（地图学与地理信息系统专业论文）经济增长中能源政策的计算分析.pdf

摘要 能源问题一直是能源可持续发展的核心问题，它对能源政策的制定和经济的可持续发展 意义重大。2 0 0 4 年国家制定的节能中长期专项规划提出，至1 j 2 0 2 0 年g d p 指标要在2 0 0 0 年基础上翻两番，而能源消耗只能翻一番的目标。2 0 0 5 年，国家“十一五”规划提出，能源 强度在“十一五”期间要降低2 0 的战略目标。如何实现能源强度降低2 0 ，用翻一番的能 源消耗支持翻两番的经济增长。这个问题直接关系到中国的可持续发展，从而引起了学术界 广泛的研究，也成为了地球系统科学及地球信息科学的熟点问题。 本文首先对增长尾效作了解释，根据我国经济发展的实际情况设置三种情景，从可持续 发展意义下经济发展的超长程角度模拟能源消耗对经济增长的影响，进一步分析了水资源和 土地的增长尾效。通过能源的加入，探讨了能源利用对水资源和土地的增长尾效的影响。文 章着重考查了影响能源尾效的相关因素结果发现劳动力增长和能源的弹性系数直接影响了 能源的增长尾效。另一方面，在增长尾效存在的情况下，对中国未来的经济增长率作出预测， 分析了技术进步的增长率应该保持在何种水平上才能实现到2 0 2 0 年中国的人均g d p 总量比 2 0 0 0 年翻两番的目标。 对于中国来说，严格的宏观经济学问题是，如何确定能源强度与我国经济增k 的关系。 文章结合内生经济增长理论，根据我国实际情况，在m o o n s o n n 模型的基础上进行改进， 研究了能源需求产生经济增长的动态机制。从非完全能源进口的开放经济角度，探讨能源强 度的最优控制问题，寻求中国的最优的经济均衡增长路径。研究证明，在我国这种混合的能 源供应结构下，经济均衡增长率和能源强度存在一种倒u 型的关系，在最优均衡增长路径 下，能源进1 3 的比例与国际能源价格的乘积应该等于能源的边际效益。进一步，通过求解均 衡增长路径上的最优点，得到各种能源强度对应的最佳增长率和储蓄率。面对国家“十一五” 规划能源强度降低2 0 的发展目标的提出，我们模拟显示在考虑国际能源价格变动的情况 下，我国的增长率控制在8 8 5 之问是最优的。 最后本文将视角转向人地关系系统角度，分析了我国气候保护政策，分别从c o z 排放 控制的效率和成本，情景实现的可能性，减少化石能源需求和污染控制的效率来分析各种气 候保护政策的效果。研究同时考虑了能源进口，教育和环境政策对国家经济安全和社会福利 的影响，并将污染作为影响效用的因子的，强调了环境的负外部性。研究进一步通过提高教 育支出，污染治理和能源进1 3 花费，来分析能源，环境和教育政策对原有结果的影响，政策 模拟显示，存在通过实施综合型排放控制措施最终实现明显的c 0 2 减排和经济增长的双重 目标的政策途径。 作为研究背景，文章附录给出了关于经济可持续增长的一些理论研究结果。 关键词：地理信息科学地理计算经济增长能源政策增长尾效能源强度气候保护 a b s t r a c t t h ei s s u eo fe n e r g ya n di t s i m p a c tt om a c r o e c o n o m i ca n dt h es o c i a ld e v e l o p m e n th a v eb e e n t h ef o c u so fg o v e r n m e n t sa n ds c i e n t i s t sa l lo v e rt h ew o r l d h o wt of i n dt h eb a l a n c eb e t w e e nt h e e c o n o m i cg r o w t ha n d e n e r g yp r o t e c t i o n ? t h i s i s s u ei sr e l a t e dd i r e c t l yw i t hs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t ，s ot h ea c a d e m i ao fe a c hc o u n t r yh a sd e v e l o p e da l o to fc o r r e s p o n d i n gr e s e a r c h n o w a d a y st h ei s s u eo fe n e r g yh a sb e e na ni m p o r t a n tr e s e a r c ho b j e c ti ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s c i e n c ea n de a r t hs y s t e ms c i e n c e i nt h i sp a p e r , t h r e ek i n d so ft y p i c a li s s u e so fe n e r g ya n de c o n o m i cg r o w t h 盯es t u d i e da n d d i s c u s s e d ，t h a ti s ：a tf i r s t ，b a s e do nt h ee n d o g e n o u sg r o w t ht h e o r y , w es t u d y t h ed y n a m i c m e c h a n i s mi nw h i c he c o n o m i cg r o w t hg e n e r a t e se n e r g yd e m a n d w ew a n tt of i n do u tt h eo p t i m a l e n e r g yi n t e n s i t ys o a st og e tt h eo p t i m a le c o n o m i cg r o w t hr a t e t h e n ，w es t u d yt h eg r o w t hd r a g c a u s e db yt h ec o n s u m p t i o no fe n e r g yi ne c o n o m i cg r o w t h f u r t h e r m o r e ，t h i sp a p e re v a l u a t e st h e i m p a c to fv a r i o u sc l i m a t ep r o t e c t i o ns t r a t e g i e s ，e n e r g yi m p o r t a t i o n ，e n v i r o n m e n t a la n de d u c a t i o n s t r a t e g i e st oc h i n e s em a c l o e c o n o m i cs e c u r i t ya n ds o c i a l w e l f a r e f i r s t l y , t h ep a p e re x a m i n e st h ec o n c e p to ft h eg r o w t hd r a g t h e nw es e tu pt h r e ek i n d so f c o r r e s p o n d i n gs c e n a r i o st oa n a l y z et h ee c o n o m i cg r o w t hd r a gc a u s e db ye n e r g yw a t e ra n dl a n d t h e r ei sac l o s e dr e l a t i o n s h i pb e t w e e nl a b o rg r o w t ha n dg r o w t hd r a gc a u s e db ye n e r g y i nt h e o t h e rh a n d ，w es i m u l a t et h eg r o w t hr a t ew i t ht h ee x i s t e n c eo fg r o w t hd r a gi fw ew a n tt or e a c ht h e t a r g e to fg d pp e rc a p i t ao f2 0 2 0t ob ef o u r t i m e st h a t0 f2 0 0 0 - t oc h i n a ，w en e e dt oi d e n t i f yt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h eg r o w t hr a t ea n de n e r g yi n t e n s i t y t b a s e do nt h em o o n s o n nm o d e l ，w es t u d yt h ed y n a m i cm e c h a n i s mi nw h i c he c o n o m i cg r o w t h g e n e r a t e se n e r g yd e m a n d w ew a n tt of i n do u t t h eo p t i m a le n e r g yi n t e n s i t ys oa st og e tt h e c h i n e s eo p t i m a le c o n o m i cg r o - v a hr a t e t h es i m u l a t i o nr a s u l ts h o w s ，t h a tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h eg r o w t hr a t ea n de n e r g yi n t e n s i t yi sar e v e r s e du s h a p e t h ep r o p o r t i o no fi m p o r t e de n e r g y a f f e c t st h ee q u i l i b r i u ms t e a d y - s t a t ee c o n o m i cg r o w t hr a t e w ec o m p u t et h eo p t i m a le n e r g y i n t e n s i t yt om a x i m i z et h ee c o n o m i cg r o w t hr a t e t h eq u a l i t a t i v ee f f e c to ft h ei n c r e a s e si ne n e r g y i n t e n s i t yo ne c o n o m i cg r o w t h r a t ei sa l w a y sn e g a t i v e e s p e c i a l l y , w en e e dt oa n a l y z et h ei m p a c to f t h et a r g e to fe n e r g yi n t e n s i t yo f2 0 2 0t ob e0 8t i m e st h a to f2 0 0 6t oe c o n o m y t h es i m u l a t i o n r e s u l ts h o w s ，w ec a nc o o r d i n a t et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc h i n e s ee c o n o m ya n d e n e r g y e c o n o m i z a t i o n f i n a l l y , t h i sp a p e re v a l u a t e st h ei m p a c to fv a r i o u sc l i m a t ep r o t e c t i o n ，e n e r g yi m p o r t a t i o n ， e n v i r o n m e n t a la n de d u c a t i o ne x p e n d i t u r es t r a t e g i e st oc h i n e s em a c r o e c o n o m i cs e c u r i t ya n ds o c i a l w e l f a r e t h a ti sd i f 【e r e 毗f x o mt h er e s e a r c ho fy i p i n sz h a n ga n dw e n gw a n g t h e p o l l u t i o ni s r e g a r d e da st h ef a c t o ro fu t i l i t ya n dt h ee x t e r n a l i t yo fe n v i r o n m e n ti s e m p h a s i z e di nt h ep a p e r w es i m u l a t et h ei m p a c to fv a r i o u s c l i m a t ep r o t e c t i o np o l i c i e so nt h e n a t i o n a lm a c r o e c o n o m i cg r o w t ha c c o r d i n gt ot h ee f f i c i e n ta n dc o s to fc a r b o ne m i s s i o na b a t e m e n t ， t h ep o s s i b i l i t yo fr e a l i z a t i o n ，t h ee f f i c i e n to ff u e le n e r g yr e q u i r e m e n ta n dp o l l u t i o na b a t e m e n t m o r e o v e r t h i sp a p e re v a l u a t e st h ei m p a c to fe n e r g y , e n v k o n m e n t a la n de d u c a t i o n a lp o l i c yo nt h e f o r m e rr e s u l t sb yi n c r e a s i n gt h ee x p e n d i t u r eo fe d u c a t i o n ，p o u u t i n na b a t e m e n ta n di m p o s e d e n e r g y i ti ss u m m a r i z e dt h a tw es h o u l dc h o o s et h es c e n a r i o ，t h a ti s ，t oc a r r yo u tv a r i o u sc l i m a t e p r o t e c t i o ns t r a t e g i e si nap r o p e rp r o p o r t i o na n di n c r e a s ee d u c a t i o ne x p e n d i t u r ea tt h es a l t l et i m e t h es t r a t e g yi st h em o s ta d a p t i v e ，a n di tc a l lr e a l i z et h eg o a lo fc l i m a t ep r o t e c t i n n ，e n e r g y s u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o na n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，w i t hs a t i s f y i n gs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h e r e s e a r c hr e v i e wf o re c o n o m i cs u s t a i n a b l eg r o w t hi sp f e s e n t e di nt h ea p p e n d i x k e y w o r d s ：g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns c i e n c eg e o c o m p u t a t i n n e c o n o m i cg r o w t h e n e r g yp o l i c yg r o w t hd r a ge n e r g yi n t e n s i t y c l i m a t ep r o t e c t i o n 前言 能源是国民经济的基本支柱，是人类赖以生存的基础。国民经济发展的速度和人民生活 水平的提高都有赖于提供能源的多少。作为世界上最大的发展中国家，中国是一个能源生产 和消费大国。能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位，基本能源消费占世界总消费 量的1 1 0 ，仅次于美国，居世界第二位。随着中国工业化和城镇化进程的加快，经济发展 面临的能源约束矛盾日益突出。长期以米，能源问题一直是我国国民经济和社会发展中的热 点和难点，对能源政策的制定和经济的可持续发展意义重大，而全球变化与区域可持续发展 是地理信息科学的应用领域。因此发展经济增长中能源政策的计算分析，就成为了地理信息 科学的重要任务。 能源问题已经得到中国政府的高度重视。2 0 0 4 年制定的节能中长期专项规划提出， 争取到2 0 2 0 年g d p 指标要在2 0 0 0 年基础上翻两番，而能源消耗只能翻一番的目标。2 0 0 5 年，“十一五”规划提出实现2 0 1 0 年人均国内生产总值比2 0 0 0 年翻一番，2 0 1 0 年能源强 度比2 0 0 6 年降低2 0 。能源问题解决的好坏将直接影响到我国经济的可持续发展。如何制 定出促进该目标实现的能源政策十分关键。这里我们主要对能源和经济增长的三个典型问题 进行探讨和研究： 夺 从当前的发展趋势看，能源供给不足将成为今后经济，社会发展的长期制约因素。 在人均能源占有率偏低和粗放式经济增长方式的交互作用f ，中国的经济增长受到了能源瓶 颈的严重制约。这样，一个突出的问题是这种能源消耗能以何种程度导致经济增跃的衰退。 因此，测度由于能源对经济增长的限制使得中国的经济增长降低了多少是一个值得关注的科 学问题。 夺 与我国能源资源短缺问题形成鲜明对照的是，我国的能源利用效率和产出的经济 效率却很低。目前我国主要用能源产品的单位产品能耗比发达国家高2 5 一9 0 ，这与我们 产业的技术结构密切相关。在这种结构水平。r ，增长率与能源强度构成一对矛盾，如何在保 持均衡增长的条件下确定对于较低的能源强度的经济增长率成为政府和学术界非常关注的 问题。因此从最优经济增艮的角度，研究能源强度的最优控制问题十分重要。 夺 经济的迅速发展，化石能源需求的增加带米了许多负面的影响。这些因素影响人类 健康自然环境和气候，根据i p c c ( 2 0 0 0 ) 的报告气候变化明显地影响世界与中国的经 济增长。因此，我国能源与经济增长关系的一个主要问题是如何控制能源行为，保护气候， 维持经济增长。 因此，围绕我国经济增长提出来的问题，经济增长中能源政策的计算分析就成为了一个 富有挑战性的课题。在本文的工作中，我们的研究思想是：首先，结合内生经济增k 理论， 研究能源的减少对未来中国经济增长的影响，为防止能源的进一步减少提供了一个直观的解 释。然后，从进口能源开放经济的角度，解释和剖析经济增长产生能源需求的动态机制，在 经济大道下，寻求中国能源的最优控制。最后着重考察人地关系协调意义下，各种气候保护 政策以及能源进口，环境，教育政策对中国国家经济安全和社会福利的影响。 以此三大内容为支撑点，本文在对能源政策计算分析的基础上，对能源和经济增长的三 个典型问题作了探讨和研究。论文的框架如下：本文的第一章为引论，提出了要从球观，宏 观和中观三个角度来研究经济增长中的能源政策的计算分析问题，并对其研究现状作了总 结，包括自然资源与经济增长、资源不足和技术进步、气候保护意义下能源消费和经济增长 的研究进展，为后面的研究打下基础。第二章是围绕能源尾效问题，从经济发展的超长程角 度山发，在能源约束下寻求最优经济增长路线，对能源的约束作用给出一个定量分析。第三 章主要从宏观角度出发深入分析了长程能源最优控制下经济最优增长问题，解释和剖析了 能源需求产生经济增长的动态机制，并考虑了国际能源价格变动的影响。第四章着重考察的 是人地关系协调意义下，各种气候保护政策包括增汇型c 0 2 排放控制、能源替代型c o ：排 放控制和生产型c 0 2 排放控制政策以及能源进口，环境和教育政策对中国经济安全的影响。 第五章是总结和讨论。 最后，在本文附录我们选取了一些有代表性的模型介绍了资源环境经济问题的理论研究 进展。理论上资源环境经济学大多数研究的是微观问题，但是，经济增长是长程的( l o n g r u n ) 。在这种情况下，我们需要更多地荚注于宏观资源环境经济问题。因此，本文对宏观 资源环境经济问题的研究现状做了总结。为了不冲淡本文讨论的三个主要问题，我们将宏观 资源环境经济问题的研究进展列在附录中，结构上是本文总体构成的一部分，同时也是本文 政策模拟的经济理论与模型构建的基础。 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：垂互盈 日期： 学位论文授权使用声明 2 o o 占z 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 j 学位论文作者签名：龙丽 导师签名： 日期：2 d 口6 、2 -日期地! 丛兰 经济增蚝中能源政策的计算分析第一章引论 1 1 能源与地球信息科学 第一章引论 1 1 1 能源问题是当前地球信息科学的重要问题 2 0 0 4 年以来，困扰中国经济增长的一个主要问题就是能源问题。由于我国目前仍然是一 个能源进口大国，石油的进口量占石油总消费量约三分之一，因此，眼下居高不下的石油价 格将直接影响到各个行业，对我国经济发展产生巨人的冲击。在这种情况下研究能源对我国 经济发展的影响就成为了我国可持续发展的个重要问题。 a f g a n ，g o b a i s i 和c a r v a l h o ( 1 9 9 8 ) 指出能源资源稀缺的测量和资源稀缺的加剧( 能源 紧缺) 可以概括为两个方面：( 1 ) 能源资源的稀缺程度是否已经或即将减缓。( 2 ) 能源资源 的稀缺是否影响了经济增长。他们通过分析单位成本利相对资源价格的变化来了解美国能源 资源的稀缺趋势。结果发现在1 9 7 0 - 1 9 8 0 年，美国的能源资源不足特别明显。但在1 9 8 0 年 以后，该发展趋势完全逆转过来。他们认为能源的稀缺和经济增长相互关联，能源的变化趋 势对于美国经济增长或者是可持续发展有深远的意义。同样道理，能源的变化趋势对中国可 持续发展及经济增长有深远影响。 著名地球信息科学家陈述彭指出：地球( 理) 信息科学是- - ) 1 应用学科，它以信息流为 手段，研究地球系统内部的物质流、能量流和人流的运动状态及运动方式：它由三部分组成； “地球信息科学”是其理论研究的主体，“地球信息技术”是其研究的手段，“全球变化与区 域可持续发展”是其应用领域( 陈述彭等，1 9 9 6 ) 。由此可见，可持续发展问题研究需要地 球信息科学的介入。特别是关系当前经济增长的能源问题地球信息科学更不能熟视无睹。 实际上能源问题与地球信息科学的联系是千丝万缕的。首先，能源作为人类赖以生存的 一种重要资源，同时作为自然环境的重要组成部分，能源变化会不同程度地影响到全球自然 生态系统和社会经济的方方面面。一方面，随着经济的快速发展，中国也同时面临着严峻的 能源环境问题。特别是森林采伐，大气污染士地退化，生物多样性的破坏和c 0 2 排放问 题。能源的生产和利用，对大气污染，酸雨，森林减少，气候变化，臭氧层损耗等全球环境 问题，都是最主要的影响因素。气候变化会不同程度地影响到全球和各地区的社会经济，如 主要农作物及畜牧业的生产、主要江河流域的水资源供需、沿海经济开发区的发展、人类居 经济增长中能源政蘸的计算分析第一章引论 住环境与人类健康等，实施能源保护政策进行气候保护是非常有必要的。 另方面，随着能源供应的贫乏，能源价格的上涨，这些都将直接影响国家的经济安全 问题。2 0 0 4 年，石油价格上涨使中国多付出8 6 亿美元( 中国经济周刊，2 0 0 5 ) 。能源的供 应水平可以通过增长的人口消费和能源需求影响国家的经济发展，这就意味着需要协调人 口、能源、环境与经济发展的关系。能源问题一直是能源可持续发展的核心问题，对能源政 策的制定和经济的可持续发展意义重大，而全球变化与区域可持续发展是地理信息科学的应 用领域。因此发展经济增长中能源政策的计算分析，就成为了地理信息科学的重要任务。 1 1 2 地理计算是地理信息科学的新发展 在“地球信息科学”提出的同时，1 9 9 6 年o p e n s h a w 提出了“地理计算( g e o c o m p u t a t i o n ) ” 的概念，地理计算被认为是建模、计量地理、遥感、g 1 s 和高性能计算的结合，显然它与地 球信息科学的任务是一致的。地理计算在经过了最初的发展后，越来越多地承担了地球信息 科学中的建模与计算主体的任务。这种发展代表了地球信息科学研究的最新动向，这一动向 也体现了计量地理和地理信息系统进一步相互结合、相互渗透和一体化发展的趋势。近年来， 地理计算已经被运用到了一个更广阔的领域，包括空间数据分析、动态模拟、可视化、空间 一时间动态分析等等( l o n g l e y ，1 9 9 8 ) 。2 0 0 1 年9 月在澳大利亚昆士兰大学召开的第六届 地计算年会，在会上提出地理计算着重研究、发展和应用空间信息技术来解决社会、经济和 环境中的人地关系( h u m a na n dg e o g r a p h i c a ls c a l e ) 问题。g a h e g a n ( 2 0 0 2 ) 认为地理计算中 仍存在的问题是针对目前软硬件还无法解决的复杂地理问题，提出可计算方法。 国内地理学界也开始注意到地计算的重要性，陈述彭( 2 0 0 1 ) 提出地理科学优先发展的 领域是地理信息系统环境下的空间分析和地理概念的计算机实现。在2 0 0 1 年9 月，1 6 9 次 香山会议“社会信息化与人地关系”的会议总结中也提出( w w w x s s c a c c n ，2 0 0 2 ) 。人地系 统新模式从单纯的人机或人地关系发展成复杂的天一地一人一机关系模式。要反映这静复杂 的关系，必须对可计算模型进行研究。地理计算针对地理学分析、研究可计算模型，建立 g i s ，发展计算机基础的数据( 包括r s 数据) 处理技术，因此它是地理信息科学的核心( 葛 昭攀，王铮，2 0 0 3 ) 。 总之，“地计算”所包含的内容有：在地理学领域中的基于数学模型的数学计算、基丁 概念模型的非数学计算、基于知识的知识推断、可视化等。它是数量地理学和地理信息科学 的结台。 1 1 3 地理计算中关于资源环境经济问题的模拟进展 在认识能源与经济增长关系后，我们需要提出能源与发展政策的问题。为了解决这个问 2 经济增长中能源政策的计算分析第一章引论 题，我们需要借助政策模拟技术。因此，我们有必要回顾资源环境经济问题的研究现状。从 地理计算中资源环境经济问题模拟的发展过程来看，研究者基于不同的研究目的，在模型中 选取不同的约束条件。这些约束条件包括最终产品生产，人造资本积累，知识存量积累，自 然环境质量变化，人口增长和自然资源流量的变化等。社会规划的最优目标都是在不同的假 设约束下，寻求社会效用的最大化，得到最优的经济均衡增长路径。模型中的技术进步经历 了一个从外生的生产要素转变为内生的生产要素的过程，这使得模型更加复杂，研究也更加 深入。 b o v c n b e r g ，s m u l d e r s ( 1 9 9 6 ) 将技术进步作为内生变量，建立了考虑环境政策影响的 内生经济增长模型。主要研究最优经济增长和可持续发展的关系，分析了环境政策对短期经 济增长和跃期经济增长的影响。s t o k e y ( 1 9 9 8 ) 从增长极限角度讨论技术进步与可持续发展 的关系。她建立了包括污染的简单理论模型，结果表明在人均收入和环境质量之间存在倒u 型关系。w o o d w e l l ( 1 9 9 8 ) 研究了在经济和生态系统中资源消费。总产出和生产要素之间 的关系。他使用系统动力学模型来分析经济增长和资源消耗之间的反馈关系。研究结果显示 产出的增长依赖于所采取的资源消费和技术策略。而且资源消费，技术进步等要素均表现出 对人均产出的“分离”效应。b a r b i e r ( 1 9 9 9 ) 扩展了r o m e r - s t i g l i t z 模型，在模型中包括了 内生的技术进步和人口增长，研究了内生的经济增长和自然资源不足之间的关系并得到最 优的经济均衡增长路径。r o d r i g u e z ，s a c h s ( 1 9 9 9 ) 以委内瑞拉经济为例，主要应用动态一 般均衡模型，来分析资源丰富的区域具有较低经济增长率的原因。研究结果发现在包含自然 资源的r a m s e y 模型中，当消费和投资达到均衡时的经济稳态是最优的。因此，经济最终会 收敛到它的稳态，并在过渡时期表现出负的增眭率。b r e s t s c h g e r ( 1 9 9 9 ) 建立了包括自然资 源的内生经济增长模型，进一步考虑了资本使用中的负溢出。b m s t c h g e r 模型认为自然资源 也是一种资本投入形式从而影响产出，资本积累对自然资源产生负效应最终带来经济福利的 减少。h o f l c e s ( 2 0 0 1 ) 建立了模型研究经济和生态系统的关系以及两者的相互作用，发现环 境政策的短期影响和长期影响存在显著地差异。a y o n g ( 2 0 0 1 ) 研究了可持续经济增长，可 再生资源和污染的关系。他建立了包含可再生资源的经济增长模型。g r i m a u d ，r o u g e ( 2 0 0 3 ) 使用s c h u m p e t e r i a n 模型包括可耗竭自然资源的内生增长模型，研究了可耗竭资源和经济 增长的关系，分析了最优的经济均衡增长路径。进一步探讨了实施最优增长的经济政策，研 究了这些政策对稳态变量的影响。v a l e n t e ( 2 0 0 5 ) 对p e z z e y 模型进行了扩展，主要分析了 可持续发展，可再生资源和技术进步的关系，研究结果表明节约资源的技术对维持长期可持 续的人均消费至关重要。g r i m a u d ，r o u g e ( 2 0 0 5 ) 分析了使用可耗竭资源产生带来的污染， 技术进步和经济增长的关系。使用简单的内生经济增长模型来研究环境政策对经济增长的影 响。刘扬，王铮( 2 0 0 3 ) 选择“区域可持续发展”问题从理论、技术直至应用对地理信息科 学分析框架进行了研究。葛昭攀，王铮( 2 0 0 3 ) 开发建立了“多区域体系经济增长分析集成 计算环境”的系统原型。滕丽，王铮( 2 0 0 5 ) 选择“区域溢出”问题，在p s e 框架下开展 3 丝童望兰生壁塑堕篁堕盐苎坌堑堑兰邑! 鱼一 了区域溢出分析与地理信息科学相结合的研究。构建了多区域溢出分析器( m r s a ) ，对区 域溢出问题进行了实证分析和模型开发。这些研究为地理计算与资源环境经济学研究结合作 了有益的探讨。 结台地球信息科学的应用领域全球变化和区域可持续发展问题，本文更多的关注于 经济发展中能源政策的计算分析。就是运用地理计算( g e o - c o m p u t a t i o n ) 方法和地理信息系 统( g i s ) 技术，以能源环境经济系统为研究对象，分析能源环境与经济发展之间的互动关 系与作用机制，研究经济要素在地域空间上的优化配置模式，模拟能源环境经济系统的演化 过程。揭示能源环境经济系统的运行规律，预测能源使用，经济增长与环境演化的趋势，探 讨能源环境经济系统的优化调控机制，寻求能源可持续利用，经济发展与环境保护的新对策。 1 2 能源和经济增长 1 2 1 自然资源与经济增长 能源是一种自然资源。人类的发展社会历史表明，人们从事任何一项生产活动，都需要 自然资源、劳动力和资本的投入。自然资源的丰裕程度，利用状况，都会给经济增长带来有 利或不利的影响。一般认为自然资源与经济增长之间的有_ 卜列典型化事实：( 1 ) 自然资源 影响经济增长的程度有强有弱；( 2 ) 不论任何地区，都会存在一种或多种自然资源，对国 民总产值和人均国民总产值影响最显著： ( 3 ) 在分析经济增长时，可以发现紧缺资源是影 响经济增长的“瓶颈”因素，当前能源就是这样的紧缺资源。( 4 ) 资源不足和经济增长是 相互对立的。( 5 ) 自然资源的不足随着时间的发展而加剧。本文的研究侧重在能源分析方面， 在这里我们将不得不面对这些典型化事实。 周海林( 2 0 0 1 ) 认为经济学家们把经济增长理论把“资源问题”演绎成单纯的“生产成 本问题”，这几乎是所有经济增长模型的前提。随着资源不断开采利用，资源利用的成本增 加：随着技术进步，“成本问题”相对于资本积累、收益等，不足以成为经济增长和社会发 展的障碍，因为技术进步可以提高“资源”的利用效率，相对降低成本。所以，经济增长依 然是技术、资本及制度问题，而不是“资源”问题。生态学家从资源本身特性出发，认为经 济增长是受到自然资源限制的。而这种极限也不可能由知识、技术或对资源进行替代等得以 突破。这就形成了两种对立的观念。实际上到目前为止，正统的经济学家们对所谓可持续发 展问题并没有表现浓厚的兴趣，这 a a m e r i c a n e c o n o m i c r e v i e w ，j o u r n a l o f p o l i t i c a l e c o n o m i c r e v i e w 和i n t e r n a t i o n a le c o n o m i cr e v i e w 这些权威经济学期刊的文章缺少可持续发展经济 学的文章看出。 虽然主流经济增长理论普遍以乐观的态度看待经济增长过程中的自然资源问题。但近几 年来，以d a l y 为代表的很多生态经济学家却提出了与此相反的观点。许多生态学家认为清 4 经济增长中能源政策的计算分析第一章引论 洁和节能的技术在未来是不可能得到的，污染不能和收入分开，最终，自然资源的减少将限 制经济增长。他们认为，人类的经济活动不是独立于生态系统的，而是整个生态系统的一部 分。由于自然资源，环境等因素，经济增长最终会停止，经济会进入稳态，人口和产出规模 将保持恒定( d a l y ，1 9 9 6 ) 。然而，d a l y 等人的稳态结论并不是来自于标准的经济增长模型， 这使其与主流经济增长理论难以融合。 能源紧缺为代表的地球资源的有限性对经济增长造成限制，自从马尔萨斯时代就一直是 人们普遍关注的问题。在前工业时代关注的是土地和食物的匮乏。后j 二业时代关注的是资源 耗竭和环境的退化( t s u f ，2 0 0 5 ) 。为了解决这个问题，人们寄希望于技术进步。的确，在 宏观经济方面，技术进步在资本积累中起了重要作用，在世界人口迅速增长，中国经济迅速 发展的背景下，能源资源不足问题就变得更加突出，技术创新就更迫切。但技术进步是否能 实现可持续的经济增长而没有加剧能源不足仍然是没有解决的问题。 1 2 2 资源不足和技术进步 技术进步能够显著改善自然环境，这一观点已被许多实例所证实。例如在发达国家的空 气和水的质量明显好于几十年前。技术进步也有助于显著提高能源使用效率。一方面，当使 用了新技术时，虽然能源使用量增加，但是含碳能源的使用却减少( i p p c ，2 0 0 1 ) 。另一方 面，合适的价格信号促进了技术创新和经济结构调整。 在新古典经济增长理论中，外生的技术进步决定了长期的经济增长。s o l o w ，d a s g u p t a l ( 1 9 7 4 ) 分析了在何种条件下资本的积累足够补偿资源投入的下降。在这些文献中，假设生 产要素的高替代弹性和高储蓄率。因此，即使没有技术进步，生活标准也能被维持。n o r d h u a s ( 1 9 9 2 ) 研究了当技术进步到何种程度才能避免收入的增长才不会为负。内生经济增长理论 发展后，一些经济学家认为，在技术进步的作用下，自然资源对经济增长的极限将不存在。 s t i g l i t z ( 1 9 7 4 ) 构造了一个包含劳动，资本和自然资源的生产函数，劳动。资本和自然资源 可以相互替代。结果表明，自然资源不足可以被技术进步抵消，只要保持正的技术进步速度， 总产出就不会f 降。在典型的内生经济增长模型中，如l u c a s ( 1 9 9 9 ) ，b a r r o ( 2 0 0 3 ) ，仍然 没有提及土地，能源和原材料，物质资本和人力资本构成了全部资本。然而r o m e r ( 2 0 0 0 ) 的高级宏观经济学。提出了增长中的资源“尾效”问题。a g h i o n h o w i t t ( 1 9 9 8 ) 承认 应当考虑自然资源和污染，但在他们的熊彼特模型中，知识资本的积累会克服经济活动的生 态限制。目前，许多研究者都提出解决资源不足并实现经济增长的框架体系( 例如r a m s e y 规则，h o t e l l i n g 规则，s o l o w 模型) 。自然资源的存量是有限的，将随经济增长而逐渐减少， 但是技术进步将提高这些资源的经济贡献，因此自然资源的经济存量将不断增长( b a u m o ， 1 9 8 6 ) 。由于资源有限而对经济增长的约束，可以通过技术进步，资源替代而得到减轻 ( d a s g u p t a ，1 9 9 3 ；h e a l ，1 9 8 8 ；k a m i e n 。2 0 0 2 ；s c h w a r t z ，1 9 9 8 ) 。j a f f e ( 2 0 0 3 ) 认为技 5 经济增长中能源政策的计算分析 第一章引论 术进步决定了经济增长和环境之间的关系，技术进步足够解决当前和未来的环境问题。 b r e t s c h g e r ( 2 0 0 5 ) 把技术进步作为内生变量，分析技术进步对克服自然资源不足是否有效。 他认为技术进步很可能克服自然资源不足，资本报酬递减和生产要素不能完全替代等因素的 限制。正确的价格信号和研发部门的变化促进了技术创新。但技术进步却受到创新投资规模 报酬递减和研发成本递增的制约。知识的增加，资源投入的减少和人1 3 的增加很大程度上决 定了可持续发展的长期变化趋势。t s u r ，z e m e l ( 2 0 0 5 ) 分析了资源不足，经济增跃和技术 进步之间的关系。他们在模型中引入干中学过程，使得不同资源替代成本逐渐递减，以分析 研发在某些情景下能否消除资源不足对经济增长的限制。结果发现长期的经济增长依赖于它 的类型，不仅是由生产效率和学习能力，而且是由知识一资本禀赋所决定的。最优的经济均 衡增长路径取决于国际研发投资和物质资本积累的比率。相比于资源丰富的经济，为了减轻 或者消除资源匮乏对经济增长的限制，资源不足的经济需要将更大的比例的收入用于研发。 在1 9 9 4 - - 1 9 9 8 年，美国的能源强度迅速下降，许多研究者认为是由于网络信息技术大大 改善了能源效率。r o m m ( 1 9 9 9 ) 指出信息化在许多部门的节能中起了重要的作用。由于信 息化提高了要素生产力，导致产业或服务部门能源使用的下降。m u r t i s h a w ，s c h i p p e r ( 2 0 0 1 ) 分析了1 9 8 8 1 9 9 8 年，信息化对美国能源使用的影响。结果发现相比于1 9 8 8 - 1 9 9 4 年，美 国能源强度在1 9 9 4 - 0 1 9 9 8 年间下降更为缓慢。主要原因是由于非能源密集产业和服务的快速 增长，即能源服务需求结构的变化所导致的。某些部门能源使用可能上升或者下降。一方面， 在货物运输中，越来越多的产品通过网络订购，通过这种方式使得能源的最终使用增大。另 一方面，使用电子设备制造技术，使用单位能源可以产生更大的增加值，因此降低了制造业 的总能源强度。 根据这种发展，本文在对中国能源政策的模拟中，引入了技术进步的作用。当前的技术 创新模型在数学上是非常复杂的，但经济内容却非常有限。只有当我们理解了技术进步整个 机制过程时，模拟的结果才能变得清晰。 1 2 3 气候保护，能源消费和经济增长 能源于经济增长的一个问题是为经济增长的能源消费于气候保护的矛盾。近年，化石燃 料在经济发展中显示出无可置疑的地位，世界上8 8 的初级能源都来自化石燃料。可是， 燃料燃烧排出的气体积累到一定程度就会严重危害到全球环境。在大气中的c 0 2 累计达到 2 7 5 x 1 0 “吨