動態視角下的低碳能源轉型分析:需求彈性、競爭結構和社會福利

趙甜 沈曦 王金良

(1.山東科技大學 財經學院,山東 泰安 271001; 2.東北大學 經濟系,美國 波士頓 02115;3.廣東科技學院 管理學院,廣東 東莞 523083)

一、引言

以風電和光伏為代表的新能源一直來被認為是依托平準化度電成本優化的能源供給側結構性替代選項。根據權威咨詢機構BNEF的報告,截至2020年,全球風光發電側度電成本相比2010年初累計降幅達70%以上。IEA全球能源報告也顯示,風光新能源在全球發電總量中的占比從2010年不足1%快速增長到2021年的10%。隨著各國陸續發布雙碳路線圖,業內對于能源轉型的前景愈發樂觀。諸多研究認為,持續樂觀的技術進步和成本下行能在需求層面刺激新能源對傳統能源的替代,從而成為各國雙碳戰略落地的加速器[1-3]。對于供給側而言,新能源發電成本對傳統化石能源的趕超則有利于在位企業提高盈利能力,并依托自身技術、行業資源積累和數字經濟浪潮提升話語權[4-5]。然而,2020年席卷全球的新冠疫情和隨后兩年的地緣政治和供應短缺危機打破了這一進程,整個能源行業陷入了對低碳轉型和能源安全矛盾的焦慮:一方面,石油、天然氣和煤炭的大宗商品價格經歷了有史以來最長的價格超級周期,但似乎更占成本優勢的新能源并沒有表現出更強的發展優勢。根據BP能源研究報告披露的數據,能源(包括甲烷)、工業加工和燃燒的碳當量排放量較去年增加了5.7%,在全球范圍內,包括原油、煤炭和天然氣在內的一次能源消費增長了近6%。另一方面,在供給側,化石能源企業的市場影響力得到了空前的強化,無論是上游原油輸出國組織,還是中下游以殼牌和神華等為代表的區域性能源銷售企業,業績均達到了創歷史記錄的新高。反觀新能源企業雖然依然保持著較快的業務規模增長,資本市場的關注熱度卻在2021年以后顯著降溫,以中國A股市場為例,風電和光伏企業的市盈率估值在2021年初達到了歷史峰值,但此后一直處于回調階段。

針對能源轉型的市場結構和社會福利影響,現有文獻的研究絕大部分集中在需求側和政策端的討論,將能源轉型行為簡化為成本優化的過程[6]或是政策驅動的結果[7],針對社會福利的討論也基本集中在價格彈性層面[8-9]。針對能源轉型供給側的研究則主要聚焦于能源成本的預測分析[10]和碳市場下的企業減排決策[11]。然而,近年來的市場波動逐漸證明,能源轉型并不是一個簡單的成本對比問題,而是綜合包括定價機制、盈利空間、資本投入和應用場景等多維度的全局化評判。在新能源完全“去補貼平價”以后,新能源和傳統能源的競爭關系更加微妙。那么,新能源在需求側對傳統能源的替代效應發生了怎樣的改變?常用能源在供給側的市場份額如何衡量?如何依托需求彈性和供給結構去評估能源轉型過程中供求雙方的福利分配對政策制定者的長期碳中和決策的影響?一方面,需要充分了解各類能源的消費需求特性,依托不同階段的消費者行為特征,引導可持續的需求轉型;另一方面,需要深度洞察能源轉型過程中各類能源在供給側的結構性變化,在推進低碳轉型過程中確保當地的能源安全。

本文可能的邊際貢獻主要體現在,第一,模型方面,將近乎完美的需求系統(Almost Ideal Demand System,AIDS)模型拓展到二階段情形,有助于進一步洞察不同時期內用能主體的動態能源消費決策。第二,方法論方面,將對能源消費決策行為的研究從傳統的需求側擴展到供求兩個層面。本文嘗試通過倒推成本區間的方法評估各類能源的市場競爭結構,并在長達40年的樣本區間內考察供給側的議價能力。通過深入討論工商業用戶的能源消費決策,系統性測算消費者剩余和生產者剩余的結構性動態演變,研究結論有助于考察雙碳目標下不同時期政策的有效性和市場發展的可持續性。

二、文獻綜述

(一)能源轉型需求側驅動因素研究

現有新能源轉型需求側研究主要聚焦于能源經濟性方面,早期的研究以Grossman和Krueger(1995)[12]為代表,依托環境庫茲涅茨曲線研究經濟發展不同階段對環境的影響。隨著能源轉型路線的逐漸清晰,Thom(2000)[13]和Khan等(2022)[14]將能源消費結構的變化納入到實證模型中,從而洞察了“去碳化”政策、當地經濟發展水平以及能源稟賦等因素對終端用戶接納綠色可再生能源的刺激作用。其中一部分研究聚焦于價格因素的討論[15],另外一部分研究則嘗試跳出價格因素的范疇[16]。

針對這些宏觀趨勢背后的機制分析,國內外的研究在過去十年也有一定的涉及。齊紹洲和李楊(2018)[17]研究了能源轉型中經濟增長的門檻效應,發現在長期中,高額補貼不能代替經濟增長能力成為左右一國能源轉型的核心因素。Acharya和Adhikari(2021)[18]調查了印度對尼泊爾的經濟封鎖造成的能源沖擊,發現能源問題仍然是欠發達國家經濟發展的重要瓶頸。劉自敏等(2022)[19]利用中國居民能源消費調查數據分析了個人碳交易機制對改善居民能源貧困的具體作用。趙甜和沈曦(2022)[20]計算了1980年以來食品行業代表性企業對各類能源的需求彈性和內外部因素對低碳新能源消費需求的影響,發現相比早期補貼政策的激勵模式,對于能源需求相對穩定的工商業用戶,價格杠桿并不能持續作為能源轉型的驅動力。

由此可見,經過十多年的討論,無論是對價格彈性的計量模型還是非價格因素影響機制的考察,研究已經比較完善,對象覆蓋了宏觀區域市場和微觀家庭用戶等多個維度。但是隨著新能源行業步入成熟期,非價格因素在消費選擇決策中發揮著越來越大的作用,即便雙碳目標已成為超70個國家和地區的共識,各地政策依然聚焦于能源成本和價格因素的導向,如何客觀理解過去一段時間內能源需求價格彈性的動態變化以及消費者福利的變化是左右政策未來長期走勢的重要任務。

(二)能源轉型市場供給側研究

供給側和企業層面的研究文獻主要集中于三個領域:第一類研究立足于資源稟賦和區域市場的能源供求特征,洞察長期可持續發展的能源轉型戰略和政策。張所續和馬伯永(2019)[21]針對地緣政治和能源危機的風險系統討論了中國依托“一帶一路”倡議擴大國際能源合作推進非化石能源替代的必要性和可行性。第二類研究深入到各類能源市場內部,洞察產業或企業經營和轉型的策略。以韓秀云(2012)[22]為代表的研究文獻深入探析了能源轉型過程中新能源產業過度投資的問題。延伸到宏觀經濟和能源結構層面,何則等(2020)[23]借助系統動力學方法模擬了未來三十年煤油氣等傳統能源行業的發展演變路徑,發現高需求和低產出的矛盾依然不容忽視。具體到企業戰略層面,黃綺煜等(2023)[24]綜合市場、行業和企業多項指標量化評估了傳統能源在能源轉型過程中的優勢和劣勢。第三類研究則偏重于技術層面,討論了新能源大規模接入的技術瓶頸和可行性問題。楊紅生等(2019)[25]提出了海洋牧場和海上風電融合發展的新思路,主張建立兼顧清潔能源生產、漁業資源持續產出的現代化海洋牧場新模式。陳國平等(2020)[26]論述了能源轉型的技術瓶頸,認為要提升發電涉網性能,通過“大云物移智鏈”等新技術普及能源互聯網。

相比需求層面的研究,供給側系統性的討論相對匱乏,現有文獻雖然就行業轉型和企業戰略做出了一定的論述,但就能源安全而言,在實現雙碳目標過程中,平衡化石能源和新能源的發展關系非常重要。作為“壓艙石”的傳統化石能源,成熟的價格機制卻導致了2020年以來的一輪超級周期,對中游電力企業和下游能源用戶都造成了巨大的成本壓力。而新能源企業雖然一如既往被樂觀的需求預期所籠罩,但盈利能力和經營狀態卻始終處于劇烈波動的狀態。長期來看,雙碳路線作為一個還將持續數十年的長期戰略,如何正確理解供給側的整合和結構性演化是一個不能忽視的問題。由于微觀樣本數據的匱乏,已有研究未能直接就各類能源市場的供給結構做出系統性的計量和評估。

(三)AIDS模型及其改進研究

AIDS模型是架構需求側結構的主流框架,該模型常用于分析由不同類型商品的價格和數量所構成的經濟系統,消費者在可支配收入和商品價格的約束下,選擇不同數量的商品組合以滿足他們的需求。之后通過計算價格彈性,可以實現對市場需求變化以及定價策略的預測。在滿足收支加總、齊次性和跨產品對稱性三個約束條件以后,AIDS模型表現出三個顯著的優勢:多項式結構彈性化、滿足多重選擇公理和跨主體的需求加總(1)一般需求曲線的跨主體加總需要偏好滿足線性恩格爾曲線,AIDS模型避免了這一問題。。得益于上述優勢,AIDS模型被廣泛應用于各類需求行為的實證研究。現有文獻主要集中在兩個核心問題上,一是利用LA-AIDS模型對社會福利效應和需求彈性的計量[27],二是對政策效果的考察[28]。

本文立足于亞太市場糧食深加工企業的能源消費樣本,需要構建一個能深入需求模型內部,洞察不同品類之間的需求替代行為,同時利用參數估計的結果擬合動態需求彈性并進行后續供給側企業市場勢力估算和社會福利計量,Goldberg等(2006)[29]發展的階段化AIDS模型無疑是一個理想的解決方案。該模型將消費者選擇行為階段化和結構化,簡化了參數計量過程,并優化了自由度。

綜上所述,已有文獻為研究能源轉型問題提供了良好的基礎,表現出以下特點,第一,現有相關文獻主要集中在居民用能決策和政府對能源轉型的激勵問題,受制于數據樣本,針對工商業能源消費主體的行為研究相對較少,但工商業用戶的能源消費結構選擇不僅會影響到當地能源轉型的進程,對于一國能源安全和經濟增長潛力也有著不可忽視的作用。第二,供給層面的結構性演變同樣是能源轉型過程中政策制定者需要關注的問題,如何既能保障作為壓艙石的傳統能源供應穩定,又能有效提升新能源的發展潛力是一項重要課題。第三,已有研究利用AIDS模型解決了參數冗余和選擇集差異兩個問題,但無論在參數估計還是實證研究方面,相對靜態的結果難以就工商業企業在能源消費結構轉型過程中面臨的復雜多樣性給予充分的洞察。鑒于此,本文選擇亞太地區農業深加工板塊的500余家企業為研究樣本,利用階段化AIDS模型從消費側需求彈性、供給側競爭結構和社會福利層面進行動態分析,深入考察能源轉型中市場各項指標的演化,進而獲得不同因素對終端用戶能源轉型決策的實際影響。

三、理論模型

(一)階段化AIDS模型

實證模型使用的階段化AIDS模型構建在Gorman形式的需求假設之上,消費效用滿足擬線性特征。匯總樣本期(1980—2020年)內不同產業的產品單位能耗(2)鑒于不同用能主體的能源供應方案存在選擇差異,實證研究將能源統一標準化為千焦。和占比情況可以發現,在1980—1990年的單位產出中,能源成本和相應占比的變化并不明顯,而1990—2000年除了飼料行業,其余產品的單位能耗在1991—1995年的基礎上經歷了15%～20%的下行,2010年以后,能源消耗的成本變動逐漸放緩。而縱觀40年樣本期內各個產品能源成本的占比波動穩定在±1.5%之間,這意味著企業的能源消費和需求與生產規模呈一定的線性比例關系,滿足AIDS模型的基本假設。

企業組織生產過程中能源投入的總量取決于企業的生產規模,而生產經營活動對于能源的需求符合規模效應不變的假設。從能源需求和采購決策層面來看,能源消費只是在固定總量下選擇相對優化的解決方案和供應模式。考慮到能源消費企業在供能模式和能源選擇兩個層面的戰略復雜性,沿用階段化AIDS模型:在第一階段,企業決策究竟是利用集中式直供系統、自建分布式能源項目或第三方能源托管模式中的哪一種來實現供能;在第二階段,企業依據能源價格、當地能源稟賦和供能穩定性等因素綜合考慮自身能源消費的具體形式。

用式(1)反映企業在第一階段的選擇行為。

(1)

其中,ωk,r表示能源消費支出占比,r表示企業所處區域(東北亞、南亞、東南亞和澳洲),k表示供能模式(集中式、分布式和第三方)。X/P是基于企業每期名義能源支出X計算的各類能源市場成本,已通過Stone指數P進行加權平均。F表示各類能源選項。

用式(2)反映企業在第二階段的選擇行為。

(2)

其中,i和j分別代表能源品類(煤、油氣、直購電力、可再生能源等),Xk為三種能源供應模式的絕對市場規模,Pk為加權價格指數。

(二)社會福利效應模型

在階段化AIDS模型的參數估計結果基礎上進行社會福利效應分析,通過計算生產者剩余和消費者剩余,考察在過去四十年間,能源價格波動和轉型對上下游參與者經濟利益的影響。

首先,對消費者剩余的計量方法參考Panos等(2014)[30]的分析框架:通過固定價格以外的其他因素,考察價格波動的補償變化。但與之不同的是,本文的實證樣本涉及不同能源之間的替代關系,因此簡單計算單一能源價格的波動,無法客觀反映市場因素對能源消費主體的影響。因此,本文的補償變化在其基礎上發展了對多元價格因素的考慮。傳統的補償變化可以表述為CV=E(U0,P1)-E(U0,P0),即在固定效用水平U0(本文為能源熱值)下,價格從P0變動到P1,需求方需要增加的支出。對未發生能源轉型的需求,將價格增量乘以能源消費數量就是消費者福利的變化量。如果在樣本觀察期內發生了能源轉型可以利用AIDS模型獲得計量的結果。

(3)

(4)

其次,對生產者剩余的計量則相對簡單。由于絕大多數能源供給會受到當地政府直接或間接的管制,在政府授權基礎上,能源供應方之間進行一定的競爭。因此,能源市場在模型中被假設為寡頭壟斷的狀態。由于實證樣本覆蓋了長達40年的情況,可以不考慮資源瓶頸對供給方生產成本的影響,從而簡化假設在每一年各種能源供應的成本為固定值。因此,生產者剩余就變成了一個多寡頭產量競爭模型。基于需求彈性和當期能源的市場價格,可以計算出固定邊際成本的供應商在不考慮固定投資的情況下,單位利潤為:π=p-C=-p/ε,以此作為生產者剩余的考察標準。

四、能源消費結構轉型的社會福利分析

(一)樣本概況

使用四大糧商在亞太地區經營農產品深加工業務的492家企業數據為基礎進行分析,各樣本企業的經營狀況數據來自美國DNB固定周期提供的企業征信報告,其中包括按年度匯總的企業產值、投入成本和各項能源的開支額,以供應商為單元。在2000年以前,報告周期為五年一次,2000—2010年為三年一次,2010年以后每年均有記錄匯總。地區能源價格數據來自于BNEF的全球能源大數據庫,以國家為單元,動態跟蹤了主要一次和二次能源的名義單價(3)新能源價格并不存在一個滿足大宗商品特征的指數,本文將特定樣本時間周期內BNEF項目數據庫跟蹤到的該區域市場新能源電力交易合同價格作為當地新能源的價格變量。。

農產品深加工企業的終端用能需求主要包括工業蒸汽和電力兩大類,而在能源消費結構選擇上,可以在兩個維度進行區分:一個維度是分布式能源(包括自建和第三方托管兩種模式)和集中式能源,前者依托用能主體在用戶側的鍋爐等設備生產,而后者則是通過公共事業的能源管網系統(電網、燃氣和蒸汽管道)傳輸,用能主體可以選擇綜合成本較低的方案進行能源采購。另一維度是傳統能源和新能源,這一維度的劃分在不同時期內呈現動態變化:20世紀90年代期間,煤炭被定義為傳統能源,油氣能源被視為替代的新能源,而到了2010年以后所有化石能源均被定義為傳統能源,新能源則定位為太陽能、風能和生物質能等可再生能源。

亞太市場的能源轉型在樣本期內反映為三個階段:(1)20世紀90年代之前,煤炭基本占據了最主要的份額。從企業用能數據看,無論是自備鍋爐還是外購電力,基本都依賴煤炭作為主能源。(2)1990—2010年的20年間,在全球能源技術變革帶動下,能源結構在各地呈現多樣化態勢。東南亞市場以(生物)柴油、天然氣、石油氣作為主要的能源替代,東北亞市場則重點發展了液化天然氣進口業務,澳洲市場得益于本國豐富的能源稟賦,在保持較大煤炭、天然氣出口的同時同步于歐美國家,基本實現油氣對煤炭的替代。(3)2010年以來,可再生能源的發展在亞太地區逐漸加快,中國和印度由全球前兩位的煤炭消費國,一躍成為了全球最大的新能源市場之一,印尼、馬來西亞等東南亞國家開始加快發展本國可再生能源稟賦,分別在地熱能、生物質能等方面得到了長足的發展。

(二)能源消費結構轉型的需求側價格彈性分析

1.結構模型參數估計結果

表1在宏觀層面洞察了不同地區能源市場結構的差異:從交叉價格系數可以看出,跨供能模式(集中式到分布式或是集中式到第三方)的替代性并不高,從價格系數的估計結果來看,任何一種供能模式對于自身價格的敏感性明顯大于對其他模式的成本反應系數。但是,區域市場間的差異相對顯著,北亞和南亞市場用戶對于集中式供能模式的偏好就強于澳大利亞。而得益于早期“凈計量”(4)凈計量是應用于美國和澳大利亞等國的新能源激勵政策,允許用戶將分布式能源的多余電力返輸電網抵減消費的電力,用于鼓勵分布式項目建設和能源自發自用。和能源微網運營的模式創新,澳大利亞用戶對于分布式能源的接受度則領先于其他地區。

表2的結果聚焦于不同能源之間的替代關系:如果將所有能源分為三類:化石能源(煤炭、天然氣和燃油),集中式電力和新能源(太陽能、風電和生物質),從交叉價格系數不難看出,同一大類內能源之間的交叉價格系數顯著大于其他大類的能源產品,這也反映出能源之間的不完全替代關系。

表2 微觀層參數估計結果

表3考察的是不同市場因素對用戶選擇決策的影響,值得注意的是除了價格因素以外,化石能源表現為資源稟賦導向型能源,相比可再生能源在發展前期和中期的依賴政策扶持,煤油氣則更多依仗于當地能源儲量形成的區域市場差異,并影響用戶的選擇決策。

表3 離散選擇模型參數估計結果

2.動態價格彈性分析

本文嘗試將彈性計量結果動態化,圖1匯總了測度結果。首先,在自價格彈性方面,煤炭、油氣和新能源均表現出典型的U型趨勢。從歷史數據來看,能源需求對自價格的敏感性在初期較弱,隨著應用的逐漸成熟,價格成為該能源持續拓展市場的重要因素,自價格彈性也在產業化的中期達到頂峰,在后期隨著該能源應用趨于成熟和新替代能源的出現,價格彈性開始回落。尤其對于化石能源,在成熟期(2000年以后),自價格彈性持續處于低位。電力消費相對特殊,從樣本的估計結果看,需求的價格彈性呈現較明顯的提升。從需求側來看,和一次能源不同之處在于電力消費依賴于相應的輸配網絡和終端用能設備的建設和投資。不可否認的是,自2000年以來,盡管各國基礎設施投資依然存在顯著的差異,但是在電力設施建設方面,相比20年前依然有了顯著的進步,而持續改善的公共設施無疑是助推電力消費提升的重要原因,尤其是面對電價逐步下行的窗口期,用戶的直接電力消費需求呈現更顯著的增長。

圖1 各種能源需求的動態自價格彈性

①時間變量包括三個虛擬變量d1、d2、d3,d1=1為1980—1990年,d2=1為1991—2000年,d3=1為2001—2010年,d1=d2=d3=0為2011—2020年。

其次,在交叉價格彈性方面,不同能源表現出不同的跨品類競爭特點。在化石能源內部,煤炭和油氣能源的交叉價格彈性表現出倒U型特征,這意味著油氣能源對于煤炭的沖擊在早期并不反映在價格層面,而隨著油氣成本的降低,性價比因素逐漸支撐了對煤炭能源的替代,到成熟期以后,兩種能源基本處于平行發展的態勢。化石能源需求對電力以及新能源的價格彈性表現出顯著的指數型增長,但新能源對化石能源的價格彈性則表現為雙峰特點。早期電力和新能源受制于地方基礎設施和能源成本價格的劣勢,無論是在市場絕對份額還是企業用戶興趣層面都無法對傳統化石能源形成沖擊,早期的新能源項目主要得益于政策性鼓勵,較少從成本和價格層面考慮。而隨著新能源和電力設施的完善和成本持續優化,在一些地區,電力能源已經完全具備了與傳統的化石能源相比的成本競爭力,市場驅動邏輯從早期的政策和示范項目導向過渡到純市場驅動,相應的化石能源對于電力和新能源的交叉價格彈性的指數性增長也得到了市場邏輯的解釋和支撐。反觀新能源對傳統化石能源價格的敏感性,雙峰波動從另一個角度反映出在需求消費端競爭模式的改變。早期新能源的滲透主要通過集中式大型項目依托區域性電網系統實現規模化應用,而政策性補貼通常對標的是新能源和化石能源的成本差。隨著補貼逐步退坡,新能源需求對補貼的依賴和敏感性在一段時間內會快速減弱。在競價模式下,政府確定一個固定規模的補貼池,通過招標完成年度的新能源項目開發目標,因此新能源的發展在一段時間內獨立于化石能源,直到自身成本完全實現市場化競爭的平價水平,規模控制在絕大多數國家被放開。此時,對新能源的需求成為用戶在市場化選擇時自我驅動的結果,傳統化石能源的價格因素也再次受到關注,并表現為交叉價格彈性的反彈。

(三)能源消費結構轉型的供給側競爭結構分析

對競爭結構的考察依托實證模型的供給側框架,分析基于需求彈性倒推的各個市場能源供應成本區間和BNEF基于行業技術調研測算的能源成本估計值之間的差異。本文測算了每5年的需求彈性在20%和80%分位點的估計值,結合當期能源價格倒推成本,可以得到一個估值區間。如果將BNEF的能源成本測算結果視為樣本期內能源用戶的實際成本,那么對照這一區間則可以判斷相應的供給側市場結構。當上游表現出更強的市場競爭性時,BNEF的結果應該更接近于實證模型估計出的區間上限,反之則意味著上游具有更強的市場勢力。

圖2匯總了煤炭、(生物)柴油、天然氣、公共電力和風光新能源六個能源產業上游成本區間的評估結果。由于部分能源(如電力和柴油)的成本測算涉及不同地區分銷和輸配的差異,因此BNEF的結果可能超出模型測定的區間,但在絕大多數情況下,BNEF代表的第三方能源成本測算都涵蓋在本文的實證結果之內。細化到每一個能源品類,實證結果都給出了更加豐富的解釋。

圖2 供應端成本區間估計結果

煤炭和天然氣方面,作為亞太區最主流的兩類化石能源,保持了較為穩定的市場競爭結構。尤其是煤炭,在東北亞和南亞,BNEF的估計值始終保持在模型估計區間的底部,也就意味著煤炭供應商在這兩個地區有著極為強勁的市場勢力,東南亞和澳洲市場的結果盡管略有差異,但也始終保持在區間值偏低的水平。與之形成一定反差的是天然氣,BNEF的成本估計值在天然氣樣本中處于模型估計區間略微偏上的水平。政策的差異可以解釋這一現象:受制于能源稟賦和出于經濟安全的需要,包括中國、印度和絕大多數東南亞國家在內的政府都直接或間接控制著煤炭市場的供給側,通過投資審批規劃、價格行政指令、供應計劃性等手段干預市場,對比下游發電產業的逐步市場化,上游煤炭始終保持了較高的國家壟斷特性。而對于天然氣除了澳大利亞和印尼,其余亞太地區國家均為凈進口國,盡管也存在一定的政府管制政策,但進口商和貿易商之間的競爭遠比煤炭企業劇烈。尤其是近五年的東北亞地區得益于天然氣市場的技術突破和俄羅斯遠東地區供應的爆發(5)本文研究暫不考慮俄烏沖突和歐美對俄天然氣制裁的影響。,現貨市場大量沖擊之前的長約市場體系,市場競爭性更是達到前所未有的高度。

柴油(6)本文樣本僅考慮作為燃料的柴油需求,而不涵蓋運輸用的柴油。方面,作為化石能源的備用解決方案,其需求較不穩定。與此同時,由于柴油的成本受到上游原油市場的影響,在整個樣本期內波動較大。但值得注意的是,在絕大多數情況下,BNEF的成本估計值都處于模型估計區間的下沿位置,這反映出的不一定是供給側的集中化,而是因為作為替代天然氣和煤炭的短期燃料,柴油由于絕對成本較高,通常只會在能源極度短缺的情況下被作為最后的選擇,因此需求的彈性相比煤炭和天然氣要明顯更低,從而抬高了供給側的議價能力。

電力和新能源在電氣化背景下,市場競爭結構在樣本期間內出現了顯著的變化。電力市場化改革和電網配套設施投資加速是過去20年亞太電力市場發展最重要的兩個關鍵詞,在實證結果中雖然可以清晰的看到用電成本的穩步下行,但是電力市場供給側較強的議價能力在絕大多數地區并沒有受到沖擊。其中較為明顯的是澳大利亞自20世紀90年代末開始推進的開發競爭性電力市場決策,一方面確定了在電力供應行業重組、電力公司和零售部門引入競爭、公有發電及輸配電資產逐步賣給私營部門、促進區域互聯的基本原則;另一方面積極構建了現貨和期貨市場,幫助用戶通過期現結合的模式完成電力成本的風險管理。實證結果表明,在2005—2010年期間,電力行業的自由化改革顯著提高了澳洲市場的可競爭性,改革的成果也被維持至今。但與之形成對比的是其他亞太地區,相比2000年以來發電市場的自由化改革,受到投資和交易機制約束的中下游電力輸配售市場依然處于政府部分管制甚至完全壟斷之下,即便存在直購電等市場化機制,國有和當地壟斷性的電力服務企業對下游用電客戶依然保持著較強的市場勢力。

新能源產業近年來的快速發展導致了產業結構和市場邏輯的多次演變,從估計結果上看,無論是光伏還是風電,早期BNEF的成本估計結果都處于模型估值區間較低的水平,意味著較強的供應側壟斷勢力,而背后主要是由于早期新能源項目主要是政府試點或以補貼模式進行,產業參與者由于技術能力、政府關系和投資約束等諸多因素,數量相對有限,導致在位企業擁有了較強的議價能力。2005年以后,新能源發展的加速吸引了一大批私人資本和跨國競爭者的進入,尤其在2010年以后,由于歐美國家對中國新能源產業的雙反調查(反壟斷和反補貼),導致大量上游制造、施工和投資企業扎堆開發亞太市場,短期內造就了一個“紅海型”的競爭態勢,企業的議價能力和市場勢力迅速弱化。這樣的結果又在短期內導致市場出現了一次洗牌,一大批缺乏持續競爭力的企業被淘汰。與此同時,新能源產業的政策在2015年以后逐步從補貼轉向自由的市場化,被鼓勵并要求參與電力市場的直接招標競爭,頭部企業的成本、技術和資金優勢再次得到集中體現,因此實證模型中供給側的議價能力得到了一定的恢復。

(四)能源消費結構轉型的社會福利分析

為方便跨品類比較,福利結構分析依托中國能源統計年鑒對各種能源折標準煤的參考系數進行熱值單位轉化,單位統一為百萬千焦。

傳統化石能源對大宗商品的價格周期非常敏感,在供給側的生產者剩余更多反映出的是資源壟斷下的超額利潤,而需求側的消費者剩余則依賴于煤炭、油氣價格的波動周期。電力市場由于受到政府調控的影響,相對較為穩定,尤其是2000年以后的一段時間,基礎設施投資加快,導致包括澳大利亞和東北亞在內的部分市場電力企業的售電和用戶用電成本都得到了一定的降低,從而改善了社會福利。但對照化石能源的價格周期可以看出,電力市場的社會福利同樣受到上游能源大宗價格波動的影響。尤其在2008年前后,化石能源價格的大幅上漲導致絕大多數市場電力價格的上升,并在未來一段時間侵蝕了消費者剩余。

與傳統能源相比,新能源的表現相對具有產業周期的特征。計量結果表明,從產業早期的幼稚階段到逐步成熟,社會福利逐步從供給側向需求側轉移。但是值得注意的是,新能源產業在早期(2010年之前)享受了相當一部分政府補貼,這一階段的供求雙方收益主要是在一段時間內比較明顯的表現為從供給側向需求側的轉移,尤其在2005—2015年之間,得益于產業化的設備降本加速,供給側的競爭導致用戶側收益的快速增加。這一趨勢甚至維持到了去補貼的前期,但是由于降本瓶頸的到來以及市場供應再次的集中,消費者剩余的增長逐步放緩。但是對比供給側,在2015年之前,競爭加劇導致生產者剩余無論在絕對值還是相對占比中都快速下降,然而2015年以后,盡管消費者剩余增長開始放緩,生產者剩余也沒有明顯反彈。這反映出即便出現了供應側寡頭占比的回升,賣方的議價能力并沒有因此而恢復,在新技術頻繁迭代和設備國產化的驅使下,供應增長的預期持續壓制了供給側超額利潤的反彈。

如果將社會福利效應作為能源轉型供求端的經濟性驅動力,結合產業層面動態分析不同能源在產業周期內差異化的發展路徑,可以發現能源轉型決策在不同時間段面臨著不同的驅動因素。

化石能源方面,油氣產業的加速發展在2000年前后的確刺激了亞太市場的部分用戶進行能源轉型,相比2000年前較高成本的油氣能源,終端用戶在2000—2005年期間切實的獲得了一定收益。但近年來,由于出口國供應的穩定性下降,油氣價格經歷了數輪超級周期的波動,用戶的經濟價值出現了一定的縮水,因此在當地電力配套投資加速的情況下,用戶具備一定的激勵去替代傳統化石能源。

電力方面,作為依賴基礎投資的項目,對2000年前后的澳大利亞和2010年以來的東北亞市場表現出積極的經濟價值提升。但在東南亞和南亞市場,這樣的替代效應并沒有得到有效的維持,經歷了短暫的發展以后,電氣化的消費者福利效應出現了回落。這一方面受制于當地持續的電力系統投資能力;另一方面也和當地依舊處于管制和政府壟斷的市場體制有著重要的關系,消費者難以持續獲得電氣化的紅利。尤其當終端用戶發現煤炭等能源大宗商品的價格會最終影響到電力價格,依托集中化的電力系統實行的能源轉型動力就相對減弱了。

新能源產業方面,伴隨技術和項目開發的成熟,新能源對傳統能源的替代在2010年以后顯著提升了用戶端的經濟效益和社會福利。尤其在電力市場相對發達的東北亞和澳大利亞市場,依托當地相對完善的電力系統和新能源市場政策,2010年以后通過風光新能源替代傳統的煤炭或油氣,能穩定的為終端用戶提供正收益。對比集中供應的電力,新能源解決方案的地區性差異得到了更顯著的體現。在除澳洲以外的其他地區,風光新能源在2015年前一直未能創造出優于電網系統的價值,而澳大利亞市場主要得益于當地機制設計和相對較高的工商業電價,新能源才得以從2005年開始占據一定的成本優勢。

除此以外,同樣值得注意的是,在新能源市場發展到一定的水平以后,能源供求關系和價格均趨于穩定,進一步降本對用能主體的吸引力和驅動力呈現快速遞減的趨勢。任何一種新型能源在前期都能通過更快的技術革新和規模經濟效應在性價比上實現對傳統能源的趕超,從而提升市場占比。但是一旦達到成熟期以后,受制于成本瓶頸或深度投資等因素,經濟吸引力便開始弱化,市場占比的進一步提升需要依賴于更多非價格因素的驅動和支撐。

總結消費者福利的計量結果發現,油氣、電力和新能源對下游需求側經濟價值的貢獻普遍經歷了逐步增長但最終增長放緩的過程,但在時間維度上存在明顯的差異。單純的成本優勢對于不同區域和類型的終端能源用戶有著完全不同的影響。尤其當新能源產業從幼稚產業步入成熟期,若要逐步減少政策的依賴,需要依托更加完善的電網配套投資和市場機制設計,能源消費群體面臨著一個更加復雜的決策環境。

五、結論與政策建議

(一)研究結論

(1)需求側產業周期特征。計算需求側的能源價格彈性發現,它表現出顯著的產業周期性特征。化石能源消費需求的反彈除了受到地緣政治和能源危機的影響外,新能源依仗的價格杠桿機制的失靈也是一個重要因素。與發展早期不同,隨著產業的成熟和補貼的退坡,能源之間的成本價格差相對收斂,新能源在穩定性和可控性方面的劣勢逐漸暴露,尤其是以東南亞為代表的欠發達地區,基礎設施配套相對落后,當能源轉型的需求端驅動因素逐步從價格因素轉變為非價格因素,終端消費者對于用能安全穩定的訴求超越了單純的成本考慮,最終導致需求端對能源成本波動的敏感性下降。

(2)供給側市場競爭結構。分析供給側的市場競爭結構發現,即便受到政府管制的影響,傳統化石能源仍表現出相對穩定的集中化供給結構和賣方議價能力。而新能源企業的市場勢力和議價能力在產業周期中經歷了數輪波動,與早期通過政策尋租或先發優勢建立的在位優勢相比,隨著供給側的擴張導致市場競爭激烈化,在較短時間內削弱了新能源產業傳統寡頭的議價能力,也逐漸導致過度競爭。即便行業能持續保持超預期的技術進步和成本優化能力,企業的盈利能力依然難以有效提高。雖然當下資本市場依然能給新能源企業提供一定的融資支持,但長期如何引導行業進行理性投資和競爭,保持企業的研發和再投資能力依然是政策制定者需要解決的重要問題。

(3)能源轉型的社會福利效應。探討能源轉型的社會福利效應發現,供給側的生產者剩余和市場競爭結構的演化基本保持了一致。生產者剩余方面,傳統能源企業得益于相對穩定的市場競爭結構,并不擔心來自競爭方面的收益沖擊,而新能源企業的生產者剩余無論在絕對量還是占比方面都經歷了顯著的下降。消費者剩余方面,傳統化石能源和集中化電力都并沒有持續為消費者提供福利改善,新能源則經歷了一個去補貼過程的轉變,相比早期主要由政府的補貼創造社會價值,在去補貼以后,新能源的福利效應主要來自于產業自身發展和企業競爭降價的驅動。

(二)政策建議

(1)需求端引導風光新能源可持續轉型。需求端的政策引導需要突破成本-價格的單向維度。制定能源結構轉型政策立足于能源安全和產業持續健康的發展,在確保經濟能源安全的前提下,平衡各種能源細分市場的供求關系,確保新能源產業健康可持續發展才是推動全社會能源轉型最有力的保障。實證研究已經證明,在行業成熟期,單純的價格優勢并不足以加速消費者的低碳能源轉型,但如果能有效改善能源輸配設施,加快電力期現貨市場建設,以及進一步擴大碳排放市場的范圍,反而能從能源供給安全、市場交易便利和未來政策預期等多個維度影響用戶的選擇,從需求端實現風光新能源的揚長避短。

(2)供給側平衡傳統能源與新能源發展。短期內依然不能忽視傳統化石能源在供給端的壓艙石作用。對于因資源稟賦或政策管制形成的壟斷和市場勢力,在保證能源安全的前提下適當的價格管制依然有著重要的意義。相比傳統化石能源的價格超級周期影響,風光等新能源產業發展的風險主要來自于惡性競爭,一方面會導致上游再投資和研發投入能力的削弱;另一方面更容易造成劣幣驅逐良幣的風險。適時改進新能源項目招標機制應該成為政策的重點,對于服務期長達20-30年的電力項目,避免單純的低價競爭,而重視項目全生命周期的穩定和用能安全,既能保證產業鏈理性的競爭,也能為企業提供合理的盈利空間,推動能源轉型的健康持續發展。

(3)需求側構建多品類分布式能源結構。長期發展規劃的核心應聚焦在需求側。能源轉型旨在通過打破傳統單一的由化石能源主導的市場體系,構建多品類分布式的能源結構。雖然新能源相較傳統能源的劣勢在于供給側的穩定性和可控性,以及由此帶來的額外消費成本,但是從亞太市場的經驗看,單方面等待社會基礎設施投資彌補這一短板并不是最理性的選擇。各地在政策管理、政策穩定和財政能力上均存在巨大的差距,無法在短時間內為新能源打造完備的市場環境,但積極鼓勵規劃綠氫、綠氨等下游技術創新,通過下游用戶的需求迭代實現對風光新能源的更高效應用,并在化工原料、能源品類和運輸燃料等多個領域實現對傳統化石能源的替代才是新能源完全去補貼之后的再次發展機遇。