论文

基于成本收益分析的“天然气替代燃煤政策”评估

——兼论天然气替代燃煤的经济效益和环境效益

巫永平 喻宝才 李拂尘

摘要：严重的雾霾笼罩中国，成为国内外舆论热议的焦点。为应对空气污染，政府着力调整能源消费结构，期望通过天然气替代燃煤的方式缓解空气质量问题。本文试图通过综合评估天然气替代燃煤的经济效益和环境效益回答三个问题：天然气替代燃煤能带来多少的环境收益？天然气替代燃煤会造成多少的经济成本？高价天然气究竟能不能解决中国的环境质量问题？论证结果表明：首先，就目前的天然气价格和产业素质而言，天然气替代燃煤的环境成本接近环境收益10%，较高的环境成本足以使空气治理的效果大打折扣；进而，高价天然气不仅间接产生环境成本，还直接构成机会成本，把创造的财富大量用于换取能源资源，就没有更多的财富去解决民生问题，用于整个国家社会的创新，用于增强国家的竞争力，用于改善国家实质性的安全环境；最后，如果以一句话总结天然气替代燃煤时机尚不成熟的原因，就是当前的天然气价格与目前经济社会发展水平不协调。因此，稳定燃煤使用量，以技术手段严格控制燃煤排污，是当前阶段无奈却理性的选择。如果想要通过推广使用天然气改善环境质量，就需要从源头上转变经济发展方式，降低单位GDP能耗，同时提高进口天然气的议价权，使天然气相对价格与我国经济社会发展水平协调。

关键词：天然气替代燃煤 经济效益 环境效益 环境成本

改革开放30多年来，我国经济持续快速发展，经济总量跃居全球第二，人民生活水平大幅提高。然而，粗放型的经济发展方式造成了严重的生态环境破坏，青山绿水变成了“黑山黑水”，清洁的水和清新的空气成为奢侈品。尤其是近年来，我国空气质量普遍恶化，大面积雾霾席卷全国。根据社科院和中国气象局发布的《气候变化绿皮书：应对气候变化报告（2013）》，2013年雾霾波及全国25个省份、100多个大中型城市，全国平均雾霾天数为29.9天，较常年同期增多10.3天。严重的雾霾不仅影响人民群众的工作、健康和生活，而且影响我国经济社会发展方式的选择，甚至已经被政治化，成为国内外舆论热议的焦点，拷问中国各级政府的执政理念和能力。

严重雾霾的直接原因之一是化石能源的粗放和过度利用。解决空气质量问题的主流观点是“标本兼治”：治本就是转变经济发展方式，提高能源利用效率，这是一个长期的过程；而治标的当务之急则在于调整能源消费结构，加大清洁能源的比重，也就是当前主推的“压减燃煤、推广使用天然气”政策。据新闻资料，目前全国有6个省市自治区（北京、天津、河北、山东、山西、内蒙古）实行压减燃煤措施，其中北京、天津和河北三省市存在确切的计划压减燃煤量。北京市人民政府（京政发[2012]16号）发布《关于加快压减燃煤促进空气质量改善的工作方案》，将压减燃煤作为“十二五”时期改善首都空气质量的一项关键性举措，并提出争取天然气气源保障，落实2015年本市20亿立方米的天然气资源和分年度用气计划，以保障压减燃煤工作的顺利完成。可以说，压减燃煤、推广使用天然气已成为北京“十二五”时期减少污染物排放、改善首都空气质量的一项关键性举措。

然而，以天然气替代燃煤并非没有争议。2014年1月17日，在政协组织的“创新驱动发展”联组讨论会上，两名委员争相挺“煤”。政协委员吴道洪认为，很多雾霾是由钢铁、火力发电、燃煤锅炉等工业领域的燃烧造成的，解决燃烧技术，需要对传统工业装备升级。要根本解决大气雾霾，技术创新才是真正动力。政协委员杨彬则认为，“煤改气”也要结合国情循序渐进，几个大型火电厂在环保治理、控制污染方面投入很多，目前是能够保证排放达标的，因此对火电厂应该有甄别地考虑。从电网安全看，煤电相对更可靠，存煤基本能达到10天以上可供正常发电，火电厂有存在的必要性。

针对这些争论，有三个问题必须明确：①天然气替代燃煤能带来多少环境效益，这个环境效益是不是可以由燃煤燃烧排污量减去天然气燃烧排污量计算？②天然气替代燃煤会产生多少经济成本，这部分经济成本会对经济社会造成什么影响？③在前两个问题的基础上，我们提出第三个问题，高价天然气究竟能不能解决中国的空气质量问题，或者说起码从“治标”上解决空气质量问题？为回答这三个问题，本文首先对天然气替代燃煤的经济效益和环境效益分别进行评估，进而以成本收益分析为框架，综合评估天然气替代燃煤的政策成本和政策收益，试图为“高价天然气能不能解决中国空气质量问题”的争论提供一个可供思考的视角。

一、经济效益与环境效益的分别评估

1．经济效益

在对天然气替代燃煤的经济效益与环境效益分别进行评估时，经济效益的关注点在于使用天然气比使用燃煤贵多少，而环境效益的关注点则在于使用天然气比使用燃煤少排放多少污染物。因此，评估经济效益的第一步，就是按照等热值原理，比较同等热值条件下的天然气价格和燃煤价格。首先计算天然气和燃煤的热值比，1立方米天然气=9312大卡（1Cal=1kcal），1千克标准煤=7000大卡，按热当量换算，1立方米天然气=1.33千克标准煤，进而计算天然气和燃煤的原始价格比。为避免市场供需因素的影响，这里以天然气和燃煤的平均出厂价格作为价格换算依据。2013年中国天然气的平均出厂价格为1.41元/立方米，标准燃煤的平均出厂价格为579.3元/吨, 1立方米天然气价格是1千克标准煤价格的2.43倍。最后计算等热值条件下天然气与燃煤的实际价格比，按照能源等热值原理进行换算，天然气实际价格为燃煤实际价格的1.83倍。换算结果表明，在任意的热值条件下，以天然气替代燃煤均需要付出1.83倍于燃煤价格的成本。

2．环境效益

单从经济效益看，以天然气替代燃煤无疑是昂贵的。北京市政府大力推广使用天然气、压减燃煤的初衷显然不是经济效益，而是促进首都空气质量的改善。毫无疑问，天然气是比燃煤更为清洁的能源，表1展示了同等热值条件下天然气、燃煤和石油燃烧时主要污染物的排污量。如表1所示，天然气在主要污染物的排放上均远低于燃煤。那么，是否可以得出结论，使用天然气替代燃煤虽然缺乏经济效益，但在改善空气质量上是有效的。换句话说，在当前全国空气质量急剧恶化的背景下，牺牲一定经济利益，压减燃煤、推广使用天然气能否解决当前空气质量问题？要准确回答这两个问题，就不能将经济效益和环境效益割裂开来，必须综合评估天然气替代燃煤的经济效益和环境效益。

二、经济效益与环境效益的综合评估——成本收益分析

1．“成本收益”的内涵

任何一项政策的推行都有其成效和弊端，也就是政策成本和政策收益，本部分即以成本收益分析为框架，分析天然气替代燃煤的政策效果。当推广使用天然气、压减燃煤时，天然气替代燃煤的环境收益即为政策收益，天然气替代燃煤的经济成本即为政策成本。然而，在进行成本收益分析时，仍然存在两个问题：①政策收益是环境属性，而政策成本是经济属性，两者难以直接进行比较；②在当前全国空气质量急剧恶化的背景下，政策制定者更加重视环境收益而非经济成本。因此，当前政策倾向于将环境收益和经济成本割裂开来，默认环境收益和经济成本相互独立，施行以环境收益为中心的“一边倒”政策。下文即通过比较环境属性的政策收益和经济属性的政策成本论证“一边倒”政策并不科学。

首先，从局部看，经济成本中包含环境成本成分，即环境收益和经济成本中的某些属性是重叠的、可以比较的；进而，从整体看，环境收益和经济成本也是不可割裂的，只有当替代政策切实有利于提高环境质量，且政策收益高于政策成本时，以天然气替代燃煤才是必要的。

图1展示了天然气替代燃煤的经济成本和环境收益。经济成本可分为两部分：第一部分是嵌入在经济成本之中的环境成本。为什么说环境成本嵌入在经济成本之中呢？简单来说，既然天然气实际价格是燃煤的1.83倍，那么天然气替代燃煤就要多花钱，多花的钱是一笔超额支出，它需要由生产利润补足，创造这部分利润带来的污染就是经济成本中的环境成本。由于这部分环境成本是由天然气替代燃煤的超额支出间接导致的，故将其归入经济成本。仅从“治标”之策——“一次能源消费结构调整”看，天然气替代燃煤会使环境质量得到改善，但从社会总的排放看，污染物减排量要远低于“一次能源消费结构调整”带来的减排量，原因就在于环境成本，虽然天然气相对燃煤更为环保。但这是以不考虑新的生产排污为前提的，在天然气价格较高的情况下，使用天然气替代燃煤需要大量的资金，而创造这些财富过程中产生的污染同样不容忽视。因此，经济成本同样包含环境成本，如果考虑“环境净收益”，就必须把环境成本从环境收益中剔除。

显然，环境成本并不是经济成本的全部，经济成本更重要的组成部分是机会成本。生产创造了利润，这部分利润被用来支付天然气替代燃煤的超额支出，便不能用于改善民生、专项治污等其他用途，这就产生了机会成本。虽然机会成本的测算不是本文研究的重点，但毫无疑问，它是经济成本的主要构成部分，环境成本加上机会成本才是完整的经济成本。正如图1所示，整个政策评估包含两个评判环节：①判断环境收益是否大于环境成本；②是判断环境收益是否大于完整的经济成本。环境收益大于环境成本，即“环境净收益”显著大于零是政策施行的基本前提，环境收益大于经济成本才是政策施行的必要条件。

2．“环境净收益”的测算

本部分首先考察政策施行的基本前提，也就是测算“环境净收益”是否显著大于零。表1已经列出同等热值条件下天然气、燃煤和石油燃烧时主要污染物的排污量，故只需统一热值单位，即可测算一个热值单位能源替代的环境收益和环境成本，从而得出天然气替代燃煤的“环境净收益”。为简便起见，我们以百兆卡热值为基本单位进行计算，百兆卡热值能源替代带来的环境收益可由“燃煤燃烧时主要污染物的排污量减去天然气燃烧时主要污染物的排污量”表示（见表3）。

环境收益测算的问题已解决，现在说明环境成本测算的基本流程。如图2所示，为计算百兆卡热值能源替代的环境成本，首先要了解百兆卡热值能源替代所需的超额支出。由天然气和标准煤的单价可知，产生百兆卡热值的天然气支出约为15142元，燃煤支出约为8276元，故超额支出为6866元。这部分超额支出需要由营业利润支付。由于缺乏三大产业总营业利润的准确数据，这里以工业企业为代表做一个近似推断。2012年，中国工业企业利润总额为61910.06亿元，工业增加值为199860亿元，由此推断营业利润约占GDP总额的30.98%。也就是说，6866元的超额支出需要22163元的总产出补足。获得总产出数据后，接下来需要测算创造22163元总产出所消耗的热值。中国单位GDP能耗为0.752吨标准煤/万元，故创造22163元的总产出需消耗1.667吨标准燃煤，即11.667兆卡热值。

支付超额支出必须开动生产，生产产生能耗，我们已经算出进行百兆卡的替代会产生约11.667兆卡的能耗，接下来的任务是明确11.667兆卡的能耗会产生多少污染。表2列出了中国的一次能源消费结构，其中燃煤占比为68.5%，原油占比为17.7%，天然气占比为4.7%，故11.667兆卡的能耗中燃煤消耗的热值约为7.992兆卡，原油消耗的热值约为2.07兆卡，天然气消耗的热值约为0.548兆卡。

如上文所述，以百兆卡热值为基本单位，“环境收益”为主要污染物的燃煤排污量减去天然气排污量，“环境成本”则为生产过程中主要污染物的排污量，现以兆卡热量天然气、燃煤和石油的排污量为权数，以天然气、燃煤和石油消耗的热值为权重，即可计算出“环境成本”——生产过程中每项污染物的排污量。得出“环境收益”和“环境成本”后，两项相减即可得到“环境净收益”，如表3所示。

直观上看，环境成本只占环境收益较少一部分，就相对量而言，这并不会对“环境净收益”大于零造成显著威胁，毕竟经济成本中的环境成本只是“溢价”带来的补偿性排放，不可能成为经济成本的主体。然而，但从绝对量看，这接近环境收益10%的环境成本足以对空气治理的效果产生深远影响。我们必须清醒地认识到，因为天然气的高昂价格，天然气替代燃煤已经在政策效果上大打折扣，因此，降低环境成本，提高“环境净收益”意义重大。至于是什么导致过高的环境成本，以及如何应对过高的环境成本，我们留待下一部分讨论。无论如何，目前的测算已然回答了环境收益是否大于环境成本，即环境净收益是否显著大于零这一基本问题，这是政策评估的第一步，也是政策施行的基本前提。

三、提高“环境净收益”的主要途径

如果抛开能源替代的机会成本不谈，那么改善空气治理的效果就是要提高能源替代的“环境净收益”。环境收益，也就是能源替代所减少的排污量，在一定程度上是由能源的化学属性客观决定的，如果想提高能源替代的“环境净收益”，就必须设法降低环境成本。

从环境成本的测算上看，大致经历以下几个环节：①由天然气和燃煤的实际价格比计算超额支出，进而可知支付超额支出所需的总产出；②根据我国的单位GDP能耗测算生产这部分产出所消耗的能源；③结合一次能源消费结构求得各污染物的排放量。通过过程分析，我们能够很清晰地了解哪些因素使得我国的环境成本较高：①天然气价格相对燃煤价格较高，使得推广使用天然气需要高额的“超额支出”；②我国生产方式相对粗放，单位GDP能耗较高，使得创造高额“超额支出”导致的排污量居高不下。

1．天然气相对价格过高

首先来看天然气价格，目前我国天然气供应30%以上依靠进口，因此进口价格在很大程度上决定了我国天然气的平均成本价格。如表4所示，就绝对价格（平均出厂价格）而言，我国的天然气价格处于世界中游水平。但若将人均收入水平纳入考虑，计算价格收入比即可发现，我国的天然气相对价格居于世界较高水平。高价格带来的是高额的超额开支，这直接构成天然气替代燃煤的机会成本并间接导致了环境成本。可以说，天然气价格是环境成本测算链条的第一环，也是最重要的一环。

2．产业素质较低，单位GDP能耗高

再来看单位GDP能耗，如表5所示，我国的单位GDP能耗为0.752吨标准燃煤/万元人民币，处于世界较高水平（单位GDP能耗较低的如瑞士，为0.104吨标准燃煤/万元人民币；单位GDP能耗较高的如乌克兰，为1.608吨标准燃煤/万元人民币）。单位GDP能耗是产业素质的重要测量指标，由此可以看出，我国整体产业素质较低，仍处于高增长、高消耗的经济发展阶段。高价格带来了高开支，高消耗则放大了高开支的影响。环境成本的测算是一系列指标的乘积，“天然气价格”和“单位GDP能耗”是这一系列乘数中的主要“领跑者”。

3．经济社会对天然气价格的承受能力

综合以上两点分析，如果将天然气价格过高和产业素质较低归结一处，环境成本过高的核心问题即在于当前的天然气价格超出了我国的经济社会承受能力。某国经济社会对能源价格的承受能力与其产业素质成正比，如果以单位GDP能耗指标对产业素质进行测量，则放入产业素质调整系数后A国相对B国的天然气价格可表示如下：

Pa=Pb·（gb/ga）

式中：Pa——A国的天然气相对价格；Pb——B国的天然气价格；ga——A国的单位GDP能耗；gb——B国的单位GDP能耗。

如表6所示，如果不考虑各国的产业素质差异，仅从天然气绝对价格看，我国的天然气价格在国际上处于中游水平。除美国页岩气革命大大提高了天然气供应量，基本实现了天然气的自给自足，不具备可比性外，日本、德国等同样严重依赖天然气进口的可比国家的天然气绝对价格远高于我国。但是，考虑各国的产业素质差异，我国的天然气相对价格则反过来高于日本、德国等可比国家。将日本、德国的天然气价格按照产业素质关系折算为我国的天然气价格后，分别仅相当于4.05美元/百万英热单位和3.02美元/百万英热单位，远低于我国5.38美元/百万英热单位的实际价格。也就是说，在综合考虑世界各国的产业素质后，我国的天然气价格实际上是日本的1.33倍，德国的1.78倍。日本、德国的天然气对外依存度较高，接近于完全竞争的市场。换句话说，日本、德国的天然气市场价格接近于本国的经济社会可承受价格。因此，从产业素质的角度看，我国实际的天然气价格已远高于我国经济社会所能够承受的价格。

四、结论与构想

1．结论

文章引言部分提出了三个问题：①天然气替代燃煤能带来多少环境效益，这个环境效益是不是简单地由燃煤燃烧排污量减去天然气燃烧排污量？②天然气替代燃煤会产生多少经济成本，这部分经济成本会对经济社会造成什么影响？③高价天然气究竟能不能解决中国的空气质量问题，或者说起码从“治标”上解决空气质量问题？综合全文的测算和分析，现对引文提出的三个问题作出回答，作为本文的基本结论。

（1）天然气替代燃煤的环境效益可以量化测算。燃煤燃烧排污量减去天然气燃烧排污量是天然气替代燃煤的环境收益，但非天然气替代燃煤的环境效益，环境收益减去环境成本得出的“环境净收益”才是对环境效益的准确测量，这就需要考虑能源替代“溢价”带来的补偿性排放——环境成本。通过“工业企业利润占增加值比重”和“单位GDP能耗”两个指标可以看出，我国的产业附加值不高，但生产能耗较高，这使得天然气替代燃煤的环境成本居高不下。若要实现经济增长并保持环境友好的双重目标，就必须依靠较低的能源价格、较高的产业附加值和较低的生产能耗。然而，就目前的天然气相对价格和产业素质而言，简单地由天然气替代燃煤仍存在较高的环境成本，毫无疑问，这会使空气治理的效果大打折扣。

（2）天然气替代燃煤的经济成本分为两个部分，一部分是嵌入经济成本的环境成本；另一部分则是经济成本的直接体现——机会成本。把创造的财富大量用于换取能源资源，就没有更多的财富用于解决民生问题，用于整个国家社会的创新，用于增强国家的竞争力，用于改善国家实质性的安全环境，这就是机会成本。如果天然气价格超过经济社会承受能力，获得能源资源就增加了所有行业的发展成本，不仅影响经济的发展，还会制约社会的稳定。

（3）“高价天然气能不能解决中国的空气质量问题”的根本在于能源替代政策是否与当前的经济社会发展阶段相适应。具体来说，就是当前阶段能源替代政策的政策收益是否大于政策成本。回答这个问题需要考虑政策施行的前提条件和必要条件：①尽管能源替代的环境成本较高，但由于环境成本仅占经济成本的一部分，通常情况下，环境收益仍大于环境成本，施行能源替代政策的基本前提能够得到满足；②生产创造的利润用来支付能源替代的超额支出，而无法用于其他用途，这就产生了机会成本，机会成本的存在使得环境收益大于经济成本的必要条件未必能够得到满足。即便京、津、冀等地区坚持以环境效益为中心，愿意在一定时期、一定范围内牺牲经济利益，这种做法也很难在全国范围进行推广。因此，稳定燃煤使用量，以技术手段严格控制燃煤排污，是当前阶段无奈却理性的选择。如果想要通过推广使用天然气改善环境质量，就需要从源头上转变经济发展方式，降低单位GDP能耗，同时提高进口天然气的议价权，使天然气相对价格与我国经济社会发展水平协调。

2．拓展的构想

成本收益分析框架中，政策成本包括环境成本和机会成本。环境成本和机会成本过高的根源在于过高的天然气价格，高的价格带来了高的超额支出，这直接构成机会成本并间接产生环境成本。如果以一句话来总结政策成本过高、能源替代时机尚不成熟的原因，就是当前的天然气价格与目前经济社会发展水平不协调。事实上，不仅天然气价格需要与经济社会发展协调，任何能源的选择都需要考虑经济社会对其价格的承受能力。当前可用的能源种类繁多，在特定发展阶段以什么能源为主导，取决于诸多因素。总地来说，需要考虑协调三个方面：①能源安全；②经济社会发展；③环境效益。

就能源安全来说，狭义的能源安全很好理解，就是在任何情况下能源不能中断。但是从广义安全的角度看，就要以经济社会可以承受的价格获得能源资源，以这样的价格服务于经济社会，对经济社会的发展才能起促进作用。如果超过经济社会承受能力，获得能源资源就增加了所有行业的发展成本，制约了社会的稳定。环境效益与能源安全类似，分为狭义的环境效益和广义的环境效益。狭义的环境效益只需要考虑能源消费结构调整带来的环境收益，广义的环境效益就需要把环境收益和经济成本统筹考虑。因此，从广义上来说，能源安全问题、环境效益问题，追根溯源是经济问题，是能源战略要与经济社会发展协调的问题。要研究特定发展阶段以什么能源为主导，就必须研究在当前国情条件下，什么样的能源价格与经济社会发展协调，而这正是当前热议能源安全、环境效益时最容易被忽略的领域。

Assessing the Natural Gas Replacing Coal Policy（NGRCP）Based on a Cost-Benefit Analysis and the Economic and Environmental Benefits of the NGRCP

Wu Yongping, Yu Baocai, Li Fuchen

Abstract:The severe haze problem in China has been under the spotlight for many years in both domestic and international public opinion.ln order to tackle the related air pollution problems, the Chinese government is now focusing on an adjustment of the energy-consumption structure, expecting to improve air quality by encouraging the use of natural gas instead of coal.This article attempts to answer three questions by comprehensively assessing the economic and environmental benefits of the natural gas replacing coal policy（NGRCP）.First, how much will the country benefit from the NGRCP in terms of the environment? Second, how much will this policy cost the country? Third, will the expensive natural gas successfully alleviate the environmental problems in China? Our assessment includes:first, considering the price of natural gas and the industrial quality, although the environmental costs are about 10 percent of the environmental benefits, the costs are still too high, resulting in discounted effects on air control; second, the expensive natural gas causes indirect environmental costs, while it involves direct opportunity costs（exchanging funds for resources will result in less money spent for improving the people's living standards, for encouraging innovation in the country and society, and for enhancing national power and strengthening national security power）; third, the timing of the NGRCP is not right because the price of natural gas fails to match our stage of economic and social development.Thus, it is a frustrating but rational choice to stabilize coal consumption and control related pollution problems by technical methods.To step back, if we want to solve the pollution problem by using natural gas, the mode of economic development must be transformed, while energy consumption per unit of GDP must be reduced and our bargaining power for importing natural gas must be enhanced to match the price of natural gas to our stage of economic and social development.

Key Words:natural gas replacing coal; economic benefits; environmental benefits; environmental costs