中国能源安全分析:基于最优消费路径视角
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摘要 进入新世纪以来，中国能源生产不能满足能源需求的强劲增长，导致能源对外依赖性较大，能源进口和海外开发又面临较多挑战。国内能源开发粗放，能源利用效率低下，新能源和可再生能源发展较晚，能源战略储备不完善等问题也很突出。本文在中国具体实际的基础上，通过建立一个简单的两时期消费最优化模型，并综合考虑本国能源与能源进口和海外开发之间、传统能源与新能源和可再生能源的开发与利用之间这两个关键的替代关系及提高能源利用效率的可能影响，得出了中国能源消费的最优跨期消费路径。当前能源消费中的很多问题，包括日益增大的“能源缺口”，都源于实际能源消费量严重偏离了这一“最优路径”所规定的消费水平。因此，为了有效缓解乃至从根本上消除中国的“能源缺口”，中国能源消费应严格按照此最优跨期消费路径进行，同时尽可能地增加能源进口、加快发展可再生能源和新能源并提高能源使用效率。
关键词 能源缺口；能源安全；新能源；能源供求
中图分类号 F206 文献标识码 A 文章编号 1002—2104（2012）10—0137—07 doi：10.3969/j.issn.1002—2104.2012.10.020
能源最优利用问题的研究始于自然资源经济学的创始人霍特林（Hotelling）于1931年提出的“霍特林法则（Hotellings Rule）”：为了确保不可再生能源利用的效用最大化，能源价格增长的速度应该等于社会贴现率[1] 。1970年代的石油危机引发了西方学者对这一问题的新一轮研究热潮，主要的成果体现在理论方面，许多学者利用动态最优化理论和不确定性等理论工具，将霍特林所开创的研究领域的广度和深度都进行了拓展[3—9]。但是，霍特林所得出的确保能源最优消费的核心结论并没有被动摇，而是得以发展为各种不同的表现形式，同时也得到了更多的实证检验[2，10]。进入21世纪以来，随着中国经济的快速发展，不断增长的能源消费需求与较低水平的能源占有量之间的矛盾已成为制约国民经济快速发展的一个重要问题。“有水快流”式的粗放开发模式、较高的石油对外依存度以及相对较低的新能源和可再生能源的利用水平是当前中国能源利用中的三大问题。虽然国内学者也就能源紧缺问题做了大量研究，但目前的研究主要集中在对国内能源供需水平的数值测算和预测[13—14]以及政策分析等层面[11，14]，而针对当前能源利用中的主要矛盾从理论高度分析能源开发利用问题的研究还比较缺乏。本文通过建立严谨的数理模型框架，针对前述能源利用中的主要问题，阐明中国“能源缺口”的成因，并从理论上分析两种根本上消除中国“能源缺口”的可行办法：发展新能源，以及提高能源利用效率。本文的理论分析可以帮助我们加深对中国能源问题的理解，同时也为今后进一步的实证分析提供了相应的理论依据。
1 理论分析：基本模型的建立
“能源安全”是一个综合概念，包括能源生产安全、消费安全、运输安全等等方面。本文着重从能源消费安全方面进行分析，即能否在经济体可承受的合理价格之下，持续、足量地满足经济体的能源需求。近年来，对能源安全的探讨扩展到使用安全方面，即能源使用不能对人们赖以生存的环境造成破坏。对于世界上多数能源消费大国来说，保障能源持续、及时和足量地满足国民经济和社会发展的需要，并且保持价格的可接受性，成为了一项重要的政治和经济任务。
为了从经济层面更好地量化“能源安全”这一指标，本文用“能源最优消费路径缺口”的大小来表现“能源安全”的严重程度。在下面的分析中，“能源最优消费路径缺口”（以下简称“能源缺口”）的定义为，在至少满足每一时期最基本能源消费需求的前提下，为了保证能源消费的社会福利最大化，由能源最优消费路径所决定的能源消费量与维持一定产出所必须的最低能源消费量之间的差距。建模过程中未涉及开采成本因素。具体地，我们可以用以下公式来表示“能源缺口”的大小：
能源缺口（t）=维持一定产出所必须的最低能源消费量—能源最优消费量
（1）
这里括号中的t意为第t个时期。能源缺口的数值越大，说明按照最优路径求出的能源最优消费量较能源最低要求消费量之间的差距越大，因而能源供给的形势越严峻，“能源安全”的程度也就越低。式中的能源最优消费量很可能与能源实际消费量并不相同，因而此处我们定义的“能源最优消费缺口”与国内学者分析时常用的“能源缺口”（能源的实际需求量高出实际供给量之间的差额）的概念并不相同。
3）
这样的需求函数形式与一些学者的实证结果相符合。如Cooper（2003）和滕泰等（2006）的实证结果表明，包括中国在内的主要经济体的石油价格弹性都非常低，因此可以设定两个时期的线性能源消费需求函数的斜率不变[12—15]。此外，根据Cooper的测算，石油需求的长期需求弹性要高于短期需求弹性。较高的长期需求弹性可能反映了化石能源利用效率的提高和新能源得以更广泛地利用后对化石能源依赖性的降低。当未来时期的需求不确定性z>0时，根据我们的需求函数得出的长期需求价格弹性就会比短期需求价格弹性更高。
在供给方面，能源总供给量由三个方面共同决定：国内能源总储量Q，当期能源进口量Qim1和未来时期能源进口量（1—x）Qim2。国内能源总储量是一定的，当期能源进口量也已经确定，唯一存在不确定性的就是未来时期能源进口的数量。这里用x表示未来时期能源进口的风险因子，Qim2为未来时期潜在能源进口最大可能水平。X的取值范围介于0和1之间。因而两个时期能源消费的约束条件为
（4）
对于整个经济体而言，能源消费效用最大化的理想情况是消费者获得了消费能源全部的经济租，即消费者剩余和生产者剩余之和。在这种理想情况下，能源跨期消费最大化问题为
中国人口·资源与环境 2012年 第10期基本模型的思路来源于Weinstein 和 Zeckhauser[3]的原始模型。主要是从能源市场的供给和需求端入手来考察能源最优消费问题，并同时考虑供给和需求两个方面的不确定性。设国内总能源存量为Q，并且假设没有能源储备，也不考虑可再生能源的开发利用。为了使模型尽量简化并不失一般性，仅考虑两个时期：当前时期（t=0期）和未来时期（t=1期）。假设在未来时期能源供给和需求两方面都存在不确定性。在需求方面，假设两个时期能源社会需求函数分别为d0（q0）和d1（q1，z），其中q0和q1分别是两个时期的能源消费量，z为影响未来能源需求的不确定性因子。为了简单起见，且不失一般性，两个时期的需求函数都设为线性形式：