能源环境约束下垂直技术进步、产业结构变迁与经济可持续增长，本文主要内容关键词为：可持续论文,产业结构论文,技术进步论文,能源论文,环境论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、引言
从巴厘岛到哥本哈根、德班，在历届气候大会上，中国政府切实履行绿色发展的庄严承诺。从国家“十一五”规划首次设立约束性指标，到党的十八大提出“美丽中国”，中国正逐步告别粗放式发展，走上绿色低碳发展、永续发展之路。如何在能源和环境承载能力有限的约束下创造更多有效产出，并降低污染损害，实现生态文明建设目标，科技进步与创新将成为一条重要的途径。一国经济内部各产业的技术进步速度有所不同，技术需求和吸收能力方面的明显差异导致各产业的增长速度也存在较大差别，从而可能引起一国产业结构发生变化；同时，在经济发展过程中，主导产业更替也将直接影响投入要素在产业间的流动，进而影响一国的生产、消费等。因此，研究如何在能源环境约束下通过技术进步来推动产业结构变迁进而实现经济可持续增长，具有重要的理论和现实意义。
自20世纪70年代以来，有关能源或环境约束下的经济增长研究逐步受到重视。无论是新古典框架还是内生增长框架，技术进步都被认为是解释经济可持续增长的关键因素之一。一些学者(如Aghion和Howitt，1998；Groth和Schou，2007)假设经济增长是同质的，产业结构变化相对不重要，从而设置了单一的技术进步和简单的生产函数形式(如CD、AK)，由此专注于技术进步而忽略了结构变动对能源消耗、环境变化和经济增长的影响。考虑到能源的稀缺性及不同产业间能源消耗强度的差异性，也有一些学者利用多部门模型并设置特殊的生产函数来反映产业结构问题。例如，Smulder和Nooij(2003)设置了CES形式生产函数，以不同中间产品和多种技术进步来反映结构问题；Sue(2006)、Acemoglu等(2012)通过细分清洁产品和污染产品，分析在不同产品技术进步存在差异的情况下经济系统的变化。国内相关研究以实证分析为主，如史丹(2003)、王俊松和贺灿飞(2009)、姜磊和季民河(2011)等，理论研究则大多集中在技术进步影响经济增长与环境污染的兼容性、经济最优增长率、政府最优调控工具等问题上，只有少数学者涉及结构问题，如余江(2008)等。
综上所述，国内外已有相关文献为本文提供了重要的参考，但对产业结构变量往往缺少明确的模型设置，而且技术进步又大多附加于中间产品。因此，本文借鉴Smulder和Nooij(2003)的研究思路，将Acemoglu等(2012)提出的要素导向技术进步引入能源环境约束下的三部门模型，利用研发人员在不同部门间的分布差异，从理论上分析能源导向型和劳动导向型这两类垂直技术进步如何影响一国的产业结构变迁，进而影响能源消费、污染排放、经济增长等，并在此基础上对经济变量均衡变动路径进行数值模拟。
二、理论模型构建
能源在经济增长中扮演着“动力源”和“污染源”的双重角色。本文以能源为突破口，在模型构建时考虑能源环境约束下多部门之间的有机联系。
(一)最终产品部门
一国经济产出不仅取决于要素投入数量，也与要素投入形式密切相关。为了突出反映产业结构，本文假设最终产品由能源密集型投入品和劳动密集型投入品组合生产，其生产函数采用不变替代弹性(CES)形式。绝大多数实证文献发现，在多国多行业的CES生产函数中，要素替代弹性往往小于1，故假设σ小于1，即两类投入品相对投入量的变化小于相对价格的变化。
(四)能源和环境约束
式(12)表明产业结构变动与有效要素投入之间存在特定关系，而有效要素投入又与不同产业的技术水平直接相关，因此产业结构变动与技术水平相关。能源密集型产业产值比例与有效要素比值负相关，即在有效能源投入多于有效劳动投入时，能源密集型产业产值比例反而会下降。这一结论主要源自投入品替代弹性σ小于1的假设。如果有效能源投入的增加幅度大于有效劳动投入，则能源密集型投入品的价格变动小于劳动密集型投入品，但数量变动大于劳动密集型投入品。由于σ小于1，数量变动小于价格变动，最终出现劳动密集型产业比例上升、能源密集型产业比例下降的情况。此外，整理各中间产品与最终产品的关系可得，消费函数C=(1-
)Y，则内生储蓄率为。
第三，R&D部门利润最大化。建立能源密集型R&D部门的现值汉密尔顿函数：
第四，代表性居民效用最大化。建立代表性居民的现值汉密尔顿函数：
凯恩斯—拉姆齐条件表明人均消费变动率等于利息率与时间贴现率之差；霍特林条件表明能源价格变动率等于利息率与能源开采利用变动率之差，能源开采利用程度的提高会带来能源价格的下降。
(二)最优变动率
能源约束通过能源开采利用程度对经济增长产生显性影响，隐性影响则表现为通过能源产出弹性及能源密集型投入品替代弹性等参数作用于能源密集型产业比例，进而影响经济增长。环境约束则更多地通过时间贴现率来反映。
四、数值模拟
(一)参数设置
第一，设置最终产品部门CES生产函数中的要素替代弹性σ。Burniaux等(1992)采用Green模型计算得到资本和能源之间的替代弹性为0.8，资本能源组合与劳动之间的替代弹性为0.18；吕振东等(2009)利用中国1980—2006年时序数据，得到能源和资本之间的替代弹性为0.47，资本能源组合与劳动之间的替代弹性为0.84。本文采取折中办法，令σ=0.5。
第二，设置能源密集型和劳动密集型投入品中的要素产出弹性。视机器设备为物质资本，则α表示资本产出弹性。SGU(2011)利用极大似然估计方法得到α为0.37，Acemoglu等(2012)设定α为0.33，黄赜琳(2005)确定资本产出弹性为0.503。在国内外相关文献中，资本产出弹性往往被设置为0.36，本文借鉴这一基础参数，令α=0.36。
第三，设置研发成功概率和有效耐心因素。借鉴Acemoglu等(2012)的做法，本文将研发成功概率设置为0.1。代表性居民的年主观贴现率ρ在RBC相关文献中一般被设置为0.05。能源开采利用率类似于能源中间环节效率，《中国能源统计年鉴》显示近十年这一数值提高不足4个百分点，因此设定
为-0.005。此外，近五年第二产业产值占GDP比重相对稳定且接近50%，因此设置能源密集型产业产值比例初始值
=0.5，即研发人员研发时间的分配比例为50%。
第四，设置能源环境约束中的相关参数。选择污染物
，环境自我更新能力θ采用郑丽琳和朱启贵(2012)设置的分解率0.0083。污染生产系数h使用国际上常用的标准煤折算成碳排放量折算系数0.6413。环保意识系数ω比较抽象，一般使用大气中浓度来衡量污染对环境质量的影响，结合2008年世界银行提供的全球排放总量为3.21×
吨、人均排放量为4.8吨，本文设定数量级
作为个体对环境质量的影响系数。根据国际劳工组织2010年11月发布的《全球工资报告》，设置工资增长率约为1.6%。后续研究可以在一定范围内对上述参数进行调整以进行敏感性检验。
(二)数值模拟
1.基础参数模拟结果分析
本文在求解微分方程时利用MATLAB中基于龙格—库塔(4，5)积分方法ODE45完成。设置能源密集型产业比例初始值，求解式(18)，并以此为起点，模拟人均经济增长率、人均能源消费变动率、人均污染排放变动率、能源密集型产业比例等变量的最优路径(见图1)。
图1 竞争性均衡中各变量变动率
图1显示，在基础参数设置下，产业间技术进步差异不足以弥补能源开采的机会成本，此时，人均经济增长率、人均污染排放变动率、能源密集型产业比例正向变动，人均能源消费变动率负向变动。较低的能源密集型产业技术进步率和能源开采利用程度反映出社会对能源的消费需求减少，使生产部门投入的有效能源小于有效劳动。较少的有效能源投入不仅使生产能源密集型机器设备的中间产品部门更加有利可图，造成能源密集型投入品的数量正向变动，还会使能源密集型投入品的价格变动高于劳动密集型投入品。数量和价格的双重作用使能源密集型产业产值比例呈现上升趋势，产业结构发生调整。技术进步在促进经济持续增长的同时也加剧了污染排放。由于污染排放量直接取决于能源密集型产品数量而非能源消费量，人均污染排放量逐年上升，但并没有与人均能源消费呈现正相关关系。
图1还显示，能源密集型产业比例持续增加，在经历了前80年的快速变化后收敛于0.77左右，此后基本稳定。人均经济增长率始终为正，在前50年内由最初的2.77%较快地降至2.08%，又在此后的150年间缓慢升至2.21%，可见经济增长具有可持续性。同时，人均能源消费变动率始终为负，由最初的-4.45%降至-5.48%。在能源稀缺性约束下，人均能源消费量加速减少。人均污染排放变动率有较大变动，呈现短期下降、中长期上升的特征，由最初的1.73%降至23年后的1.63%，又在200年后升至2.19%。
2.参数变动模拟结果比较
(1)时间贴现率ρ。我们设置了ρ=0.03和ρ=0.01两个对比组，主要变量变动情况见图2第一列。在三组不同的时间贴现率下，
都小于0，所有变量变动率的走势基本不变，但初始值等略有差异。时间贴现率越小，人们对未来经济可持续增长、环境质量的要求越高，放弃当前消费的意愿越强，由此引起：第一，能源消费快速下降，使能源持续使用的时间延长；第二，有效能源投入减少，能源密集型投入品数量增速放缓，有利于缓解污染排放过快增长；第三，能源密集型产品价格快速上涨，使能源密集型产业比例快速提高，产业结构调整速度加快。值得注意的是，能源密集型产品价格变动是产业结构变迁的主要原因。
图2 参数
调整后的结果比较④
(3)能源密集型产业比例初始值。我们设置了=0.3和=0.1两个对比组，主要变量变动情况见图2第三列。一国初始的能源密集型产业比例越低，发展前半段人均经济增长率越高、人均能源消费下降越慢、人均污染排放变动率越高，这与“追赶效应”类似；在其他参数不变时，能源密集型产业比例呈现上升趋势。从长期看，无论其初始状况如何，竞争性均衡中所有变量的变动率呈现趋同趋势。结果表明：当一国初始的能源密集型产业比例较低时，能源密集型投入品的数量较少、价格较低。此时，投入品数量较少意味着能源密集型技术水平和能源消费量初始值较低，投入品价格较低则意味着能源价格初始值较低。一方面，初始技术落后的国家通过模仿发达国家的先进技术，在未来可获得比发达国家更快的技术进步，实现技术追赶；另一方面，由于能源边际报酬递减，在初始人均能源消费较少的国家，能源消费的少量增加会大大提高生产率、增加经济产出，由此出现能源密集型产业初始比例越低、经济增长越快的情况。
此外，在一定的参数设置下，人均产出与人均污染排放之间呈现倒U形或N形关系，表明实证研究中可能出现多种EKC形式。
五、结论
中国政府高度重视资源节约型、环境友好型社会建设，加快推进科技创新、产业结构升级和生产方式变革，努力实现绿色低碳发展，建设“美丽中国”。本文通过理论分析和数值模拟，考察了能源环境约束下垂直技术进步如何影响一国各宏观经济变量的均衡变动。研究发现：第一，在一定的参数设置下，能源消费不断下降，污染排放量在长期内缓慢增加，经济持续增长。第二，产业结构变迁与技术进步、能源环境约束密切相关。当产业间技术进步差异不足以弥补能源开采的机会成本时，只能通过提高能源密集型产业比例来促进经济增长；而当产业间技术进步差异可以弥补能源开采的机会成本时，则需要在能源开采与能源稀缺性、环境污染外部性之间进行权衡调整，此时可以通过提高劳动密集型产业比例来促进经济增长。第三，在一定的参数设置下，人均产出与人均污染排放之间呈现倒U形或N形关系，这为环境库兹涅茨曲线的存在性提供了一种理论解释。第四，一国初始的产业结构会影响经济变量的长期变化，在一定的参数设置下，经济变量变动率长期趋同。
为了简化分析，本文研究的是封闭经济，假定能源同质，并外生给定初始的产业结构。如果考虑产业结构内生或者能源异质性，则模型会更加复杂，当然也更贴近现实，这为未来的研究提供了方向。
注释：
