方程体系：能源合成、市场均衡、污染排放系数计算

(一) 基本的可计算一般均衡模型构建

为了能够分析天然气价格规制政策变动对环境经济体系产生的影响，本章建立了一个中国天然气可计算一般均衡模型。模型主要包括生产模块、贸易模块、机构模块、均衡模块、环境模块，模型基本结构如图4-1所示。

图4-1　模型基本结构图

1. 生产模块

模型假定市场是完全竞争的，不同产业部门的产出水平由市场均衡条件决定。生产行为采用里昂惕夫生产函数以及常替代弹性(CES)生产函数表示。在生产模块中，生产结构采用五层嵌套函数来刻画。在第一层次，能源-资本-劳动与中间投入以组合函数的形式形成总产出。在第二层次，包括两个方面： 一方面将能源-资本的合成要素和劳动以常替代弹性函数形式合成为部门的总产出；另一方面中间投入以里昂惕夫函数形式形成总产出。在第三层次，总能源与资本以常替代弹性函数形式合成能源-资本束。第四层次，化石能源与电力以常替代弹性函数形式合成总能源。第五层次，天然气、煤炭、石油、原油、燃气以常替代弹性函数形式合成化石能源。

第一层次，组合生产函数，由能源-资本-劳动与中间投入合成。

第二层次，主要是对第一层次函数的详细描述，能源-资本束与劳动通过常替代弹性函数形成总产出。

解得：

(4.1)

(4.2)

(4.3)

中间投入以里昂惕夫函数形式形成总产出，则有：

由该式，可得：

QINTac=iaac·QAc

(4.4)

第三层次，总能源与资本以常替代弹性函数形式合成能源-资本束。

min： PEKc·EKc=PEc·Ec+R·Kc

解得：

(4.5)

(4.6)

(4.7)

第四层次，化石能源与电力以常替代弹性函数形式合成总能源。

min： PEc·Ec=PENc·ENc+PELc·ELc

解得：

(4.8)

(4.9)

(4.10)

第五层次，天然气、煤炭、石油、原油、燃气以常替代弹性函数形式合成化石能源。

min： PENc·ENc=PQ1·EN1c+PQ2·EN2c+PQ3·EN3c

+PQ4·EN4c+PQ5·EN5c

解得：

(4.11)

(4.12)

根据产品以及要素的生产投入关系，可得部门产品的单位成本如下所示：

(4.13)

在单位成本之上，加上生产税净额，即为部门产品的基本价格，可由下式所示：

(4.14)

根据上述生产关系中涉及的变量与参数，可由表4-2所示。

表4-2　生产模块变量及参数说明

2. 贸易模块

本模型接受阿明顿假设，国内产品与进口产品具有不完全替代性。则有：

min： PXc·QXc=PDAc·QDAc+PEc·QEc

解得：

(4.15)

(4.16)

(4.17)

国内消费的最终产品由进口品与内销品组成。则有：

min： PQa·QQa=PDCa·QDCa+PM·QMa

解得：

(4.18)

(4.19)

(4.20)

进口价格与出口价格可表示如下：

PMa=PWMa·(1+tma)·φ

(4.21)

PEc=PWEc·φ

(4.22)

在一种活动对应一种产品的情况下，有下述对应关系。

QXc=QAc

(4.23)

QDAc=QDCa

(4.24)

PXc=PAc

(4.25)

PDAc=PDCa

(4.26)

由式(4.16)以及式(4.17)可推出国内产出以及国产品价格的表达方式。

(4.27)

(4.28)

根据上述贸易关系中涉及的变量与参数，对其进行详细描述，具体如表4-3所示。

表4-3　贸易模块变量及参数说明

3. 机构模块

机构模块包括家庭、企业、政府以及投资，本模块对其收入支出行为进行详细刻画。

首先，家庭模块。假定家庭的效用函数为柯布道格拉斯形式，家庭的目标是在现有可支配收入的预算限制下，使得家庭的效用最大化，因而有：

st： YHH=∑PQa·QHa

解得：

(4.29)

居民总收入包括要素收入以及转移支付，可由下式表示：

(4.30)

其次，企业模块。企业收入主要来源于企业的资本收入，可由下式表示：

(4.31)

企业的支出包括对居民的转移支付，企业直接税以及企业储蓄，可分别表示如下：

YEH=ratehe·YENT

(4.32)

YEHT=tient·(1-ratehe)·YENT

(4.33)

ENTSAV=(1-tient)·(1-ratehe)·YENT

(4.34)

再次，政府模块。政府的收入来源于各项税收收入，可表示如下：

YG=tih·YH+tient·(1-ratehe)·YENT

(4.35)

政府的支出主要包括对居民的转移支付、对国外的援助、储蓄以及政府购买，可分别由下式表示：

YHG=ratehg·YG

(4.36)

YWG=ratewg·YG

(4.37)

GSAV=sg·YG

(4.38)

QG=(1-ratehg-ratewg-sg)·YG/PG

(4.39)

政府对具体商品的消费可由下式表示：

QGa=shrhga·QG

(4.40)(www.xing528.com)

政府消费商品的价格指数为政府消费的各种商品价格的加权平均：

PG=∑shrhga·PQa

(4.41)

最后，投资模块。总投资以及对具体商品的投资可由下式表示：

QINV=V/PV

(4.42)

QINVa=shrhva·QINV

(4.43)

资本品价格指数可由下式表示：

PV=∑shrhva·PQa

(4.44)

机构模块各变量及参数说明见表4-4。

表4-4　机构模块变量及参数说明

4. 均衡模块

本模块主要描述可计算一般均衡模型中的各种均衡关系。通常情况下，根据要研究的具体情况，可选择凯恩斯闭合、新古典闭合、约翰森闭合、刘易斯闭合、卡尔多里昂闭合。本模型采用新古典闭合，即假定要素市场出清。此外，还包括商品市场均衡、政府收支均衡、投资储蓄均衡、国际收支均衡。可分别由下式表示：

(4.45)

(4.46)

YG=YHG+YWG+GSAV+PG·QG

(4.47)

QQa=∑QINTac+QHa+QGa+QINVa

(4.48)

V=(1-mpc)·(1-tih)·YH+ENTSAV+GSAV+FSAV·φ

(4.49)

=(FSAV+∑PWEc·QEc)·φ

(4.50)

5. 环境模块

本模块主要描述大气污染物排放与经济体系的关系，对大气污染物的考察主要是二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物以及粉尘颗粒。该模块的难点在于计算不同大气污染物的排放系数。这里采取的方式是根据国际能源署的International Energy Statistics中的统计数据，计算煤炭、石油以及天然气的二氧化碳排放量，将其与实际的三种化石燃料的消费量挂钩。同时参考陆家亮(2013)对煤炭、石油、天然气总结的大气污染物的排放情况，从而确定不同化石能源的大气污染物排放系数。

通过上述式(4.1)—式(4.50)共50组基本方程，可将模型中基本的内生变量计算出来。在新古典闭合的假定条件下，本模型的一般均衡变量只有汇率、劳动价格和资本价格。选取汇率作为模型的基准变量，则模型的一般均衡变量简化为两个。

(二) 非完全竞争特征引入

在本节中的第一部分，建立了关于中国经济的基本可计算一般均衡模型。但是考虑到中国天然气产业的特征，即95%以上的天然气均由中石油、中石化、中海油所生产，同时管道运输业也基本掌握在该三家油气集团公司手中。因此，有必要对中国天然气产业非完全竞争的特征进行刻画。

天然气产业中存在三家寡头垄断企业，假定天然气产业的产出由该三家企业的产出以CES函数形式形成，则有：

min： PAc·QAc=∑PZj·QZj

解得：

(4.51)

(4.52)

天然气产业内的寡头垄断企业在生产过程中具有规模经济性，因此需要在生产函数内对这一特征进行刻画。参考张晓光(2009)的处理方式，在生产函数中引入固定成本系数，则有：

根据利润最大化的一阶条件，可得：

QZj=ψj(εj-1)

(4.53)

此外，借鉴Hoffmann(2002)以及Konan and Assche(2007)对非完全竞争的处理模式，假定三家寡头垄断企业不存在价格歧视行为，对不同天然气消费者均收取同一价格。根据本模型的复合规则，可计算经济主体对不同企业生产的天然气需求弹性。中间产品部门对第j个企业生产的天然气的需求弹性如式(4.54)所示，机构部门u(包括居民、政府、投资)对第j个企业生产的天然气的需求弹性如式(4.55)所示。整个经济体系对第j个企业生产的天然气的需求弹性如式(4.56)所示。

(4.54)

(4.55)

(4.56)

在模型体系中考虑到非完全竞争特征后，天然气产业内企业的产出价格不仅仅是生产成本加生产税，还包括了一部分超额利润，而超额利润率是根据市场情况不断变化的，即该变量是内生的，可由下式表示：

(4.57)

企业的收入发生变化，企业收入不仅仅包含了企业的资本收入，还包含了一部分超额利润，可由下式表示：

(4.58)

根据上述定义，不同变量及参数定义具体描述如表4-5所示。

表4-5　变量及参数说明