第1章 能源经济学十大原理
能源是人类日常生产和生活中不可或缺的物品。生活中我们的衣食住行都离不开能源。照明、烹饪、取暖、制冷需要电力和燃气；出行驾驶私家车、乘坐公共汽车需要消耗汽油；农业、工业和服务业等各行各业的商品生产和服务提供的过程都离不开能源。用经济学术语来说，在效用函数中，能源是一种必需的生活资料；在生产函数中，能源是一种必需的生产要素。
能源经济学是一门以经济学理论和方法为基础，研究能源资源开发与利用过程中的*优配置的学科，与其他同样以能源为研究对象的工程学、管理学之间相互补充。自然资源禀赋、政府的管理体系和干预政策、家庭和企业的市场行为与个体选择之间的相互作用，共同决定了能源市场的运行和能源资源的配置。
能源经济学的研究包含很多方面的内容：企业应如何为有限的能源资源安排*优的开采计划；不同能源品之间如何相互联系、相互影响；市场结构和市场竞争程度如何；垄断企业、寡头企业在市场中如何选择产量和价格；自由竞争的能源市场能否实现社会*优的资源配置；是否存在市场失灵；政府能够发挥什么样的作用 从宏观层面来看，能源经济学研究经济社会整体的能源总供给与总消费、能源结构、能源资源的配置、利用效率及能源安全等问题，考察能源与经济社会发展、生态环境之间的关系，评估宏观能源政策的政策效果等；从微观层面来看，能源经济学利用微观经济学中的效用*大化、利润*大化、外部性、公共物品、垄断与不完全竞争等理论分析能源产业的投入产出要素，贯穿能源开采、运输、转换等各个环节，研究能源产业的市场组织形式、企业行为及市场监管等问题。
总体来讲，可以用十大原理概述能源经济学领域的分析框架。在后续的章节中，我们将会基于能源经济学十大原理进一步详细地阐述这些基本理论及其应用。
1.1 原理一：市场是决定能源资源配置的根本力量
与其他商品一样，能源品的消费量和资源配置情况由市场的供给和需求自发形成决定，市场是决定能源资源配置的根本力量，政策制定者调整和干预市场均衡也需要顺应市场规律。以推广天然气使用、提高天然气消费量为目标的干预政策为例，尽管天然气也是化石能源，但与煤炭、石油相比，天然气消费所产生的污染排放更低，天然气是一种相对更加清洁的能源，因此政府鼓励家庭和企业多用天然气，少用其他化石能源。政府为社会整体的能源结构设定目标，在工作规划中设定未来一段时间内实现天然气消费量达到某一水平的目标。对于政策执行者来说，如何才能鼓励家庭和企业增加天然气消费以实现既定目标呢？
提高天然气消费这一宏观经济政策的具体实现路径需要从天然气消费的微观决策出发进行考虑。根据需求曲线向下倾斜的事实，当天然气价格降低时，消费者的需求量会提高。鼓励天然气消费的基本思路，一是在其他替代的能源品的价格和生产成本不变时，降低天然气的生产成本和价格，二是降低天然气相对其他替代品的价格。
具体而言，可以从全球范围内采购成本和价格更低的天然气，引入低成本的进口天然气可以降低国内天然气市场价格，实现刺激天然气消费的目的。市场势力是使天然气价格高于成本的原因。天然气供应链终端的城市燃气是典型的自然垄断行业，垄断者的利润*大化定价高于生产的边际成本，因此降低天然气价格的另一种路径是对天然气运输的门站进行价格监测，核定天然气的运输成本，监测天然气运输管线上各个门站的价格，加强对城市燃气的自然垄断的监管。
政府之所以干预调整能源结构，提高天然气消费量，是因为煤炭、石油等其他化石能源消费过程中产生的污染和二氧化碳排放较高，在微观经济学中我们称之为“负外部性”。有关能源“负外部性”的问题将在原理五中详细说明，这里仅做简单介绍。通过开征碳税、环境税将外部成本内部化，让市场价格正确反映能源品的社会成本。煤炭、石油等其他能源品的相对价格提高，天然气的相对价格降低，同样可以达到鼓励天然气消费的目的。
还有一种促进天然气消费的路径是直接降低天然气的生产成本。市场竞争与适度的价格波动是市场机制发挥优胜劣汰、鼓励与推动创新的重要方式。企业通过在价格波动中调整产量或者进入和退出，在市场竞争中积极创新，优化生产和组织流程，促进生产要素之间的协调配合，提高工人的劳动生产率等方式，降低天然气的生产成本，从而降低市场的天然气价格。
1.2 原理二：能源资源开采具有动态性特征
虽然世界范围内能源转型正在发生，但目前支撑现代社会经济发展的主要能源，如石油、煤炭、天然气都是可耗竭的、不可再生的资源。在能源资源总量有限的约束下，生产者在某一期的定价和开采决策，会对未来的能源市场产生影响。今天多开采一单位，留给未来的可开采量就会少一单位。追求利润*大化的生产者会考虑这种跨期的影响，寻找资源开采的*优时间路径。除了可耗竭资源的开发利用外，能源领域许多决策都需要以动态视角进行分析。例如，长期天然气供应协议的签订，能源生产和使用中的长期资产的投资问题。
生产者在进行可耗竭的能源资源的开采和供应决策时，不仅需要考虑当期的收益，还面临着今天的收益与未来收益之间的权衡取舍。今天开采的资源越多，意味着留给未来可开采的资源越少，因此需要确定*优的开采路径和动态定价策略，以实现资源的跨期有效配置和预期的未来收益现值*大化。Hotelling（1931）开创性地对可耗竭矿产资源的消耗问题做了探讨，提出了可耗竭资源的*优配置规则—Hotelling rule（霍特林法则）。
霍特林法则指出：由于稀缺性，可耗竭资源的价格会随着时间以贴现率的速度增长。霍特林法则背后的原理非常直观，可耗竭资源的跨期*优开采安排需要满足不同时期带来的边际收益相等的经济学基本原则。贴现率通常以资产存在银行里的收益率表示，可以反映生产者开采的机会成本。假设净价格的增长率高于实际利率，企业会尽量保留资源，留到未来再开采，当期的市场价格将会提高，净价格的增长率降低；假设净价格的增长率低于实际利率，企业会加速开采资源，当期市场价格降低，净价格的增长率提高。
虽然现实中，霍特林模型（Hotelling model）预测的可耗竭资源价格持续上升的结果并没有得到历史数据的验证，因为*优开采路径可能受到多种因素的影响，包括贴现率、市场需求、开采成本、技术进步、政府的政策干预、已探明的资源储量的不确定性等，但霍特林模型首先将跨期优化的分析框架应用于可耗竭资源的应用，确立了跨期套利的重要性，为分析可耗竭资源的开采提供了一个有用的起点。
1.3 原理三：能源品是相互联系和替代的
能源品之间可以相互替代，能源市场之间相互影响。一种能源品的需求不仅受该种能源品的市场价格的影响，也会受其他可作为替代品的能源品价格的影响。电动汽车的发明建立了电力和成品油之间的替代机制。电力由煤炭、天然气、水能、风能转化而来，成品油是从原油中提炼出来的。因此，电动汽车建立了原油与煤炭、天然气、水电、风电等能源品之间的直接竞争机制。石油价格上涨会提高成品油炼化成本，将会导致更多家庭选择电动汽车。对未来成品油价格和电力价格的判断（也就是预期价格）也会直接影响当期消费者购买汽车的决策。预期未来成品油和电力的相对价格较高时，消费者会更愿意选择汽油车，反之则会促进电动汽车的销售。类似地，各式厨房烹饪家用电器的发明建立了天然气、液化石油气等传统热源与电力之间的直接竞争和替代机制。烹饪家用电器的使用增加了电力消费，在一定程度上替代了天然气、液化石油气、煤炭甚至柴薪的炉灶，减少了其他能源品的消费量。
电动汽车、各类烹饪家用电器的出现和推广使用使能源品之间形成了更加紧密的短期和长期的替代机制。这种替代关系会使能源品之间的价格和需求相互影响。以电力和天然气为例，当天然气的相对价格上涨时，将会有更多家庭在烹饪中以电作为热源，减少天然气的使用，增加电力消费量。但是当电力的相对价格提高时，更多家庭会选择减少电力用量，改用天然气。
同理，在原理一我们提到的促进天然气消费的例子中，开征环境税和碳税会提高煤炭等传统化石能源的相对价格，从而提高天然气、水电、风电等相对较为清洁低碳的能源品的竞争力，达到促进天然气消费的目的。这里就不再展开叙述了。
总而言之，随着能源市场的发展和科技水平的不断提高，能源品之间的替代性不断加强，一种能源品的供需变化和市场价格波动都会直接影响其他替代的能源品市场。因此，分析任何一种能源品市场的问题时必须考虑其他能源品对其产生的影响。
1.4 原理四：能源市场是不完全竞争的
能源行业是资本密集型行业。能源品的生产和供应通常依赖自然资源的禀赋，且存在高额的固定成本，形成了能源行业的高进入门槛，造成企业生产中的规模经济效应。规模更大的企业拥有更低的边际成本，使自然垄断或寡头竞争成为能源行业十分普遍的市场结构和组织形式。
以国际石油市场中的石油输出国组织（Organization of the Petroleum Exporting Countries，OPEC）为例，OPEC是一个卡特尔组织，是中东地区主要产油国政府间的国际协定。OPEC成员国拥有全世界80%以上的石油储量，供应全球40%以上的原油需求。中东地区主要产油国形成联盟，作为国际原油市场中规模*大的主体参与国际原油市场竞争，可以利用更大的市场势力获得更高的利润，通过对油价的控制和石油资源的垄断实现整体收益的*大化。在OPEC内部，成员国之间采取生产配额制，以控制OPEC整体的原油产量，按照既定的配额分配垄断利润。但卡特尔组织是不稳定的，在其他成员国遵守生产配额的情况下，任意一个成员国都有动机通过提高自身产量获得更多的收益。
电力供应、城市燃气等公用事业是典型的自然垄断行业。发电厂利用热能、水能、风能、光能和核能生产的电力资源需要电网系统才能输送到终端电力用户，城市燃气的输送也需要完善的管网设施。电网公司和城市燃气公司的生产中涉及大规模的基础设施建设与维护，属于生产中的固定成本。在一定范围内固定成本与企业的产量无关，因此企业产量越高，分摊到每一单位商品中的平均固定成本就越低，而额外提供一单位电力或燃气的输送服务的边际可变成本通常很低。在高固定成本、低可变成本、有限的市场规模和自由市场状态下，很容易形成自然垄断，市场中仅有一家企业进行生产。自然垄断企业设定的垄断价格高于生产的边际成本，形成社会福利损失。
垄断和寡头定价损害了社会整体的福利，形成效率损失，会产生市场失灵问题，因此这种市场失灵要求政府对垄断和寡头市场进行监管。但政府对垄断和寡头市场的监管也面临信息不对称、阿弗奇-约翰逊效应（Averch-Johnson effect，A-J效应）等问题。为了防止垄断企业制定过高的价格获取垄断利润，一种典型监管做法是对垄断企业实施成本加成定价。在成本加成定价机制下，垄断企业的收益率受到限制，企业的投入组合偏离了*小生产成本的资本-劳动组合，存在过度资本投资现象。对垄断进行监管面临的难题是如何既能约束企业的垄断行为，又能激励企业不断进行创新，降低成本。
能源市场的不完全竞争特征决定了能源经济学需要结合产业组织、博弈论的理论，基于中国的基本国情和能源市场的基本事实进行研究。关于不完全竞争的能源市场的研究不仅具有学术价值，更重要的是对现实世界中的企业的决策、政府监管和政策制定具有重要的意义。
1.5 原理五：能源的开发和使用具有负外部性
能源的开采、加工和消费都可能污染环境。化石燃料燃烧会产生颗粒物等物质，是空气污染的主要来源；还会产生氮氧化物、二氧化硫等污染物，二氧化硫与空气中的水和氧气反应产生亚硫酸和硫酸形成酸雨，危害动植物生长，腐蚀损害建筑物。能源消费带来的环境污染会对其他主体造成损害，而开采、加工和使用能源的人不必承担所有成本，用经济学术语来说，能源的开采和使用具有负外部性。能源开采和消费的实际社会成本高于私人成本，企业和个人在决定能源供给量或消费量时只考虑私人成本，因此市场均衡的能源消费量会超过社会*优的
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