天然氣消費(fèi)替代效應(yīng)與中國(guó)能源轉(zhuǎn)型安全

王小林 成金華 陳軍 肖建忠

摘要：基于能源設(shè)備產(chǎn)能資本彈性-粘性特征，解構(gòu)了產(chǎn)能投資、設(shè)備資產(chǎn)動(dòng)態(tài)演變過程;建立能源替代系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，揭示了我國(guó)天然氣消費(fèi)替代帶來的能源供應(yīng)安全沖擊和能源設(shè)備資產(chǎn)擱淺的形成機(jī)理;模擬分析2019—2050年天然氣替代下能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、供應(yīng)安全和產(chǎn)能設(shè)備資產(chǎn)擱淺變化，提出了保障我國(guó)能源轉(zhuǎn)型安全的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化路徑。研究結(jié)果表明：①我國(guó)煤炭和石油產(chǎn)能資本存量過高，使市場(chǎng)形成了對(duì)傳統(tǒng)化石能源消費(fèi)的路徑依賴，是天然氣替代和能源清潔化轉(zhuǎn)型的資本阻力，這也決定了采用天然氣替代實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型將是一個(gè)長(zhǎng)期、漸進(jìn)過程。②維持現(xiàn)有碳價(jià)（50元/t）和天然氣溢價(jià)（-11472元/toe）不變，到2050年我國(guó)天然氣消費(fèi)占比12%左右，以煤炭和石油消費(fèi)為主的能源結(jié)構(gòu)未得到根本性改觀。③提高碳價(jià)、降低天然氣溢價(jià)可以加大天然氣對(duì)煤炭和石油的替代、強(qiáng)化電力等清潔能源消費(fèi)的市場(chǎng)導(dǎo)向，但這是以降低能源供應(yīng)安全和傳統(tǒng)化石能源資產(chǎn)擱淺為代價(jià)的。④天然氣替代的政策應(yīng)該遵循能源產(chǎn)能資本彈性-粘性對(duì)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化路徑的資本成本約束。為有效降低傳統(tǒng)化石能源資產(chǎn)擱淺程度，且提高能源供應(yīng)安全水平，我國(guó)可采取三種優(yōu)化方案：天然氣溢價(jià)降低60%;溢價(jià)降低從20%逐步增至60%;碳價(jià)從100元/t逐漸提高到600元/t，同時(shí)溢價(jià)降低從20%逐步增至60%。到2050年，這三種方案均可提高天然氣消費(fèi)占比到20%左右，降低煤炭和石油消費(fèi)占比至60%以下。⑤保障我國(guó)能源轉(zhuǎn)型安全需要加大碳市場(chǎng)和天然氣市場(chǎng)改革與建設(shè)力度，充分發(fā)揮價(jià)格機(jī)制對(duì)能源消費(fèi)和產(chǎn)能設(shè)備投資的市場(chǎng)調(diào)節(jié)作用;加強(qiáng)政府對(duì)能源市場(chǎng)投資的宏觀調(diào)控，逐步減少煤炭和石油產(chǎn)能投資，增加天然氣和電力等清潔能源產(chǎn)能投資。

關(guān)鍵詞：天然氣替代效應(yīng);能源轉(zhuǎn)型安全;資本彈性-粘性;設(shè)備資產(chǎn)擱淺;系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

中圖分類號(hào)F062.1;X24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1002-2104（2021）03-0138-12DOI：10.12062/cpre.20200604

作為從傳統(tǒng)化石能源向清潔可再生能源過渡的重要橋梁，天然氣在降低碳排放和促進(jìn)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展過程中起到重要作用，已成為世界各國(guó)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、低碳化戰(zhàn)略選擇[1-2]。近年來，我國(guó)政府出臺(tái)了“大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃”和“加快推進(jìn)天然氣利用的意見”等一系列政策，有力地推動(dòng)了天然氣消費(fèi)[3-4]。天然氣消費(fèi)在一次能源中占比上升到7.8%，但距《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》天然氣占比10%的預(yù)期目標(biāo)仍有較大差距。國(guó)內(nèi)外研究認(rèn)為，到2050年我國(guó)天然氣和電力消費(fèi)應(yīng)該達(dá)到20%和37%以上，才能實(shí)現(xiàn)能源清潔化轉(zhuǎn)型[2，5]。然而，天然氣替代傳統(tǒng)化石能源政策的實(shí)施并不順利，例如，2017年底到2018年初天然氣供應(yīng)短缺造成的大范圍“氣荒”沖擊了能源系統(tǒng)供應(yīng)安全，使得“煤改氣”政策備受質(zhì)疑和反思[6]。這意味著，政府主導(dǎo)下的天然氣替代扭曲了能源市場(chǎng)配置，不僅可能阻礙能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程[7]，而且還可能造成能源資產(chǎn)擱淺，進(jìn)而影響能源轉(zhuǎn)型安全[8]。天然氣替代傳統(tǒng)化石能源帶來的供應(yīng)安全和資產(chǎn)擱淺已成為我國(guó)能源轉(zhuǎn)型和結(jié)構(gòu)優(yōu)化不可忽視的問題。不僅如此，短期內(nèi)大幅提升清潔能源比重會(huì)增加能源轉(zhuǎn)型的經(jīng)濟(jì)成本、影響能源供應(yīng)的穩(wěn)定性，而合理高效的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是能源系統(tǒng)供應(yīng)安全的有效保障[9-10]。因此，如何尋求天然氣對(duì)傳統(tǒng)化石能源的最優(yōu)替代路徑，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、保障能源供應(yīng)的持續(xù)與穩(wěn)定，是我國(guó)能源轉(zhuǎn)型安全亟待解決的關(guān)鍵問題。

1文獻(xiàn)綜述

現(xiàn)有文獻(xiàn)研究主要著眼于能源替代的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、成效及影響因素等方面。如郭楊和李金葉[11]、倉定幫等[12]研究發(fā)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新是新能源替代化石能源的核心推動(dòng)力，能有效降低新能源成本，加快新能源對(duì)傳統(tǒng)化石能源的替代進(jìn)程。Blanco等[13]采用多準(zhǔn)則方法，測(cè)度了替代政策選擇對(duì)社會(huì)福利和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。湯韻和梁若冰[14]利用計(jì)量分析了天然氣替代煤炭的環(huán)境效應(yīng)，認(rèn)為強(qiáng)制實(shí)施“煤改氣”將會(huì)增加企業(yè)和社會(huì)負(fù)擔(dān)，政府應(yīng)循序漸進(jìn)，利用干預(yù)政策在能源市場(chǎng)中對(duì)企業(yè)產(chǎn)生間接影響。Labandeira等[15]針對(duì)能源需求的價(jià)格彈性進(jìn)行元分析，發(fā)現(xiàn)提升替代能源替代效應(yīng)能強(qiáng)化能源轉(zhuǎn)型政策的有效性和持續(xù)性。也有學(xué)者從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)層面對(duì)替代合理性進(jìn)行了討論，如劉平闊和王志偉[16]構(gòu)建了一個(gè)不同轉(zhuǎn)型模式合理性的內(nèi)因判定模型，認(rèn)為通過電能替代煤炭和石油及清潔發(fā)電替代火力發(fā)電的替代方案難以滿足我國(guó)現(xiàn)階段能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)要求。還有學(xué)者利用CES生產(chǎn)函數(shù)、超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)和CGE模型，從投入產(chǎn)出角度宏觀分析了技術(shù)、勞動(dòng)力、資本與能源之間在?？怂咕庀碌南嗷ヌ娲鷱椥?，力圖揭示生產(chǎn)方式變化對(duì)能源轉(zhuǎn)型的影響[17-19]。

能源安全研究范圍較寬泛，可以分為“能源供應(yīng)”“能源轉(zhuǎn)換和分配”以及“能源需求”等子系統(tǒng)的安全和風(fēng)險(xiǎn)[20]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)能源供應(yīng)安全研究領(lǐng)域不斷拓展，從能源供應(yīng)多元化轉(zhuǎn)向能源互聯(lián)互通、系統(tǒng)穩(wěn)定性和供應(yīng)彈性[21-22]，以及資產(chǎn)擱淺對(duì)能源安全的影響[23]。如Guo和Hawkes[24]研究認(rèn)為氣候政策不確定性、去碳化速度和可再生能源競(jìng)爭(zhēng)是天然氣生產(chǎn)和進(jìn)出口基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)擱淺的主要原因，美國(guó)和澳大利亞等國(guó)家面臨天然氣出口設(shè)施資產(chǎn)擱淺的風(fēng)險(xiǎn)。Ansari和Holz[25]則分析了氣候變化不確定性對(duì)發(fā)展中國(guó)家化石燃料儲(chǔ)量、運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)產(chǎn)業(yè)資產(chǎn)擱淺的沖擊，認(rèn)為中國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)以及中東和拉丁美洲石油產(chǎn)業(yè)面臨更大資產(chǎn)擱淺風(fēng)險(xiǎn)。資本投入能直接影響能源替代產(chǎn)生的轉(zhuǎn)型速度和環(huán)境效益[26]，而轉(zhuǎn)型速度關(guān)乎資產(chǎn)擱淺水平，即受向下升值影響的資產(chǎn)或因轉(zhuǎn)型而提前轉(zhuǎn)化為負(fù)債的資產(chǎn)[8]。能源替代必然伴隨著產(chǎn)能資本過早剝離、造成資產(chǎn)擱淺，這既產(chǎn)生了高昂沉沒成本，也不利于保障能源轉(zhuǎn)型過程的供應(yīng)安全[27-28]。

從上述文獻(xiàn)來看，能源替代主要側(cè)重于能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的路徑和政策選擇，而較少從微觀層面分析能源產(chǎn)能設(shè)備沉默成本對(duì)能源替代的成本約束。產(chǎn)能資本具有長(zhǎng)期彈性和短期粘性（Putty-Clay）的異質(zhì)性特征[29]，而能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型必然出現(xiàn)能源資本的擱淺或者損失，但激進(jìn)的能源替代政策將導(dǎo)致傳統(tǒng)化石能源設(shè)備資產(chǎn)強(qiáng)制性退出能源系統(tǒng)，這可能引發(fā)能源系統(tǒng)安全和系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)[8，27-28]。Moxnes[30]、Abada等[31]將Putty-Clay理論嵌入能源系統(tǒng)，從能源產(chǎn)能資本異質(zhì)性角度，微觀揭示出OECD成員國(guó)能源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性選擇對(duì)能源替代的影響機(jī)理，未進(jìn)一步深入研究天然氣替代對(duì)能源轉(zhuǎn)型需求安全的影響。同時(shí)，歐洲能源市場(chǎng)中的各能源成本差異較小，有利于市場(chǎng)機(jī)制在能源替代中發(fā)揮主導(dǎo)作用[32]。我國(guó)天然氣替代傳統(tǒng)化石能源的動(dòng)力不僅僅來自市場(chǎng)選擇，更受到政府對(duì)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的政策驅(qū)動(dòng)[11]。同時(shí)，煤炭、石油、天然氣和可再生能源成本差異顯著[16]，市場(chǎng)機(jī)制主導(dǎo)能源替代進(jìn)程可能達(dá)不到政府預(yù)期，而過強(qiáng)的政策性干預(yù)能源替代更可能沖擊潛在的能源轉(zhuǎn)型安全。

有鑒于此，基于資本彈性-粘性理論，建立能源替代系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，揭示天然氣消費(fèi)替代效應(yīng)引發(fā)的能源供應(yīng)安全和資產(chǎn)擱淺風(fēng)險(xiǎn)的形成機(jī)理，從能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、供應(yīng)安全和資產(chǎn)擱淺三個(gè)維度，分析并綜合評(píng)價(jià)能源轉(zhuǎn)型安全，提出適合我國(guó)天然氣替代的市場(chǎng)和政策激勵(lì)優(yōu)化方案，以期為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和轉(zhuǎn)型安全提供理論、方法借鑒和政策支持。

2模型構(gòu)建與校驗(yàn)

2.1能源替代系統(tǒng)力學(xué)模型

產(chǎn)能設(shè)備是能源轉(zhuǎn)化為能量的關(guān)鍵物理紐帶，例如，火力、水力以及光伏發(fā)電等所依存的設(shè)備系統(tǒng)。能源市場(chǎng)供應(yīng)和消費(fèi)量都依賴產(chǎn)能設(shè)備容量大小，而設(shè)備容量則是由產(chǎn)能資本投資和資本存量決定的[30]。能源替代受到產(chǎn)能成本、市場(chǎng)選擇、投資競(jìng)爭(zhēng)、資本流動(dòng)以及資本投資變化等影響，為此，將能源替代過程劃分為四個(gè)階段，結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，建立能源替代系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。

階段一：產(chǎn)能成本計(jì)算。能源設(shè)備產(chǎn)能成本由建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)成本、環(huán)境成本和溢價(jià)四部分構(gòu)成，如式（1）所示。

Ci=CCiPBTi+OOi+Pi+QCO2i×PCO2Ei-PRi（1）

Ci為第i種能源的產(chǎn)能總成本;CCi是產(chǎn)能設(shè)備建設(shè)成本，一般在投資回收期PBTi內(nèi)分?jǐn)偟娇偝杀井?dāng)中。OOi為單位產(chǎn)能運(yùn)行成本;Pi為第i種能源市場(chǎng)價(jià)格，對(duì)產(chǎn)能企業(yè)而言，市場(chǎng)價(jià)格轉(zhuǎn)化為企業(yè)生產(chǎn)成本的一部分。QCO2i是單位能源消費(fèi)產(chǎn)生的CO2排放量，Pco2為碳交易價(jià)格，將能源消費(fèi)產(chǎn)生的環(huán)境成本內(nèi)部化;Ei為設(shè)備產(chǎn)能效率，反映了能源企業(yè)的技術(shù)水平。PRi是溢價(jià)，為影響第i種能源消費(fèi)、但沒有納入到模型中的因素，例如靈活性、可供性、清潔能源補(bǔ)貼以及上網(wǎng)電價(jià)等[30-31，36，38]，間接反映能源消費(fèi)政策性影響。

階段二：能源市場(chǎng)選擇。市場(chǎng)選擇表現(xiàn)為能源間相互替代，實(shí)質(zhì)上是能源市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)能資本的投資競(jìng)爭(zhēng)，而產(chǎn)能成本是市場(chǎng)投資決策的依據(jù)[33]，也反映了產(chǎn)能投資對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)，表現(xiàn)為產(chǎn)能資本彈性[31]。對(duì)于單個(gè)能源生產(chǎn)企業(yè)而言，當(dāng)天然氣產(chǎn)能成本低于煤炭或石油產(chǎn)能成本，企業(yè)對(duì)天然氣產(chǎn)能進(jìn)行投資，形成天然氣對(duì)傳統(tǒng)化石能源替代;否則，企業(yè)將投資轉(zhuǎn)移到煤炭和石油產(chǎn)能上，產(chǎn)生天然氣逆替代;而對(duì)生產(chǎn)部門而言，群體投資決策呈現(xiàn)出多項(xiàng)Logit選擇特征[30]，表示為式（2）。

Si=e-αCi∑ie-αCi（2）

Ii=SiI（3）

其中，α為非負(fù)參數(shù)，i，Si∈[0，1]，且∑iSi=1，份額Si是關(guān)于總成本Ci的遞減函數(shù)。第i種能源的產(chǎn)能投資Ii由Si和所有能源產(chǎn)能設(shè)備總投資I決定，見式（7）。

階段三：產(chǎn)能資本轉(zhuǎn)化與流動(dòng)。產(chǎn)能資本轉(zhuǎn)化與流動(dòng)過程可以用式（4）—（6）表示，具體而言，新增投資Ii增加了新設(shè)備產(chǎn)能資本量KNi;KNi經(jīng)過設(shè)備生命周期（T）的一半后轉(zhuǎn)化為舊產(chǎn)能資本KOi，增加了KOi存量;而KOi經(jīng)過T/2周期折舊后，轉(zhuǎn)化為折舊資本DOi，并被淘汰?？梢姡?dāng)新增投資確定后，能源產(chǎn)能資本新、舊轉(zhuǎn)化和折舊淘汰過程，遵循了資本自身運(yùn)行規(guī)律，并不受市場(chǎng)選擇影響，表現(xiàn)為能源設(shè)備資本粘性，進(jìn)而形成了能源替代的資本成本約束。

dKNidt=Ii-2KNiTi（4）

dKOidt=2KNiTi-2KOiTi（5）

DO=∑iDOi=∑i2KOiTi（6）

階段四：總產(chǎn)能投資驅(qū)動(dòng)。為保障能源系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，需求根據(jù)能源供需差來調(diào)整總產(chǎn)能投資，投資過程可以式（7）和（8）表示[30-31]。如果總需求（ED）等于總產(chǎn)能（K）時(shí)，則f（x）=1，新增投資I用以彌補(bǔ)產(chǎn)能折舊DO，即I=DO;如果ED>K，則f（x）>1，此時(shí)I>DO，產(chǎn)能凈增加;如果ED

I=DO·f（ED-K）TI·DO）（7）

其中，設(shè)備總產(chǎn)能K=∑iKi，Ki表示i種能源設(shè)備總產(chǎn)能資本，Ki=KNi+KOi。f（x）為分段連續(xù)函數(shù)，如式（8）。

f（x）=x+1ifx≥0

f（x）=eβxifx<0（8）

引入產(chǎn)能利用率U衡量總產(chǎn)能和總需求之間的平衡程度，并據(jù)此估計(jì)不同能源的市場(chǎng)需求如式（9）所示：

U=EDK（9）

假定每種能源的產(chǎn)能利用率與能源市場(chǎng)總體水平相似，即對(duì)于第i種能源而言Ui=U，因此第三種能源模擬需求值i為：

i=UiKi=EDKiK（10）

2.2模型參數(shù)優(yōu)化

模型中存在KNi，KOi，PRi，α（i=煤炭，石油，天然氣，電力）等需要優(yōu)化的參數(shù)，鑒于系統(tǒng)模型的非線性特征，文章采用遺傳算法對(duì)其優(yōu)化求解[34]。將待優(yōu)化的參數(shù)編碼為有13個(gè)基因位的實(shí)數(shù)染色體：（KN1，KO1，PR1，KN2，KO2，PR2，KN3，KO1，PR3，α），目標(biāo)函數(shù)e，表示為各能源歷史消費(fèi)量Dti與模擬需求量i間差異的絕對(duì)值之和，如式（11）所示。遺傳算法的參數(shù)設(shè)置為：種群數(shù)Poposize=400，最大迭代數(shù)為：Maxgen=5000;選擇、交叉和變異率分別為：Ps=0.2，Pc=0.02和Pm=0.001。

e=∑i∑t|Dti-|（11）

2.3模型校準(zhǔn)及檢驗(yàn)

研究對(duì)象為我國(guó)煤炭、石油、天然氣和電力。需要說明的是，在文中電力包括核電、水電、風(fēng)電以及太陽能發(fā)電等一次清潔可再生能源，不包括煤炭、發(fā)電等轉(zhuǎn)化過來的二次能源，后文表述為電力或電力等清潔能源。樣本數(shù)據(jù)期為2000—2018年，能源消費(fèi)量數(shù)據(jù)來自《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，煤炭?jī)r(jià)格來自國(guó)際貨幣基金組織，石油和天然氣價(jià)格來自《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，電力價(jià)格來自國(guó)家能源局，部分?jǐn)?shù)據(jù)來自IEA統(tǒng)計(jì)年鑒。參數(shù)初始值見表1，噸油當(dāng)量用toe表示。

經(jīng)過遺傳算法優(yōu)化，得到最優(yōu)參數(shù)（表2），進(jìn)而將參數(shù)代到模型中，模擬得到2000—2018年四種能源消費(fèi)量，并與實(shí)際消費(fèi)量比較（圖1）。煤炭初始設(shè)備產(chǎn)能資本存量（KO+KN）最大，石油和電力次之，天然氣最小。這表明煤炭產(chǎn)能資本粘性最強(qiáng)，能源市場(chǎng)過度依賴煤炭消費(fèi)。這一結(jié)果較為真實(shí)地反映了當(dāng)前我國(guó)能源生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀：工業(yè)化進(jìn)程長(zhǎng)期以來所形成的以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，保障了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，但是產(chǎn)生了具有特殊國(guó)情的煤炭產(chǎn)能投資路徑依賴。與此同時(shí)，作為高效能源，石油和電力在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中表現(xiàn)出了重要的保障效能，并在國(guó)家安全戰(zhàn)略中顯現(xiàn)出了日益重要的作用，在高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，其市場(chǎng)消費(fèi)主要受到兩者新產(chǎn)能資本存量（KN）不斷增強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然，天然氣作為清潔低碳能源的重要來源，在環(huán)境規(guī)制政策倒逼綠色生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型的背景下，其產(chǎn)能資本存量雖小，但已經(jīng)具有了一定市場(chǎng)基礎(chǔ)。市場(chǎng)對(duì)能源消費(fèi)的偏好是能源供給的動(dòng)力之源，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，能源消費(fèi)價(jià)格及其所反映的生產(chǎn)成本，有機(jī)銜接能源供給與消費(fèi)，成為能源生產(chǎn)體系的“晴雨表”和以引領(lǐng)能源企業(yè)生產(chǎn)行為的“風(fēng)向標(biāo)”。模擬結(jié)果顯示，我國(guó)煤炭和天然氣的溢價(jià)成本PR分別為-988元/toe和-11472元toe，而電力和石油溢價(jià)成本為正，這表明市場(chǎng)偏向于石油和電力等能源

消費(fèi)。同時(shí)，碳排放政策降低了煤炭消費(fèi)偏好，而過高的天然氣溢價(jià)則形成了天然氣替代煤炭和石油的成本阻力。采用誤差檢驗(yàn)法（MAPE）計(jì)算出煤炭、石油、天然氣和電力預(yù)測(cè)精度，分別為1.60%、4.1%、8.98%和6.74%，均小于10%，即擬合量和實(shí)際結(jié)果比較吻合。這表明，模型能從資本彈性和粘性角度動(dòng)態(tài)捕獲能源設(shè)備資本投資和產(chǎn)能資本流動(dòng)的過程，揭示出能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的資本成本約束機(jī)理。

3天然氣消費(fèi)替代效應(yīng)

用交叉價(jià)格需求彈性來度量天然氣替代效應(yīng)，模擬出了2000年、2004年、2008年、2014年和2018年這五年的天然氣價(jià)格需求曲線，以及天然氣對(duì)煤炭、石油和電力替代彈性（圖2），以此分析天然氣價(jià)格變化對(duì)產(chǎn)能資本彈性-粘性影響，以及由此產(chǎn)生的天然氣替代效應(yīng)引發(fā)的供應(yīng)安全和產(chǎn)能資產(chǎn)擱淺問題。

從天然氣需求曲線來看（圖2（a）），價(jià)格在0～15000元/toe區(qū)間時(shí)，市場(chǎng)需求隨著價(jià)格增加而減少，產(chǎn)能投資隨之減少，見式（2）、（3），表現(xiàn)為產(chǎn)能資本彈性，這為天然氣供應(yīng)提供了一定的彈性空間（圖2（a）中帶陰影柱狀圖）。而當(dāng)價(jià)格超過15000元/toe時(shí)，市場(chǎng)消費(fèi)表現(xiàn)出剛性需求，產(chǎn)能資本存量（KO+KN）并沒有隨之降低，表現(xiàn)出資本粘性，這確定了供應(yīng)安全的最低臨界值（圖2（a）中紫色水平虛線）。如果天然氣供應(yīng)低于資本存量，則導(dǎo)致產(chǎn)能設(shè)備不能提供足夠能量滿足市場(chǎng)需求?？梢?，產(chǎn)能資本存量為衡量能源供應(yīng)安全提供了參考，存量越大，市場(chǎng)面臨供應(yīng)安全與風(fēng)險(xiǎn)越大。在2000—2018年，我國(guó)天然

氣供應(yīng)彈性空間逐漸增大，提高了價(jià)格調(diào)節(jié)市場(chǎng)供需能力，而天然氣資本存量上升導(dǎo)致市場(chǎng)面臨更大供應(yīng)安全。例如，2018年天然氣消費(fèi)量約為2×108toe（約為2.8×108m3），進(jìn)口量約占總消費(fèi)量的43.5%，這也為我國(guó)天然氣對(duì)外依存度不斷上升提供了佐證[35]。

天然氣對(duì)煤炭、石油和電力的替代彈性呈現(xiàn)出先增加后降低的偏態(tài)分布，替代彈性峰值出現(xiàn)在價(jià)格7200元/toe左右，高于現(xiàn)有平均價(jià)格（4200元/toe），如圖2（b）—圖2（d）所示。提高天然氣價(jià)格，加快了對(duì)煤炭、石油和電力等能源的替代，但也會(huì)刺激天然氣產(chǎn)能投資、增大天然氣供應(yīng)壓力。隨著資源供應(yīng)增加，天然氣對(duì)煤炭、石油和電力的替代彈性也逐漸增大，而彈性峰值對(duì)應(yīng)的價(jià)格逐漸向右移（圖2），這意味著充足的天然氣供應(yīng)推動(dòng)了市場(chǎng)擴(kuò)張，也潛在地降低了天然氣溢價(jià)，減小了替代成本。石油交叉彈性最大，電力次之，而煤炭最小，且彈性均小于1%。雖然彈性較小，但是這三種能源消費(fèi)基數(shù)大（圖3），以2018年消費(fèi)量計(jì)算，天然氣對(duì)煤炭、石油和電力的最大替代量分別為650×104toe、500×104toe和240×104toe。這表明，在市場(chǎng)機(jī)制作用下，天然氣可以對(duì)這三種能源實(shí)現(xiàn)有限替代，增大能源之間的互補(bǔ)性，有利于防范短期內(nèi)能源供應(yīng)短缺誘發(fā)的能源系統(tǒng)供應(yīng)安全和風(fēng)險(xiǎn)。

天然氣對(duì)煤炭、石油天然氣替代產(chǎn)生了能源資產(chǎn)擱淺和投資增加的負(fù)、正兩種效應(yīng)（圖3）。隨著天然氣價(jià)格增大，其產(chǎn)能資本投資逐漸減少，煤炭、石油和電力資產(chǎn)擱淺也逐步降低;當(dāng)價(jià)格超過3000元/toe，天然氣產(chǎn)能資本卻面臨擱淺，而煤炭、石油和電力產(chǎn)能資本投資隨著價(jià)格增加而增大。然而，當(dāng)價(jià)格超過15000元/toe，資本存量達(dá)到了產(chǎn)能資本的下限和上限，產(chǎn)能資本粘性阻滯了天然氣替代。由此可見，天然氣

產(chǎn)能資本投資是以其他三種能源資產(chǎn)擱淺為代價(jià)的，而過高的市場(chǎng)價(jià)格將導(dǎo)致其天然氣自身資產(chǎn)擱淺和投資萎縮，反而刺激了煤炭、石油等能源資本投資。我國(guó)面臨天然氣資源供應(yīng)緊缺的客觀現(xiàn)實(shí)，市場(chǎng)化改革過快將推高天然氣價(jià)格，不僅會(huì)導(dǎo)致自身資本大幅度擱淺，而且也為傳統(tǒng)化石能源投資提供了潛在的逆增長(zhǎng)空間。這不僅不利于天然氣市場(chǎng)發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，也會(huì)給能源系統(tǒng)供應(yīng)安全帶來沖擊。因而，能源替代過程應(yīng)該遵循產(chǎn)能資本彈性-粘性對(duì)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的資本成本約束，綜合考慮供應(yīng)安全與資產(chǎn)擱淺之間的平衡，尋求能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化路徑。

4我國(guó)天然氣消費(fèi)替代效應(yīng)情景分析

由前述分析可以知道，市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制只能在彈性供應(yīng)空間發(fā)揮作用，難以在短期內(nèi)調(diào)節(jié)傳統(tǒng)化石能源產(chǎn)能資本存量，不能有效推動(dòng)天然氣對(duì)傳統(tǒng)化石能源替代，達(dá)到能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化目的。因而，需要制定合適的能源政策驅(qū)動(dòng)天然氣對(duì)煤炭和石油替代，鑒于投資（PBT）、技術(shù)效率（E）并不能有效推動(dòng)能源替代，主要考慮了市場(chǎng)和政策激勵(lì)，即碳市場(chǎng)價(jià)格和天然氣溢價(jià)[36]。情景分析到2050年我國(guó)天然氣替代效應(yīng)帶來的能源結(jié)構(gòu)變化、產(chǎn)能資產(chǎn)擱淺和供應(yīng)安全，綜合評(píng)價(jià)兩種政策對(duì)我國(guó)能源轉(zhuǎn)型安全的影響。

4.1情景設(shè)置與能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化

將2019年作為基準(zhǔn)年，考慮能源強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和人口變化等因素，借鑒嚴(yán)良等[37]研究方法，預(yù)測(cè)出2019—2050年我國(guó)能源總消費(fèi)量，采用隨機(jī)漫步方法生成四種能源市場(chǎng)價(jià)格序列。具體情景及方案見表3。

（1）基準(zhǔn)情景（BAU）：碳價(jià)為50元/t，天然氣消費(fèi)溢價(jià)PR保持不變。

（2）市場(chǎng)情景（CBP）：2019年我國(guó)最高碳價(jià)為11美元/t，而瑞典等碳價(jià)高達(dá)127美元/t。據(jù)預(yù)測(cè)，為實(shí)現(xiàn)全球減排目標(biāo)，到2020年最低碳價(jià)范圍應(yīng)為40～80美元/t[36]。結(jié)合我國(guó)碳減排目標(biāo)，采用OECD國(guó)家的中間碳稅政策，設(shè)置三種方案：CBPⅠ為碳價(jià)100元/t;CBPⅡ?yàn)樘純r(jià)隨時(shí)間線性增加，從2019年的100元/t增長(zhǎng)到2050年的600元/t;CBPⅢ為碳價(jià)600元/t。

（3）政府激勵(lì)情景（PR）：天然氣溢價(jià)過高可能是財(cái)政、稅收、投資等政策性激勵(lì)不足[34]。而深化天然氣市場(chǎng)改革、加大資源供給力度乃至補(bǔ)貼清潔能源，能夠降低天然氣消費(fèi)溢價(jià)。為此，設(shè)置了三種激勵(lì)方案：PRⅠ為天然氣溢價(jià)降低20%;PRⅡ?yàn)橐鐑r(jià)降低比例線性增加，即從2019年的20%降低水平增加到2050年的60%水平;PRⅢ為溢價(jià)降低60%。

（4）市場(chǎng)+政策激勵(lì)情景：綜合測(cè)度市場(chǎng)和政策引起的天然氣替代疊加效應(yīng)，分為三種方案，即CBPⅠ+PRⅠ;CBPⅡ+PRⅡ;CBPⅢ+PRⅢ。

不同情景下2050年我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)結(jié)果見圖4。

從基準(zhǔn)情景來看，到2050年我國(guó)天然氣消費(fèi)占比在12%左右，煤炭和石油消費(fèi)占比超過60%，以傳統(tǒng)化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)未得到根本性改觀。基準(zhǔn)情景的BAU方案，CBPⅠ、CBPⅡ和CBPⅢ方案降低了煤炭消費(fèi)占比，最高下降到34.2%，電力消費(fèi)占比從22.3%上升到30.4%，天然氣消費(fèi)占比最大也僅為15.3%，石油消費(fèi)占比維持不變。這意味著，提高碳價(jià)格有利能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)從煤炭向電力等清潔能源的跨越式轉(zhuǎn)換，但弱化了天然氣作為能源清潔化轉(zhuǎn)型的過渡作用。從政策激勵(lì)來看，PRI、PRII和PRIII方案提高了天然氣消費(fèi)占比，最高達(dá)到23.1%;而煤炭和石油消費(fèi)占比分別下降了約5%和3%，電力消費(fèi)占比有所下降。這表明，雖然政策性激勵(lì)能夠優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，但是未能推動(dòng)電力等再生能源消費(fèi)增長(zhǎng)。從市場(chǎng)和政策激勵(lì)組合情景來看，CBPⅠ+PRⅠ、CBPⅡ+PRⅡ和CBPⅢ+PRⅢ方案同時(shí)提高了天然氣和電力消費(fèi)占比，兩者綜合最高超過50%，石油消費(fèi)占比在19%左右，而煤炭消費(fèi)占比下降到30%。這表明，市場(chǎng)和政策激勵(lì)共同作用加快煤炭向天然氣和電力等清潔能源轉(zhuǎn)換，保持石油消費(fèi)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，源循序漸進(jìn)推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

4.2產(chǎn)能設(shè)備資產(chǎn)擱淺

觀察2019—2050年10種方案下累積資產(chǎn)擱淺結(jié)果，發(fā)現(xiàn)天然氣替代傳統(tǒng)化石能源導(dǎo)致了煤炭和石油產(chǎn)能資產(chǎn)擱淺，增加了天然氣和電力產(chǎn)能資本投資需求（圖5）。這表明，傳統(tǒng)化石能源向清潔能源轉(zhuǎn)型必然要承受傳統(tǒng)能源資產(chǎn)擱淺的代價(jià)，也為低碳和可再生能源提供

了潛在的產(chǎn)能資本投資空間。具體而言，相比于BAU方案，碳市場(chǎng)價(jià)格提高了煤炭消費(fèi)環(huán)境成本，增強(qiáng)了市場(chǎng)對(duì)電力等可再生能源的選擇偏好（圖4）。當(dāng)采用方案CBPIII（碳價(jià)格為600元/t）時(shí)，到2050年煤炭產(chǎn)能資本累積擱淺量達(dá)到96×108toe，需要增加72×108toe的電力產(chǎn)能資本投資，以彌補(bǔ)煤炭資產(chǎn)擱淺帶來的能源系統(tǒng)產(chǎn)能不足的風(fēng)險(xiǎn)。政策激勵(lì)會(huì)刺激天然氣產(chǎn)能資本投資，導(dǎo)致煤炭、石油和電力產(chǎn)能資產(chǎn)擱淺和投資萎縮。在實(shí)施方案PRIII（天然氣溢價(jià)降低60%）時(shí)，煤炭、石油和電力的累積產(chǎn)能資產(chǎn)擱淺達(dá)到101×108toe，天然氣累積產(chǎn)能資本投資需要達(dá)到102×108toe才能夠滿足市場(chǎng)產(chǎn)能需求。市場(chǎng)與政策激勵(lì)相互組合產(chǎn)生的疊加效應(yīng)促進(jìn)了天然氣和電力產(chǎn)能資本投資，而煤炭和石油因環(huán)境成本內(nèi)部化和溢價(jià)優(yōu)勢(shì)下降，其產(chǎn)能資產(chǎn)擱淺則是市場(chǎng)長(zhǎng)期選擇結(jié)果。在方案CBPIII+PRIII中，煤炭和石油累積資產(chǎn)擱淺高達(dá)158×108toe。將三種情景對(duì)比發(fā)現(xiàn)，碳價(jià)政策主要強(qiáng)化煤炭設(shè)備產(chǎn)能的環(huán)境成本，通過電力等清潔能源產(chǎn)能投資對(duì)其產(chǎn)能資本產(chǎn)生擠出效應(yīng)，即碳價(jià)政策能對(duì)傳統(tǒng)化石能源產(chǎn)能資本實(shí)施定向調(diào)控。政策激勵(lì)則主要減少天然氣溢價(jià)，降低天然氣替代的成本門檻，能針對(duì)性調(diào)控自身產(chǎn)能資本投資，不能對(duì)其他能源產(chǎn)能資本進(jìn)行選擇性調(diào)控。而碳價(jià)與天然氣溢價(jià)政策組合兼具能源產(chǎn)能資本投資和擱淺的選擇和定向調(diào)控功能。

4.3能源供應(yīng)安全

鑒于資本粘性和彈性對(duì)能源供給安全的影響，模擬出2050年三種情景下10種方案對(duì)應(yīng)的能源供應(yīng)安全臨界值、彈性供應(yīng)空間（圖6），以此分析各能源品種供應(yīng)安全。

從天然氣自身供應(yīng)安全來看（圖6（a）），基準(zhǔn)情景下，天然氣安全供應(yīng)臨界值為4.69×108toe，彈性供應(yīng)量約為2400×104toe。市場(chǎng)情景下，供應(yīng)臨界值從4.50×108toe上升到5.23×108toe，彈性供應(yīng)空間從2500×104toe擴(kuò)大到2700×104toe左右，占臨界值的5%左右。政策激勵(lì)情景雖然提高了天然氣消費(fèi)量，但對(duì)供應(yīng)安全提出了更大的挑戰(zhàn)，如PRIII方案實(shí)施時(shí)，臨界值高達(dá)8.98×108toe，彈性供應(yīng)空間約為4602×104toe，僅占臨界值的5.1%。在市場(chǎng)和政策激勵(lì)情境下，天然氣安全供應(yīng)臨界值與政策激勵(lì)下的臨界值相當(dāng)，但是顯著擴(kuò)大彈性供應(yīng)空間;如實(shí)施CBPIII+PRIII方案，臨界值為8.78×108toe，彈性供應(yīng)空間為7477×104toe，占臨界值的8.5%。需要說明的是，CBPⅡ、PRⅡ和CBPⅡ+PRⅡ三種方案實(shí)施時(shí)，彈性供應(yīng)空間占臨界值之比分別為5.38%、6.1%和6.28%，這表明，在相同安全水平下，漸進(jìn)式的碳價(jià)和天然氣溢價(jià)政策更能增加天然氣供應(yīng)彈性。三種情景雖然推動(dòng)了天然氣消費(fèi)，也抬高了安全供應(yīng)臨界值，即產(chǎn)能資本存量，這意味著天然氣供應(yīng)面臨更大的產(chǎn)能資本剛性約束，市場(chǎng)將面臨更加嚴(yán)峻的供應(yīng)安全形勢(shì)。而天然氣價(jià)格調(diào)節(jié)產(chǎn)生的彈性供應(yīng)空間約為2500×104～8000×104toe，按照1toe=1400m3天然氣計(jì)算，折合為350×108～1120×108m3，因此，通過市場(chǎng)手段可部分緩解天然氣供應(yīng)安全。

從天然氣替代效應(yīng)來看（圖6（b）、（c）和（d）），相對(duì)于BAU方案，碳價(jià)、溢價(jià)以及兩者組合政策下煤炭供應(yīng)安全臨界值呈階梯式下降，影響效果大致相當(dāng)，最大下降到15×108toe左右;不同的是碳價(jià)政策縮小了煤炭彈性供應(yīng)空間，而碳價(jià)與溢價(jià)政策則擴(kuò)大了供應(yīng)彈性。相較于我國(guó)煤炭資源豐富的資源稟賦，煤炭安全供應(yīng)面臨壓力降低。石油供應(yīng)安全臨界值并沒有顯著降低，而是穩(wěn)定在8.26×108toe左右，只是擴(kuò)大了彈性供應(yīng)空間，約為1000×104～3000×104toe，增大了石油市場(chǎng)供需的價(jià)格調(diào)控能力，即天然氣替代能夠部分緩解我國(guó)石油市場(chǎng)供需緊平衡狀態(tài)。對(duì)電力等可再生能源而言，相較于BAU方案，碳價(jià)政策推高了供應(yīng)安全臨界值，縮小了彈性供應(yīng)空間;而溢價(jià)政策以及碳價(jià)和溢價(jià)組合政策在沒有過多增加安全臨界值的情況下，擴(kuò)大了其彈性供應(yīng)空間，例如，實(shí)施CBPIII+PRIII方案，臨界值為10.05×108toe左右，彈性供應(yīng)占臨界值之比為1.52%。這表明，天然氣替代提高了電力等可再生能源供應(yīng)彈性，強(qiáng)化了清潔能源消費(fèi)的市場(chǎng)導(dǎo)向。

4.4情景方案比較

從天然氣消費(fèi)占比、傳統(tǒng)化石能源設(shè)備資產(chǎn)擱淺和能源系統(tǒng)供應(yīng)安全（四種能源安全供應(yīng)臨界值之和）三個(gè)維度，利用三元相圖，綜合評(píng)價(jià)市場(chǎng)和政策驅(qū)動(dòng)效應(yīng)引發(fā)的能源轉(zhuǎn)型安全（圖7）。圖中三個(gè)軸的坐標(biāo)值均表示相對(duì)BAU方案的消費(fèi)占比、資產(chǎn)擱淺和安全供應(yīng)量的增長(zhǎng)或減少百分比。需要說明的是，供應(yīng)量約接近BAU方案的安全供應(yīng)臨界值，能源系統(tǒng)相對(duì)供應(yīng)安全水平越高，反之越低。

相較于BAU，方案CBPⅡ和CBPⅢ相對(duì)煤炭、石油資產(chǎn)擱淺增量小于38.5%，供應(yīng)安全水平維持在62.5%以上，但是天然氣消費(fèi)占比增量低于12.5%;方案CBPⅠ和CBPⅡ+PRⅢ將導(dǎo)致煤炭、石油資本顯著擱淺超過50%，而且供應(yīng)安全水平低于50%;方案PRⅠ和CBPⅠ+PRⅠ將產(chǎn)生相同效應(yīng)，即維持較高供應(yīng)安全水平和較低煤炭、石油資本相對(duì)擱淺程度，而天然氣消費(fèi)占比相對(duì)增量仍然低于25%;方案PRⅡ、PRⅢ以及CBPⅡ+PRⅡ?qū)⒃黾犹烊粴庀鄬?duì)占比40%左右，天然氣消費(fèi)占比達(dá)到20%左右且能維持較低的資產(chǎn)擱淺程度、保持較高的能源系統(tǒng)供應(yīng)安全。

總體而言，在市場(chǎng)和政府激勵(lì)的情景下，提高天然氣消費(fèi)占比，加快了煤炭石油向電力等再生能源轉(zhuǎn)換，但是，我國(guó)將面臨化石能源資產(chǎn)擱淺程度加深和能源供應(yīng)安全水平下降的困境。綜合考慮天然氣替代下對(duì)能源系統(tǒng)安全和傳動(dòng)化石能源資產(chǎn)擱淺的影響，漸進(jìn)式政策激勵(lì)（PRⅡ），強(qiáng)政策激勵(lì)（PRⅢ）以及漸進(jìn)式的市場(chǎng)和政策激勵(lì)（CBPⅡ+PRⅡ）方案在推動(dòng)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的同時(shí)，能有效控制傳統(tǒng)化石能源擱淺風(fēng)險(xiǎn)、維持較高的能源系統(tǒng)供應(yīng)安全水平。

5結(jié)論與啟示

建立能源替代系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，揭示了產(chǎn)能資本彈性-粘性對(duì)能源替代和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的資本成本約束機(jī)理，捕獲了能源轉(zhuǎn)換過程中各能源品種產(chǎn)能資本投資和資本存量動(dòng)態(tài)演變特征，識(shí)別出了天然氣替代產(chǎn)生的能源系統(tǒng)供應(yīng)安全和資產(chǎn)擱淺風(fēng)險(xiǎn)，為能源替代和轉(zhuǎn)型安全研究提供了科學(xué)的理論和方法借鑒。主要研究結(jié)論與啟示如下。

（1）2000—2018年我國(guó)煤炭和石油產(chǎn)能資本存量過高，形成了能源市場(chǎng)對(duì)傳統(tǒng)化石能源消費(fèi)的路徑依賴，成為天然氣替代和能源轉(zhuǎn)型的資本阻力，這也決定了天然氣替代驅(qū)動(dòng)的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型將是一個(gè)漸進(jìn)、長(zhǎng)期的過程。天然氣替代是以整個(gè)能源系統(tǒng)供應(yīng)安全降低和產(chǎn)能資產(chǎn)擱淺為代價(jià)的;而市場(chǎng)價(jià)格調(diào)控僅能推動(dòng)天然氣對(duì)煤炭、石油和電力的有限替代，部分緩解能源供應(yīng)短缺誘發(fā)的供應(yīng)安全和風(fēng)險(xiǎn)。因而，天然氣對(duì)傳統(tǒng)化石能源替代應(yīng)該遵循產(chǎn)能資本彈性-粘性對(duì)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化路徑的資本成本約束，以降低天然氣替代對(duì)能源系統(tǒng)供應(yīng)安全的沖擊和產(chǎn)能資產(chǎn)擱淺風(fēng)險(xiǎn)。

（2）如果現(xiàn)有碳價(jià)和天然氣消費(fèi)溢價(jià)不變，到2050年我國(guó)天然氣消費(fèi)占比12%左右，我國(guó)以煤炭和石油消費(fèi)為主的能源結(jié)構(gòu)未得到根本性改觀。能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和清潔化轉(zhuǎn)型應(yīng)實(shí)施積極的碳價(jià)和天然氣溢價(jià)政策，但是兩者激勵(lì)機(jī)理和路徑則不同。碳價(jià)政策主要強(qiáng)化煤炭設(shè)備產(chǎn)能的環(huán)境成本，刺激電力等清潔能源產(chǎn)能資本投資，擠壓煤炭產(chǎn)能投資，實(shí)現(xiàn)了煤炭產(chǎn)能投資轉(zhuǎn)向清潔能源產(chǎn)能投資路徑的定向調(diào)控，但弱化了天然氣作為過渡能源的橋梁作用。天然氣溢價(jià)政策主要降低天然氣替代的成本門檻，增加了天然氣消費(fèi)和產(chǎn)能投資偏好，但不能對(duì)煤炭、石油和電力產(chǎn)能資本投資進(jìn)行選擇性調(diào)控。而碳價(jià)與天然氣溢價(jià)政策組合兼具能源產(chǎn)能資本投資的選擇和定向調(diào)控功能，在降低煤炭和石油產(chǎn)能資本存量的同時(shí)，也提高了天然氣和電力等清潔能源投資，循序漸進(jìn)地推動(dòng)了煤炭、石油消費(fèi)向電力等清潔能源轉(zhuǎn)換。

（3）碳價(jià)和天然氣溢價(jià)政策能提高天然氣消費(fèi)占比，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，但是到2050年我國(guó)將面臨化石能源資產(chǎn)擱淺程度加深和能源供應(yīng)安全水平下降的困境。綜合考慮政府對(duì)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化預(yù)期、能源系統(tǒng)供應(yīng)安全和傳統(tǒng)化石能源產(chǎn)能資產(chǎn)擱淺三個(gè)維度，我國(guó)應(yīng)采取三種方案：天然氣溢價(jià)降低60%;溢價(jià)降低從20%逐步增至60%;以及碳價(jià)從100元/t逐漸提高到600元/t，溢價(jià)降低從20%逐步增至60%。這三種方案既能提高天然氣消費(fèi)占比，達(dá)到20%左右，又能有效控制傳統(tǒng)化石能源擱淺風(fēng)險(xiǎn)、保障能源系統(tǒng)供應(yīng)安全，推動(dòng)傳統(tǒng)化石能源向電力等清潔能源漸進(jìn)轉(zhuǎn)換。

（4）保障能源轉(zhuǎn)型安全需要加大我國(guó)碳市場(chǎng)和天然氣市場(chǎng)改革和建設(shè)力度，充分發(fā)揮價(jià)格機(jī)制對(duì)能源消費(fèi)和產(chǎn)能設(shè)備投資的市場(chǎng)調(diào)節(jié)作用。一方面，通過提高碳稅增加企業(yè)煤炭和石油消費(fèi)環(huán)境成本，激發(fā)更多低碳能源消費(fèi)企業(yè)參與碳市場(chǎng)交易，誘導(dǎo)企業(yè)能源消費(fèi)清潔化轉(zhuǎn)型;另一方面，加大我國(guó)天然氣資源供應(yīng)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和市場(chǎng)化改革，降低因供應(yīng)短缺形成的負(fù)消費(fèi)溢價(jià)水平，從而減少天然氣替代成本，充分發(fā)揮價(jià)格對(duì)能源替代的市場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)制。此外，需要發(fā)揮政府對(duì)能源市場(chǎng)投資的宏觀調(diào)控作用，逐步減少煤炭和石油產(chǎn)能投資、增加天然氣和電力等清潔能源產(chǎn)能投資，降低能源轉(zhuǎn)型過程中的資產(chǎn)擱淺、防范能源系統(tǒng)供應(yīng)安全風(fēng)險(xiǎn)。

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SubstitutioneffectofnaturalgasconsumptionandenergytransitionsecurityinChina

WANGXiaolin1，2CHENGJinhua1，2CHENJun2，3XIAOJianzhong1，2

（1.SchoolofEconomicsandManagement，ChinaUniversityofGeosciences（Wuhan），WuhanHubei430074，China;

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430074，China;3.SchoolofMarxism，ChinaUniversityofGeosciences（Wuhan），HubeiWuhan430074，China）

AbstractAcceleratingthedevelopmentandutilizationofnaturalgasandoptimizingtheenergystructureareimportanttasksforChinatopromoteenergyproductionandconsumptionrevolutionandtobuildaclean，low-carbon，safeandefficientenergysystem.However，theenergystructuretransitionwillleadtoenergyassetsstranding，supplysecurityandsystemrisks.Tosolvetheseissues，thisstudyproposedasystemdynamicmodelforenergysubstitutionsysteminlightoftheputty-clayofenergyequipmentcapital，gettingadeepinsightintothemechanismofnaturalgassubstitutioneffectsofenergysupplysecurityshockandassetsstrandingriskoftraditionalfossilfuels.Moreover，energytransitionsecuritywasevaluatedcomprehensivelyfromthreedimensionsofenergystructureoptimization，supplysecurityandassetstranding，andseveralschemesforimprovingenergystructuredrivenbynaturalgassubstitutionontransitionalfossilfuelswereputforwardforfuturepolicymakers.Theresultsshowedthat：①Thehugecoalandoilequipmentcapacitycapitalstockhasledtothepathdependenceonthetraditionalfossilenergyconsumption，whichisthecapitalresistanceofnaturalgassubstitutionandcleanenergytransition.Thismeansthattherewillbealong-termandgradualprocessfornaturalgastosubstitutetraditionalfossilenergiestorealizeenergystructuretransition.②Iftheexistingcarbonprice（50yuan/ton）andnaturalgaspremium（-11472yuan/toe）remainunchanged，Chinasnaturalgasconsumptionwillaccountforabout12%by2050，andtheenergystructuredominatedbycoalandoilconsumptionwillnothavebeenfundamentallychanged.③Increasingcarbonpriceandreducingnaturalgaspremiumcanincreasethesubstitutionofnaturalgasforcoalandoil，andstrengthenthemarketorientationofcleanenergyconsumption，suchaselectricity.However，thisisatthecostofenergysupplysecurityandassetsstrandingoftraditionalfossilfuels.④Itisnecessaryforpolicymakersofnaturalgassubstitutiontofollowthecostconstraintofcapacitycapitalputty-clayonenergystructureoptimization.Threeoptimalschemesshouldbeadoptedby2050：reducingnaturalgaspremiumby60%;decreasingthepremiumgraduallyfrom20%to60%;increasingcarbonpricegraduallyfrom100to600yuan/tonwhiledecreasingthepremiumgraduallyform20%to60%.Thesethreeschemescanincreasetheproportionofnaturalgasconsumptiontoabout20%，andreducetheproportionofcoalandoilconsumptiontobelow60%.⑤Toensureenergytransitionsecurity，itisnecessarytointensifythereformandconstructionofcarbonmarketandnaturalgasmarket，andgivefullplaytothemarketguidingeffectofpricemechanismonenergyconsumptionandinvestmentinequipmentcapital.Atthesametime，itisalsonecessarytostrengthenthemacro-controlroleofgovernmentinvestmentinenergymarkettograduallyreduceinvestmentincoalandoilproductioncapacity，toincreaseinvestmentinequipmentcapacitycapitalofcleanenergiessuchasnaturalgasandelectricity，toreduceassetstrandingintheprocessofenergytransitionandtopreventsystematicrisksofenergysupply.

Keywordsnaturalgassubstitutioneffect;energytransitionsecurity;capitalputty-clay;strandedequipmentasset;systemdynamicsmodel

（責(zé)任編輯：李琪）