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劉洽，趙秋紅
(北京航空航天大學經濟管理學院，北京100191)
摘要：論文考慮由可再生能源發電企業和傳統化石燃料發電企業組成的電力供應市場，分析可再生能源電價補貼政策、可再生能源技術研發投入補貼政策、不可再生能源碳排放價格政策的影響，建立了兩類電力企業以自身利潤最大為目標的決策模型，給出了最優解的表達形式。論文結合我國生物質能源政策，分析得出：提高可再生能源技術研發投入補貼率是刺激企業增加技術研發投入的有效措施；為優化我國能源結構同時增加社會總發電量，不能將碳排放價格制定過高，而應重點降低可再生能源的發電成本。最后，論文引入由消費者剩余、電力部門總收入、補貼或者稅收收入轉移、環境損害組成的社會福利函數模型，構建了基于社會福利最大的可再生能源政策決策模型，得出我國應加大生物質能源研發投入補貼率、提高碳排放價格實現社會福利最大化。論文的研究工作和得到的結論對相關部門制定有效的可再生能源政策具有積極的指導意義。
0引言
隨著全球經濟的發展，世界各國對能源的需求不斷增加。2010年，幾乎各種能源的增長率都超出過去10年平均增長率的1倍以上，能源已成為世界各國經濟發展和民眾生活的重要議題。在中國，國民經濟的快速增長使全社會用電量逐年增加，據中國電力企業聯合會發布的2012年全國電力工業年快報統計，2012年全社會用電量4.96萬億Kw·h，我國未來的電力需求將更大。世界能源消耗以不可再生的化石能源(石油、天然氣、煤炭)為主，不可再生能源資源有限，大量使用不可再生能源會導致其枯竭，并且會對環境產生不可恢復的破壞。所以，國內外很多國家開始重視對可再生能源的開發與利用。
生物質能源作為可再生能源的一種，其原材料資源豐富、成本低，已引起世界各國的高度重視，歐盟、美國等發達國家都走在了生物質能源發電產業的前列，我國近年來也高度重視該產業的發展。2006年我國制定了《可再生能源法》，計劃在2010年將生物質發電總裝機容量增加到400萬千瓦，2020年到2400萬千瓦。這項政策極大地刺激了生物質發電產業的投資，2006-2009年，生物質發電的投資總額由168億元增加到452億元，年均增長率在30％以上；同年，國家發改委制定了《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》，規定生物質發電項目上網電價由國務院價格主管部門分地區制定的標桿電價和補貼電價組成，并兩次上調高脫硫標桿電價，目前補貼電價標準為每千瓦時0.25元(補貼15年)；2007年，國務院制定了《中國應對氣候變化國家方案》，該方案以生物質發電為重點，大力推進生物質能源的開發和利用；2008年，財政部秸稈能源化利用補助資金管理暫行辦法》完善了生物質能源發電的資金補助政策；2010年，國家發展改革委發布了《關于生物質發電項目建設管理》的通知，高度重視生物質發電規劃工作，落實了生物質資源的條件和保障措施。
可再生能源的開發與使用能有效緩解我國能源壓力、改善我國能源結構。但是，與傳統的化石燃料發電相比，可再生能源發電固定成本高、風險大、投資積極性低。所以，為了提高可再生能源發電企業的積極性、增強可再生能源發電企業的市場競爭力，政府必須出臺一系列政策扶持可再生能源企業的發展。Fischer提出可再生能源發電政策包括：限制碳排放量、碳交易市場、能源稅收政策、上網電價制度、市場配額制、生產補貼、研發支持。張阿玲提出強制性市場配額是國際通行的做法，政府財政補貼和稅收優惠等政策能對可再生能源產業鏈條進行激勵；RJobinson提出制定政府財政補貼和稅收優惠等政策對可再生能源產業鏈進行激勵；0wen指出內部化常規發電成本刺激可再生能源企業的發展。
很多學者對各類可再生能源政策進行對比分析。Butler通過比較德國和英國現行的可再生能源政策，得出配額制的政府支出要比上網電價制度政府支出少；Fischer運用數學模型分析了稅收和補貼政策同時使用時發電企業的利潤情況；Jennifer以風力發電為例，得出市場配額制使用會增加社會成本，綠色交易證書政策的使用也會增加社會成本；吳文建研究四種政策下的收益分配結果，得出制定配額制是可再生電力政策的重要方向。很多學者分析比較專門可再生政策(增加可再生能源的收益或減少可再生能源的成本)和環境類政策(增加不可再生能源的污染成本)得出，環境類政策符合污染者付費的傳統規范，符合經濟學的效率和福利觀點，是更為有效的可再生能源政策。
可再生能源政策引導著可再生能源的開發與使用，在制定可再生能源政策時，如果缺乏對可再生能源利用所帶來的綜合效益的系統全面認識，僅關注如何最大化可再生能源政策帶來的經濟效益，而不全局考慮如何使得整個社會福利的最大化，會誤導可再生能源的發展。所以，在制定可再生能源政策時，不僅要考慮可再生能源政策帶來的經濟性，還要綜合考慮消費者剩余、環境性等其他因素。翁章好提出在制定可再生能源政策時，應從效率、福利、消費者負擔等視角進行綜合考慮；Fischer提出根據由消費者剩余、電力利潤、環境污染、政策費用構成的社會福利函數來制定可再生能源政策。
近年來，很多學者開始結合具體的可再生能源政策進行實證研究。Ozcan對土耳其18位可再生能源領域的投資者進行采訪，分析了土耳其可再生能源激勵制度的有效陛及激勵政策優缺點；Fais從長期的角度，研究和分析了不同類型的可再生能源政策機制對可再生能源發展的影響，比較德國上網電價制度與其他機制，得出德國上網電價制度下，可再生能源發電量在未來的增長趨勢；Hoefnagels研究了在不同的可再生能源政策下歐盟國際和國內固體生物燃料的使用情況，得出：歐盟若要在2020年實現20％的可再生能源目標，必須制定限制溫室氣體排放等政策。
本文基于Held、Fischer對可再生能源政策的研究，結合我國現行的可再生能源政策法規，研究了可再生能源電價補貼、可再生能源技術研發投入補貼、不可再生能源征收碳排放價格這三類可再生能源政策，對可再生能源發電企業和傳統化石燃料發電企業生產決策的影響。并以備受關注的新型生物質能源發電為例，結合我國已有的生物質能源發電政策，分析了生物質能源發電產業的發展現狀，并提出了相應的政策建議。本文還建立了由消費者剩余、電力利潤、環境污染、政策費用構成的社會福利函數，構建了基于社會福利最大化的三類政策制定的最優化模型，并求解得到了最優的政策決策。
1問題描述
本文將電力市場簡化，假設電力市場只存在可再生能源發電企業和傳統化石燃料發電企業兩類發電企業，兩類發電企業是完全競爭的，且可再生能源發電企業、傳統化石燃料發電企業都以自身利潤最大化為目標進行生產決策。本節將研究可再生能源電價補貼、可再生能源技術研發投入補貼、不可再生能源征收碳排放價格這三類政策，對兩類發電企業投入、產出決策的影響，即可再生能源發電企業如何根據這三類政策，決定其發電量和技術研發投入；傳統化石燃料發電企業如何決定其發電量和碳排放系數。
1.1傳統化石燃料發電企業
傳統化石燃料發電企業指以不可再生的化石燃料為原材料的發電企業。傳統化石燃料發電技術成熟，發電成本低，但是碳排放量大，會造成一定的環境污染，且發電原材料資源有限。雖然，傳統化石燃料發電目前構成我國電力的主要供給，但是政府在逐漸減少傳統化石燃料發電，以優化我國能源結構。
直接影響化石燃料發電企業生產決策的政策主要是向不可再生能源征收碳排放價格(t)，碳排放價格是對化石燃料發電帶來的環境污染的一種懲罰。傳統化石燃料發電企業的生產決策包括兩項：傳統化石燃料總發電量(f)和碳排放系數(u）。碳排放系數表示單位發電量帶來的碳排放水平，碳排放系數越大生產成本MC(u)越低，而相應的碳排放懲罰成本t×u越大。本文假設，不可再生能源的發電生產成本函數MC(u)與發電企業的碳排放系數(札)成二次函數關系：
1.2可再生能源發電企業
可再生能源發電企業指以可再生的非化石燃料為原材料的發電企業，如：風力發電、光伏發電、生物質能發電等。可再生能源發電起步較晚，發電成本高，但是其原材料可再生，并且屬于環境友好型，受到各國政府的鼓勵和扶持。
直接鼓勵可再生能源發電企業的政策主要是可再生能源電價補貼政策和可再生能源技術研發投入補貼政策。可再生能源電價補貼是在可再生能源上網電價的基礎上加價s(電價補貼)，以提高可再生能源發電的收益；可再生能源技術研發投入補貼是政府分攤一定比例(Z)的技術研發投入，以減輕可再生能源技術研發投入的資金負擔。可再生能源發電部門的生產決策包括可再生能源總發電量(q)和技術研發投入(h)，技術研發投入是指發電部門進行的能效投資，用以提高發電效率、降低發電成本。本文假設，可再生能源發電總成本函數為C(K，G)，是關于可再生能源知識存量函數K(h)和可再生能源發電成本函數C(q)的函數：
知識存量函數K(h)表示一定的研發和投資水平下的技術水平。技術研發投入的增加，能提高發電企業的技術水平，從而降低發電總成本，所以，本文設定K(h)是關于h的減函數。此外，一定技術研發投入會產生相應的研發投入成本，可再生能源技術研發投入成本函數H(U)是h的增函數，本文參考Fischer已有的研究，將研發投入成本函數表示為線性函數。綜上，本文設定：
1.3兩類發電企業基于自身利潤最大化的決策模型
在本節開頭，本文已假設可再生能源發電企業、傳統化石燃料發電企業以自身利潤最大化為目標，將根據政府制定的可再生能源電價補貼政策(s)、可再生能源技術研發投入補貼政策(z)、不可再生能源征收碳排放價格政策(t)這三類政策，進行相應的生產決策。可再生能源發電企業和傳統化石燃料發電企業的發電量構成電力系統的總供給量，共同決定市場電價。本文假設，發電企業是價格的接受者，價格P與發電量(q+f)存在以下關系：
可再生能源發電企業和傳統化石燃料發電企業的生產決策，都是以自身利潤最大化為目標的，所以令可再生能源發電企業利潤對發電量(q)、技術研發投入(h)求導等于0；傳統化石燃料發電企業利潤對發電量(f)、碳排放系數(μ)求導等于0，得到下面方程組：
2基于我國生物質能源發電政策的算例分析
目前，我國生物質能源發電產業最主要的政策是生物質能源電價補貼政策。2006年，國家發展改革委印發的《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》規定：生物質能源發電項目上網電價補貼標準為0.25元／Kwh，發電項目自投產之日起，15年內享受補貼電價，且補貼電價按2％逐年遞減；運行滿15年后，取消補貼電價。
本節結合我國生物質能發電產業近年來的政策法規，收集生物質能源發電行業具體的數據，對我國可再生能源中的重要一類，即生物質能源發電的發展現狀做了相應的研究和分析。本節研究了在現行的生物質能源電價補貼政策下，可再生能源技術研發投入補貼政策、不可再生能源碳排放價格政策對生物質能源發電產業的影響，并提出了相應的政策建議。
2.1算例參數解釋
2.2我國生物質能源技術研發投人補貼政策對技術研發投人影響的分析
我國生物質能源發電正處于初始階段，發電成本高、風險大，且國內缺乏專門的生物質燃燒鍋爐設計能力、生產制造能力和使用經驗，專業技術人才匱乏，國家科研支撐也顯不足。我國生物質發電相關的軟科學研究滯后、技術科研投入不足，是生物質能源開發和利用的一大難題。如何鼓勵和刺激生物質能源發電企業進行技術研發投入，從而提高企業的生產水平、降低生產成本，實現生物質能源發電的長遠發展是政府政策制定的工作重點。本文1.3節研究已得：
綜上分析，政府加大可再生能源技術研發投入補貼率，是鼓勵和增加技術研發投入的最有效途徑。目前，我國生物質能源發電處于初級階段，加大對生物質能源技術研發投入的補貼，提高生物質能源技術研發投入補貼率，分擔企業的研發投入成本，才能鼓勵和提高企業研發投入水平，推動整個生物質能源發電行業的發展。
2.3我國不可再生能源碳排放價格政策對優化我國能源結構的分析
2006年頒布的可再生能源中長期發展規劃》提出，我國未來能源重點發展領域包括生物質能源發電產業，并提出在“十一五”前3年的兩項目標：第一，優化我國能源結構，提高可再生能源在整個能源結構中的比重，尤其是生物質這種新型的、低污染的能源；第二，增加社會總發電量，以滿足日益增長的電力需求。本文在1.3節已得到可再生能源發電部門發電量(q)與傳統化石燃料發電部門發電量(f)的表達式，如下：
為了優化能源結構，而采取減少傳統化石燃料發電部門發電量的措施，只適用于可再生能源發展的成熟階段。在初始階段，可再生能源發電量總量太少，基本靠傳統化石燃料發電滿足全國的電力需要，提高碳排放價格會使社會總發電量減少，很難滿足日益增長的經濟需求。
綜上，為了實現《規劃》中提出的優化我國能源結構、增加社會總發電量的雙重目標，應著重考慮如何降低生物質能源的發電成本。在生物質能源發展初期，不宜將碳排放價格制定過高，只有當生物質能源發電趨于成熟后，才能通過增加碳排放價格以優化能源結構。
3政府基于社會福利最大化的政策制定
政府作為政策的制定者，引導和決定著發電部門的生產和投入決策。政府在制定可再生能源政策時，要用全局的視角，考慮如何使整個社會資源得到最優的分配，實現社會福利的最大化。不能簡單地只考慮可再生能源政策帶來的經濟性，而忽視環境效益、社會效益、可持續發展效益、消費者負擔等其他因素。Fischer提出的社會福利模型是目前較為完善的可再生能源政策制定模型，他考慮到了除經濟效益以外的其他因素，將社會福利綜合為：
《中國資源綜合利用年度報告(2014)》統計，我國2013年全國社會用電量達5.3×1012kW·h，其中傳統化石燃料發電4.77×1012kw·h(約占總發電量的90％)，生物質發電3.7×1010kW·h。而在本文給出的最優決策下，傳統化石燃料發電企業發電量5.9×1012kW·h；可再生能源發電企業發電量5.2×1010kW·h。所以，本文給出的最優決策能夠更好地滿足日益增長的電力需求。
目前，我國現行的生物質能源電價補貼s=0.0418美元，國內外碳排放價格t=216(t-c／kW·h)，據《中國低碳發展報告(2013)》統計，我國生物質能源技術研發投入補貼率z=0.55(其中中央財政補貼20％，社會投資補貼35％)。與本文得到的最優政策相比，本文建議政府加大生物質能源技術研發投入補貼率，提高碳排放價格。
4結論
本文通過建立可再生能源發電企業、傳統化石燃料發電企業利潤最大化的生產決策模型，研究了在可再生能源電價補貼政策、可再生能源技術研發投入補貼政策、不可再生能源碳排放價格政策這三類能源政策下，兩類發電企業的生產決策，給出了最優解的表達式。表明：傳統化石燃料發電企業關于碳排放系數的決策，僅受不可再生能源碳排放價格政策的影響；可再生能源發電企業的發電量僅由可再生能源技術研發投入補貼率決定。
論文結合我國現行的生物質能源發電政策，進行了算例分析，得出：提高可再生能源技術研發投入補貼率是鼓勵企業進行技術研發投入的最有效措施；我國生物質能源發電處于初始階段，為實現優化我國能源結構、增加社會總發電量的雙重目標，應著重考慮如何降低生物質能源的發電成本，不宜將碳排放價格制定過高。
在上述研究成果的基礎之上，本文構建以消費者剩余、電力部門總收入、補貼或者稅收收入轉移、環境損害組成的社會福利函數為目標函數的最優化問題模型，分析如何制定三類能源政策使社會福利最大。本文研究指出，在制定可再生能源政策時，不能只關注增加政策的經濟效益，還要考慮并權衡消費者剩余、政府投入等問題，并得出加大生物質能源研發投入補貼率、提高碳排放價格能實現社會福利最大化，并且能滿足我國日益增長的電力需求。
論文研究工作對三類能源政策進行了系統分析和闡述，研究成果和得到的結論對相關部門制定有效的可再生能源政策具有積極的指導意義。 |
