“煤改氣”投資對宏觀經濟的拉動效應：基于北京市可計算一般均衡模型分析

魯傳一，魯玉成，魏永杰

1. 清華大學能源環境經濟研究所，北京 100084

2. 清華大學核能與新能源技術研究院，北京 100084

3. 中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012

長期以來，燃煤是我國北方，特別是京津冀地區主要污染源之一. “煤改氣”是將燃燒煤炭的方式改為燃燒天然氣，目的是為了減少燃煤產生的大氣污染，也相應減少二氧化碳排放，有利于全球氣候保護.2013年國務院發布了《大氣污染防治行動計劃》，明確提出要加快推進“煤改氣”和“煤改電”工程建設.2013年以來，在國家系列政策支持下，京津冀及周邊地區“煤改氣”工程積極推進，工程投資也不斷增大，有力地推動了大氣環境質量改善和經濟社會高質量發展[1]. 盡管“煤改氣”工作存在一些不足，如2017年冬季出現了較嚴重的“氣荒”，但從長期看“煤改氣”產生的經濟和環境效果是不容忽視的.

目前關于大氣污染對經濟和健康的影響研究較多，如李惠娟等[2]以我國62個環保重點監測城市為樣本，運用環境健康風險與環境價值評估方法，對2015年PM2.5污染引發的健康風險及經濟損失進行評價，楊宏偉等[3-5]也開展了類似研究. 這些研究主要評價了大氣污染不同排放水平對經濟和健康產生的損失，但沒有研究大氣污染排放的來源及排放水平.有學者[6-10]開展了“煤改氣”能源替代政策的污染減排效果測算，如邢有凱[6]采用減排系數法計算了北京市“煤改電”工程對大氣污染物和溫室氣體的協同減排效果. 這些研究測算了“煤改氣”等能源替代的污染減排效果，但未測算宏觀經濟影響和效益. 已有研究[11-15]采用經濟模型方法探討“煤改氣”能源替代的環境和經濟影響，如張翔等[11]利用綜合評價模型分析估算不同情景下實施“煤改電”政策對環境質量、健康效益和經濟效益的影響. 這些研究對“煤改氣”等能源替代的經濟和環境影響進行了分析，但未研究能源替代項目投資建設階段的經濟環境效果. 關于投資對宏觀經濟的拉動作用，陳虹等[16]運用可計算一般均衡模型(CGE)模擬了中國與“一帶一路”輻射國家和地區展開投資貿易合作的情景，王繼源等[17-24]也開展了類似研究，但缺乏“煤改氣”工程投資的經濟影響研究.

為綜合評價北京市“煤改氣”工程的經濟效應，該研究運用可計算一般均衡模型研究“煤改氣”工程投資建設對宏觀經濟的拉動作用. “煤改氣”項目實施后在運行階段將產生能源環境效應，同時在投資和建設階段也促進了經濟系統相關部門的生產活動，拉動了宏觀經濟的增長，這也是“煤改氣”政策產生的效果之一. 開展“煤改氣”投資的拉動效應研究，具有重要的現實意義，有助于統籌分析“煤改氣”工程的社會經濟效益，全面解讀“煤改氣”工程的綜合收益和成本.

為模擬“煤改氣”投資的拉動效應，首先介紹研究方法及模型；在介紹數據來源、參數和情景設置后，對研究結果及有關參數的影響進行敏感性分析，并與已有相關研究進行比較；最后得出結論，并提出有關政策建議，以期為我國“煤改氣”工程實施提供參考.

1 研究方法

采用可計算一般均衡模型方法，運用北京市可計算一般均衡模型(MRDR-BJ)分析“煤改氣”投資的拉動效應. 該模型是清華大學能源環境經濟研究所基于經合組織發展中心(OECD)的GREEN模型[25]構建和不斷更新的中國多區域遞推動態可計算一般均衡模型MRDR系列版本[24]. MRDR-BJ模型的主要特點：①考慮了不同能源種類之間的替代、能源與增加值之間的替代，各個部門的全要素生產率和能源效率，不同區域間的商品流動及資本和勞動力的流動，商品的進出口貿易和國際資本流動；②采用遞推動態方式，新增投資分配考慮了各個部門資本收益率、投資的慣性、中央政府和地方政府轉移支付和投資等政策因素.

MRDR-BJ模型將北京市經濟部門劃分為12個部門，即農業、重工業、輕工業、設備制造業、建筑業、交通運輸業、醫療衛生、其他服務業、煤炭、石油、天然氣和電力，包括6類行為主體和3種生產要素.行為主體分別為家庭、企業、中央政府、北京市政府、國內其他區域及國外. 三種生產要素分別為勞動、資本和能源.

1.1 生產模塊

MRDR-BJ模型的生產模塊描述了各個生產部門的生產過程和要素流動，包括多層嵌套組合. 其中化石能源由煤炭、石油和天然氣組合而成，它們之間具有不變的替代彈性；化石能源與電力具有替代性，組合為能源投入. 資本和勞動之間具有替代性，組合為增加值；能源與增加值之間具有替代性. 其他非能源中間投入之間沒有替代性. 能源部門與非能源部門在生產模塊中主要區別在于能源與增加值的替代性. 在能源生產部門中，能源主要用作中間投入，與資本和勞動組合成的增加值不存在替代關系.

1.2 商品貿易模塊

模型中的商品貿易包括與國內其他區域的商品調入和調出流動，也包括進出口貿易. 大部分商品都存在進出口雙向貿易. 對于進口商品，可采用阿密頓(Armington)假設. 對于出口商品，采用不變轉換彈性函數(CET函數)來描述. 商品的國內供給由區域外商品調入量和區域內生產量構成，商品的國內需求包括商品的域內使用需求量和商品調出需求量.

1.3 消費需求模塊

模型假定居民的商品消費函數為線性支出系統，商品消費量通過預算約束下Stone-Geary效用函數最大化得到.

1.4 投資需求模塊

模型采用動態遞推的方式，實現資本存量的動態變化. 各個部門的資本量等于上一年資本存量減去折舊，再加上新增的投資量. 每年各部門新增的投資量，按照各部門生產活動的資本效率、資本存量的比例等因素進行分配.

1.5 宏觀閉合和求解

為模擬北京市“煤改氣”投資對宏觀經濟的拉動效應，運用MRDR-BJ模型，采取凱恩斯閉合規則，即將投資作為外生變量，投資變化通過投資品需求變化、商品生產和就業變化體現，以及由此產生的驅動儲蓄與投資均衡、推動經濟發展等效果.

模型求解使用GAMS平臺、PATH和CONOPT等求解軟件. 在建模過程中，基于基年(2017年)北京市投入產出數據，使用校準方式，校準生產函數、效用函數、進出口合成函數等參數.

2 數據來源、參數及情景設置

2.1 北京市社會核算矩陣的編制

MRDR-BJ模型的社會核算矩陣(SAM)，是基于北京市統計局編制的2017年42部門的投入產出表、結合《北京統計年鑒》(2018年)等數據歸并而成的.將整個經濟劃分為12個產業部門，其中能源部門包括煤炭、石油、天然氣和電力4個部門.

2.2 模型參數設定

MRDR-BJ模型中的參數通過校準的方法得到，包括投入產出系數、各種稅率、勞動和資本在要素收入分配上的份額、各種函數的份額參數等. 校準的目的是通過計算得到參數，運用這些參數能夠重復基期的均衡數據，這樣通過SAM表計算得到的參數，能使基期SAM表數據成為CGE模型的一個解.

模型的彈性參數，包括生產函數的替代彈性、進出口函數中的阿密頓彈性和轉換彈性等參數. 模型中這些彈性參數的取值非常關鍵，對模型的模擬結果影響較大. 一般采用參考文獻、研究經驗數據或者專家咨詢獲取參數值. 為增強研究結果的可靠性，往往要對參數進行敏感性分析. 該研究彈性參數的選取，主要參考文獻[26-32]，彈性參數取值如表1所示.

表 1 MRDR-BJ模型的彈性參數選擇[26-32]Table 1 Selection of elasticity parameters in MRDR-BJ model[26-32]

2.3 模擬情景設置

為研究北京市“煤改氣”投資對宏觀經濟的拉動作用，選取各經濟部門的投資額為外生變量. 基準情景下，所有部門的投資額等于基年分配的投資額；在“煤改氣”情景下，其他部門的投資額仍等于基年投資額，而天然氣部門的投資額為基年投資額基礎上按照不同比例增加的數量，如表2所示. 這種方法是CGE模型的比較靜態分析方法，即分析不同政策前后兩個均衡狀態之間的差異，如“煤改氣”投資增加某一數量比例的事件發生和不發生相比對北京市宏觀經濟產生的差異. 假設“煤改氣”投資增加事件不發生，北京市GDP增速為6.7%，但“煤改氣”投資增加20%的事件發生后，北京市GDP增速為6.9%，則產生的宏觀經濟差異為0.2%，即“煤改氣”投資增加20%的事件產生的影響為GDP增速增加0.2%. 在CGE模型比較靜態分析中，外生因素如“煤改氣”投資增加如何產生、投資增加額如何實現等，不是比較靜態分析所關注的，因為比較靜態分析只是分析“煤改氣”投資增加某一數量比例的事件所產生的經濟影響. 當然在現實經濟生活中，需要考慮外生因素是否能夠發生，是否有可行性，是由經濟系統不同部門投資比例調整產生的、還是國外直接投資引起的等.該研究基于比較靜態分析方法假設天然氣行業投資不同比例變化下的情景.

表 2 “煤改氣”投資拉動作用模擬情景Table 2 The simulation scenarios for pulling effects of ‘coal to gas’ investment

3 結果與討論

3.1 對宏觀經濟的拉動效應

“煤改氣”投資對經濟的拉動作用如圖1、2所示. “煤改氣”投資對經濟增加值的拉動效應如圖1所示. 當“煤改氣”投資分別增加8.33×108、16.66×108、24.98×108、33.31×108和41.64×108元時，北京市經濟值分別增加14.76×108、25.92×108、44.28×108、59.04×108和73.80×108元，“煤改氣”投資對經濟增加值的拉動系數為1.77. 可見，僅從經濟增長的角度看，“煤改氣”投資帶來的經濟增長非常可觀. 當然，“煤改氣”投資更重要的作用在于改善能源消費結構，減少空氣污染及溫室氣體排放，促進綠色低碳發展. 這種模擬結果，與宏觀經濟學理論中的投資理論相符合，新增的投資對經濟具有拉動作用，而且拉動系數往往都大于1.

圖 1 “煤改氣”投資對北京市宏觀經濟的拉動效應Fig.1 The pulling effect of ‘coal to gas’ investment on macro-economy of Beijing

圖 2 “煤改氣”投資對宏觀經濟變量的拉動效果Fig.2 The pulling effect of ‘coal to gas’ investment on economic variables

“煤改氣”投資對經濟的拉動效果體現在宏觀經濟增加值、溫室氣體排放量、就業人數和家庭收入方面(見圖2). 隨著“煤改氣”投資的增加，宏觀經濟增加值、溫室氣體排放量、就業人數、家庭收入均會增加，“煤改氣”投資每增加20%，溫室氣體排放量、宏觀經濟增加值、就業人數、家庭收入分別增長0.05%、0.07%、0.07%和0.07%. 當“煤改氣”投資增加100%即增加41.64×108元時，宏觀增加值、溫室氣體排放量、就業人數、家庭收入分別增長0.26%、0.34%、0.33%和0.33%. 可見，“煤改氣”投資對宏觀經濟的拉動作用較大，有助于增加就業、提高居民收入，促進經濟繁榮. 溫室氣體排放量、就業人數、家庭收入增加的比例大于宏觀增加值的比例，這種模擬結果，符合宏觀經濟學的需求拉動增長理論. 在各經濟部門技術水平、資本和固定資產設施不變的情況下，投資需求增加，導致總需求增加，促進經濟總供給上升，各部門經濟增加值及中間投入增加，導致就業水平上升、能源中間消費量增加、生產過程溫室氣體排放量增加，也就促進了勞動的收入增加(即家庭收入上升).

“煤改氣”投資增加，增加了經濟的總需求量，加大了各部門商品生產的能源需求量，導致能源消費增加及溫室氣體排放量增加，這是投資階段的必然結果. 而 “煤改氣”投資增加的目標，將改善能源需求結構，以天然氣替代煤炭，減少環境污染和溫室氣體的排放量，這是指“煤改氣”投資完成后，經濟系統使用更多天然氣替代煤炭的環境效果. 二者并不矛盾，一方面是投資階段效果，隨著投資額增加，能源總消費增加從而增加了總溫室氣體排放；另一方面是投資完成后的經濟生產階段效果，以天然氣替代煤炭，最終減少環境污染和溫室氣體總排放.

3.2 對宏觀經濟變量的影響

“煤改氣”投資在拉動經濟的同時，對各類宏觀經濟變量也產生影響，如圖3所示. 隨著“煤改氣”投資的增加，居民總消費(CHI)、固定資產投資(FI)、存貨增加(SK)、宏觀經濟總產出(Q)、宏觀經濟總需求(Z)、商品調入和調出(RM和RX)、商品進出口(FM和FX)都逐漸增加. “煤改氣”投資增加相同比例，各變量增加的比例也呈線性增加狀態；但不同變量的增幅不同，固定資產投資(FI)增幅較大，其次是居民消費. 當“煤改氣”投資增加100%時，固定資產投資(FI)增長0.40%；居民消費增長0.33%，宏觀經濟總產出增長0.23%，可見“煤改氣”投資拉動了經濟的投資水平、提高了居民消費水平、促進了宏觀經濟的增長. 這種模擬結果，印證了宏觀經濟學的一般均衡理論. 投資需求增加，導致了固定資產投資的需求上升，促進了各部門的生產擴張，在技術和資本不變的情況下，為滿足增加的需求，各部門的產出增加，就業上升，勞動收入增加，家庭總收入增加，新的均衡時家庭消費提高. 總的來說，固定資產投資(FI)增加，拉動了宏觀經濟總需求(Z)，擴大了經濟總產出(Q)，促進了經濟GDP增長. 經濟GDP增長，擴大了就業水平，提高了居民總收入，也促進了居民消費水平(CHI)和儲蓄水平及政府財政收入的提高，同時促進了固定投資水平(FI)和存貨增加水平(SK)的提高，進一步促進了社會總需求(Z)的上升. 社會總需求和總供給的差額，導致了從區域外商品調入和調出(RM和RX)、從商品進出口量(FM和FX)的變化.

圖 3 “煤改氣”投資對宏觀經濟變量的影響Fig.3 Impact of ‘coal to gas’ investment on some macro-economic variables

3.3 對部門產出和增加值的影響

“煤改氣”投資對經濟各部門的產出和增加值也會產生影響，如圖4、5所示. 由圖4可知：“煤改氣”投資增加，各經濟部門的增加值均增加；投資增加不同幅度，各部門的增加值也相應增長不同幅度. 從不同部門增加值變化看，“煤改氣”投資增加對建筑部門的增加值拉動最大，對醫療衛生部門拉動較小. 當“煤改氣”投資增加100%時，建筑部門的增加值增長0.393 7%；而醫療衛生部門的增加值增長0.126 5%.可見，“煤改氣”投資增加對宏觀經濟發展的作用較為顯著. 這種模擬結果，符合宏觀經濟理論，也符合經濟現實，因為“煤改氣”投資增加，對資本品的需求上升，而投資需求品中各部門的產品所占比例不同. 在現實的“煤改氣”項目中，主要的實施者是建筑部門，需要水泥、鋼鐵、石化等行業產品，而衛生服務業相對參與度較小. “煤改氣”投資增加，引起各部門產品投資需求不同比例的增加，導致各部門產品的總需求變化，從而引起各部門相應的供給量變化. 由于不同部門生產過程中間投入產品的種類和數量比例不同，也導致了作為中間投入的產品需求量不同. “煤改氣”投資增加，要求的部門產品比例不同、不同部門生產的中間投入產品比例不同、不同部門的產出中增加值的比例不同，三種不同比例的綜合作用，導致了“煤改氣”投資對各經濟部門增加值的影響不同. 需要說明的是，當“煤改氣”投資增加100%時，整個經濟系統的投資增量為41.64×108元，而整個經濟系統的初始投資額為10 417×108元，投資增加比例為0.399 7%；此時建筑部門的投資需求由3 317.4×108元增至3 330.7×108元，增加13.31×108元，投資增長率為0.401 3%. 而“煤改氣”投資導致建筑部門的GDP從1 124.369×108元增至1 128.796×108元，增長4.426×108元，增長率為0.393 7%；而衛生服務業的GDP從700.578×108元 增 至701.464×108元，增 長0.886×108元，增長率為0.126 5%. “煤改氣”投資增加對不同部門的影響及影響差別均較為顯著. 評價投資對各部門的影響，既要看到部門總量的變化，也要看到部門比例的變化；既要看到“煤改氣”投資增加量相對經濟系統總的初始投資額的比例因素，也要看到不同部門GDP初始數量的差異因素.

圖 4 “煤改氣”投資對經濟部門增加值的影響Fig.4 Impact of ‘coal to gas’ investment on added value of each sector

圖 5 “煤改氣”投資對經濟部門產值的影響Fig.5 Impact of ‘coal to gas’ investment on output of each sector

“煤改氣”投資對各經濟部門產出(產值)的影響如圖5所示. 由圖5可見，隨著“煤改氣”投資增加，各經濟部門產值均增加；投資增加不同幅度，各部門的產值也增加相應的幅度. 從部門產出的變化來看，“煤改氣”投資增加對建筑部門的產出拉動最大，對醫療衛生部門的拉動較小. 當“煤改氣”投資增加100%時，建筑部門的產值增加0.385%；而醫療衛生部門的產值增加0.120%. 可見，“煤改氣”投資增加對宏觀經濟部門的拉動作用較為可觀，對各部門宏觀經濟的增加值、產值的影響是相同的. 因為在靜態模擬分析中，技術水平不變、部門資本存量不變，部門增加值與部門產值是相對應的.

3.4 參數敏感性分析

由于模型中部分參數的外生設定會給模擬結果及其穩定性帶來影響，為分析關鍵參數的影響程度，選取對經濟系統影響較大的部分關鍵參數，進行敏感性分析. 關鍵參數敏感性分析的情景設計見表3.表3顯示了對全要素生產率、不同要素之間的替代彈性的變化設置.

表 3 參數敏感性分析的情景設計Table 3 Scenarios for sensitivity analysis of the parameters

參數敏感性的分析結果如表4所示. TFP的提高(或降低)能較大提高(或降低)經濟增長幅度，同時也引起二氧化碳排放量的增加(或減少). 各種替代彈性相對TFP的影響較小，能源之間替代彈性的影響程度小于能源與資本勞動組合之間的替代彈性的影響，資本與勞動間的替代彈性影響稍大.

3.5 模擬結果與已有研究的比較

該研究采用MRDR-BJ模型模擬了“煤改氣”投資增加不同比例對宏觀經濟的影響，研究結果表明“煤改氣”投資對宏觀經濟增加值的拉動系數為1.77. 王繼源等[17]基于多部門投入產出模型分析了“一帶一路”基礎設施投資對我國經濟拉動作用，研究顯示當地水電氣供應、交通運輸和郵政電信業部門各1 億美元總投入，可分別拉動我國0.307 2×108、0.397 9×108、0.414 2×108美 元 總 產 值 增 長 和0.078、0.105、0.103×108美元GDP增長. 逯元堂等[18]采用投入產出模型定量分析表明環保投資對GDP有較好帶動作用，單位投資的拉動系數為1.41. 彭巖波等[19]通過投入產出模型測算了近年來環保投資對環保產業的拉動作用，表明環保投資對環保產業總產出有較大帶動作用，拉動系數為1.33，對產業增加值的帶動作用較弱，拉動系數為0.38. 李娜等[21]采用投入產出模型和可計算一般均衡模型相結合的兩階段方法，研究認為2009年和2010年房地產投資對GDP的拉動系數分別為1.20和1.10.

表 4 不同情景下GDP與CO2排放的變化率Table 4 Change rate of GDP and CO2 emission under different scenarios

通過與上述已有研究結果比較，考慮北京市的產業結構特點，即存在商品的調入調出和進出口貿易，特別是存在轉口貿易的情況，可見研究結果具有較高的可信度.

4 結論與建議

4.1 結論

a) 隨著“煤改氣”投資的增加，宏觀經濟增加值、溫室氣體排放量、就業人數、家庭收入均會增加.“煤改氣”投資每增加20%，溫室氣體排放量、宏觀經濟增加值、就業人數、家庭收入分別增長0.05%、0.07%、0.07%和0.07%；“煤改氣”投資對經濟增加值的拉動系數為1.77.

b) 隨著“煤改氣”投資的增加，居民總消費、固定資產投資、存貨增加、宏觀經濟總產出、宏觀經濟總需求、商品調入和調出、商品進出口均逐漸增加.

c) “煤改氣”投資對經濟各部門的產出和增加值也產生影響，當“煤改氣”投資增加100%時，建筑部門的增加值增長0.393 7%，產值增長0.385%.

4.2 建議

通過模擬分析發現，“煤改氣”投資對宏觀經濟確實有一定的拉動效應；從促進經濟增長的角度看，“煤改氣”的投資具有重要意義. 鑒于“煤改氣”投資對經濟的拉動作用，提出如下政策建議：

a) 根據天然氣資源的可得性，盡快落實各地“煤改氣”規劃. “煤改氣”工程對經濟有拉動效果，可促進經濟增長和繁榮，且工程建設完成后的運行階段有助于治理環境污染、減少二氧化碳等溫室氣體排放，有助于能源結構和經濟結構轉型，有利于實現碳達峰規劃目標和碳中和愿景.

b) 綜合考慮各種成本和收益，對“煤改氣”效益進行綜合評價和決策. 目前各地“煤改氣”工程的落實過程中，需要政府的政策優惠和補貼，因為天然氣使用價格較貴. 在各地進行“煤改氣”的評價和決策中，需要將“煤改氣”工程對宏觀經濟的拉動效果、對就業的促進、對大氣環境的效果、對二氧化碳的減排效應等與工程的投資、企業和居民補貼結合起來，統籌考察和分析.

c) 將“煤改氣”的短期經濟效益與我國中長期能源發展規劃、碳達峰和碳中和目標結合起來綜合考察. 從微觀企業和居民的短期使用成本來看，天然氣使用成本較高，政府財政補貼的負擔較重；但從我國中長期發展考慮，特別是從天然氣是低碳能源、中期發展的過渡能源、未來10～15年大量采用的清潔能源角度看，“煤改氣”投資將存在較大的價值.