“煤改气”投资对宏观经济的拉动效应：基于北京市可计算一般均衡模型分析

鲁传一，鲁玉成，魏永杰

1. 清华大学能源环境经济研究所，北京 100084

2. 清华大学核能与新能源技术研究院，北京 100084

3. 中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012

长期以来，燃煤是我国北方，特别是京津冀地区主要污染源之一. “煤改气”是将燃烧煤炭的方式改为燃烧天然气，目的是为了减少燃煤产生的大气污染，也相应减少二氧化碳排放，有利于全球气候保护.2013年国务院发布了《大气污染防治行动计划》，明确提出要加快推进“煤改气”和“煤改电”工程建设.2013年以来，在国家系列政策支持下，京津冀及周边地区“煤改气”工程积极推进，工程投资也不断增大，有力地推动了大气环境质量改善和经济社会高质量发展[1]. 尽管“煤改气”工作存在一些不足，如2017年冬季出现了较严重的“气荒”，但从长期看“煤改气”产生的经济和环境效果是不容忽视的.

目前关于大气污染对经济和健康的影响研究较多，如李惠娟等[2]以我国62个环保重点监测城市为样本，运用环境健康风险与环境价值评估方法，对2015年PM2.5污染引发的健康风险及经济损失进行评价，杨宏伟等[3-5]也开展了类似研究. 这些研究主要评价了大气污染不同排放水平对经济和健康产生的损失，但没有研究大气污染排放的来源及排放水平.有学者[6-10]开展了“煤改气”能源替代政策的污染减排效果测算，如邢有凯[6]采用减排系数法计算了北京市“煤改电”工程对大气污染物和温室气体的协同减排效果. 这些研究测算了“煤改气”等能源替代的污染减排效果，但未测算宏观经济影响和效益. 已有研究[11-15]采用经济模型方法探讨“煤改气”能源替代的环境和经济影响，如张翔等[11]利用综合评价模型分析估算不同情景下实施“煤改电”政策对环境质量、健康效益和经济效益的影响. 这些研究对“煤改气”等能源替代的经济和环境影响进行了分析，但未研究能源替代项目投资建设阶段的经济环境效果. 关于投资对宏观经济的拉动作用，陈虹等[16]运用可计算一般均衡模型(CGE)模拟了中国与“一带一路”辐射国家和地区展开投资贸易合作的情景，王继源等[17-24]也开展了类似研究，但缺乏“煤改气”工程投资的经济影响研究.

为综合评价北京市“煤改气”工程的经济效应，该研究运用可计算一般均衡模型研究“煤改气”工程投资建设对宏观经济的拉动作用. “煤改气”项目实施后在运行阶段将产生能源环境效应，同时在投资和建设阶段也促进了经济系统相关部门的生产活动，拉动了宏观经济的增长，这也是“煤改气”政策产生的效果之一. 开展“煤改气”投资的拉动效应研究，具有重要的现实意义，有助于统筹分析“煤改气”工程的社会经济效益，全面解读“煤改气”工程的综合收益和成本.

为模拟“煤改气”投资的拉动效应，首先介绍研究方法及模型；在介绍数据来源、参数和情景设置后，对研究结果及有关参数的影响进行敏感性分析，并与已有相关研究进行比较；最后得出结论，并提出有关政策建议，以期为我国“煤改气”工程实施提供参考.

1 研究方法

采用可计算一般均衡模型方法，运用北京市可计算一般均衡模型(MRDR-BJ)分析“煤改气”投资的拉动效应. 该模型是清华大学能源环境经济研究所基于经合组织发展中心(OECD)的GREEN模型[25]构建和不断更新的中国多区域递推动态可计算一般均衡模型MRDR系列版本[24]. MRDR-BJ模型的主要特点：①考虑了不同能源种类之间的替代、能源与增加值之间的替代，各个部门的全要素生产率和能源效率，不同区域间的商品流动及资本和劳动力的流动，商品的进出口贸易和国际资本流动；②采用递推动态方式，新增投资分配考虑了各个部门资本收益率、投资的惯性、中央政府和地方政府转移支付和投资等政策因素.

MRDR-BJ模型将北京市经济部门划分为12个部门，即农业、重工业、轻工业、设备制造业、建筑业、交通运输业、医疗卫生、其他服务业、煤炭、石油、天然气和电力，包括6类行为主体和3种生产要素.行为主体分别为家庭、企业、中央政府、北京市政府、国内其他区域及国外. 三种生产要素分别为劳动、资本和能源.

1.1 生产模块

MRDR-BJ模型的生产模块描述了各个生产部门的生产过程和要素流动，包括多层嵌套组合. 其中化石能源由煤炭、石油和天然气组合而成，它们之间具有不变的替代弹性；化石能源与电力具有替代性，组合为能源投入. 资本和劳动之间具有替代性，组合为增加值；能源与增加值之间具有替代性. 其他非能源中间投入之间没有替代性. 能源部门与非能源部门在生产模块中主要区别在于能源与增加值的替代性. 在能源生产部门中，能源主要用作中间投入，与资本和劳动组合成的增加值不存在替代关系.

1.2 商品贸易模块

模型中的商品贸易包括与国内其他区域的商品调入和调出流动，也包括进出口贸易. 大部分商品都存在进出口双向贸易. 对于进口商品，可采用阿密顿(Armington)假设. 对于出口商品，采用不变转换弹性函数(CET函数)来描述. 商品的国内供给由区域外商品调入量和区域内生产量构成，商品的国内需求包括商品的域内使用需求量和商品调出需求量.

1.3 消费需求模块

模型假定居民的商品消费函数为线性支出系统，商品消费量通过预算约束下Stone-Geary效用函数最大化得到.

1.4 投资需求模块

模型采用动态递推的方式，实现资本存量的动态变化. 各个部门的资本量等于上一年资本存量减去折旧，再加上新增的投资量. 每年各部门新增的投资量，按照各部门生产活动的资本效率、资本存量的比例等因素进行分配.

1.5 宏观闭合和求解

为模拟北京市“煤改气”投资对宏观经济的拉动效应，运用MRDR-BJ模型，采取凯恩斯闭合规则，即将投资作为外生变量，投资变化通过投资品需求变化、商品生产和就业变化体现，以及由此产生的驱动储蓄与投资均衡、推动经济发展等效果.

模型求解使用GAMS平台、PATH和CONOPT等求解软件. 在建模过程中，基于基年(2017年)北京市投入产出数据，使用校准方式，校准生产函数、效用函数、进出口合成函数等参数.

2 数据来源、参数及情景设置

2.1 北京市社会核算矩阵的编制

MRDR-BJ模型的社会核算矩阵(SAM)，是基于北京市统计局编制的2017年42部门的投入产出表、结合《北京统计年鉴》(2018年)等数据归并而成的.将整个经济划分为12个产业部门，其中能源部门包括煤炭、石油、天然气和电力4个部门.

2.2 模型参数设定

MRDR-BJ模型中的参数通过校准的方法得到，包括投入产出系数、各种税率、劳动和资本在要素收入分配上的份额、各种函数的份额参数等. 校准的目的是通过计算得到参数，运用这些参数能够重复基期的均衡数据，这样通过SAM表计算得到的参数，能使基期SAM表数据成为CGE模型的一个解.

模型的弹性参数，包括生产函数的替代弹性、进出口函数中的阿密顿弹性和转换弹性等参数. 模型中这些弹性参数的取值非常关键，对模型的模拟结果影响较大. 一般采用参考文献、研究经验数据或者专家咨询获取参数值. 为增强研究结果的可靠性，往往要对参数进行敏感性分析. 该研究弹性参数的选取，主要参考文献[26-32]，弹性参数取值如表1所示.

表 1 MRDR-BJ模型的弹性参数选择[26-32]Table 1 Selection of elasticity parameters in MRDR-BJ model[26-32]

2.3 模拟情景设置

为研究北京市“煤改气”投资对宏观经济的拉动作用，选取各经济部门的投资额为外生变量. 基准情景下，所有部门的投资额等于基年分配的投资额；在“煤改气”情景下，其他部门的投资额仍等于基年投资额，而天然气部门的投资额为基年投资额基础上按照不同比例增加的数量，如表2所示. 这种方法是CGE模型的比较静态分析方法，即分析不同政策前后两个均衡状态之间的差异，如“煤改气”投资增加某一数量比例的事件发生和不发生相比对北京市宏观经济产生的差异. 假设“煤改气”投资增加事件不发生，北京市GDP增速为6.7%，但“煤改气”投资增加20%的事件发生后，北京市GDP增速为6.9%，则产生的宏观经济差异为0.2%，即“煤改气”投资增加20%的事件产生的影响为GDP增速增加0.2%. 在CGE模型比较静态分析中，外生因素如“煤改气”投资增加如何产生、投资增加额如何实现等，不是比较静态分析所关注的，因为比较静态分析只是分析“煤改气”投资增加某一数量比例的事件所产生的经济影响. 当然在现实经济生活中，需要考虑外生因素是否能够发生，是否有可行性，是由经济系统不同部门投资比例调整产生的、还是国外直接投资引起的等.该研究基于比较静态分析方法假设天然气行业投资不同比例变化下的情景.

表 2 “煤改气”投资拉动作用模拟情景Table 2 The simulation scenarios for pulling effects of ‘coal to gas’ investment

3 结果与讨论

3.1 对宏观经济的拉动效应

“煤改气”投资对经济的拉动作用如图1、2所示. “煤改气”投资对经济增加值的拉动效应如图1所示. 当“煤改气”投资分别增加8.33×108、16.66×108、24.98×108、33.31×108和41.64×108元时，北京市经济值分别增加14.76×108、25.92×108、44.28×108、59.04×108和73.80×108元，“煤改气”投资对经济增加值的拉动系数为1.77. 可见，仅从经济增长的角度看，“煤改气”投资带来的经济增长非常可观. 当然，“煤改气”投资更重要的作用在于改善能源消费结构，减少空气污染及温室气体排放，促进绿色低碳发展. 这种模拟结果，与宏观经济学理论中的投资理论相符合，新增的投资对经济具有拉动作用，而且拉动系数往往都大于1.

图 1 “煤改气”投资对北京市宏观经济的拉动效应Fig.1 The pulling effect of ‘coal to gas’ investment on macro-economy of Beijing

图 2 “煤改气”投资对宏观经济变量的拉动效果Fig.2 The pulling effect of ‘coal to gas’ investment on economic variables

“煤改气”投资对经济的拉动效果体现在宏观经济增加值、温室气体排放量、就业人数和家庭收入方面(见图2). 随着“煤改气”投资的增加，宏观经济增加值、温室气体排放量、就业人数、家庭收入均会增加，“煤改气”投资每增加20%，温室气体排放量、宏观经济增加值、就业人数、家庭收入分别增长0.05%、0.07%、0.07%和0.07%. 当“煤改气”投资增加100%即增加41.64×108元时，宏观增加值、温室气体排放量、就业人数、家庭收入分别增长0.26%、0.34%、0.33%和0.33%. 可见，“煤改气”投资对宏观经济的拉动作用较大，有助于增加就业、提高居民收入，促进经济繁荣. 温室气体排放量、就业人数、家庭收入增加的比例大于宏观增加值的比例，这种模拟结果，符合宏观经济学的需求拉动增长理论. 在各经济部门技术水平、资本和固定资产设施不变的情况下，投资需求增加，导致总需求增加，促进经济总供给上升，各部门经济增加值及中间投入增加，导致就业水平上升、能源中间消费量增加、生产过程温室气体排放量增加，也就促进了劳动的收入增加(即家庭收入上升).

“煤改气”投资增加，增加了经济的总需求量，加大了各部门商品生产的能源需求量，导致能源消费增加及温室气体排放量增加，这是投资阶段的必然结果. 而 “煤改气”投资增加的目标，将改善能源需求结构，以天然气替代煤炭，减少环境污染和温室气体的排放量，这是指“煤改气”投资完成后，经济系统使用更多天然气替代煤炭的环境效果. 二者并不矛盾，一方面是投资阶段效果，随着投资额增加，能源总消费增加从而增加了总温室气体排放；另一方面是投资完成后的经济生产阶段效果，以天然气替代煤炭，最终减少环境污染和温室气体总排放.

3.2 对宏观经济变量的影响

“煤改气”投资在拉动经济的同时，对各类宏观经济变量也产生影响，如图3所示. 随着“煤改气”投资的增加，居民总消费(CHI)、固定资产投资(FI)、存货增加(SK)、宏观经济总产出(Q)、宏观经济总需求(Z)、商品调入和调出(RM和RX)、商品进出口(FM和FX)都逐渐增加. “煤改气”投资增加相同比例，各变量增加的比例也呈线性增加状态；但不同变量的增幅不同，固定资产投资(FI)增幅较大，其次是居民消费. 当“煤改气”投资增加100%时，固定资产投资(FI)增长0.40%；居民消费增长0.33%，宏观经济总产出增长0.23%，可见“煤改气”投资拉动了经济的投资水平、提高了居民消费水平、促进了宏观经济的增长. 这种模拟结果，印证了宏观经济学的一般均衡理论. 投资需求增加，导致了固定资产投资的需求上升，促进了各部门的生产扩张，在技术和资本不变的情况下，为满足增加的需求，各部门的产出增加，就业上升，劳动收入增加，家庭总收入增加，新的均衡时家庭消费提高. 总的来说，固定资产投资(FI)增加，拉动了宏观经济总需求(Z)，扩大了经济总产出(Q)，促进了经济GDP增长. 经济GDP增长，扩大了就业水平，提高了居民总收入，也促进了居民消费水平(CHI)和储蓄水平及政府财政收入的提高，同时促进了固定投资水平(FI)和存货增加水平(SK)的提高，进一步促进了社会总需求(Z)的上升. 社会总需求和总供给的差额，导致了从区域外商品调入和调出(RM和RX)、从商品进出口量(FM和FX)的变化.

图 3 “煤改气”投资对宏观经济变量的影响Fig.3 Impact of ‘coal to gas’ investment on some macro-economic variables

3.3 对部门产出和增加值的影响

“煤改气”投资对经济各部门的产出和增加值也会产生影响，如图4、5所示. 由图4可知：“煤改气”投资增加，各经济部门的增加值均增加；投资增加不同幅度，各部门的增加值也相应增长不同幅度. 从不同部门增加值变化看，“煤改气”投资增加对建筑部门的增加值拉动最大，对医疗卫生部门拉动较小. 当“煤改气”投资增加100%时，建筑部门的增加值增长0.393 7%；而医疗卫生部门的增加值增长0.126 5%.可见，“煤改气”投资增加对宏观经济发展的作用较为显著. 这种模拟结果，符合宏观经济理论，也符合经济现实，因为“煤改气”投资增加，对资本品的需求上升，而投资需求品中各部门的产品所占比例不同. 在现实的“煤改气”项目中，主要的实施者是建筑部门，需要水泥、钢铁、石化等行业产品，而卫生服务业相对参与度较小. “煤改气”投资增加，引起各部门产品投资需求不同比例的增加，导致各部门产品的总需求变化，从而引起各部门相应的供给量变化. 由于不同部门生产过程中间投入产品的种类和数量比例不同，也导致了作为中间投入的产品需求量不同. “煤改气”投资增加，要求的部门产品比例不同、不同部门生产的中间投入产品比例不同、不同部门的产出中增加值的比例不同，三种不同比例的综合作用，导致了“煤改气”投资对各经济部门增加值的影响不同. 需要说明的是，当“煤改气”投资增加100%时，整个经济系统的投资增量为41.64×108元，而整个经济系统的初始投资额为10 417×108元，投资增加比例为0.399 7%；此时建筑部门的投资需求由3 317.4×108元增至3 330.7×108元，增加13.31×108元，投资增长率为0.401 3%. 而“煤改气”投资导致建筑部门的GDP从1 124.369×108元增至1 128.796×108元，增长4.426×108元，增长率为0.393 7%；而卫生服务业的GDP从700.578×108元 增 至701.464×108元，增 长0.886×108元，增长率为0.126 5%. “煤改气”投资增加对不同部门的影响及影响差别均较为显著. 评价投资对各部门的影响，既要看到部门总量的变化，也要看到部门比例的变化；既要看到“煤改气”投资增加量相对经济系统总的初始投资额的比例因素，也要看到不同部门GDP初始数量的差异因素.

图 4 “煤改气”投资对经济部门增加值的影响Fig.4 Impact of ‘coal to gas’ investment on added value of each sector

图 5 “煤改气”投资对经济部门产值的影响Fig.5 Impact of ‘coal to gas’ investment on output of each sector

“煤改气”投资对各经济部门产出(产值)的影响如图5所示. 由图5可见，随着“煤改气”投资增加，各经济部门产值均增加；投资增加不同幅度，各部门的产值也增加相应的幅度. 从部门产出的变化来看，“煤改气”投资增加对建筑部门的产出拉动最大，对医疗卫生部门的拉动较小. 当“煤改气”投资增加100%时，建筑部门的产值增加0.385%；而医疗卫生部门的产值增加0.120%. 可见，“煤改气”投资增加对宏观经济部门的拉动作用较为可观，对各部门宏观经济的增加值、产值的影响是相同的. 因为在静态模拟分析中，技术水平不变、部门资本存量不变，部门增加值与部门产值是相对应的.

3.4 参数敏感性分析

由于模型中部分参数的外生设定会给模拟结果及其稳定性带来影响，为分析关键参数的影响程度，选取对经济系统影响较大的部分关键参数，进行敏感性分析. 关键参数敏感性分析的情景设计见表3.表3显示了对全要素生产率、不同要素之间的替代弹性的变化设置.

表 3 参数敏感性分析的情景设计Table 3 Scenarios for sensitivity analysis of the parameters

参数敏感性的分析结果如表4所示. TFP的提高(或降低)能较大提高(或降低)经济增长幅度，同时也引起二氧化碳排放量的增加(或减少). 各种替代弹性相对TFP的影响较小，能源之间替代弹性的影响程度小于能源与资本劳动组合之间的替代弹性的影响，资本与劳动间的替代弹性影响稍大.

3.5 模拟结果与已有研究的比较

该研究采用MRDR-BJ模型模拟了“煤改气”投资增加不同比例对宏观经济的影响，研究结果表明“煤改气”投资对宏观经济增加值的拉动系数为1.77. 王继源等[17]基于多部门投入产出模型分析了“一带一路”基础设施投资对我国经济拉动作用，研究显示当地水电气供应、交通运输和邮政电信业部门各1 亿美元总投入，可分别拉动我国0.307 2×108、0.397 9×108、0.414 2×108美 元 总 产 值 增 长 和0.078、0.105、0.103×108美元GDP增长. 逯元堂等[18]采用投入产出模型定量分析表明环保投资对GDP有较好带动作用，单位投资的拉动系数为1.41. 彭岩波等[19]通过投入产出模型测算了近年来环保投资对环保产业的拉动作用，表明环保投资对环保产业总产出有较大带动作用，拉动系数为1.33，对产业增加值的带动作用较弱，拉动系数为0.38. 李娜等[21]采用投入产出模型和可计算一般均衡模型相结合的两阶段方法，研究认为2009年和2010年房地产投资对GDP的拉动系数分别为1.20和1.10.

表 4 不同情景下GDP与CO2排放的变化率Table 4 Change rate of GDP and CO2 emission under different scenarios

通过与上述已有研究结果比较，考虑北京市的产业结构特点，即存在商品的调入调出和进出口贸易，特别是存在转口贸易的情况，可见研究结果具有较高的可信度.

4 结论与建议

4.1 结论

a) 随着“煤改气”投资的增加，宏观经济增加值、温室气体排放量、就业人数、家庭收入均会增加.“煤改气”投资每增加20%，温室气体排放量、宏观经济增加值、就业人数、家庭收入分别增长0.05%、0.07%、0.07%和0.07%；“煤改气”投资对经济增加值的拉动系数为1.77.

b) 随着“煤改气”投资的增加，居民总消费、固定资产投资、存货增加、宏观经济总产出、宏观经济总需求、商品调入和调出、商品进出口均逐渐增加.

c) “煤改气”投资对经济各部门的产出和增加值也产生影响，当“煤改气”投资增加100%时，建筑部门的增加值增长0.393 7%，产值增长0.385%.

4.2 建议

通过模拟分析发现，“煤改气”投资对宏观经济确实有一定的拉动效应；从促进经济增长的角度看，“煤改气”的投资具有重要意义. 鉴于“煤改气”投资对经济的拉动作用，提出如下政策建议：

a) 根据天然气资源的可得性，尽快落实各地“煤改气”规划. “煤改气”工程对经济有拉动效果，可促进经济增长和繁荣，且工程建设完成后的运行阶段有助于治理环境污染、减少二氧化碳等温室气体排放，有助于能源结构和经济结构转型，有利于实现碳达峰规划目标和碳中和愿景.

b) 综合考虑各种成本和收益，对“煤改气”效益进行综合评价和决策. 目前各地“煤改气”工程的落实过程中，需要政府的政策优惠和补贴，因为天然气使用价格较贵. 在各地进行“煤改气”的评价和决策中，需要将“煤改气”工程对宏观经济的拉动效果、对就业的促进、对大气环境的效果、对二氧化碳的减排效应等与工程的投资、企业和居民补贴结合起来，统筹考察和分析.

c) 将“煤改气”的短期经济效益与我国中长期能源发展规划、碳达峰和碳中和目标结合起来综合考察. 从微观企业和居民的短期使用成本来看，天然气使用成本较高，政府财政补贴的负担较重；但从我国中长期发展考虑，特别是从天然气是低碳能源、中期发展的过渡能源、未来10～15年大量采用的清洁能源角度看，“煤改气”投资将存在较大的价值.