能源环境政策评价模型的比较分析

　　本文综述了在能源和环境政策评价中常用的2种数学模型--自上而下的能源经济模型和自下而上的能源技术模型的基本特点，在此基础上对其中2种最为主要的模型可计算一般均衡模型(CGE)模型和动态能源优化模型进行了分析和评述，提出了对2种模型进行连接的总体思路和基本框架。本文分析认为，能源政策评价模型对于提高我国在制定能源和环境政策方面的能力具有非常重要的意义；2种能源环境政策评价模型具有各自的优点和缺点，适用范割也不尽相同，且具有很强的互补性；实现2种模型的连接，特别是2种模型之间的“软连接”，是来来提高模型分析能力的关键所在。关键词：能源：环境，政策.模型：横型连接
报告全文： 

　　1　背景介绍

　　如果要实现能源和环境政策措施的效果最大化，需要了解它们在市场机制下的作用机制，从量化角度比较分析它们的成本和效益，从而为相关政策的制定提供合理的参考和建议。能源政策评价模型是实现这种定量分析曲一个较为理想的工具。它一般可以分为2类、一是能源经济模型，另一类是能源技术模型，从国内外已有的相关研究看、在对能源和环境政策和技术进行评价时，这两类模型的优点和缺点并存、适用的研究珂象和范围也有所不同。因此、为了能够从宏观和微观两个层面综合评价分析我国的能源和环境政策实施效果，非常有必要对2种模型进行连接，这将是未来能源政策评价研究的一个重要发展方向。本文下面将两种模型的特点分别进行描述、进而分析和比较两种模型进行连接的不同模式和基本结构，并为今后该领域的研究方向提出一些建议。

　　2　能源政策评价模型的基本原理和类型

　　能源政策评价模型可分为能源经济模型和能源技术模型两类，下面分别对这两类模型的基本原理和主要类型进行简单介绍。

　　2.1　能源经济模型的基本原理及类型

　　能源经济模型以经济学模型为出发点，集约地表现它们与能源消费与生产的关系，在宏观经济的总体构架下考察经济、能源、环境部门之间的联系，以此来分析不同政策情景下能源消费及环境排放的变化，并从中寻求能够实现能源、经济、环境协调发展的政策方法和途径，一般也被称为“自上而下模型”。按基于的经济理论的不同，能源经济模型可以大致分为3类，分别是：投入产出模型、宏观计量经济学模型、一般均衡模型(CGE模型)：

　　投入产出模型　该模型利用几组联立方程将经济部门间的复杂关系表示出来，以总需求为已知，并为如何满足该需求提供了相当详细的部门信息。传统的投入产出模型经过适当的扩展就可以应用于能源和环境政策分析，并主要用来分析能源和环境政策产业效果，但由于模型方程中的系数是固定的，难以描述与能源环境政策相关的要素替代、技术变化以及行为变化，因此在分析政策的宏观影响时受到限制。

　　宏观计量经济模型　该模型通过经济变量之间在过去的统计关系来预测经济行为，并突出了与政策相关的短期动态机制。该模型中均衡机制的实现是通过数量的调整而非价格，并利用时间序列数据通过计量经济技术估计模型参数。尽管如此，该模型在得出对政策变化的预期反应时，并未考虑主体可能做出的有效率或者预见性的反应，因此，仅适合于少量政策变化的短期或中期预测。

　　可计算一般均衡模型　简称为CGE模型，是在近30年间发展起来的经济模型。它以微观经济理论为基础，基于微观经济学原理构建经济代理人的行为，来模拟不同行业或部门问的复杂的、基于市场的相互作用关系。该模型通过在消费者对商品和服务的需求同生产者的供给间达成平衡的过程中，以消费者和生产者分别寻求福利或利润最大化为假设基础，对市场均衡价格进行模拟。该模型适合于作长期比较静态分析，世界上一些有名的能源环境CGE模型包括温室气体排放预测与政策分析模型(EPPA)、GLOBAL200I、温室气体减排政策地区与全球影响评价模型(MERGE)、一般均衡环境模型(GREEN)等等。

　　2.2　能源技术模型的基本原理及类型

　　能源技术模型以反映能源消费和生产的人类活动所使用的技术过程为基础，对能源消费和生产方式等进行预测，以此来评价不同政策对能源技术选择及环境排放的影响，从中寻找能够实现能源、经济、环境协调发展的政策及技术方法和手段，一般也被称为“自下而上模型”。大致也可以分为3类：

　　综合能源系统仿真模型　该模型包含了对能源供应和需求技术的详细表述，供应和技术的发展通过外生的情景假设驱动，这类假设也经常与技术最佳模型和计量经济预测有关。该模型比较适合于中短期研究。

　　部门预测模型　利用大量相对简单的技术来预测能源供应和需求，适合于单个时间段或者动态与反馈随着时间引起不同程度的变化，主要内容是能源系统的技术特征及有关财政或直接成本的数据。

　　动态能源优化模型　也称为部分均衡模型，该模型以能源供给与需求技术的详细信息为基础，以能源系统的总成本最小化为目标来计算能源市场的局部均衡。该类模型在设定服务量的情况下，对不同能源供应和利用技术的经济成本(包括投资成本和运行成本)经过贴现后进行对比，以系统总成本最小的组合作为模型的优化解，并在此基础上计算得出能源构成、环境排放等一系列数据。该类模型的特点是对能源系统的全部能源载体从开采、加工、转换到最终利用的全部或部分工艺过程的技术经济状态都有比较详细的描述，因此可以提供能源系统规划中的主要内容，并用来对能源的开发利用前景、能源开发及利用技术的经济评价、能源问相互替代的可能性和经济性、能源利用中的环境问题等一系列问题进行分析。代表性的模型包括以国际能源组织(IEA)为核心开发的MARKAL模型、日本国立研究所(NIES)开发的AIM一技术模型、法国开发的EFOM模型、国际应用系统分析研究所(I IASA)开发的 MESSAGE模型等。

　　3　能源政策评价模型的比较分析

　　由于两种模型在机理和类型上的不同，在应用于政策评价时也具有各自的优势和劣势，下面分别以两类模型中应用较为广泛的CGE模型和动态能源优化模型为例来加以说明。

　　3.1　CGE模型的优缺点

　　CGE模型是目前在能源环境领域尤其是气候变化政策评价领域应用最广泛的一种能源经济模型，它具有很多优点：

　　(1)CGE模型把经济系统作为一个整体，强调了经济系统各部门、各变量之问的相互作用，因此能更确切地描述能源部门与其它各种经济部门之间的相互影响，这是局部均衡模型一般所难以做到的；

　　(2)CGE模型将价格激励机制引入了模型中，能够将生产、需求、价格和国际贸易等有机地结合在一起，并模拟在混合经济(即既有市场机制的作用，又有政府的干预)的条件下，不同行业和消费者对政策冲击所带来的相对价格变动的反应，而一般的投入产出模型难以做到这一点：

　　(3)CGE模型建立在坚实的微观经济理论基础之上，且把宏观和微观变量有机地结合在一起，与宏观计量经济模型相比具有更牢固的分析基础，适应性也更强。

　　但与此同时，CGE模型在分析能源和环境政策时也有一些无法克服的局限性：

　　(1)CGE模型对数据的需求量较大，而大多数CGE模型仍采用对某单一年度的基准数据集来进行参数校正，这样就使得CGE模型对基准年度的数据非常敏感，所获得分析结果的可靠性会受到影响。最近几年，也有人用取某一阶段平均值的方法来建立基准数据集，或是用计量方法来估计模型行为方程的参数，这样可以在一定程度上弥补这一缺陷。

　　(2)CGE模型的动态机制还不太完善，目前大多CGE模型采用递推动态处理机制，但这类机制被认为在短期模型中具有合理性，对长期模型而言则显得不够合理。

　　(3)传统的CGE模型中有关能源部门的信息非常有限，能源替代和转换过程仅通过替代弹性函数关系来实现，因此，无法反映政策实施对部门和技术影响的具体过程以及详细的技术选择的类型。

　　(4)CGE模型中能够反映能源和环境相关部门和技术之间变化的最为关键的两个参数分别是替代弹性(Elastl city of substitution，ESUB)和能效提高系数(Automotive Energy Elflclency Index，AEEI)，但这两个参数在传统的CGE模型中通常被设定为常数值，并根据历史数据回归得到，这样忽视了各种经济行为体(生产者和消费者)对新政策和技术的适应潜力，因此也可能造成对能源和环境政策的实施成本的高估。

　　3.2　动态能源优化模型的优缺点

　　动态能源优化模型是目前在能源和环境政策评价中运用最为广泛的能源技术模型，该类模型的优点是：

　　(1)对能源部门的描述非常详细，包括从能源开采端一直到终端利用端的全部过程(一般也被称为参考能源系统，RES)，从而可以充分了解能源生产及利用各个阶段的结构变化，并因地制宜得采取相应的政策措施；

　　(2)对能源相关的技术的描述足够详细，不仅包含了技术的经济信息，如技术的投资成本、运行成本、补贴及税收等，还包含了技术的物理信息，如技术的各种投入的份额、利用效率、市场最大占有率等等。这样可以充分反映各能源相关部门现有的技术水平及未来的技术选择，了解技术进步对未来能源和环境排放的影响。但与此同时，这也对模型输入数据的数量和质量提出了很高的要求。

　　该类模型的缺点则主要表现在：

　　(1)模型的服务量等数据往往由外生给定，一方面容易受到模型运行者主观判断的影响，另一方面也难以反映与其它经济部门的相互反馈关系，特别是当产品价格变化时所带来的这种部门问的相互影响在模型中无法体现；

　　(2)模型的目标函数是成本最小化，但这种成本通常是基于单纯的技术经济成本进行比较，而忽略一些其它成本如风险成本、实施管理成本、信息成本等，这样在分析整个系统的成本和政策的实施成本时容易造成偏差；

　　(3)模型在进行技术选择时仅仅是基于对成本的比较，并没有考虑其他一些影响因素如消费者喜好、产品质量、同类技术之问的实际替代性等，相应获得的技术选择分析也会与实际情况产生出入；

　　(4)技术模型需要大量的输入数据，而且部门及技术分类越是详细，所要求的数据量也越是庞大，但限于模型运算能力以及数据的可获得性，很多数据不得不采取平均化的处理方式，这样可能使得同类技术在不同条件下、不同区域中所表现出的不同特征得不到反映。

　　3.3　2类模型的总体比较分析

　　从前面的比较分析可以看出，能源经济模型能够更好地反映宏观层面上的相互影响，它更多地关注各经济部门之间的相互联系，也能够反映市场条件下不同经济部门之间的贸易及反馈关系。但是，该类模型对能源技术的描述比较抽象，缺乏足够的细节，像技术进步因素、技术替代成本、与技术有关的资源和环境约束成本等无法在模型中得到反映。

　　能源技术模型在反映技术细节上具有很大的优势，在获得足够的数据支撑以后，可以将技术的经济性、利用效率及环境排放水平等一系列信息纳入到模型中，充分体现部门的产品结构和技术类型。但是，该类模型缺乏和忽略了经济系统内的反馈关系，一些重要因素如部门产出服务量、能源价格等因素均在模型外给定，从而容易导致一定程度的主观性和不确定性。

　　因此，2种模型在方法和构架上存在很大程度的互补性，如果能够实现两种模型之间的耦合，就可以兼顾模型的宏观经济信息和微观技术信息，从而使模型结果更符合实际，增加模型结果的可靠性。将2种模型进行连接也是未来在能源环境政策评价模型领域的热点研究内容之一。

　　4　能源政策评价模型的连接

　　国外对这2种模型相互之间的连接已经研究多年，并且积累了相当的经验和具备了较高的水平。国内在能源政策评价模型方面的研究在近些年发展迅速，很多国内研究机构通过与国外机构合作或是独立研究先后开发完成了多个以中国为主要分析目标的能源政策评价模型。但相比而言，国内对能源经济模型和能源技术模型的连接还处于研究起步阶段，因此，这也是未来我国在能源环境政策评价领域亟待加强的一个重要方面。

　　能源经济模型和技术模型的连接从原理上来将，是将2种模型的信息进行“共享”和“融合”，从而实现宏观经济信息和微观技术信息的对接。它可以大致分为两种，一种是建立混合模型，另一种是从外部对两种模型进行连接。

　　第一种方法即混合模型方法，是指以一种模型为主，但设法将另一种模型的信息简化处理后纳入到前一种模型中，相当于是两种模型之间的一种“硬”连接。这种方法多数的处理方式是以经济模型为主要模型，通过改变模型中经济函数的构架和形式，将技术的相关信息引入模型中。比如说，混合CGE模型的构架方法是，对CGE模型中的能源生产部门的生产函数进行扩展和重新设计，引入重点能源技术的替代生产函数，这样就在维持能源一经济部门相互影响的信息的同时，又考虑了某些重点能源部门的技术细节。在此类模型中，因为引入了技术间替代弹性，会大大增加模型所需的数据量，因此，一般仅限于对某一个重点分析部门进行扩展，而且技术的分类也不能太多。另外，对于模型中技术替代弹性的设置也是需要重点考虑的内容之一。

　　第二种方法是从外部对2种模型进行连接，相当于对2种模型在外部进行“软”连接，即通过双方输入和输出结果之间的多次反馈和参数的调整，实现2种模型参数的近似一致性，找到一种使2种模型都能接受的均衡状态，并在此基础上根据需求进行相应的结果分析。笔者根据对以往研究结果的总结和自己的研究实践，提出了以下的模型“软连接”框架(如图1所示)。其连接的具体过程是：(1)运行经济模型，得到各经济部门产出的变化；(2)根据部门产出变化调整技术模型中的部门服务量数据，并运转技术模型，得到相关部门的技术构成和能源结构的变化；(3)根据技术和能源消费的变化，调整经济模型中的 AEEI和ESUB2个参数，并重新运行经济模型，得到新的部门产出变化值。(4)重复上述几步，直到2个模型达到均衡，获得稳态分析的结果。在整个过程中，两个模型要在一些基本参数如贴现率、能源价格等参数上保持一致，同时，要对模型进行基年数据的校准。

　　对于2种模型的“硬连接”

　　图1能源政策评价模型“软连接”框架

而言，它是将经济模型的部门进行扩展和细化，以便将更多的技术信息反映在模型中。但是，为了防止模型过于复杂，这种扩展和细化一般只能对一个或几个关键部门进行。因此，“硬连接”方式会面临以下几点问题：(1)扩展后的经济模型一般仅能反映宏观经济某些部门或某个部门的技术信息，要想反映宏观经济各主要部门的技术信息都不太可能；(2)技术信息的引入会导致模型参数数量的大幅提升，这样可能要花很长时间才能获得模型的稳态分析结果，或者无法获得稳态分析结果；(3)受到统计数据限制，模型所需的技术数据只能由经验判断或是由历史数据估算得到，这会影响到模型分析结果的准确性。

　　但对于2种模型的“软连接”来说，因为只是2种模型之间的参数和结果进行相互对接和调整，因此，可以避免上述问题，这主要表现在：(1)模型间的连接有更多的灵活性，两个模型可以单独运转，不会受到模型结构和数据的过多限制，在未来也更容易对模型进行更新和升级；(2)模型之间的连接可以在多部门间实现，不再局限于个别部门；(3)避免了混合模型所带来的过高的运算工作量以及可能存在的无优化解问题；(4)增加了模型参数和结果的透明性，更容易实现对模型关键参数的调整；(5)能够获得宏观和微观两个层面的分析结果，对政策决策也具有更高的参考价值。

　　当然，在模型的“软连接”过程中，仍面临一些关键的技术难题，具体表现为：(1)经济模型往往获得的是价值量的数据，而技术模型需要的是实物量的数据，如何实现这两种数据的转换和对接是影响模型分析结果的最关键因素；(2)模型连接中需要通过技术模型的运行结果对经济模型的关键参数如AEEI和ESUB进行调整，而采用何种方法论进行这种调整仍是需要探讨和研究的内容；(3)两种模型可能要通过多次反馈后才能达到最终的稳态，但这种稳态只能是近似的稳态，而且也存在无法达到稳态的可能。

　　总的来说，虽然到目前为止，模型的“软连接”还有一些技术难题存在，但它比模型的“硬连接”还是要更容易实现，结果也更具参考价值。实现模型的这种“软连接”对于我国现阶段能源和环境政策的制定和实施具有特别重要的意义，这一点可以从下面两个例子中得到很好地说明。

　　首先以对当前我国节能目标的分析为例。当利用这种“软连接”模型进行分析时，在设定了总的目标的前提下，经济模型可以给出我国部门的变化和对节能的贡献，而技术模型则能够给出部门内部受节能目标影响所发生的技术进步和对节能的贡献。这两方面不仅是实现我国节能目标的关键，相互之间还会发生影响，因此，单独靠两种模型中的任何一种都无法实现对它们作用的评价，只能通过将两种模型进行连接，才能获得有现实意义的分析结果。

　　另外一个例子是，在对一些能源或环境激励政策如能源价格政策(如征收能源税后引起的价格上升)对环境排放的影响进行定量评价时，传统的做法是用能源技术类模型来分析能源成本上升后对能源技术选择的影响，并在此基础上计算相应的能源结构和环境排放量的变化。但是，在这一过程中，受到技术模型的局限，能源需求总量往往保持不变，这就忽略了这些政策对需求端的影响。通过应用“软连接”的模型，可以充分考虑价格对需求所产生的影响，进而分析在需求变化背景下价格变化对能源结构和环境排放的影响，得到更加符合现实的政策评价结果。

　　5　结论及启示

　　能源和环境问题已经成为影响我国经济发展的最为关键的两个问题。为了实现我国经济的可持续增长，必须通过制定合理的政策措施，加强对能源的节约和减少环境的排放。在这个过程中，无论是政府还是研究学者，已经不能仅仅停留在依靠定性判断来制定和研究相关政策措施的阶段，必须要通过定量分析评价手段，来增强政策措施的有效性、合理性和适用性。从研究的角度来说，要实现这一目的，加强能源政策评价模型的研究水平和分析能力尤为关键，特别是加强对能源经济模型和技术模型的连接，应该成为未来国家支持的一个重点研究领域。

　　能源政策评价模型的研究对象和适用范围十分宽泛。不仅可以探讨宏观经济结构下能源、经济、环境三者的关系，还能够I对微观层面下的能源技术和环境减排技术等的选择进行比较分析；不仅能从经济、技术、环境、区域等多个层面对能源、经济和环境政策实施后的效果进行分析，还能对未来我国能源和环境的可能发展趋势和情景进行分析；不仅可以关注短期的如节能、能源价格调整等政策的实施效果，还能分析长期的如气候变化、可再生能源政策等的影响。因此，能源政策评价模型未来必将在能源和环境政策的评价和分析领域发挥非常重要的作用。

能源政策评价模型从原理上可以分为2种，即能源经济模型和能源技术模型，而通过对能源经济模型和技术模型进行连接，可以兼顾两种模型在分析评价能源和环境政策时的优点，避免由于仅考虑宏观因素或微观细节而产生的偏差，这对提高我国在制定和实施能源及环境政策方面的能力具有很重要的意义。在两种模型“连接”方式中，模型的“软连接”方式更容易实现，应用范围更广，结果也更具有现实意义和参考价值。今后应进一步研究两种模型进行“软连接”的框架，解决两种模型在“软连接”过程中所面临的技术问题，加强对“软连接”模型的实际应用。