摘要：经济的发展通常要消耗大量的能源，同时在一定程度上造成了对环境的污染。一般情况下，二氧化碳排放、能源 消耗和经济增长之间是反向相关联的。文章用中国改革开放40年的实际数据对此进行了检验，从而探讨排放和经济之 间的关系，经济和能源之间的关联，清洁能源和不清洁能源之间的可替代性，在此基础上提出了中国的能源政策建议。
关键词：排污权；能源使用；环境保护；经济发展
一、3E问题的因果关系
经济发展就要消耗能源，而消耗能源就必然带来 环境的污染。在本世纪早期，环境保护(Environ． ment)、能源使用(Energy)和经济发展(Economy，统 称为3Es)已经成为重要的国际性问题。二氧化碳排 放、不同形式的能源消耗和经济增长之间的动态关系 明显产生了政策影响。3Es问题的核心是环境保护 和能源使用、经济发展反向相关联。因此，排放和经 济之间的关系，经济和能源之间的关联，清洁能源 (可再生能源)和不清洁能源(化石燃料)之间的可替 代性，值得深究。首先，排放量和经济之间的关联与 库兹涅茨环境曲线(Environmental Kuznets Curve， EKC)假设的有效性评估息息相关。EKC假设形 象地指出，收入和污染之间的关系就像是一个钟型。 也就是说，在低收人阶段，经济增长加剧环境污染，但是当收人增长到一个转折点之后，环境污染会开始下 降；在高收入阶段，经济增长导致环境改善——这也 是另外的一种边际效应。其次，能源使用与实际产出 之间的关联也和节能政策的设计与应用息息相关，本 文就是通过组合以上两种关联，分析了可持续发展中 排放、能源消耗和经济增长之间的关系。第三，清洁 能源在能源结构中的比重越来越大，2016年5月15 13，人类能源利用历史上的里程碑——德国成为首个 实现电力需求由可再生能源100％供应的国家，本文 也探讨了可再生资源和不可再生资源之间的可置换 性。以上三个问题的组合可以被用来分析3Es问题。
中国近四十年的粗放式发展导致许多地方的环 境遭到巨大破坏，世界上有很多国家也走了与中国类 似的道路，众多学者对环境保护、能源使用和经济发 展之间的关系也进行了深入的研究。如针对墨西哥，加林多(2005)使用约翰森程序发现了能源消耗对实 际GDP有一个积极影响，而对1965—2001年的能源 相对价格有消极的关联，实际GDP的弹性小于1，价 格的弹性则几乎没有。因为能源价格缺少弹性，他指 出如果墨西哥政府想要通过提高价格(比如更重的 税务)来抑制能源消耗，那将是一个昂贵的政策选 择。学者程(1997)通过研究巴西、墨西哥、委内瑞 拉这三个拉丁美洲国家的能源消耗和经济增长之间 的关系，发现1952—1993年之间，墨西哥的能源消耗 和经济增长之间没有因果关系旧j。这些研究的结果 不完全相同，可能是因为在不同的时期，使用不同的 方法和变量造成的，但是相同的是都使用了线性模 型。包晓天教授(2015)独辟蹊径，通过运用非线性 的洛特卡一沃尔泰拉(LV．SUD)模型，将墨西哥使用 的能源划分为可再生能源(如风电、水能、太阳能)、 核能和化石燃料三类，并对其之间的关系进行了具体 分析，指出：3Es之间的联结对一个国家成功过渡到 一个高效能源和低碳经济的阶段十分重要，3Es之间 的相互作用，即竞争、捕食、互利共生、共生、偏害共 栖，或中立，在政策发展中扮演着一个重要的角色，实 际GDP提高了排放的增长率，排放的增长率抑制了 GDP的增长，表明墨西哥政府愿意牺牲经济增长来 保护环境；她经过进一步研究后指出通过合理配置可 以达到能源的均衡使用、加强绿色经济，从而在一个 干净的环境中取得财富，实现成长和繁荣。
在研究了3Es联系后，线性模型的研究结果有效 地丰富了我们的理解，但是线性模型假设的局限也可 能制约了我们探索3Es问题之间更复杂、更现实的关 系。在下面的研究中，我们采用洛特卡一沃尔泰拉 (LV—SUD)非线性模型来验证3Es之间的竞争、捕食、 互利共生，偏害共栖和中立关系。
洛特卡一沃尔泰拉非线性竞争模型能够用来描 述物种间的动态关系。它已经在生物、生态和环境范 围内被明确建立起来。更重要的是，这些竞争关系也 被应用到其他领域，比如股市、创新产业、可替代能源 的研究、经济、污染、劳动力和资本的回馈研究。 中国目前正在从高速度发展阶段转变到高质量发展 阶段，而高质量的一个重要标志就是环境的可持续改 善。作为最大的新兴市场国家，本文通过使用LV．SUD 模型，旨在对中国经济中的这些因素进行考验，使其能 够在一个清洁的环境中获得健康、成长和繁荣。
二、数据和模型
3Es问题中的竞争关系包含很多不同的因素，这 些并不能很好地通过数学模型呈现出来。然而，基于 洛特卡一沃尔泰拉方程式，我们提出了一个简单的可持续发展竞争模型，进而用来分析排放、能源消耗和 实际GDP之间的竞争、平衡和稳定性，即3Es球形模 型的主要原因。与上述对墨西哥等国分析不同的是， 基于中国多年来煤炭一股独大的局面和其他燃料在 能源消费中的结构以及中国统计年鉴的数据基础，我 们把整个中国的能源消耗划分为煤炭、其他化石燃料 (以下称化石燃料，包括石油、天然气)和可再生能 源(包括水电、太阳能、风能、潮汐能、生物质能等)三 类，这样可以获取它们各自对经济和环境的影响，进 而检验它们之间的竞争和稳定的平衡点。在LV． SUD模型中，这些因素被模拟成竞争的物种，它们的 变化被制定成一系列非线性微分方程，模拟这些相互 作用给预测结果提供了一种十分有效的多元化框架。
(一) 数据
笔者搜集了1978—2016年之间不同形式的能源 消耗(包括煤炭、化石燃料和可再生能源)，总的能量 消耗，排放量和实际GDP每年的数据，这些主要来源 于中国统计年鉴；以吨计算的二氧化碳排放量来自化 石燃料的消耗。图1显示了中国的能源消费结构，可 以看到从1978年一直到2003年前后，水电、风电、太 阳能发电等可再生能源在总的能源结构中比例极小， 而煤炭一股独大的局面是中国能源消费最明显的特 征，煤炭的平均消耗量占据了总的能源消耗量的 60％以上；不过从2004年以后随着其他化石燃料以 及可再生能源使用的逐步增加，煤炭在总的能源消费 中的比例逐渐缩小，特别是2014年后煤炭消费有明 显下降的趋势，这表明中国政府已经倾向于一种更有 效的能源使用方式来保护环境，应对气候变化。
图2直观显示了1978—2016年GDP、排放量与能 源消耗量三者之间的相互关系，可以看出，在2013年 之前(除2000—2001年之外)排放量与GDP之间一直 呈同方向的变化，但自2013年之后，GDP的增加并没 有引起排放量的增长，显示出绿色增长与环境保护已 在中国取得初步效果；另外，在2007年之前，GDP与能 源消费几乎呈相同的比例在增长，但自2007年之后，尽管能源消费伴随着GDP的增长而增长，但增长的速度明显低于GDP的增长，这表明中国的经济结构转型取得了一定效果，以往高耗能的情况有所改观。但是，所有这些都是直观印象，具体的影响结果尚有待后文 准确计算后才能得出结论。
另外，结合图l和图2还可以清楚地看到，自 2002年以后，无论是煤炭、化石燃料还是可再生能源 以及总的能源消耗量比之前的20多年呈现出一种快 速增加的趋势，这与GDP、排放量的快速增加是一脉 相承的。
(二) 竞争模型
三、3E竞争关系分析
在本节中，我们将采用离散的洛特卡一沃尔泰拉 模型来分析竞争关系，即能源消耗(包括煤炭、化石 燃料和可再生能源)、大气排放和实际GDP这三者之 间的竞争关系；此外，竞争关系在煤炭、化石燃料和可 再生能源的能源消耗中也已经呈现出来了。模型过 程采用Matlab软件来计算相互之间的影响，具体计 算结果见图3一图7。为了数据的可比性，在计算之 前，我们对所有数据进行了标准化处理(实际上，模 型过程采用SAS软件来分析和预测联立的非线性方 程系统，并且利用普通最／b--乘估计的非线性和高斯牛顿迭代的最小化方法求解更为准确。由于作者无 法获得SAS软件，故采用Matlab软件来代替)。
四、结论与建议
环境保护、能源使用和经济发展(3Es)三者之间 的联结对一个国家成功过渡到一个高效能源和低碳 经济的阶段十分重要。因此，本文提出了一种生物仿 真模型——LV．SUD(洛特卡一沃尔泰拉可持续发展 模型)，用来分析排放中的种间竞争、不同类型的能 源消耗、实际GDP和3Es问题的主要因素。3Es之间 的相互作用，即竞争、捕食，互利共生，共生、偏害共栖 或中立，在政策发展中扮演着一个重要的角色，以达 到能源的均衡使用，加强绿色经济。
实证结果表明，LV．SUD不仅提供了一个精确的 预测，竞争交互对中国而言暗含着深刻的政策寓意， 也给决策者提供了明确的思路。①可再生能源与煤 炭的纯竞争表明，在中国，可再生能源的发展已经成 为一个明确的对象，不管是经济增长，还是政府已经 承诺控制煤炭的消耗和温室气体的排放并增加其他 可再生能源资源的使用，因此政府应坚持进一步限制 乃至逐步停止煤炭的使用，即使牺牲局部地区暂时的 利益也在所不惜，这样也同时减少了运输压力。②排 放对可再生能源的抑制，表明虽然可再生能源不增加 排放量，但排放却抑制其增长，因此降低排放不应该从可再生能源身上打主意，而应从其他资源节约上人 手。③捕食者一食饵(GDP提高了排放的增长率，排 放的增长率抑制了GDP的增长)表明，中国政府已经 意识到环保的重要性，改变了以往单纯追求经济发展 速度的做法而愿意牺牲经济增长来保护环境，避免走 “先污染、后治理”的老路，一个重要的举措就是建立 全国性的排污权有偿使用与交易市场，这是中国环境 市场制度的重大创新。④化石燃料与可再生能源 的中立关系表明，石油和天然气的使用不对可再生能 源造成冲击，两者互不干涉。总的来说，由于可再生 资源是替代煤炭的主要来源，因此政府应该进一步大 力改善国家能源政策，减少乃至逐步停止煤炭的消耗， 提高能源效率，减少CO，的排放量，并提供安全可再生 的能源供应来实现经济增长。模型的结果既印证了我 们日常生活中对能源使用的认识，也改变了我们对石 油与环境保护之间的印象，这对加强能源政策富有深 刻的政策影响，从而进一步加强可持续发展。
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