中国生物燃料乙醇产业的发展能缓解能源安全吗 基于石油价格传递模型的理论与实证研究.docx

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中国生物燃料乙醇产业的发展能缓解能源安全吗基于石油价格传递模型的理论与实证研究

中国生物燃料乙醇产业的发展能缓解能源安全吗

基于石油价格传递模型的理论与实证研究

摘要：

石油价格的持续上涨使以燃料乙醇为代表的生物质能源成为具有战略性的产业，同时又是引起巨大争议的产业，在中国这样一个能源供需矛盾突出的国家，在土地资源和粮食安全的约束下包括生物质能源在内的可再生能源的发展到底在多大程度上能缓解能源安全。

理论和实证研究表明：

生物燃料乙醇的发展在一定程度上能够缓解石油价格的持续上涨对国民经济的冲击，而以玉米等粮食作物为原料生产燃料乙醇从中长期来看发展空间有限，需要发挥现有的荒地等边际土地提供新的替代原料来源。

关键词：

能源安全生物质能源价格传递模型

一、引言

能源是国家战略性资源，是一个国家经济增长和社会发展的重要物质基础，能源安全是实现国民经济持续发展和社会进步所必需的能源保障。

从世界能源形势看，随着世界经济对原油的依赖性不断增强，石油开采量持续扩大，而储量逐渐减少，石油价格呈不断上升趋势。

2001年以来，国际原油价格一路攀升，2008年1月3日首次突破100美元/桶，世界石油价格在未来一段时期内将在高位徘徊。

中国是能源消费大国，对石油的需求量和进口量正在不断增加，2007年原油进口量达16317万吨，对外依赖度已将近50%。

在现有能源供给的约束条件下，中国面临着能源供需结构性矛盾、能源自给安全压力以及巨大的环保压力，合理调整并完善现有能源结构是解决以上问题的必由之路，能源多元化是世界和中国能源发展战略的重要内容。

一次性能源的日益紧张和能源多元化战略的逐步推进，使得生物质能源受到了空前的关注。

近几年来，在世界范围内，以燃料乙醇为代表的生物质能源得到了迅速的发展。

许多国家，例如巴西、美国等，在生物质能源的利用上已经初具规模，发展燃料乙醇等替代能源已成为包括中国在内的世界能源政策的一个方向。

2006年10月，中国正式起草了《生物燃料乙醇“十一五”发展规划》，提出“十一五”期间新增能源的使用要超过300万吨，最终要形成东北、西南、华南等燃料乙醇主产区。

此外，生物柴油、煤基液体燃料（包括煤制甲醇、二甲醚、煤制油）等在近两年也出现了项目兴建热潮。

石油替代能源的迅猛发展反映了中国能源战略的转变，而大力发展多种可再生能源已经成为能源多元化发展的重要方向。

与此同时，在生物燃料乙醇产业迅速崛起的同时，世界各国政府和社会各界对生物燃料乙醇发展可能带来的各种影响表示了极大关注，并引起全球性的争论。

争论的焦点主要集中在以下方面：

一是在油价高位运行的情况下，生物质能源发展能不能缓解能源安全。

反对生物燃料乙醇发展的人认为，生物燃料乙醇最多只能提供世界能源总需求的5-10％，难以缓解全球性的能源危机；生物燃料乙醇原料的生产需要投入大量的化肥、农药、机械等，生物燃料的加工也需要消耗能源。

二是粮食安全和水土资源等环境问题，2006年底，联合国粮农组织发表的报告对制造生物燃料可能导致发展中国家粮食供应恶化的局面表示担忧，他们认为“生物燃料生产的迅速发展需要大量的土地和水资源，与此同时，对（与水土资源相关的）农林作物的需求也在迅速增长。

”同时，富人的能源需求争夺穷人的食物需求还将带来许多社会公平问题。

在中国，刺激以玉米为原料的燃料乙醇快速发展，市场上玉米价格上涨，在耕地资源进一步减少的情况下，燃料乙醇的发展遇到了诸如“与人争食”、“与粮争地”等质疑。

绿色和平国际成员阿肯说：

“人们越来越多地意识到，生产生物燃料可能带来严重的环境问题和粮食保障问题。

”

能源安全、粮食安全与水、土资源合理利用问题由于燃料乙醇等生物质能源的发展再度受到人们的关注。

对任何一个国家或地区来说，保证与国民经济发展匹配的能源供给，与人们的生存与健康相适应的足够的粮食和环境保证是一个国家的基本战略。

现阶段，国际原油市场处于高位运行，汽油等石化能源价格可能进一步趋高，那么，发展诸如燃料乙醇等生物质能源到底在多大程度上缓解我国的能源安全问题？

在粮食安全和水、土资源的约束下发展空间和突破关键又在哪里？

对这些问题的回答对于制定正确的能源多元化发展战略与生物质能源发展路径，寻求经济与社会、资源与环境的可持续发展，具有重要的理论和现实意义。

本文试图建立一个以燃料乙醇为例的价格传递理论模型及分析框架，通过原油价格持续上涨对石化企业、燃料乙醇生产企业、以及农业生产者的决策影响，深入分析在油价高企的大背景下，以燃料乙醇为代表的生物质能源产业发展对社会经济的综合影响，并结合生产和消费的实际状况对理论模型作出检验和分析。

本文分为四个部分。

第一部分为引言；在第二部分中，本文将分析石油价格上涨对汽油生产、对燃料乙醇的生产、对农产品生产的价格传递的动态均衡过程，建立多个经济主体在石油价格冲击下的决策模型，探讨燃料乙醇发展在保证粮食安全和水土资源合理利用的前提下对缓解能源安全的可能影响；第三部分通过生产和供求特征进一步说明实际状况；最后一部分中，本文则提出了生物质能源发展的策略调整。

二、基于石油价格传递的理论模型

（一）基本假设

（1）生物燃料乙醇主要用来部分替代汽油，根据中国的现状，汽油生产是一个特定的寡头垄断的市场，由2到3个寡头厂商组成，同时由于产权的性质，在定价和生产上又受到政府的约束。

按一般假设，汽油生产函数为C—D函数，作为资源性产品的汽油的生产主要由技术进步（）、原油（）和用于汽油生产的其它投入品（）组成，在固定的规模和生产技术水平下，本文采用双边对数的形式，代表性厂商的生产函数为：

（1）

其中，，，。

作为垄断企业，汽油生产寡头总是要维持其认为最低水平的利润，但产权的性质决定其不能完全控制定价机制，同时必须即使在不能达到利润目标的情况下，也要维持一定水平的生产，以应对政府的压力和收回其已经投入的成本。

（2）由于国家对市场的准入限制，生物燃料乙醇生产也是一个由几个厂商组成的寡头垄断市场，其价格与汽油价格挂钩，代表性厂商的生产函数为：

（2）

其中，，，。

现阶段，中国生产燃料乙醇的原料主要是玉米，生物燃料乙醇的生产主要由玉米（）和用于燃料乙醇生产的除原料外的投入品（）组成。

（3）作为生物燃料乙醇原料的农产品（主要是玉米）的生产函数为：

（3）

其中，，，。

这里，c表示玉米，为玉米产量，为技术进步，为玉米的种植面积，为其它的投入如化肥等。

假定土地资源和水资源的约束主要通过种植面积反映出来，其它主要粮食品种（稻谷和小麦）种植面积为，总的种植面积设为，则。

（二）模型分析

1、没有燃料乙醇生产的情况下石油价格上涨对汽油供给的影响

由于汽油的价格实行政府定价，政府对企业的利润都有一定的限制，假定，在初始期（0）时汽油、国际和国内系数加权的石油和投入生产汽油的其它投入品价格分别为、、，政府规定的厂商的利润为，此时，

（4）

如果t期石油价格大于初始时的价格，厂商的利润为：

（5）

从厂商和政府的博弈出发，分两种情况来讨论：

首先，当政府在厂商的游说下，要保持原来的产量，允许厂商按照自己意愿调整汽油出厂价格，投入的石油和其它投入品也不变（，），在价格完全传递的情况下，厂商在t期时期望，则

（6）

转化得到：

（7）

此时，垄断厂商所设定的汽油出厂的价格的变化幅度至少能够抵消石油价格的变化。

价格的上涨可能会迅速传递到受汽油价格影响较大的行业，这些产品生产者要么减少生产，甚至停产，要么提高价格。

如果生产者有力量提高产品价格，大量部门的产品价格上涨必然导致通货膨胀的危险。

如果生产者没有力量提高产品价格，特别是一些弱质部门，汽油价格上涨将带来重大损失，最终又会损害国民经济的增长。

这样得到：

推论1：

在政府没有阻止价格传递的情况下，石油价格的上涨必然会引起到汽油价格的变化上，并传递到国民经济相关部门。

其次，当政府受到各个方面的压力，不允许厂商调整价格，价格传递受到阻止，对厂商来说，即尽可能使利润向原来的利润接近或使损失最小。

如果其它投入品价格和数量不发生变化，此时，使损失最小的办法是减少购买原油的数量，减少生产，设购买原油数量下降了，由于原油的汽油产出弹性是，产量下降了，下降的产量为：

（8）

当然厂商也要维持一定的生产额度，一方面能够既要应付政府的压力，另一方面也要保证设备的固定成本能够收回。

这样的后果就是造成能源供应紧张，实际上也是厂商向政府施压，以寻求提价或财政补贴。

如果政府给厂商补贴以换取厂商投入和产量不发生变化，补贴应保证厂商能够维持以前的利润水平，则

（9）

从宏观上来说是有利于国民经济发展的，但这种隐形的补贴又是不公平的，对一些弱势部门或战略相关部门来说是由财政给以补贴是可行的，但对其它部门或消费者来说，如私车使用者，实际上增加所有纳税人的税收提高了他们的福利，对不开车的人来说是不公平的。

得到：

推论2：

在政府阻止价格传递而没有相应补贴的情况下，石油价格的上涨必然会引起汽油生产量的降低并影响相关产业的发展，如果政府提供足够的补贴弥补原油价格上涨的亏损，又造成了新的不公平。

2、不考虑资源约束下石油价格上涨对生物燃料乙醇生产的影响

如果石油价格持续上涨，政府长期冻结价格必然会承担巨大财政负担，几乎是不可能的。

从国际发展的趋势看，以燃料乙醇为代表的清洁和可再生能源是一个不错的选择，那么石油价格上涨对生物燃料乙醇的生产会产生怎样的影响。

与前面的假定相一致，在t期时，生物燃料乙醇的代表性厂商生产函数分别为

（10）

在不考虑资源约束和粮食安全的情况下来讨论：

如果政府允许生产厂家根据原油价格调整汽油出厂价格，由推论1可知，原油价格的上涨必然导致汽油价格的上涨，此时，厂商的最优决策是：

（11）

公式（11）两边对和求导，得：

此时，（12）

得到：

（13）

代入式（10）得到：

（14）

由于，，，投入的原料和其它投入品的价格与产量成反比，而与乙醇的价格（实际是汽油价格）成正比，如果政府能够控制原料和其它投入品的价格不受石油价格影响，不考虑技术进步的情况下，汽油价格上涨带来的燃料乙醇价格上涨必然刺激厂商增加产量，产量增长的幅度取决于价格弹性（划横线部分）。

如果政府不能控制原料和其它投入品的价格，石油价格的上涨将抬高原料和其它投入品的价格，即形成成本推进型通货膨胀，对燃料乙醇的产量影响的程度取决于价格传递弹性之差。

得到：

推论3：

在不考虑水土资源和粮食安全约束的情况下，石油价格上涨带来的燃料乙醇产量的增加取决于石油价格在生物燃料乙醇、原料、其它投入中价格传递的程度，如果能控制成本上升，必然刺激燃料乙醇的产量上涨，从而能调整供需平衡，降低对社会经济的冲击。

3、资源约束下石油价格上涨对生物燃料乙醇生产的影响

前面的分析表明了石油价格的上涨有可能刺激燃料乙醇的产量上涨从而缓解能源安全约束，但这种可能性会不会变成现实，则可能受到我国日益紧张的水、土资源和粮食安全的制约。

农民是家庭农业生产的决策者，同时由于农业生产的周期性，因此假定农户种植玉米和其它主要粮食作物的决策取决于上一期的价格和净收益，即期望利润等于种植玉米的期望收益减去期望成本加上种植其它主要农产品（稻谷和小麦）的期望净收益，则：

（15）

受到以下条件约束：

（16）

其中，为土地的租金，即使用土地的成本，为种植其它主要农产品（稻谷和小麦）单位面积的净收益，由于水土资源和满足粮食安全的需要维持主要粮食品种（如稻谷）的最低种植面积，因此，设定玉米种植面积的最高限值。

公式（15）两边对和求导，得：

（17）

（18）

当

代入生产函数得到：

（19）

如果政府能够保持稻谷和小麦的净收益不变，同时控制生产玉米投入品的价格不受石油价格影响，不考虑技术进步的情况下，燃料乙醇价格上涨带来的玉米需求必然刺激农民增加产量，产量增长的幅度取决于价格弹性（划横线部分）。

如果，由于政府强有力的约束，直接令，则玉