fā)展理念；由此，中國能源發(fā)展戰(zhàn)略方向已然明朗，能源革命正加速推進，“能源轉(zhuǎn)型”已上升到國家戰(zhàn)略層面。無論是中國發(fā)展的實際需求，抑或是對能源安全戰(zhàn)略的充分權(quán)衡，“能源轉(zhuǎn)型”已成為現(xiàn)階段中國亟待解決的問題之一；但受制于資源稟賦、能源結(jié)構(gòu)等發(fā)展障礙以及新能源技術瓶頸，中國在能源轉(zhuǎn)型過程中遇到掣肘和阻力，導致了“產(chǎn)能過?！薄ⅰ跋{不足”、“跑馬圈地”和“圈而不建”等無序發(fā)展現(xiàn)象。這些現(xiàn)象出現(xiàn)的本質(zhì)原因是并未從經(jīng)濟層面和技術層面解答現(xiàn)階段中國“能源轉(zhuǎn)型”的科學合理性，致使現(xiàn)有的制度安排適應性效率較低、設計的政策框架無法有效落地。

一、文獻綜述

可持續(xù)性能源轉(zhuǎn)型，是一個長期、多維和基礎的過程[1]，也是將社會技術系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦夹缘纳a(chǎn)-消費模式的方式[2]；能源轉(zhuǎn)變不僅限于能源基礎設施的改造，而且涉及“更廣泛的社會-經(jīng)濟組合”的轉(zhuǎn)換[3-4]。中國能源轉(zhuǎn)型經(jīng)歷了“低碳轉(zhuǎn)型”[5-6]和“綠色轉(zhuǎn)型”[7]的分析評價階段。近年來，國內(nèi)的學者逐漸意識到：中國能源發(fā)展也進入了“三低三嚴”新常態(tài)[8]，中國能源轉(zhuǎn)型的方向?qū)θ虻挠绊憣⑹且I性的[9-10]，“新時代”能源安全戰(zhàn)略也必須要有新思路[11]；中國應該從根本上打破工業(yè)領域“擴張-過剩-再擴張-再過?！钡难h(huán)[12-13]，“轉(zhuǎn)型期”能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、加快綠色低碳發(fā)展、提高能源系統(tǒng)效率、追求運行綜合效益將成為未來發(fā)展的主要目標[14]。針對能源轉(zhuǎn)型中的替代-互補關系，也多集中于氣候變化和環(huán)境保護問題[15-16]，但仍有量化分析轉(zhuǎn)型路徑的成果。目前主要的研究包括：Kumar等(2015)考慮了可再生能源和非可再生能源之間內(nèi)部替代彈性，并在8個行業(yè)中定性分析了替代路徑[17]；Vahl等(2015)基于技術層面，分析了能源轉(zhuǎn)型的低碳水平，并提出了“可再生分布式發(fā)電”的替代轉(zhuǎn)型路徑[18]；隋建利等(2017)利用馬爾科夫區(qū)制轉(zhuǎn)移因果模型分析異質(zhì)性能源消費問題，為中國能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型提供技術支持[19]；但Trutnevyte(2016)也得了“成本最優(yōu)方案掩蓋了由于成本最優(yōu)偏離而產(chǎn)生的不確定性”的結(jié)論，并反思了能源轉(zhuǎn)型的系統(tǒng)構(gòu)建問題[20]。同時應該意識到：國外所采用的能源轉(zhuǎn)型模式并不一定完全適用于中國現(xiàn)階段的能源部門的轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀和升級要求[21]，各國轉(zhuǎn)型路徑存在較為明顯的差異[22-23]，且實現(xiàn)其轉(zhuǎn)型的路徑無法“生搬硬套”到中國現(xiàn)實[24]。

但中國能源轉(zhuǎn)型仍有其工作的側(cè)重點?！半娏D(zhuǎn)型”是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的主要支撐[25-26]，電力部門的有序發(fā)展受到來自技術和體制等領域的深刻影響[27-28]，因此“十三五”階段成為了中國能源轉(zhuǎn)型有序發(fā)展的關鍵期[29]。然而目前針對電力能源轉(zhuǎn)型的研究相對較少，現(xiàn)有成果主要集中于對國外轉(zhuǎn)型經(jīng)驗的總結(jié)[30-31]，如：Newbery(2016)對歐盟和英國電力轉(zhuǎn)型的經(jīng)驗進行總結(jié)，并分析了固定電價制度(FITs)對可再生電力供給的影響[32]；Rogge等(2017)對德國電力系統(tǒng)向可再生能源轉(zhuǎn)型的經(jīng)驗進行了總結(jié)，并對比分析了“技術組件替代”(途徑A)和“廣泛系統(tǒng)改造”(途徑B)對于電力轉(zhuǎn)型實現(xiàn)低碳化的影響效果[33]。

綜上所述，國內(nèi)、外學者已對能源轉(zhuǎn)型的研究領域做出了較為突出的貢獻，但就中國能源可持續(xù)轉(zhuǎn)型而言仍存在一些不足之處。具體可分為以下三個方面：首先，內(nèi)容方面，目前的研究多集中于政策導向的“轉(zhuǎn)型模式”和“政策效果”，而對于市場導向的“轉(zhuǎn)型基礎”缺少系統(tǒng)性的分析；其次，方法方面，目前多采用計量經(jīng)濟分析、綜合評價分析、案例比較分析等，強調(diào)于分析“轉(zhuǎn)型狀態(tài)”而弱化了對“轉(zhuǎn)型原因”的理論推導；最后，結(jié)論方面，由于不同轉(zhuǎn)型模式的適用性有待驗證，導致研究成果因研究目標、研究范圍、研究方法和研究數(shù)據(jù)的不同存在差異，對于各個模式所實現(xiàn)過程和效果的論斷無法達成一致?！澳茉崔D(zhuǎn)型”主要體現(xiàn)為“制度性轉(zhuǎn)型”[34]、“經(jīng)濟性轉(zhuǎn)型”[35]和“技術性轉(zhuǎn)型”[36]；當前，中國“能源轉(zhuǎn)型”的任務主要包括兩方面：一方面，既要有效利用電能替代散燒煤、燃油等能源消費方式，又要大力發(fā)展清潔能源電力替代低效率的火力發(fā)電生產(chǎn)方式，即“電能替代”(1)電能具有清潔、安全、便捷等優(yōu)勢，實施電能替代對于推動能源消費革命、落實國家能源戰(zhàn)略、促進能源清潔化發(fā)展意義重大，是提高電煤比重、控制煤炭消費總量、減少大氣污染的重要舉措。電能替代的電力能源主要來自與清潔能源，即可再生能源發(fā)電以及部分超低排放煤電機組；無論是可再生能源對煤炭的替代，抑或是超低排放煤電機組集中燃煤對分散燃煤的替代，都將對提高清潔能源消費比重、減少大氣污染物排放做出重要貢獻。；另一方面，還要科學優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)新能源與傳統(tǒng)能源、可再生能源與化石能源、清潔能源與常規(guī)能源的協(xié)調(diào)有序和平穩(wěn)升級，即“多能互補”(2)多能互補集成優(yōu)化示范工程，有利于提高能源供需協(xié)調(diào)能力，推動能源清潔生產(chǎn)和就近消納，減少棄風、棄光、棄水限電，促進可再生能源消納，是提高能源系統(tǒng)綜合效率的重要抓手，對于建設清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系具有重要的現(xiàn)實意義和深遠的戰(zhàn)略意義。。無論是“電能替代”，抑或是“多能互補”，中國已從政策層面對“能源轉(zhuǎn)型”的發(fā)展模式提供了必要的制度性保障(3)如：2016年5月的《關于推進電能替代的指導意見(發(fā)改能源〔2016〕1054號)》以及2016年7月的《關于推進多能互補集成優(yōu)化示范工程建設的實施意見(發(fā)改能源〔2016〕1430號)》。；而于漸進的改革過程，體現(xiàn)邊際革命和增量調(diào)整性質(zhì)的重要方面則是以市場為導向的“經(jīng)濟性轉(zhuǎn)型”和“技術性轉(zhuǎn)型”，且二者共同構(gòu)成“制度性轉(zhuǎn)型”的充分條件和必要保證。惟其如此，才能促使能源體制中的“制度性能源轉(zhuǎn)型”體現(xiàn)“自下而上”誘致性變遷和演化的有序過程。

二、模型構(gòu)建

(一)系統(tǒng)邊界及概念模型

對于“中國現(xiàn)階段‘能源轉(zhuǎn)型’是否合理”問題的回答，其實質(zhì)即：界定、分析并論證目前中國進行“能源轉(zhuǎn)型”的基礎和保障是否充分?；谖?、宏觀經(jīng)濟學及新制度經(jīng)濟學的一般原理，為便于從經(jīng)濟性、技術性和制度性等層面分析“能源轉(zhuǎn)型”過程中能源替代-互補關系及“電能替代”和“多能互補”的發(fā)展基礎，同時不失研究的一般性(從復雜系統(tǒng)理論和系統(tǒng)動力學理論的邊界視角)，本文將對中國能源轉(zhuǎn)型概念模型的邊界進行界定(見圖1)，且定位研究范圍為“能源轉(zhuǎn)型”基礎的內(nèi)因分析。

圖1 中國“能源轉(zhuǎn)型”能源替代-互補關系的邊界界定

(二)內(nèi)因判定模型I：經(jīng)濟性

產(chǎn)生“能源轉(zhuǎn)型”電能替代-多能互補關系問題的內(nèi)生原因之一是能源成本或價格的信號引導作用[37]。根據(jù)新古典經(jīng)濟學的基本理論，基于中國能源資源稟賦的基本特點，考慮經(jīng)濟性判定對能源種類的可分離性要求，經(jīng)濟性轉(zhuǎn)型判定分析模型將在修正Allen替代彈性(Allen Elasticity of Substitution，AES)模型的基礎上，通過Morishima替代彈性(Morishima Elasticity of Substitution，MES)模型研究化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電之間的替代-互補關系。

多種能源可作為一種生產(chǎn)要素組合，其成本函數(shù)的能源內(nèi)部替代彈性可僅通過雙重成本函數(shù)來確定。大多數(shù)研究認為能源要素可從勞動、資本及其他生產(chǎn)要素中進行“弱分離”(4)“弱可分離性”意味著盡管總體能源利用水平無法獨立于其他生產(chǎn)要素，但能源組合的成本最小化與勞動、資本及其他要素的最佳組合效果(水平)無關?！叭蹩煞蛛x性”的成本結(jié)構(gòu)可促使經(jīng)濟主體遵循一個連續(xù)的優(yōu)化過程：(1)選擇合適的能源要素，最大限度地降低能源成本；(2)選擇包括能源總成本在內(nèi)的所有要素投入水平。[38-39]，因此能源成本函數(shù)可表示為：

CostEN=f(Costfossil,Costthermal,Costclean)

(1)

其中，CostEN表示能源組合的總成本；Costfossil表示化石能源要素成本；Costthermal表示火力發(fā)電要素成本；Costclean表示清潔能源發(fā)電要素成本。同時給出Translog成本函數(shù)：

(2)

其中，m和n均為能源類型，包括化石能源fossil、火力發(fā)電thermal和清潔能源發(fā)電clean；pm表示能源要素價格；α和β表示模型中待求的經(jīng)濟參數(shù)，且各種能源投入價格滿足齊次線性約束：

(3)

能源組合總成本對能源價格求一階偏導，得到：

(4)

(5)

再根據(jù)AES的定義，得到Allen替代彈性σmn：

(6)

進而可得聯(lián)立方程：

(7)

由此得到AES模型的交叉價格彈性CPEmn，用符號ηmn表示“絕對替代彈性”：

CPEmn=ηmn=sn·σmn

(8)

其中，CPEmn表示隨著能源n價格的變化，對能源m需求產(chǎn)生相應的變化。根據(jù)Hicks邊際替代率的定義，對AES模型進行修正，得到MES模型的“凈替代彈性”：

(9)

其中，OPEnn表示能源n的自價格彈性。根據(jù)Hicks的理論可知：交叉價格彈性CPEmn可用以解釋“總效應”；自價格彈性OPEmn可用以解釋“收入效應”；MESmn可用以解釋“替代效應”?；谖⒂^經(jīng)濟學理論，AES模型和MES模型的價格彈性與能源替代-互補關系可分為3種情境，如表1所示：

表1 絕對交叉價格彈性和凈交叉價格彈性的情境分析

(三)內(nèi)因判定模型II：技術性

“能源轉(zhuǎn)型”電能替代-多能互補關系問題產(chǎn)生的另一個內(nèi)生原因是能源的技術進步推動[40-41]。當三種及以上能源主體的運營效率和效果可超過孤立能源主體的運行效率和效果時(5)“供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革”等制度變遷影響了能源系統(tǒng)中各主體的目標和利益，技術創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級及社會責任履行的需求程度和關聯(lián)性均存在差異。，系統(tǒng)中的能源替代-互補關系問題將得以解決且可形成較為穩(wěn)定的長期互動關系。對“電能替代-多能互補”的技術性轉(zhuǎn)型判定分析模型，一個平衡的能源系統(tǒng)EnS依然可根據(jù)化石能源fossil、火力發(fā)電thermal和清潔能源發(fā)電clean等三種能源類型劃分情況，構(gòu)建三維的Lotka-Volterra Competition(LVC)模型進行技術可行性的判斷(6)LVC模型的思路：首先，設定主導能源技術處于市場飽和狀態(tài)；然后，平衡系統(tǒng)中引入其他具有競爭優(yōu)勢的能源技術，進行技術競爭分析；最后，在確定能源技術的關系后，研究各種能源技術的替代行為，分析主導能源技術在平衡狀態(tài)下被新的競爭性能源技術所替代的可能性及替代形式。。

三維LVC模型由三個獨立的非線性微分方程組成；由于三種能源關系存在不確定性，故采用Bazykin規(guī)范形式給出能源非自治系統(tǒng)的描述：

(10)

表2 能源技術相互作用的情境分類

進而構(gòu)建新模型進行參數(shù)的灰色估計；把公式(10)進行方程轉(zhuǎn)換得到公式(11)：

(11)

其中，c為三維LVC模型的待估參數(shù)。且規(guī)定[42]：

x1,(t+1)-x1,(t)=c1,0[x1,(t)+x1,(t+1)]/2+

[x2,(t)+x2,(t+1)]/4+c1,3[x1,(t)+x1,(t+1)]

[x3,(t)+x3,(t+1)]/4

(12)

進而得到離散化方程。并根據(jù)本文研究目的，選取時間序列18年的數(shù)據(jù)(2000-2017年，涵蓋“九五”期末、“十五”、“十一五”、“十二五”以及“十三五”期初)，得到矩陣方程如下：

[x1,(2)-x1,(1),x1,(3)-x1,(2),...,x1,(18)-x1,(17)]T

(13)

其中，定義：

B1=

(14)

(15)

在最小二乘準則下，存在關系：

(16)

同理，根據(jù)公式(13)-(16)的原理，可得：

(17)

(18)

在不考慮時間序列負荷問題時(即不考慮峰谷時段的電力負荷差異性)，電能屬于“同質(zhì)性”產(chǎn)品。因此，對于既定的社會電力需求空間，火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電存在競爭關系，因此需要構(gòu)建二維LVC模型對兩者之間的競爭穩(wěn)定性進行分析。為分析發(fā)電技術之間的競爭狀態(tài)，即當t→+時xthermal(t) 和xclean(t)的趨向[43]，對“電源系統(tǒng)”進行穩(wěn)定性分析，其拓展模型為：

(19)

其中，xthermal和xclean仍分別表示火力發(fā)電技術和清潔能源發(fā)電技術的發(fā)展空間；rthermal和rclean則分別表示火力發(fā)電技術和清潔能源發(fā)電技術在“電源系統(tǒng)”中的自然增長率；N1和N2則分別表示二維模型無競爭狀態(tài)下火力發(fā)電技術和清潔能源發(fā)電技術的均衡技術總量，即發(fā)電能源產(chǎn)業(yè)的極限技術規(guī)模；δ1和δ2分別表示火力發(fā)電技術和清潔能源發(fā)電技術競爭的相關系數(shù)。

所圍成的空間內(nèi)，火力發(fā)電技術無法擴散，而清潔能源發(fā)電技術可繼續(xù)擴散。因此，清潔能源發(fā)電技術的發(fā)展占主導低位，火力發(fā)電技術的空間將被擠壓。

圖2 火力發(fā)電技術和清潔能源發(fā)電技術之間競爭替代關系的四種情境

三、實證分析

(一)數(shù)據(jù)來源

為了分析中國“能源轉(zhuǎn)型”中能源替代-互補關系，本文選取2000-2017年的相關能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行實證研究。一方面，時間序列數(shù)據(jù)以“九五”期末為基期，跨度涵蓋“十五”期間、“十一五”期間、“十二五”期間以及“十三五”初年，數(shù)據(jù)具有較為廣泛的統(tǒng)計學意義；另一方面，此期間涵蓋了兩輪“電力體制改革”期間以及“供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革”初期，數(shù)據(jù)選取可充分驗證制度變遷過程中的產(chǎn)業(yè)績效。

(1)能源市場份額(x)。為不失研究的一般性，將能源市場份額轉(zhuǎn)化為能源存量(Q)。化石能源市場份額xfossil選取《中國統(tǒng)計年鑒2017》中石油消費量Qoil和煤炭消費量Qcoal。為實現(xiàn)電力供需過程的系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，電力具有“及發(fā)及用”和“實時平衡”等特性，且由于從用戶端無法統(tǒng)計電力產(chǎn)品的屬性來源，故可用發(fā)電量近似替代用電量?；鹆Πl(fā)電市場份額xthermal選取《中國電力年鑒2016》以及2017年國家統(tǒng)計局公布的火電發(fā)電量Qthermal。清潔能源發(fā)電市場份額xclean選取了《中國電力年鑒》中水電、核能、風能、太陽能等4種技術的清潔能源發(fā)電量Qclean；其中，囿于數(shù)據(jù)的不可得性約束，水電和核電選取2000-2017年數(shù)據(jù)，風能數(shù)據(jù)選取2006-2017年數(shù)據(jù)，太陽能數(shù)據(jù)選取2010-2017年數(shù)據(jù)。另外，在用于LVC模型時，能源存量單位需統(tǒng)一換算成“萬噸標準煤”。

(2)能源價格(p)。根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒(2017)》的能源統(tǒng)計和價格統(tǒng)計結(jié)果，參考BP的能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)(2017)，并結(jié)合匯率調(diào)整，可分別獲得石油和煤炭的價格poil和pcoal。再根據(jù)《中國電力年鑒2016》以及國家統(tǒng)計局網(wǎng)站2017年相關數(shù)據(jù)，得到火力發(fā)電加權(quán)平均價格pthermal和清潔能源發(fā)電加權(quán)平均價格pclean。

(3)能源成本(Cost)。根據(jù)能源價格p和能源消費Q的數(shù)據(jù)，計算結(jié)果的單位統(tǒng)一為“萬元”：

Costfossil=poil×Qoil+pcoal×Qcoal

(20)

Costthermal=pthermal·Qthermal

(21)

Costclean=pclean·Qclean

(22)

(二)數(shù)據(jù)處理

1.經(jīng)濟性模型數(shù)據(jù)處理

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和公式(2)的要求，可得三種能源的對數(shù)價格指數(shù)lnP以及成本占比s，如表3所示。此時的sfossil、sthermal和sclean之和為1，即規(guī)定三種能源的消費預算線為1。

表3 三種能源的對數(shù)價格指數(shù)與成本占比

表4 ADF平穩(wěn)性檢驗

通過Johansen協(xié)整檢驗，驗證回歸方程所描述的因果關系存在偽回歸的可能性，結(jié)果如表5所示。協(xié)整檢驗結(jié)果表明：對數(shù)價格指數(shù)與成本占比之間存在穩(wěn)定關系。

根據(jù)普通最小二乘法(OLS)進行參數(shù)估計，結(jié)果如表6所示：

表5 回歸方程協(xié)整檢驗

表6 經(jīng)濟性轉(zhuǎn)型判定分析模型的相關參數(shù)估計值

根據(jù)AES和MES模型，帶入公式(6)-(9)中計算得到2000-2017年中國化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電等三種能源長期的自價格彈性、絕對價格彈性以及凈價格彈性，如表7和表8所示：

表7 中國2000-2017年能源的長期自價格彈性和絕對價格彈性

表8 中國2000-2016年間能源的長期凈價格彈性

2.技術性模型數(shù)據(jù)處理

在一個相對封閉的能源(化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電)系統(tǒng)中(7)系統(tǒng)不受外界影響；且三種能源相同類型內(nèi)部不存在競爭，且不存在技術差異比較。，根據(jù)折算標準(規(guī)定每度電折算0.404千克標準煤，作為電力折算標準煤系數(shù))，得到2000-2017年中國化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電的市場份額走勢，如圖3所示：

(a)

(b)圖3 中國化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電市場份額

根據(jù)公式(11)-(18)對技術性轉(zhuǎn)型判定分析模型的參數(shù)進行估計，結(jié)果如表9所示。根據(jù)表9結(jié)果，參照公式(10)和公式(11)的對應關系，對應求出技術擴散模型LVC中相應的參數(shù)值，如表10所示。

表9 灰色估計模型的參數(shù)估計量

表10 中國能源轉(zhuǎn)型技術性判定LVC模型參數(shù)估計值

(三)結(jié)果分析

1.經(jīng)濟性轉(zhuǎn)型可行性判定

(1)能源轉(zhuǎn)型的自價格彈性

根據(jù)計算結(jié)果，圖4分別顯示了2000-2017年中國化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電的自價格彈性。由其變化趨勢可知：

中國2000-2017年間，化石能源和火力發(fā)電的自價格彈性波動相對平穩(wěn)，而清潔能源發(fā)電的自價格彈性則變化幅度較大?；茉醋詢r格彈性的均值約為-0.19，范圍介于-0.22～-0.16之間，幅度為0.06。火力發(fā)電自價格彈性的均值約為-0.20，范圍介于-0.25～-0.15之間，幅度為0.10。清潔能源發(fā)電自價格彈性的均值約為-0.27，范圍介于-0.32～-0.06之間，幅度為0.26；在2000-2008年，在-0.33～-0.27之間波動，呈平穩(wěn)態(tài)勢；而2008年之后，其自價格彈性的絕對值先減小后增加，清潔能源發(fā)電部門受價格因素影響，且變化較大。三種能源的自價格彈性均為負值，處于消費的“經(jīng)濟區(qū)域”并滿足“需求定理”，在中國要素市場中均屬于“正常商品”；但化石能源和火力發(fā)電的自價格彈性并未產(chǎn)生敏感的波動趨勢，較為成熟的技術使得二者呈現(xiàn)相對明顯的“剛性需求”；清潔能源發(fā)電自價格彈性的絕對值(0.267786)大于化石能源自價格彈性的絕對值(0.193991)和火力發(fā)電自價格彈性的絕對值(0.201353)，清潔能源發(fā)電雖為“正常商品”屬性但受到能源價格的誘導效果強于其他兩種能源；作為能源轉(zhuǎn)型中的“綠電”，清潔能源發(fā)電的價格變化對其需求量的影響更顯著。

(2)能源轉(zhuǎn)型的絕對價格彈性

編程后計算結(jié)果如圖5所示。由2000-2017年中國化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電的絕對價格彈性變化趨勢可知：

在“九五”期末至“十三五”期初，中國化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電的交叉價格彈性均為正值，即從絕對量角度三種能源互為“替代商品”?；茉磳鹆Πl(fā)電和清潔能源發(fā)電的長期絕對價格彈性分別為0.572305和0.646128；火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電對化石能源的長期絕對價格彈性分別為1.512444和0.892095；火力發(fā)電對清潔能源發(fā)電的長期絕對價格彈性為0.872470，清潔能源發(fā)電對火力發(fā)電的長期絕對價格彈性為0.658391。由圖5(a)可知，當電力產(chǎn)品價格降低時，需求側(cè)對于化石能源的需求將隨之減少，“能源轉(zhuǎn)型”過程可從需求側(cè)實現(xiàn)“電能替代”；由清潔能源發(fā)電價格波動所引起的化石能源需求量的變化(彈性變化幅度為0.40～1.00)比由火電發(fā)電價格波動所引起的變化(彈性幅度為0.50～0.70)更顯著，“綠色”電力表現(xiàn)出更為有效的“替代”屬性。由圖5(b)可知，當化石能源價格發(fā)生變化時，電力產(chǎn)品的需求同樣受到影響，同時印證了電能作為大宗商品的“正常商品”屬性而并非僅為政策性工具；火力發(fā)電對于化石能源的交叉價格彈性曲線呈現(xiàn)“倒U”型，其變化幅度為0.60～3.12，表明化石能源價格變化對于火力發(fā)電的影響更顯著；清潔能源對于化石能源的交叉價格彈性曲線呈平穩(wěn)波動態(tài)勢，其變化幅度為0.50～1.39，表明清潔能源發(fā)電對于石能源價格變化的反應較為遲鈍。由圖5(c)可知，在成本層面的價格誘導作用下，雖然火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電互為“替代商品”，但火力發(fā)電對于清潔能源發(fā)電價格的交叉彈性曲線呈現(xiàn)“U”型變化趨勢，而清潔能源發(fā)電對于火力發(fā)電價格的交叉彈性曲線呈現(xiàn)“倒U”型變化趨勢，二者的變化趨勢呈現(xiàn)“此消彼長”的特征。

圖4 2000-2017年中國化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電的自價格彈性

(a)

(b)

(c)圖5 2000-2017年中國化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電的絕對價格彈性

(3)能源轉(zhuǎn)型的凈替代彈性

如圖6所示，分析2000-2017年中國化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電的凈價格彈性變化趨勢；結(jié)合圖5和表1的判定標準，可知：

2000-2017年，中國化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電的凈交叉價格彈性均為正值，即從相對量角度三種能源仍互為“替代商品”?；茉磳鹆Πl(fā)電和清潔能源發(fā)電的長期凈價格彈性分別為0.773659和0.913914；火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電對化石能源的長期凈價格彈性分別為1.706435和1.086086；火力發(fā)電對清潔能源發(fā)電的長期凈價格彈性為1.140255，清潔能源發(fā)電對火力發(fā)電的長期凈價格彈性為0.859745。由圖6(a)可知，“能源轉(zhuǎn)型”過程中，在考慮化石能源自價格變化的情況下，“電能替代”的效率更為顯著；與絕對價格彈性相比，火電發(fā)電價格波動所引起的化石能源凈價格彈性的變化趨勢相同但變化幅度更大，范圍為0.62～0.90；清潔能源發(fā)電價格對于化石能源所引起的凈價格彈性變化趨勢與其絕對價格彈性變化趨勢相同，但凈價格彈性變化范圍的介于0.41～1.29之間，變化幅度的絕對值(0.88)顯著大于絕對價格彈性變化幅度的絕對值(0.60)，強化了“綠電替代屬性更為明顯”的結(jié)論。由圖6(b)可知，與絕對價格彈性相比，火電發(fā)電和清潔能源發(fā)電對于化石能源價格的凈交叉彈性仍呈現(xiàn)相同的變化趨勢，但清潔能源的波動幅度從0.89減小到0.73，其凈價格彈性曲線更為平穩(wěn)。由圖6(c)可知，火力發(fā)電凈交叉彈性的變化范圍介于0.75～1.45，清潔能源發(fā)電凈交叉彈性的變化范圍介于0.55～1.25，且二者的凈交叉彈性曲線以ε=1為中心，呈現(xiàn)上下對稱的變化趨勢；從“電能內(nèi)部替代”的角度，二者互為唯一的“替代商品”。

(a)

(b)

(c)圖6 2000-2017年中國化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電的凈價格彈性

2.技術性轉(zhuǎn)型可行性判定

(1)三維技術擴散效果分析

在“技術性轉(zhuǎn)型判定分析模型”中，由自然增長系數(shù)分析，b1=0.2881、b2=0.4624、b3=-0.6669，其中b2>b1>0，表明在無其它能源競爭情況下，化石能源技術和火力發(fā)電技術自然增長率均為正值，能夠?qū)崿F(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大；從技術促進程度的角度分析，火力發(fā)電技術對產(chǎn)業(yè)自身轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的作用效果比化石能源對自身產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的作用效果明顯。b3<0表明清潔能源發(fā)電技術的自然增長率為負，在相對封閉的系統(tǒng)中，清潔能源發(fā)電技術(如裝機容量)的占比逐漸減小。

由計算結(jié)果可知：a1,1=0.0000、a2,2=0.0680、a3,3=0.1009，化石能源技術擴散過程中對自身無限制性，而火力發(fā)電技術和清潔能源發(fā)電技術在擴散過程中對產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有促進作用。根據(jù)表2的判定標準，對參數(shù)進行分析：①a1,2=0.0418>0且a2,1=0，表示化石能源技術與火力發(fā)電技術的互動關系為“偏利共生”；當清潔能源發(fā)電技術所占份額既定，火力發(fā)電技術單向促進化石能源技術發(fā)展。②a1,3=-0.0524<0且a3,1=0，表示化石能源技術和清潔能源發(fā)電技術的互動關系為“偏害共生”；當火力發(fā)電技術所占份額既定，清潔能源發(fā)電技術單向抑制化石能源技術發(fā)展。③a2,3=-0.0697<0且a3,2=-0.1641<0，表明火力發(fā)電技術和清潔能源發(fā)電技術的互動方式為“競爭關系”；當化石能源技術所占份額既定，火力發(fā)電技術和清潔能源發(fā)電技術形成替代態(tài)勢。

由此，得到三維LVC技術性轉(zhuǎn)型的實證分析結(jié)果：①中國發(fā)電方式仍是以火力發(fā)電為主導地位，清潔能源發(fā)電技術的市場占比相對較小。②在無競爭且無政策性支持的情況下，化石能源技術和火力發(fā)電技術呈正向增長，而清潔能源發(fā)電技術的自然增長率為負值。

(2)二維技術擴散效果分析

雖然清潔能源發(fā)電技術面臨著較為嚴峻的競爭形勢，但火力發(fā)電仍與其存在競爭關系。根據(jù)灰色估計模型，將公式(19)變型為：

(23)

其中，l為二維LVC模型的待估參數(shù)。利用圖3(b)中的數(shù)據(jù)進行計算，得到l1和l2的取值；再將其帶回公式(19)，求解結(jié)果入表11所示：

表11 火力發(fā)電技術與清潔發(fā)電技術二維LVC模型參數(shù)計算結(jié)果

由參數(shù)計算結(jié)果可知：

①現(xiàn)階段在“電源系統(tǒng)”中，中國火力發(fā)電技術與清潔能源發(fā)電技術競爭內(nèi)稟增長率分別為0.1818與0.0252；就“電能內(nèi)部替代”的技術層面而言，火力發(fā)電技術擴散能力強于清潔能源發(fā)電技術。由此反映了兩種發(fā)電技術擴散能力存在差異性，火力發(fā)電技術增長能力略高于清潔能源發(fā)電技術。

3.能源替代-互補關系分析

本文利用MES方法和LVC方法，構(gòu)建了經(jīng)濟性轉(zhuǎn)型判定分析模型和技術性轉(zhuǎn)型判定分析模型；并利用2000-2017年中國能源部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行實證分析，分別對化石能源、火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電在“能源轉(zhuǎn)型”過程中的能源替代-互補關系進行了研究。綜合實證分析結(jié)果，得到三種能源在“能源轉(zhuǎn)型”中的關系，如圖7所示：

圖7 中國“能源轉(zhuǎn)型”中的替代-互補關系邏輯

四、結(jié)論及政策涵義

(一)研究結(jié)論

通過實證分析，本文驗證了能源替代-互補關系對中國能源轉(zhuǎn)型路徑選擇的重要作用，從而為能源產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展提供了一個可能性解釋。主要結(jié)論如下：第一，能源部門屬于“資本密集型”和“技術密集型”產(chǎn)業(yè)集群；現(xiàn)階段中國全面推進“能源轉(zhuǎn)型”意味著中國能源轉(zhuǎn)型將促進資本和技術由高污染能源領域向清潔能源領域轉(zhuǎn)移，進而提高能源經(jīng)濟的質(zhì)量。中國“能源轉(zhuǎn)型”并非能源技術的一種“零和博弈”：一方面，化石能源技術和火力發(fā)電技術相對成熟，雖然目前已實現(xiàn)“規(guī)模經(jīng)濟”，但兩種能源技術仍存在一定的創(chuàng)新機遇和發(fā)展空間。另一方面，清潔能源發(fā)電的成本和技術成為中國“能源轉(zhuǎn)型”成敗的重要因素，對中國能源替代-互補關系的互動和協(xié)調(diào)具有較好的解釋力，但對中國“綠色能源選擇”目標實現(xiàn)的影響程度有限。在無競爭壓力或無自身發(fā)展限制的情況下，火力發(fā)電和清潔能源發(fā)電對產(chǎn)業(yè)自身的轉(zhuǎn)型升級效果要優(yōu)于化石能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級效果，對能源產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展效率和轉(zhuǎn)型效果起到了促進作用。短期角度，化石能源和火力發(fā)電的基礎性、支柱性地位是無法被取代；長期角度，“能源轉(zhuǎn)型”是不可逆轉(zhuǎn)的(8)主要體現(xiàn)在5個方面：(1)技術的可疊加和可積累；(2)經(jīng)濟全球化的倒逼作用；(3)“低碳道德化”和化石能源稀缺性；(4)能源革命對供需格局重塑作用；(5)“能源多元化”和“能源多源化”。，且將是一個長期有序的演化過程。為了實現(xiàn)平穩(wěn)、有序、高效的“能源轉(zhuǎn)型”，必須協(xié)調(diào)好能源替代-互補關系。能源轉(zhuǎn)型并非單純“提高可再生能源份額”，也不僅僅是清潔能源的“成本競爭力”；能源成本的規(guī)模經(jīng)濟和能源技術的比較優(yōu)勢共同造成了中國能源轉(zhuǎn)型路徑的多樣性。

第二，就轉(zhuǎn)型中的“電能替代”而言，可分為“電能外部替代”和“電能內(nèi)部替代”。電能外部替代是實現(xiàn)一次能源依賴向二次能源依賴的有序過渡；電能內(nèi)部替代是實現(xiàn)清潔能源發(fā)電對火力發(fā)電的技術升級。一方面，電力能源在技術層面對化石能源具有較強的替代性，可實現(xiàn)較為有效的“電能外部替代”。從長期交叉價格彈性角度看，與火力發(fā)電相比，清潔能源發(fā)電對化石能源的替代效果更明顯；與清潔能源發(fā)電相比，火力發(fā)電對化石能源價格的反應更敏感。此外，火電發(fā)電價格波動所引起的化石能源絕對價格彈性和凈價格彈性的變化趨勢相同但變化幅度不同：不僅證明了火力發(fā)電既受到電力價格(產(chǎn)品價格)的影響，又受到煤炭價格(要素價格)的影響；同時也證明了在成本角度，目前中國已初步實現(xiàn)“煤電聯(lián)動”，即煤炭價格和火力發(fā)電上網(wǎng)電價呈現(xiàn)一定的協(xié)同性。另一方面，從成本和技術層面，清潔能源發(fā)電和火力發(fā)電呈現(xiàn)競爭狀態(tài)，二者直接成為互相的“替代商品”。在“能源轉(zhuǎn)型”過程中可實現(xiàn)較為有效的“電能內(nèi)部替代”，且清潔能源發(fā)電作為“替代商品”的能力更強。成本和價格對能源轉(zhuǎn)型中的“電能替代”過程具有顯著的“信號”誘導作用；且能源成本價格和能源產(chǎn)品市場價格應是中觀層面和微觀層面進行能源資源配置更為有效的“激勵”。

第三，就轉(zhuǎn)型中的“多能互補”而言：從技術層面看，長期內(nèi)清潔能源技術對“能源轉(zhuǎn)型”的影響程度將逐漸超越火力發(fā)電技術的影響程度，但目前的清潔能源發(fā)電技術的市場占有率無法保證“電能替代”的既定目標(9)雖然風力發(fā)電技術正在向“成長期”過渡，但清潔能源發(fā)電技術整體仍處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展生命周期的“導入階段”。；短期內(nèi)二者將處于一個相對均衡的“多能互補”模式。從成本層面看，由于化石能源中的煤炭是火力發(fā)電的原料(10)中國煤炭消費占比中，約有50%的煤炭作為動力煤用于火力發(fā)電。，因此火力發(fā)電對于化石能源價格變化所表現(xiàn)出的敏感性更為顯著，而清潔能源發(fā)電對化石能源價格變化所表現(xiàn)出的遲鈍，化石能源成為威脅中國能源安全的“根源”且具有較大不確定性，而解決能源安全發(fā)展及轉(zhuǎn)型的途徑則是發(fā)展清潔能源；雖然電力價格的理性回歸，可以促進電力產(chǎn)品對化石能源產(chǎn)品的經(jīng)濟性替代，但由于中國“富煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu)特征，化石能源的價格依然會引起電能產(chǎn)品的同向波動，加之清潔能源發(fā)電在全社會能源消費中的占比較低，導致“電能替代”無法滿足現(xiàn)階段中國能源需求側(cè)的實際要求，電能產(chǎn)品依然受到化石能源價格的顯著影響，在能源需求側(cè)仍需要“多能互補”模式促進“能源轉(zhuǎn)型”?！熬C合能源系統(tǒng)”的目的和作用之一是提高靈活性；為發(fā)揮“經(jīng)濟性轉(zhuǎn)型”和“技術性轉(zhuǎn)型”的基礎作用，不僅需要提高多能互補在綠色能源選擇過程中的有序程度，增強清潔能源的市場力和技術擴散能力，而且還需要協(xié)調(diào)能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)關系，實現(xiàn)“多能互補”與“電能替代”之間的最佳耦合。

(二)政策建議與展望

從長期分析，中國能源轉(zhuǎn)型成效取決于經(jīng)濟模式、技術擴散與制度安排的三方面“創(chuàng)新”。中國很多“一刀切”的能源轉(zhuǎn)型模式未能合理地反映不同區(qū)域能源發(fā)展和安全的需求，對于轉(zhuǎn)型路徑的選擇仍需慎重，轉(zhuǎn)型邏輯和轉(zhuǎn)型思維仍需盡早轉(zhuǎn)變。在市場不健全、政策不到位的情況下，清潔能源發(fā)電自身競爭優(yōu)勢不足，技術擴散的效果將受到其他能源技術現(xiàn)有規(guī)模的制約和影響。從發(fā)展空間上看，與電力技術“內(nèi)部”互動關系的均衡點目標相比，火力發(fā)電發(fā)電量和清潔能源發(fā)電量均未達到均衡配比值；但就相對的均衡目標實現(xiàn)率而言，火力發(fā)電部門已出現(xiàn)“產(chǎn)能過剩”的現(xiàn)象，而清潔能源部門仍存在消納能力不足。就絕對總量而言，“產(chǎn)能過?！睂儆谝环N無序的資源配置扭曲現(xiàn)象，“去產(chǎn)能”可有效地解決資源配置效率的問題；但考慮到市場份額，兩種發(fā)電技術均存在發(fā)展空間，粗放的火力發(fā)電“去產(chǎn)能”也無法實現(xiàn)能源系統(tǒng)的真正轉(zhuǎn)型和升級，同時“消納能力不足”成為了影響清潔能源技術擴散的主要原因。能源總量控制必須與有序發(fā)展效率相協(xié)調(diào)，否則“能源轉(zhuǎn)型”將走向另一個極端，即單純地追求清潔能源在全社會能源消費中的占比。為了弱化能源的資源配置扭曲效應，必須以市場為導向，構(gòu)建具有激勵相容性的、涵蓋經(jīng)濟手段和技術手段的長效機制，“能源轉(zhuǎn)型”過程的重心應逐漸從“僅注重產(chǎn)品”向“兼顧服務質(zhì)量”的方向過渡；同時有序引導中國“綠色能源選擇”和“電力創(chuàng)新”，利用不同的轉(zhuǎn)型路徑優(yōu)化組合影響能源部門的轉(zhuǎn)型行為和升級過程。但同時，也應避免出現(xiàn)能源領域的“馬太效應”，更應該避免能源替代-互補關系“鐘表定率”和清潔能源“搭便車”等無序現(xiàn)象。目前，清潔能源發(fā)電市場化程度較低，電力市場無法產(chǎn)生有效的“信號”誘導技術創(chuàng)新和資源合理配置；技術盲目擴散的行為又反作用于能源電力產(chǎn)業(yè)，而導致了“跑馬圈地”、“圈而不建”等無序發(fā)展現(xiàn)象，且缺乏市場發(fā)展動力。對于中國現(xiàn)有的水力發(fā)電技術、風力發(fā)電技術、光伏發(fā)電技術、核能發(fā)電技術和生物質(zhì)能發(fā)電技術而言，真正意義的“技術性能源轉(zhuǎn)型”，不僅要體現(xiàn)于技術的科學開發(fā)，而且要體現(xiàn)于技術的合理利用。

一方面，本文豐富了國內(nèi)、外有關能源轉(zhuǎn)型可行性方面的研究成果；另一方面，也有助于理解中國能源產(chǎn)業(yè)升級的內(nèi)部驅(qū)動力來源；值得注意的是，本文研究還具有明顯的政策涵義，即轉(zhuǎn)型基礎和均衡目標設定對于中國能源轉(zhuǎn)型以及電力創(chuàng)新等問題具有不容忽視的作用。雖然本文將經(jīng)濟性轉(zhuǎn)型、技術性轉(zhuǎn)型和制度性轉(zhuǎn)型納入中國“能源轉(zhuǎn)型”的研究框架，并從邊界內(nèi)進行了一定的理論與實證分析，但仍存在可進一步完善的空間。一方面，本文針對轉(zhuǎn)型基礎的研究，定位在“能源成本”和“能源技術”本身，而并未考慮其他經(jīng)濟因素(如：共享經(jīng)濟模式、PPP投資運營模式、數(shù)字化商業(yè)模式等)和其他技術因素(如：能源互聯(lián)網(wǎng)、儲能技術、輸電容量及調(diào)度等)；在省略利好機遇的前提下，對于“電能替代”和“多能互補”等轉(zhuǎn)型模式的分析具有一定的局限性。后續(xù)工作中將兼顧內(nèi)、外驅(qū)動因素以進一步優(yōu)化完善。另一方面，本文將能源轉(zhuǎn)型的基礎定位為經(jīng)濟性轉(zhuǎn)型和技術性轉(zhuǎn)型，而沒有重點分析制度性轉(zhuǎn)型的作用機理。但目前，中國能源轉(zhuǎn)型很大程度上需要依靠“制度先行”；在排除制度性因素的情況下，轉(zhuǎn)型可行性判定模型對中國能源體制改革的解釋力上做出了較大的犧牲。后續(xù)工作中將在判定原有模型的基礎上加入“制度性保障”和“政策性支持”，進一步增強研究的現(xiàn)實指導意義。