能源经济环境模型研究现状与趋势评述

第２２卷第２期　能　泺　技　乏　沂　Ｖ。‘－２２　Ｎ。・２　节能与环保　２０１０年２月　皇　！！　！！　！　竺　！　兰！竺　竺竺　：　！　

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文章编号：１６７４—８４４１（２０１０）０２—００４３－０７　

张树伟　（国网能源研究院，北京１０００５２）　

摘要：能源经济环境模型是研究宏观政策影响、能源经济环境综合评价等的重要分析工具。介绍了能源经济环境模型中　应用最为广泛的一般均衡（ＣＧＥ）模型、技术模型及混合模型。结合文献着重分析了模型的发展趋势，包括开发综合评　价模型、处理不确定性问题及技术变化内生模拟、细化重要部门等方面。最后指出应重视基本模型的能力建设，积极参　

与国际合作。　关键词：ＣＧＥ模型；技术模型；　中图分类号：ＴＫ０１；Ｆ５１１．０　不确定性：内生技术变化　

文献标志码：Ａ　

Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆｔｈｅ　Ｓｔａｔｕｓ　Ｑｕｏ　ａｎｄ　Ｆｕｔｕｒｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｎ￣＇ｆｌｙ－Ｅｃｏｎｏｍｙ－ＥｎｖｉＭｏｄｅｌｓｔｍｅｒｇｙ－Ｅｃｏｎｏｍｙ－ｔｍｖｌｒｏｎｍｅｎｔ　ＭＯｄｅｌｓ　

ＺＨＡＮＧ　Ｓｈｕ—ｗｅｉ　（Ｓｔａｔｅ　Ｇｒｉｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０００５２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｎｅｒｇｙ－ｅｃｏｎｏｍｙ—ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｔｏｏｌ　ｆｏｒ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔｓ　ｏｆ　ｍａｃｒｏ　ｐｏｌｉｃｉｅｓ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ａｎ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｗｉｄｅｌｙ－ａｐｐｌｉｅｄ　ｃｏｍｐｕｔａｂｌｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ（ＣＧＥ）ｍｏｄｅｌ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｈｙｂｒｉｄ　ｍｏｄｅ１．Ａｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｆｏｃｕｓｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｅｎｄｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｂｏｖｅ—ｓａｉｄ　ｍｏｄｅｌｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌｓ，ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓ，ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｈａｎｇｅｓ，ａｎｄ　ｄｉｓａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｋｅｙ　ｓｅｃｔｏｒｓ．Ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｐａｉｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｏｆ　ｂａｓｉｃ　ｍｏｄｅｌｓ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｅｘｃｈａｎｇｅｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＣＧＥ　ｍｏｄｅｌ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｍｏｄｅｌ；ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ；ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｃｈａｎｇｅ　

０引言　能源经济环境模拟始于２０世纪７０年代的石油　危机时期，在大气污染、气候变暖、环境恶化的背　景下，发展和形成了众多的实用模型，广泛地用于　评估与研究能源消费、低碳发展、气候政策等问题。　从建模方法学上看，这些模型主要包括自顶向下　（ｔｏｐ—ｄｏｗｎ）模型、由底向上（ｂｏｔｔｏｍ—ｕｐ）模型以及　由此发展而来的混合（ｈｙｂｒｉｄ）模型。自顶向下模型　包括宏观计量模型、系统动力学模型、ＣＧＥ模型等。　由底向上模型也可以称为技术模型（ｓｙｓｔｅｍ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ１），包括工程经济计算模拟、能源技　术核算模型以及动态能源优化模型等。这些模型从　不同的建模角度进行模型构建，并且根据具体研究　

收稿日期：２００９—０８—２１　作者简介：张树伟（１９７９一），男，河北定州人，能源经济学博士，主要从事能源经济模型、能源与气候政策、不确定条件下的决策等研究。　Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｈｕｗｅｉ．ｚｈ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ　节能与环保　能　源　技　术　乏　济　第２２卷　的问题有选择地强化模型在某些方面的功能。一般　而言，自顶向下模型擅长于行为机制与经济分析，　由底向上模型擅长于技术的具体描述。　文献［１—６１对这些模型方法以及我国的模型开发　与应用情况进行了比较完整的综述与评价。本文将　评述自顶向下模型中的ＣＧＥ模型、由底向上技术模　型的特点及混合模型中的ＣＧＥ引入技术细节与模型　连接技术，以及能源经济环境模型的发展趋势。模　型模拟技术的发展与热点问题包括：低碳经济与污　染物减排、责任分摊、灵活机制（包括排放贸易、　联合履约、清洁发展机制）的紧密结合，是当前能　源经济学与能源系统分析的主要内容。　模型的编制、算法与政策模拟构成了模型工作　的３个主要部分。模型的数学表达式基本上是或者　能够转化为等式或不等式方程组，其求解算法属于　计算数学的专门领域，而非线性不等式方程组的求　解问题，是目前研究的热点与难点。目前包括　Ｍａｔｌａｂ、ＧＡＭｓ在内的诸多软件包以“黑箱”的方式　可基本实现一般性问题求解。限于篇幅与作者的熟　悉程度，本文不涉及求解算法的讨论。　１　ＣＧＥ模型　ＣＧＥ模型属于自顶向下经济模型。２０世纪６０　年代，Ｊｏｒｈａｎｓｅｎ开发了应用于挪威的可计算一般均　衡（ＣＧＥ）模型，随后，各式各样的实用ＣＧＥ模型　广泛地应用到包括国际贸易、财政政策、税收政策、　能源环境、农业等众多领域，成为政策影响与评价　分析的工具。４０多年来，政策领域的ＣＧＥ模型不计　其数，规模、复杂性、应用领域也各不相同。文献　【５】、【７－９】对ＣＧＥ模型在能源与气候政策领域的应用　进行了综述。　ＣＧＥ模型的优点是具有新古典经济学成熟的一　般均衡理论，以价格、弹性变量为主要参数，描述　了国民经济各部门的相互作用，以及资源和经济之　间的关系，可以较好地分析政策的成本与各部门的　响应与反馈。表１列出了部分现在处于前沿领域的　几个大型ＣＧＥ模型及其特点。　ＣＧＥ模型的主要缺点体现在：（１）模型中的替代　弹性、价格弹性与收入弹性都是非常关键的参数，　其取值是根据历史估计得到，在缺乏实证依据的情　况下只能推测。而根据历史数据得到的弹性数据，　是否在预测期内仍然有效，值得怀疑。事实上，由　于技术成本的变化以及重大新技术的出现，弹性参　数有可能发生很大的变化。这会导致高估各生产部　门的消耗，比如能源消费，就减排而言可能高估减　排的政策成本等。（２）由于部门集合程度很高，无法　对特定技术很好模拟，对新技术的引入缺乏合理的　模拟方法，只是对生产函数的系数做一些调整，如　自动效率改进系数（ＡＥＥＩ）体现的渐进技术进步缺乏对　于重大技术进步的影响分析，其分析结果往往是过　去趋势的平滑延续。因此，ＣＧＥ模型分析得到的未　

表１部分大型的实用ＣＧＥ模型　

资料来源：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｐａ．ｇｏｖ／ａｉｒ／ｓｇｍ—ｓａｂ．ｈｔｍｌ　第２期　张树伟：能源经济环境模型研究现状与趋势评述　节能与环保　来趋势，基本是对现有发展趋势的外推，模型预测　结果的可信度一般较差。　

２　技术模型　由底向上模型技术是研究底层单位的技术经济微　观变化引起的综合效应及其对经济的影响。这类模型　对各种技术、Ｔ艺流程有比较详细的描述，在评估资　源生产技术的替代效应上有更高的可信度，清晰地说　明了资源消耗、温室气体排放变化的机理，以及引进　何种技术导致资源消耗、温室气体排放的变化和能源　系统成本的变化等。通过参考能源系统ｆＲｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＲＥＳ）进行设计规划，比较直观。　技术模型的最大缺点在于本质上属于部分均衡　模型，不包含经济模块，所有的宏观经济与结构变　量都必须外生确定，政策对宏观与结构变量的影响　无法反映。这种经济变量的外生对政策研究有本质　上的困难。因为政策的引入，通常对这些外生的变　量会产生作用，而这种作用的大小无法在技术模型　中内生体现，技术模型对政策效果的评价是不充分　的。尽管在一些模型中通过引入需求弹性等因素改　善了这一问题，但仍然没有得到彻底解决。　其他方面的缺点包括：（１）技术模型中的成本概　念仅仅是技术成本，缺少采用新技术过程中大量的　非技术成本，如交易成本、制度成本、传统习惯、　基础设施等，往往低估新技术采用的社会成本。（２）　存在跃变（ｆｌｉｐ—ｎ叩）现象。这一现象存在于具有优化　功能的技术模型当中。由于优化模型基本是各种约　束下的线性规划，不可避免地存在着跃变现象（这　种跃变现象体现在模型中的一个例子是一旦先进技　术的成本具有竞争性，在系统成本最小化的目标下，　其产品将迅速地进入市场并取得很大的市场份额。　这显然与现实情况不一致），必须添加一些额外的供　给约束以及消费者行为约束，这在一定程度上影响　了模型功能的发挥。为了克服这种现象，很多技术　模型添加了供给约束，通过限制某些技术的最大份　额来使输出的结果趋于合理。如：文献［１０］以成本作　为关键变量的离散选择模型来确定技术的份额，　Ｍａｒｋａｌ与ＳＡＧＥ模型中概率分布函数的引入…】等。　这方面比较成熟的模型有美国能源部（ＤＯＥ）的　ＳＡＧＥ模型、ＩＥＡ的Ｍａｒｋａｌ模型、日本ＮＩＥＳ的　ＡＩＭ／Ｅｎｄｕｓｅ模型、ＩＩＡＳＡ的Ｍｅｓｓａｇｅ—ＩＶ模型与清华　大学核能与新能源研究院郑淮开发的模型　Ｉ。此外，　Ｌｅａｐ模型也属于技术模型范畴，相对于上述模型并　不带有优化功能，仅用于情景核算与结果分析，相　当于“计算器”的作用。　３　混合模型　随着由底向上模型、自顶向下模型的建立和应　用，建模者逐渐认识到不同类型模型有各自的优缺　点。人们开始考虑将多种建模思想融人一个模型中，　实现不同类型模型之间的优势互补，建立起既可详　细分析减排技术选择又能详细分析减排政策效果的　混合模型。这种混合模型可以分为２类：①通过引　入技术细节扩展ＣＧＥ模型对技术的模拟，使其更加　符合实际的技术动力学；②通过识别连接变量，将　相对独立的模型进行连接，形成模型框架，用于情　景分析。　３．１　ＣＧＥ模型中引入技术细节　技术模型与ＣＧＥ模型都是以统一的投入产ｍ框　架为基础，在经济理论上是统一的。就技术模型中　核心的能源流生产过程而言，Ｌｅｏｎｔｉｅｆ形式的生产函　数包含了从原料到产品的足够信息。基于此，文献　『１３—１５］从理论上探讨了ＣＧＥ模型中引入技术细节的　表征与求解方法；文献［１６—１７］将ＣＧＥ模型的电力部　门进行了进一步分解，分析了美国限排ＣＯ：的成本　以及煤电与碳封存组合的前景；文献［１８］也采用类似　的方法分析了瑞士的能源与气候变化政策。　这种方法本质上还属于ＣＧＥ模型，只不过在部　门的划分上更加细致并接近具体技术描述的层面。　尽管它丰富了ＣＧＥ模型对技术细节的表述，但也不　可避免地带有很多技术模型固有的弊端，如算法与　数据的复杂程度急剧增加。Ｉａｎ　Ｓｕｅ　Ｗｉｎｇ在对电力部　门的研究中认为，对电力部门的进一步划分必然涉　及分燃料品种的发电技术和经济参数，因此对数据　（尤其是投资数据）的可得性要求提高。在算法上，　如何表征不同技术的替代是个难点。由于电力是一　种同质商品，理论上不同燃料发电是可以相互替代　的，且替代弹性为无穷大，也就是说它们是线性替