强制配售可再生能源政策与“绿色悖论”
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摘要：本文以强制配售可再生能源政策为对象，研究政策预期对化石能源开采量的影响，发现政策预期对化石能源市场的驱动作用与政策实施力度及持续时间有关。基于强制配售政策推动能源价格上涨这一假设，本文还发现政策的预期效应大于“绿色悖论”所产生的效应，即强制配售政策并非一定产生“绿色悖论”。具体而言，提高强制配售比例和提前实施强制配售政策都会促使高价能源预期更强更快地影响当前能源价格，导致目前能源价格上涨，进而降低当前化石能源消费，减慢温室气体排放，减缓全球变暖。
关键词：绿色悖论；强制配售；可再生能源
中图分类号：F0622文献标识码：A
收稿日期：2015-09-29
作者简介：汪恒（1987-），男，安徽安庆人，上海财经大学经济学院博士研究生，研究方向：环境经济学、资源经济学；陈瑞（1984-），女，沈阳人，上海财经大学经济学院博士研究生，研究方向：行业自律组织理论、金融理论史，市场营销史。
基金项目：上海财经大学博士研究生创新基金项目，项目编号：CXJJ-2012-398， CXJJ-2011-401。
一、引言
工业革命以来，人类大规模开采并使用化石能源，以煤、石油和天然气为代表的不可再生能源为人类的经济发展提供了充足的能量来源。然而，随着资源利用的不断推进，能源消耗的负面作用开始凸显，其中最广为人知的莫过于“全球变暖”①。气候变暖的根本原因是人类社会大规模地使用化石能源，为了应对这一问题人类社会采取的主要措施是遏制化石能源的使用，可这一限用政策没有考虑到化石能源的经济属性，极有可能带来与政策制定者初衷完全不同的后果。Sinn（2008）就针对碳减排政策提出批评，指出由于这些政策形成的预期可能会改变化石能源生产者当前的行为，促使他们更加积极地生产化石能源，而这会加剧全球变暖，这就是著名的“绿色悖论”（Green Paradox）②。
要理解“绿色悖论”必须认识到化石能源不可再生这一特点，这意味着只要这些资源对于人类的经济价值不消失，人类不主动放弃使用，那么能源对人类社会就具有稀缺性。因此，化石能源使用的关键不是用与不用的问题，而是早用与晚用、快用与慢用的问题。全球变暖的本质在于温室气体过快进入大气从而导致人类社会无法适应快速变化的气候，而我们对于化石能源的快用与早用就意味着温室气体的快排放与早排放，毫无疑问这会加速全球气候的变暖。如果化石能源开采者意识到政策制定者为了应对全球变暖必然会在将来采取更加严厉的举措，如加税来遏制化石能源的使用，企业最优措施莫过于将原本用于未来开采的化石资源腾挪到现在开采，这样就可以尽可能降低未来政策实施带来的损失，而这必然导致化石能源的早用与快用，加剧全球变暖。Sinn（2008）使用一个随着时间推移化石能源使用税率不断提高的模型，证明了税率提高的预期将促使化石能源开采者更多地在当前进行生产。 Gerlagh（2011）将“绿色悖论”引申为弱和强两种形式。所谓的弱绿色悖论是指由于可再生能源会更加便宜的预期而导致当前不可再生能源开采的加速；而强绿色悖论则是指绿色福利随着绿色补贴的增加而减少③。“绿色悖论”意味着任何目前尚未推行或者正在计划之中的碳减排政策都在加剧全球变暖，因为潜在预期使得企业提前进行了能源消费，而这恰恰与制定这些政策的本意相反。
本文考虑一个简单的将在未来实施的强制配售可再生能源的政策。按照“绿色悖论”的思路，未来的强制配售会使得化石能源开采者在未来损失一部分收益，为了规避这一损失，化石能源开采者理应在政策实施前加速生产。然而，本文的研究表明：（1）政策实施力度越大，即提高强制配售比例，未必会使得现在的化石能源开采增加；但如果政策实施的持续时间较长，化石能源生产者在理性预期的指导下会增加前期的生产。（2）“绿色悖论”是否发生与政策实施的方法有关，这正是政策制定者和评论者所忽略的问题。
本文可能的贡献在于：揭示了强制配售作为一种广泛使用的新能源政策，其实施效果与“第二方”的政策实施方法有关。换言之，强制配售与“绿色悖论”之间没有很强的因果关系，政策制定者与实施者不必“谈虎色变”。
二、理论背景和基本模型
（一）强制配售政策与“绿色悖论”：相关理论背景
强制配售政策与“绿色悖论”之间是否存在因果关系已经在经济学界引发了广泛的争论。有些学者认为，强制配售政策与“绿色悖论”之间没有因果关系。例如，Hoel（2010）证明在未来可再生能源技术成本下降的情况下，“绿色悖论”并不成立。Gronwald et al.（2010）通过构造特定的生产模型将石油生产模式设定为哈博特（Hubbert）模型（即石油产出会先增加后减少，这会形成一个石油产量的峰值），然后将Sinn（2008）理论应用于模型中，证明税率的上升会推迟石油产量的峰值，从而否定了“绿色悖论”。另外一些学者指出，“绿色悖论”的出现是有一定前提的。例如，赵健和王敏（2011）认为如果市场是完全竞争的，那么“绿色悖论”仍然起作用；然而一旦市场是完全垄断的，即使政府鼓励对可再生能源的使用，也有可能会让垄断者推迟对不可再生资源的开采。Quentin（2011）认为那些试图使可再生能源替代不可再生能源的补贴会导致“绿色悖论”，而在某些特定条件下，结果则恰恰相反，如对于那些边际成本随着产量不断增加的可再生能源的补贴就不会导致“绿色悖论”。Van and Withagen（2012）指出如果从绿色福利的角度考虑，未来较为便宜的可再生能源未必会导致绿色福利的下降，从而举出了“绿色悖论”的一个反例。
总之，在强制配售政策与“绿色悖论”关系这一问题上，学术界已经做出了许多值得称道的贡献。本文选取一种目前普遍采用的绿色政策对这一问题重新进行审视。目前世界各国的绿色政策当中几乎都有强制使用可再生能源的条款④，较为典型的如乙醇汽油政策。在目前可再生能源价格仍然高于不可再生能源价格的现实条件下，要实现这些目标只能有两种方法：（1）给予可再生能源补贴，使其获得市场竞争力；（2）强制配售可再生能源，让消费者和生产者共同承担可再生能源成本。本文从后一视角诠释强制配售政策与“绿色悖论”之间的关系。
（二）基本模型
考虑一个政策是外生给定的局部均衡模型。假定有两种能源产品，化石能源和可再生能源，它们是完全替代的且可再生能源市场与化石能源市场均是完全竞争的。 令q（t）和X（t）分别代表在时刻t能源的供给和剩余的化石能源储量，初始的储量为X0。qf（t）和qs（t）分别代表在时刻t化石能源和可再生能源的供给量。假定所有的能源都有着固定的边际成本且固定成本为0，令单位化石能源和可再生能源的成本为cf和cs且cf
因为可再生能源市场是完全竞争的且边际成本是个常数，所以可再生能源的最优供应是：
qs（t）==0，ifp（t）
本文并没有设定对于可再生能源的产能限制，所以当p（t）=cs时可再生能源能源满足市场的全部需求，对于能源市场而言，其价格不可能高于cs。可再生能源单位成本cs起着能源市场价格天花板的作用。
给定市场价格，如果没有强制配售政策的话，化石能源供应的决定由下列最优问题决定：
Max{qf（t）}∫T0e-rt[p（t）qf（t）-cfqf（t）]dt
s.t.X（t）・=-qf（t），∫T0qf（t）dt=X0（2）
在该最优化问题中，r是市场利率，反映了未来利润的贴现程度。令λ代表当前的化石能源储量的影子价格，化石能源的供给由Hotelling法则来决定，即市场价格等于目前化石能源储量的影子价值加上单位化石能源的开采成本：
p（t）=cf+λert（3）
如果化石能源所有者开采化石能源并将所得投资到资本市场，他们每期都能获得与市场资本利率同样的回报率。因此，影子价值λert事实上衡量的是如果放弃能源生产所必须的机会成本。由（3）式我们可以得知，只要仍然有化石能源未被开采，能源价格必然会随着时间的推进而逐渐增加。
图1给出了没有强制配售政策时的能源价格路径，可以发现从时刻0到时刻T，能源价格先以指数形式增长，随后保持不变。
（三）强制配售政策下的能源市场模型
在基础模型下，本文将引入政策变量。与Sinn的递增资源税率做法不同，本文采用间隔时间提高配售比例的离散模型，将政府持续不断的提高配售比例的过程分解为政府在每个时期要求不同的配售比例。这种设定较为符合实际情况。以乙醇汽油政策为例，很难想象政府要求每天以0.1个百分点的速度在汽油中添加乙醇，更加可能的政策是在某个时间点后要求使用比例为某一数值的乙醇汽油。
上述模型与为解决不可再生资源的储量效应（stock effect）而出现的开采序列模型（sequence of extraction）有所类似。不可再生资源开采的边际成本往往会随着储量的下降而不断上升，这就是所谓的储量效应。直接解决储量效应问题十分复杂，原因在于它会在汉密尔顿方程当中引入资源储量，使得方程无法得到解析解。为了解决这一问题，资源经济学家将资源视为不同资源的集合，每一种资源都有着固定的边际成本，但是不同资源的边际开采成本却不相同，即将随储量连续变化的开采成本离散化，这样经济学家就把储量效应问题改造成如何安排不同资源的开采序列问题。资源经济学家们指出，在一般的设定条件下（如本文中的设定），资源必然从边际开采成本最低的开始，然后按照成本递增的原则进行开采，直至所有资源开采完毕。
对于强制配售问题，如果化石能源和可再生能源的边际成本不变且可再生能源的成本高于化石能源的话，每一次政府对于配售比例的提高都会使得平均成本向可再生能源进一步靠近，成本会逐步提高，这同开采序列模型是一致的。这是本文将政府持续不断的提高配售比例的过程分解为政府在每个时期要求不同的配售比例的主要原因。
按照以上的设定，本文将不可再生能源的使用分为两个阶段：第一阶段为0到τ，τ为位于[0，T]区间内的一个时间点；第二阶段为τ到T～，T～为新的化石能源耗竭时刻。假定政府决定在τ开始对化石能源公司实施比例为α的可再生能源强制配售政策；在此之前则无该政策要求。显而易见，在时刻τ之前，市场上的能源成本就是化石能源的开采成本cf。
对于化石能源厂商而言，如果时间达到时刻τ，他们只需考虑此时第二阶段的最优开采问题，第一阶段的决策已经无法影响该阶段的决策。那么给定市场价格，考虑强制配售政策的话，第二阶段化石能源供应的决定由下列的最优问题决定：
max∫T～τe-rt[pf（t）qf（t）-cfqf（t）]dt
s.t.X（t）・=-qf（t），∫T～τqf（t）dt=Xτ（4）
在该最优化问题中，Xτ是时刻τ所剩余的化石能源储量。与基础模型一致，令λτ代表化石能源储量贴现到时刻0的影子价格，化石能源的供给由Hotelling法则来决定，即市场价格等于目前化石能源储量的影子价值加上单位化石能源的开采成本：
pf（t）=cf+λτert（tτ） （5）
尽管这一模型和结果与基础模型十分相似，但是需要指出的是，两个模型中均未给出具体的需求函数形式，而这恰恰是本文所研究的问题关键。此外，（5）式中的价格仅仅是化石能源开采者所能获得的价格，而非是市场上真实的能源价格。
对于可再生能源，由于市场是完全竞争的，价格就应该为其成本，即：
ps（t）=cs（tτ）（6）
根据本文的设定，我们可以得出第二阶段市场上的能源价格为：
p=（1-α）pf（t）+αps（t）=[（1-α）cf+αcs]+（1-α）λτert（tτ）（7）
显而易见，在时刻τ之后，市场上的能源成本就是化石能源和可再生能源的混合成本cb=（1-α）cf+αcs。为方便讨论，本文同时将（1-α）λτ定义为ηb。
现在考虑在第一阶段开始时即时刻0时化石能源厂商的最优化问题。由于市场是完全竞争的，化石能源厂商面临的问题事实上仍然与基础模型一致。那么给定市场价格，考虑强制配售政策的话，第一阶段化石能源供应的决定由下列的最优问题决定：
max∫τ0e-rt[pf（t）qf（t）-cfqf（t）]dt
s.t.X（t）・=-qf（t），∫τ0qf（t）dt=X0-Xτ（8）
令ηf代表未来有强制搭售政策时当前的化石能源储量的影子价格，化石能源的供给由Hotelling法则来决定，即化石能源的价格等于目前化石能源储量的影子价值加上单位化石能源的开采成本：
pf（t）=cf+ηfert（t
由于此时市场上只有化石能源，即市场上的能源价格就是化石能源的价格，我们可以得出第一阶段市场上的能源价格为：
p=pf（t）=cf+ηfert（t
由于政策在事先就被预期，能源的价格应该在政策宣布时即t=0时就发生调整，而在时刻t=τ时价格应该是连续的，即：
cf+ηferτ=cb+ηberτ（11）
在化石能源完全耗竭时，即能源市场完全由可再生能源开始占领时，价格同样应保持连续，即：
p（T～）=cs（12）
由于化石能源会被完全耗竭，我们可以得到：
∫τ0h（p（t））dt+（1-α）∫T～τh（p（t））dt=X0（13）
按照式（11）-（13），我们可以得出强制配售政策下的能源价格路径，具体见图2。
图2强制配售时的资源价格路径
从图2中可以看出，在第一阶段，能源成本较低，但价格以较高的速率增长；而在第二阶段，能源成本较高，但价格以较慢的速率增长。图2给出的资源价格路径与Hartwick（1978）中的不可再生资源价格路径十分相似，事实上，我们完全可以把强制搭售政策前后的能源视为两种成本不同的不可再生资源，从而将这两个模型联系起来。尽管如此，两者还是有不同之处：（1）Hartwick模型中两种资源的转换时间是内生的，而本文则是外生给定的；（2）Hartwick模型中两种资源不能同时使用是因为一种资源不可能有两种价格，而本文中两种不同质的资源是政策强制所造成的。
三、强制配售政策与“绿色悖论”的关系
对于政府而言，其实施强制配售政策的力度可以由两个指标来含量：一个是政策本身的强度α，该值越大，表明政府要求的强制搭售的可再生能源比例越高，即政策强度越大，对于当前的影响也就会越明显（具体的结果需要进一步分析）；另一个就是政策实施的时间τ，该值越小，实施的时间就会越早，化石能源厂商采取的行动可能就会越大（这一结果也需要进一步分析）。
给定（11）-（13）式，我们可以得到定理1。
定理1：如果能源市场是完全竞争的，强制配售政策的强度α越大，政策实施前的化石能源价格就会越高，政策实施后的化石能源价格就会越低，化石能源耗竭的时间就会越晚，即ηf/α>0；λτ/α0。
图3给出了如果政策强度变化，能源价格路径的变化图。当政策强度由α增加到α′后，当期的价格由cf+ηf上升到cf+ηf′，且在时刻τ之前，能源价格都比原来要高。由于h′（p）
这一结论与“绿色悖论”正好相反，更大政策强度的绿色政策预期带来了当期化石能源消费量的下降，其中的逻辑在于：由于在第二阶段搭配使用了高成本的可再生能源，使得第二阶段能源市场的价格上升，而第二阶段的能源价格上升的预期导致了第一阶段的能源价格一起随之上升。这一上升趋势大于因为“绿色悖论”效应带来的价格下跌趋势，因而从总的效果来看，第一阶段价格上升，化石能源消费量减少。
进一步考虑极端情况。如果α=0，那么这就是前文所述的基础模型；如果α=1，那么在时刻τ之后化石能源就要被强制退出市场。当α=1时，ηb/α趋近于负无穷大，这意味着ηb在α趋近于1时已经是负值了，这种情况是不可能的，因为这意味着化石能源厂商所得的价格pf（t）小于化石能源的成本cf，此时化石能源厂商必然退出市场。事实上，ηb最小值就为0，此时无论α如何提高，ηb都为0。由此，我们可以得出：
推论1：如果能源市场是完全竞争的，强制配售政策的强度α存在某一上限α-，α-∈（0，1），如果超过这一限度，化石能源厂商接受的价格就是化石能源开采成本。
同理，给定（8）-（10）式，我们同样可以得出现阶段能源消费与强制配售政策开始实施时间τ的变化对于现在能源消费的影响，即定理2。
定理2：如果能源市场是完全竞争的，强制配售政策的时间τ越早，政策实施前的化石能源价格就会越高，政策实施后的化石能源价格就会越低，化石能源耗竭的时间就会越晚，即ηf/τ0；T～/τ
定理2反映了政策实施时间的预期对于现阶段能源生产的影响。从中可以发现，提前政策实施时间产生的预期所导致的效果同样与“绿色悖论”不一致，即政策实施的时间提前一方面会导致现在的能源价格上升，化石能源厂商在第一阶段的化石能源产出减少；另一方面将导致第二阶段中的化石能源价格下降，化石能源厂商更多得在这个阶段生产，从而避免产生绿色悖论。
图4给出了如果政策实施时间由τ变化至τ′，价格路径如何变化。从图4可以看出，第一阶段的能源价格都随着政策实施时间推迟而下降，而第二阶段的能源价格则随之上升，化石能源的耗竭时间也随之提前。这其中的原因在于：由于实施强制配售政策，未来的能源价格必然上涨，如果预期到未来价格的上涨，那么政策越早实行，当期受到的影响就会越大，价格就会上涨得越高；而如果政策实施时间越迟，厂商就有更多的时间来调整价格适应未来的高价，从而降低现在的价格。
同讨论政策强度一样，本文也将研究极端情况时政策实施时间对于现阶段能源生产的影响。如果τ=0，也就是完全没有形成预期的话，由于被强制配售可再生能源，能源的成本提高，价格也会随之提高，对能源的消费量下降，而只占能源消费一部分的化石能源消费也必然会随之减少，这表明“绿色悖论”将无法形成。这一结果说明了一个很重要的结论：“绿色悖论”是预期导致的，没有预期就不会有“绿色悖论”。如果τ=T，即化石能源耗竭完毕才开始使用，那么这一政策对化石能源厂商就没有影响，化石能源厂商仍然会按原来的价格路径来进行生产。
四、结论
本文分析了存在强制配售可再生能源的预期时能源市场的应对策略，或者说“绿色悖论”在强制配售政策下是否一定发生的问题，结果表明强制配售政策不会产生“绿色悖论”。如果提高政策的实施强度，要求化石能源厂商在未来搭配销售更高比例的可再生能源，未来的高价政策预期会导致现在化石能源厂商提价，这不会导致“绿色悖论”；如果改变政策实施时间，提前要求强制配售可再生能源的话，这一举措会导致化石能源厂商预期未来的高价能源会提前到来，而这会降低现阶段的化石能源消费，从而减少现阶段的碳排放，也不会导致“绿色悖论”。本文的研究还表明，预期的形成是绿色悖论产生的最主要原因，如果无法形成预期，例如立即开始实施，“绿色悖论”将不会产生。
注释：
①全球变暖与温室效应密切相关，温室效应是指由于地球大气中存在着以水蒸气和二氧化碳为代表的温室气体，部分被太阳辐射到地表然后又被反射的热量被留在大气层当中，这使得地球的温度保持在一定的范围之内。但是当大气层当中温室气体含量增加后，被留下来的热量也会增加，这会导致大气平均温度的上升。如果这种上升的趋势过快，将会导致全球气候的急剧变化，如果人类社会无法适应这种快速变化，就会产生巨大的损失。而人类对于化石能源的大规模开发就会导致温室气体排放的增加，而这恰恰会导致温室气体在大气中含量的快速上升。所以从本质上讲，全球变暖就是指人类无法适应自己所导致全球气候快速变化而产生的危机。
②Sinn H W. Public policies against global warming： a supply side approach[J].International Tax and Public Finance， 2008， 15（4）：360-394.
③Gerlagh R. Too Much Oil[J].CESifo economic studies， 2011， 57（1）： 79-102.
④在美国，《可再生燃料标准》要求燃料生产商按照一定比例将可再生燃料与汽油混合，该政策最早由美国环保署（EPA）根据《2005年能源政策独立法案》制定，巴西则是世界上第一个不使用纯汽油做汽车燃料的国家 ，而在国内，乙醇汽油也在积极推广之中。除了乙醇汽油，各国对于其他可再生能源的推广使用也十分积极，如丹麦要求以2020年为基准，可再生能源满足全国35%的能源需求，其中风电将满足全国50%的电力需求 ；而依据国务院新闻办公室的《国家应对气候变化规划（2014-2020年）》，中国风电和光电装机容量要分别达到2亿千瓦和1亿千瓦。
参考文献：
[1]Gronwald M， Jus D， Zimmer M. The Green Paradox and the Choice of Capacity[R].working paper， 2010.
[2]Hoel M. Is there a green paradox？[R].CESifo working paper： Energy and climate economics， 2010.
[3]Sinn H W. Public policies against global warming： a supply side approach[J].International Tax and Public Finance， 2008，15（4）： 360-394.
[4]Van der Ploeg F， Withagen C. Is there really a Green Paradox？[J].Journal of Environmental Economics and Management，2012，64（3）： 342-363.
[5]Wang M， Zhao J. Climate Change Impacts of Renewable Energy Policies： the Role of Capacity Constraints and Market Power[R].Working Paper， 2011.