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基于企业层面的能源替代估计:碳定价的应用

推文人 | 刘自敏 邓明艳
原文信息:Hyland M, Haller S. Firm-level estimates of fuel substitution: an application to carbon pricing[R]. Working Paper Series, UCD Centre for Economic Research, 2015.
 
  2018年4月3日中国气象局发布的《中国气候变化蓝皮书》指出全球气候变暖仍在继续,这不仅会影响人类的生活条件,还会对经济的发展造成影响,节能减排的任务迫在眉睫。一般来讲,降低二氧化碳的根本措施有三个:减少化石能源消费、调整能源结构、低碳技术创新。由于能源消费往往和经济增长同步增加,所以短期内发展中国家能源消费可能会持续增加,此外低碳技术创新短期内不会取得巨大进步,所以针对发展中国家的减排重任自然更多地落在了调整能源结构方面。即用低碳、清洁能源替代高碳能源,增加清洁能源的使用。
 
  目前中国学者关于低能源密度企业能源替代问题的研究较少,而Marie Hyland和Stefanie Haller对爱尔兰低能源密度企业能源替代的研究,为中国解决能源替代问题给出了新思路。
 
一、引言
 
  为减缓气候变化,各企业应结合国家发展与自身实际,合理制定能源配置政策,发展低碳经济,通过能源替代,实现节能减排。以往的研究都是基于国家或者工业层面的数据,但作者基于爱尔兰制造业企业层面的数据,利用超越对数成本函数构建要素间模型和燃料间模型,分别估计了燃料部分价格弹性和总价格弹性。总价格弹性是对部分价格弹性的调整,部分价格弹性假设总能源需求不变,而总价格弹性下能源需求是可变的。燃料部分价格弹性表明,电力是对自身价格和其他燃料价格变化反应最小的燃料。但是,总价格弹性表明,电力需求对价格变化具有较高的敏感度。最后作者通过模拟€15/tCO2的碳税,说明了碳定价在企业节能减排方面的有效性。此外,如果排放交易计划许可的价格适当提高也能实现减排效果。
 
二、模型设计及数据来源
 
 
(二)数据来源
 
  文章使用的数据为2004年至2009年期间爱尔兰共和国工业生产普查(CIP)的数据,作者根据研究需要,收集企业每年关于燃料支出的数据等,共有8600个年度观察数据。此外,燃料价格是从许多外部数据源获得的,其中石油的价格来自ESRI数据库,而天然气和电力价格来自欧盟统计局,劳动力的价格是公司的劳动力支出除以员工人数。
 
三、燃料部分价格弹性的估计结果
 
  利用用公式(6)对模型进行估计,得到了关于燃料使用模式的部分燃料价格弹性:
  根据表3的估计结果可以看出:在不同的燃料使用模式下,燃料在生产过程中是相互替代的。并且,电力对其自身价格变化的弹性最小。此外,因为电力价格最高,所以它对于石油和天然气价格的变化并不敏感。说明企业为了降低能源成本,可能在能替代电力的地方使用石油和天然气。
 
四、总价格弹性的估计结果
 
  从表5中可知,在所有燃料的使用模式中,总能源需求对其自身价格的变化很敏感。
  作者将估计的部分燃料价格弹性和能源需求价格弹性()结合起来,使用公式(7)计算总燃料价格弹性。(见表6)
  在使用所有燃料的企业中,一方面,一旦考虑到总能源需求量的变化,电力的自身需求价格弹性就会增加三倍;另一方面,当天然气价格上涨时,总燃料弹性表明天然气和电力之间的替代效应被部分抵消,减少总能源需求。总弹性估计下电力和石油从部分弹性估计下的弱替代品转为弱互补品;总燃料弹性还表明石油和天然气的替代关系比部分弹性所表现的弱。对于仅使用电力和天然气的企业、仅使用电力和石油的企业而言,使用总弹性度量的自身需求价格弹性更高,交叉价格弹性更低。这是因为总能源需求的下降抵消了大部分替代效应,使某些替代燃料变成了互补燃料。
 
五、模拟碳税的实施效果
 
  作者估计了不受欧盟碳排放交易体系(EU-ETS)约束的企业的总燃料需求价格弹性,以此来探究碳税在减少二氧化碳排放方面的效果。因为爱尔兰只有相对较少的制造业参与了欧盟排放交易体系,所以估计出的结果与所有公司的估计结果并没有显著差异。
 
  将石油和天然气的价格上涨与估计的总弹性相结合,可以得到各种燃料使用模式下每种燃料需求的下降情况。平均而言,电力的需求会略微增加,而石油和天然气的需求都减少了,并且,天然气的需求减少的最多(减少了13.1%)。(见表8)
  根据Howley et al. (2012) ,2009年爱尔兰非欧盟排放交易体系(non-EU ETS )工业部门碳排放量为719ktCO2。而non-EU ETS 能源相关部门碳排放量约减少24ktCO2,这意味着碳税的实施导致爱尔兰碳排放减少3.3%。
 
  此外,作者通过模拟ETS价格上涨而导致的减排效果,发现ETS许可的价格提高€1.15/tCO2就可以实现相同的减排效果(即减少24ktCO2的排放)。因为电力企业本身受ETS管制,而所有企业都要使用电力,所以电价的上涨会影响所有制造业企业,导致碳排放的降低。此外,许多因参与排放交易体系而免征碳税的能源密集型企业,将受到排放交易计划价格上涨的影响。
 
六、结论
 
  通过计算能源替代弹性,作者考虑了要素间模型和燃料间模型之间的反馈效应,调整了由于单一燃料价格变化引起的总能源需求变化的部分弹性。可以看出单一燃料价格的变化,会导致总能源需求的变化,从而会使燃料从弱替代品转为弱互补品,碳定价在制造业企业节能减排和燃料替代方面具有潜在有效性。但是,碳税的有效性是有限的。此外,总燃料弹性表明电力需求对其自身价格的变化高度敏感,欧盟排放交易体系许可的价格上升也会达到节能减排的作用。
 
  文章的创新之处在于,作者从企业层面的数据出发,除估计部分燃料替代弹性外,还估计了总能源替代弹性,为一些能源密度较低的国家的能源替代给出了新思路。但是,作者没有考虑到实施碳税对居民福利的影响,碳税的实施必然导致能源价格的上升,对居民福利造成影响,特别是对收入较低的居民影响更大。但对于中国而言,长期来看,结合相关的补贴政策,通过碳定价,可以降低化石能源的使用,增加清洁能源的使用,实现节能减排的目标。
 
作者个人信息:
Marie Hyland
https://www.esri.ie/person/?userid=94
Stefanie Haller
http://nber.org/people/stefanie_haller
 
参考文献:
[1]查冬兰,司建松,周德群,薛晨.中国工业部门能源与非能源替代弹性研究——基于多弹性测度方法[J].管理评论,2016,28(06):180-191.
[2]Halvorsen R. Energy substitution in US manufacturing[J]. The Review of Economics and Statistics, 1977: 381-388.
[3]Pindyck R S. Interfuel substitution and the industrial demand for energy: an international comparison[J]. The Review of Economics and Statistics, 1979: 169-179.
 
Abstract
 
We estimate partial- and total-fuel substitution elasticities between electricity, gas and oil, using firm-level data. We find that, based on the partial elasticity measure, electricity is the least-responsive fuel to changes in its own price and in the price of other fuels. The total elasticity measure, which adjusts the partial elasticity for changes in aggregate energy demand induced by individual fuel price changes, reveals that the demand for electricity is much more price responsive than the partial elasticity suggests. Our results illustrate the importance of accounting for the feedback effect between interfactor and interfuel substitution elasticities when considering the effectiveness of environmental taxation. We use the estimated elasticities to simulate the impact of a e15/tCO2 carbon tax on average energy- related CO2 emissions. The carbon tax results in a small reduction in CO2 emissions from oil and gas use, but this reduction is partially offset by an increase in emissions due to increased electricity consumption by some firms.
 
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