第一节 理论基础
一 能源可持续发展理论
（一）可持续发展理念的产生
“发展”具有历史范畴的含义，随着人类社会历经农业社会、工业社会并将全面迈进知识经济社会，人类的“发展观”也相应转变，总体来看，以20世纪70年代为转折点，由传统发展观转为可持续发展观。
传统发展观主要指工业革命以来的无限增长观以及西方经济学家曾经极力倡导的单纯经济增长观。这种发展观以物质财富增长为核心，追求的唯一目标就是经济增长，认为经济增长必然带来社会财富的增加和人类文明的进步。
20世纪70年代以后，随着公害问题的加剧和能源危机的出现，人们逐渐认识到增长不一定带来发展，把经济、社会和环境分割开来谋求发展，只能给地球和人类社会带来毁灭性的灾难。从美国生物学家蕾切尔·卡逊（Rachel Carson）发表的《寂静的春天》、罗马俱乐部成员梅多斯发表研究报告《增长的极限》、联合国在斯德哥尔摩召开的人类环境大会上通过《人类环境宣言》，到联合国环境署在肯尼亚内罗毕召开的纪念人类环境会议十周年特别会议上通过《内罗毕宣言》和《特别会议决议》，无一不体现出人类对于传统发展观的反思和创新。
源于对“我们共同的家园”未来的担忧，可持续发展的思想在20世纪80年代逐步形成。1987年，世界环境与发展委员会在《我们共同的未来》报告中第一次阐述了可持续发展的概念，即“既满足当代人的需求，又不损害后代人满足其需求的能力的发展”，得到了国际社会的广泛共识。换句话说，就是指人口、经济、社会、资源和环境需综合协调发展，它们是一个密不可分的系统，在发展经济的同时，还应当考虑控制人口、节约资源和保护环境，使子孙后代能够永续发展和安居乐业。1992年6月，联合国在巴西里约热内卢召开环境与发展大会，通过了《21世纪议程》等一系列决议和文件，第一次把可持续发展由理论和概念拓展到行动层面，使可持续发展成为各国发展的长远模式，导致人类的发展观、资源观、道德观、科学观的深刻变革。
（二）能源可持续发展理论概述
可持续发展考虑各个子系统之间的相互制约和协调。而在资源问题上，能源处于重要地位，人类能否可持续发展，能源问题首当其冲。能源是人类生存、经济发展、社会进步不可或缺的重要基础资源，也是关系到国家经济命脉和国家安全的重要战略物资。在当今世界经济趋于全球化的进程中，由于各国能源开发利用与经济发展、环境保护的矛盾日渐突出，能源问题已成为影响人类经济社会可持续发展的主要问题之一。
在这个背景之下，基于可持续发展理论的思想，能源可持续发展的理念应运而生。“能源可持续发展”（Sustainable Energy Development）的概念最先由Munasinghe于1995年正式提出，认为通过一系列能源供给与需求管理政策的实施，最终可以实现能源的可持续发展。能源可持续发展是指能源的发展既要满足经济发展的需要，又不对人类的生存环境和生态系统造成不能容忍的破坏；既要满足当代人对能源日益增长的需求，又不对后代人满足其增长需求的能力构成威胁。它包含了三个关键点，即发展、公平和可持续性。发展是指把合理利用资源和保护环境作为人类生存和发展的基础，维系人类社会的长远发展。公平是指既要体现当代人在能源利用和分配上的公平，也要体现当代人和后代人之间的代际间的公平。可持续性是指人类的经济和社会发展不能超过资源与环境的承载能力。
能源的可持续发展不能局限于能源系统本身，而应将能源与经济、环境、生态等视为一个完整的有机整体，建立一个既要发展经济和能源工业，又要保护生态环境的可持续能源系统。在这个系统中，能源的可持续发展包括能源利用的可持续性、经济的可持续性、环境的可持续性以及人口与社会协调发展的可持续性。
（1）能源利用的可持续性。要求当代人应尽可能谨慎地对待能源的消耗，以使人类能够永续地利用资源，包括能源节约和综合利用、能源效率的提高、能源结构的优化、可再生能源的开发利用以及能源利用过程中的环境和生态保护等。
（2）经济的可持续性。能源利用的最终目的是促进经济健康有序地发展，使人民生活水平不断提高。能源是国民经济的重要基础保障，能源的发展既要满足国民经济发展的整体需要，保持经济结构的协调与效益最大化，同时作为一个行业，能源工业本身也必须注重行业的长期利益。这是能源经济可持续的出发点。
（3）环境的可持续性。能源在开发、加工、转换和利用过程中必然对自然界产生一定的破坏作用。能源的可持续发展应当以保护环境为己任，重视自然资源和人类环境不可再生、不可替代的价值，提高和维持生态系统的持续生产力，推进能源利用走向绿色、低碳，将能源对环境的影响降至最低。
（4）人口与社会协调发展的可持续性。主要考虑能源的承载能力和能源的未来发展要求。能源工业发展往往与经济布局的发展联系在一起，能源工业持续发展与否势必影响到城市、人口与社会的可持续发展。能源资源的逐渐枯竭必然对一个地区的就业、环境等造成严重影响，进而引发许多社会问题。
能源可持续发展战略的目标，就是使系统内的各个部分之间能够相互协同。要实现这一目标需要在保证经济社会发展需要的前提下，从代际公平、保持环境、高效使用等方面，最低限度地满足以下4个条件：
（1）能源资源实物（价值）量变化率大于零。
这个条件反映的是代际公平。用公式表达如下：
r1=ΔR1/R10＞0
式中，r1为能源资源实物量变化率；R10为参照系能源资源实物量；ΔR1为能源资源实物量变化量，且ΔR1=R1-R10。
由于科技的进步，单位能源创造产品随着时间的推移是不断增大的，因此该条件也可以用能源资源价值量来描述。
（2）人均能源资源实物（价值）量的变化率大于零。
该条件是用来保证代际公平及代内公平的，即要求不仅对每一代人，而且对代内每一个人来说都应有能源来保证其发展。用公式表达如下：
r2=ΔR2/R20＞0
式中，r2为人均能源资源实物（价值）量变化率；R20为参照系人均能源资源实物（价值）量；ΔR2为人均能源资源实物（价值）量变化量，且ΔR2=R2-R20。
（3）单位GDP能源消耗量的变化率小于零。
该条件用来保证能源利用效率的不断提高。用公式表达如下：
r3=ΔR3/R30＜0
式中，r3为单位GDP能源消耗量变化率；R30为参照系单位GDP能源消耗量；ΔR3为单位GDP能源消耗变化量，且ΔR3=R3-R30。
（4）能源使用对环境污染的变化率小于等于零。
该条件是用来保证能源对环境的污染不会增加，甚至会减少。用公式表达如下：
r4=ΔR4/R40＜0
式中，r4为能源环境污染量变化率；R40为参照系能源环境污染量；ΔR4为能源环境污染量变化量，且ΔR4=R4-R40。
（三）能源的可持续消费
生产的最终目的是消费，因此要从人类的终端行为透视可持续发展的理念，来寻找可持续的消费模式。作为可持续发展理论研究的基本命题之一，可持续消费来自于古代节俭的消费思想、适度消费、绿色消费等消费理念，让有限的资源和财富得到有效保护和高效利用。联合国环境署于1994年发表的《可持续消费的政策因素》一书中首次提出可持续消费的定义，认为“可持续消费是提供服务以及相关的产品以满足人类的基本需求，提高生活质量，同时使自然资源和有毒材料的使用量最少，使服务或产品在生命周期中所产生的废物和污染物最少，从而不危及后代的需求”。在这个定义中，包含以下几个关键点：满足人类生活需要，提高生活质量，提高资源利用率，提高可更新资源比例，减少废弃物排放。由此可见，可持续消费的实质就是如何在为满足基本生活需要和提高生活质量而提供更好的产品或服务的同时，持续减少该产品或服务对环境的影响和对人体的危害。
能源可持续消费模式是指能源的生产和使用可以支持社会、经济及环境的长远持续发展的消费模式，因此，这里的消费是取广义上的含义，它不仅指能源的持续供应，还意味着能源的生产和利用能够长远地增进或者至少与人类福祉和生态平衡相协调。能源的可持续性消费模式从本质上看，是人类在享受近代工业文明成果时所付出沉重代价的基础上，重新审视经济发展与能源消费之间关系后提出来的。
能源消费不仅涉及生产能源的消费，同时也包括生活能源的消费。居民生活能源的可持续消费是在追求人与自然和谐进步基础上形成的能源消费观念、消费方式、消费结构和消费行为，是在满足人们基本生活需要和提高生活质量的同时，将生活能源消费对资源环境造成的直接的和间接的、近期的和长远的负面影响最小化，从而维系整个自然生态系统的动态平衡和经济社会的可持续发展。居民生活能源可持续消费的本质是对资源的合理配置与利用，有资源利用的经济社会效率层面的含义。传统经济学源于使用有限的资源来满足人们无限的欲望，这种方式导致了人们对各种物品和能源消费的“无节制性”，成为一种不可持续的有害消费。居民生活能源的可持续消费，从可持续发展战略与能源战略的高度规定了生活能源消费必然以“经济—社会—生态”三维系统的整体协调发展为前提，是对能源可持续发展理论更加丰富和深入的认识。它突破了传统的能源可持续发展研究的固有模式，探索出一条新的能源可持续消费路径，对能源战略和可持续发展理论有着重要的意义。
（四）能源可持续发展理论的应用评述
基于能源可持续发展理论，能源的开发利用要与经济和环境相协调。能源资源作为人类生活和生产必需的要素，是经济发展的动力之一，但其不合理利用对环境也造成了破坏。基于此，学者们在能源—经济—环境（Energy-Economy-Environment，3E）系统的框架下构建了3E模型，探讨能源的可持续发展。卢庆华（2005）运用能源—经济—环境（3E）可持续发展的思想，对山东省能源利用的不可持续性及其带来的环境影响进行分析，探讨3E综合平衡发展的政策选择。王仲瑀（2007）借助3E模型和情景分析法对黑龙江省的能源开发、利用以及能源节约和综合利用状况展开讨论，分析今后能源可持续发展中可能存在的问题。I.Dincer（2000）认为，实现环境问题的解决需要长期的可持续发展的潜在行动，而可再生能源资源的利用似乎是一个最为有效的解决方案，并从当前和未来的角度研究有关可再生能源、环境和可持续发展的问题。A.Stocker等（2011）利用综合的能源—经济—环境模型对奥地利2006—2020年的可再生能源发展趋势进行情景模拟，结果显示，增加可再生能源资源在能源使用总量中的份额对于实现奥地利可持续能源系统构建是重要的，但又略显不足，能源效率的大幅增加和住宅能耗的降低也是可持续能源政策的重要基石。
对于中国能源可持续发展战略的实施，学者们从不同角度进行了政策讨论。姚广红等（2008）剖析了我国能源消费当前面临的严峻挑战，并指出实现我国能源可持续消费的基本途径。沈镭等（2009）分析了中国能源可持续发展面临的主要问题，从能源决策的完整性、能源供给安全、能源消费的可持续性以及能源技术与教育4个方面构建中国能源政策可持续性评价的指标体系，并进行了定量评价（如图2-1）。方杰（2006）结合我国能源消费模式的主要特征，认为大力发展能源循环经济是实现能源可持续性消费的最佳模式。朱曹坚（2006）通过对苏州能源消费现状和能源消费结构的分析，指出目前的能源利用水平尚不能实现经济的可持续发展，随后从技术节能、经济节能和能源消费结构调整方面提出实施可持续能源发展战略的途径。为全面深入地分析中国可持续发展的能源问题，吴开尧（2011）在可持续发展评估的目标下，提出了中国能源核算的解决方案，既要核算能源从资源到排放的全过程，又要核算这个过程中相关的资源、经济、社会和环境影响，该核算方案提供了能源、经济和环境综合数量分析的框架。随着我国城市居民家庭能源消费在能源消费总量中的比重急剧上升，家庭节能将成为我国建设节约型社会的一个重要方面。白瑷峥等（2010）分析了我国城市居民能源消费现状，并提出城市居民生活能源可持续消费的模式。
图2-1 中国能源可持续发展的路径选择[1]
也有学者通过计量模型的分析探讨中国能源可持续发展的途径。Li Zhidong（2010）采用计量经济学方法对中国的可持续能源战略进行定量研究，指出为实现可持续发展应采取更全面的战略措施，包括提高能源效率、加快发展可再生能源和促进运输部门的结构调整，同时，东亚共同体建立亚洲能源与环境机构也是重要的战略选择。Wenying Chen等（2010）以中国西部可持续能源发展模型（WSED）评估中国西部地区的各种能源发展方案，包括MARKAL模型、中国西部的可计算一般均衡模型（WCGE）、能源服务需求的预测模型（ESDP），模型通过对2050年不同情景的分析描述了能源消耗、二氧化碳排放、用水量、能源投资成本及其对中国西部地区国内生产总值的影响，这些结果对于可持续的能源发展政策和可持续的从西部向东部的能源转移战略具有政策启示。
二 能源需求理论
（一）能源需求分类
能源需求是指消费者（家庭或厂商）在一定价格条件下为满足某种特定的效用而对能源产品的需要。然而这种需要的实现，是以消费者具有支付能力为前提的。在能源短缺时，能源需求将会大于能源消费；在能源供给充足或者供过于求时，能源需求将等同于能源消费。
从全社会的角度来看，能源需求可分为生产部门对于能源的需求和居民生活对于能源的需求。生产把能源作为生产要素，因此生产能源需求是要素需求；生活把能源作为产品，因此生活能源需求是商品需求。对作为商品的能源需求和作为要素的能源需求分析的理论基础不同，商品需求分析的理论基础是需求和效用理论，家庭部门对商品的消费以效用最大化为目的；而要素需求分析的理论基础是生产与成本理论，厂商部门对生产要素的需求以利润最大化为目的。
从能源利用的过程来看，能源需求可分为直接需求和间接需求。直接需求是指家庭或厂商对各类能源的直接购买；间接需求是指家庭或厂商购买其他非能源的商品和服务，而生产这些商品和服务需要消耗能源，从而产生家庭或厂商对能源的间接消费。对于家庭部门而言，直接能源需求包括炊事、照明、取暖制冷、交通等方面所需要使用的能源，而对其他所有非能源产品和服务的消费所派生的能源需求都是间接能源需求。对于厂商部门而言，直接能源需求包括其所直接购买的用于终端消费的燃料和电力，而对其他中间商品和服务的购买导致的能源消费属于间接能源需求。
（二）能源需求分析
在经典的需求理论中，消费者对于某种商品的需求被描述为在预算约束下追求效用最大化。消费者对所有的消费方案进行比较，给出优劣次序，然后用一组有序的一维实数来代表这种优劣次序，与不同的消费方案相对应。
令Xi代表消费者对第i种能源的购买量，i=1，2，…，n。U代表消费者的效用，它是各种不同商品组合的函数，称为效用函数，表示为：
用I代表消费者的收入水平，Pi代表第i种能源的价格，i=1，2，…，n。消费者的预算约束为：
上式称为消费者的预算直线，表示在给定的价格Pi和收入水平Y的条件下可以购买的各种能源组合。
对于一个理性消费者来说，就是当价格Pi和收入水平Y给定时，在预算约束式（2-2）条件下，消费者选择商品组合，使效用函数式（2-1）达到最大。这是典型的条件极值问题。
一般地，对于有n种能源的经济系统，第i种能源的需求函数可表示为：
这反映了某种能源的需求量取决于消费者的收入和所有n种能源的价格。
（三）能源需求函数
能源需求函数是用来表示能源需求量变动和其影响因素之间相互依存关系的函数式，表达式如下：
式中，Xi表示对第i种能源商品的需求量，T表示消费者的偏好，I表示消费者的收入水平，P表示该种能源商品的价格，Pa，Pb，…，表示其他相关商品的价格，Pe表示消费者对该能源商品未来的价格预期。
在影响能源需求量的众多因素中，能源的价格是最重要的因素，因此，采用抽象分析法，假定其他条件既定不变，仅分析一种能源的价格变化对该能源需求量的影响，这样，能源需求函数可表示为：
即某种能源的需求量是其价格的函数。
针对能源需求的分析，可以利用需求函数模型来求解。在计量经济研究中，为了方便进行参数估计，一般采用线性函数式或可线性化的函数形式。常见的需求函数模型的具体形式有如下几种：
（1）单方程线性需求函数模型。
模型的含义是第i种商品的需求量Xi是所有影响第i种商品需求的商品价格Pj和消费收入I的线性函数。这种需求函数模型缺少合理的经济解释，并且参数没有经济意义，但在现实中确实存在。
（2）单方程半对数需求函数模型。
该模型的特点是，能反映价格微弱变化对需求的影响。
（3）单方程对数线性需求函数模型。
这种需求函数模型是由样本观测值拟合而得到的一种模型形式。它具有合理的经济解释，参数也有明确的经济意义，是一种常用的需求函数模型。
（4）线性支出系统需求函数模型
前述模型都为单方程需求函数模型，适用于需求分析侧重某一种商品的需求量时的情况。如果要对所有xi=Xi（p1，p2，…，pn；I；μi）都进行估计，那么就需构建一个由n+1个方程组成的完整的需求方程系统。
1947年，Kleln和Rubin提出了直接效用函数：
式中，Xi为第i种商品的实际需求量，X0i为第i种商品的基本需求量，βi为边际预算份额。
1954年，英国计量经济学家R.Stone以式（2-9）为基础，提出了线性支出系统需求函数。设Vj为第j种商品的支出，则总消费支出为：
在预算约束
的情况下，将效用函数极大化，即构造拉格朗日函数：
由极值条件可得：
求解该方程组得：
线性支出系统需求函数的含义是第i种商品的需求支出额（PiXi）可以分解为两部分：一部分是维持基本生活所需要的基本需求支出（PiX0i），另一部分是总预算支出（V）扣除所有商品的基本需求支出后剩余部分中用于第i种商品的支出，与消费者的偏好有关。
（四）能源需求理论的应用评述
国内外很多学者基于经济学中的能源需求理论，引入计量经济学模型研究能源需求问题。Christensen等（1973）从柯布—道格拉斯生产函数（Cobb-Douglas Function）演化得出能源需求的超越对数模型，首次将能源作为生产要素引入柯布—道格拉斯生产函数中，从而对能源需求进行分析。之后，研究方法不断创新和深入，能源需求模型的构建也逐渐完善。Richard D.Prosser（1985）将四种不同的滞后结构模型作为实际国内生产总值和平均能源价格的函数，来表达经合组织国家1960—1982年最终的能源需求。Eltony等（1995）利用协整误差修正模型估算了1970—1989年科威特对汽油的需求，结果显示，在长期内汽油需求对于收入变化的响应要高于短期。李艳梅（2007）以能源需求分析的理论为基础，构建城市化进程中能源需求增长的成因分析的SDA模型，并进行了实证分析，进而对未来城市化发展的能源需求进行预测。概括地说，通过建立能源需求函数来分析能源需求并进行预测，是目前应用较多，也较广泛的模型形式之一。
在研究家庭能源需求时，学者们大多利用微观调查数据，基于不同形式的需求函数进行分析。George S.Donatos等（1991）使用单方程模型进行了家庭对电能的需求弹性估计。Nguyen Anh Tuan等（1996）基于越南北方四省的家庭能源调查进行能源需求分析，并考察不同类别的家庭收入对能源消费模式的影响，结果发现，收入是影响能源利用数量和结构的重要因素，随着收入的增加，家庭趋向利用更多的电力而减少作物秸秆的使用。M.Chambwera等（2007）通过对哈拉雷500户家庭的调查，运用近乎理想需求系统模型（AIDS）分析了能源结构下的城镇燃料需求，并评估了能源在家庭总支出中的份额以及薪柴、电能和煤油在总能源支出中的份额，分析结果表明，减少薪柴的需求以减轻环境退化的主要政策措施包括降低替代燃料，特别是煤油的价格。H.Gundimeda（2008）运用线性的近乎理想需求系统模型（LA-AIDS）对印度城镇和农村居民家庭的四种主要燃料的需求支出弹性进行了估计。D.Ngui等（2011）也采用LA-AIDS模型对肯尼亚3665户家庭样本进行价格和燃料支出的需求弹性估计。张海鹏等（2010）基于八省的林区家庭微观调查数据，采用双扩展的线性支出系统模型（2-ELES）来研究农村家庭生活能源消费需求，发现林区家庭生活用能正在转向商品能源，呈现出边际倾向递减规律，未来的生活能源消费主要集中于液化气和电力方面。
三 能源阶梯理论
（一）能源阶梯理论的内涵
Hosier和Dowd于1987年提出了能源阶梯（Energy Ladder）假设，认为“能源阶梯”是用来描述家庭从使用传统能源载体到使用更现代、技术更先进的能源载体来满足能源服务需求，即随着经济状况的改善，家庭用能趋向更高级燃料的路径。如果将家庭燃料选择和阶梯作类比，那么使用传统燃料（如薪柴或畜粪）的家庭被假定为处于阶梯的底层，使用现代的商品能源（如LPG、天然气或电力）的家庭被假定为处于阶梯的较高梯级。这种转变过程在发展中国家的家庭中更受关注，因为类似的过程在经历过工业化的发达国家已经发生。以家庭炊事的燃料选择为例，家庭选择使用煤油或LPG来替代薪柴意味着向上攀登能源阶梯；相反，当家庭做出相反的决定，从使用煤油或LPG转向薪柴，则意味着沿能源阶梯向下移动。
这一概念通常也被称为“燃料转换”或“燃料—收入阶梯”，用以反映当家庭收入达到一定的阈值时将转向更便利和更优质的燃料。在之后的研究中，Reddy（1995）对于能源阶梯概念进行了深化，指出不同家庭的能源利用模式随着他们的经济地位而改变。每一级的阶梯对应不同等级的能源，并且能够上升到哪一级阶梯主要取决于家庭收入，是一个家庭随着经济地位的提高而不断攀升能源阶梯的过程。他在研究中也提供了很好的佐证，发现低收入家庭使用薪柴、牛粪、作物秸秆等，中等收入家庭使用煤油，而高收入家庭使用液化气和电能。Douglas等（1997）在研究发展中国家的农村能源问题时，提到了农村的“能源阶梯”理论，发现人均收入在300美元或更少的贫穷国家，至少90%的人口以薪柴和畜粪作为炊事燃料。然而，当人们的收入增长时，便会一步步攀登“能源阶梯”，最终实现电力照明和将化石燃料用于炊事。这种向现代燃料的转换一般在人均年收入达到1000—1500美元时才能实现。这些观点明确了收入与用能种类之间的联系，并且确定了能源转换所需要的收入水平。不过，随着技术进步和现代燃料成本的减少，人们进行这种转换所需要的收入水平显著下降。
（二）能源阶梯理论的扩展与延伸
从时间和空间的维度都能够映射出“能源阶梯”的内涵。从时间维度来看，“能源阶梯”表现为能源消费结构的演变过程。对于一个国家来说，当经济发展处于工业化初期时，能源消费结构主要取决于能源资源的赋存状况。随着国民经济水平的提高，其能源消费结构逐步转换为以清洁能源取代污染能源、高效率能源取代低效率能源、新能源取代传统能源，能源消费模式也最终发展为需求导向型，这种转变趋势是一个自发的不可逆过程。也就是说，经济发展水平的提高促进了能源开发利用技术的进步，进而推动能源阶梯不断向上延伸。例如，几乎所有西方发达国家的能源消费结构都经历了“以煤为主以石油为主利用天然气和核能等新能源”的转变过程，如图2-2所示。在所有部门中，家庭部门的燃料使用模式随时间经历的变化最为明显，如炊事用能，能源种类可能由生物质能转为煤油、液化气和电能。
图2-2 世界能源替代趋势图[2]
从空间维度来看，学者们以城市化为切入点，以地理空间上的不同类型区域来体现城市化进程的不同阶段，用以考察“能源阶梯”的规律特征，近年来才有相关文献出现。A.Nansaior等（2011）选取农村、郊区和城市三种类型区域代表城市化的三个时点，评估生物质能在何种程度上仍然起着重要的作用，结果表明，在家庭能源结构中，生物质能的相对份额从农村、郊区到城市呈现递减的趋势，符合能源阶梯模型的预测，但是没有出现某种能源的利用突然中断的现象，并且生物质能一直是家庭能源的重要组成部分。P.Poumanyvong等（2010）考虑到国家的不同发展阶段，基于99个国家1975—2005年的面板数据库进行实证分析，得出了在各个发展阶段城市化对于能源利用和碳排放的影响不一样的结论，城市化降低了低收入国家的能源消费。而促进了中等收入和高收入国家的能源消费；对于所有收入阶层的国家来说，城市化都导致了碳排放的增加，这在中等收入国家中表现得更为明显。蔡静和蒋志刚（2008）对中国陕西的研究也证实了燃料偏好阶梯理论，在不涉及城市居民取暖用能的前提下，得出居民生活能源消费总量从农村、乡、镇、县城到城市递减的规律。因此，从地域空间的角度考虑，可将“能源阶梯”理论扩展到具有不同收入阶层的城镇体系结构中。由于不同规模等级的城镇以及农村地区在社会环境和经济水平方面存在差异，导致能源消费的数量和结构也呈现出一定的变动规律，由此提出从大城市、中等城市、小城市、县城到农村应当具有“能源阶梯”特征的假设，进而分析家庭能源消费模式变动的内在机制和趋向，从而透视人们的生存状态和生活水平的差异。
传统“能源阶梯”概念只涉及燃料的转换，也就是说，明确了收入变动和燃料转换方向的关系。但在大多数情况下，能源并不能完全转换，各种能源之间不能完全替代，因此在多种能源并存的情况下，更为实际的考虑是，随着收入水平的提高，能源利用由低质量的能源为主导转向高质量的能源为主导，或者说，能源种类日趋多元化，最终人们将放弃低质量能源的利用。基于此，将“能源阶梯”的概念引申为，在收入增加的过程中，能源消费量也随之增加，并且高质量燃料增加而低质量燃料减少，通过不同阶梯层次上的燃料的绝对使用量或相对份额来刻画这种趋势变动过程，从而反映出无论能源的数量还是质量都存在阶梯变化的特征。但随着能源效率的提升，能源消费数量的阶梯变化将趋缓。
（三）能源阶梯理论的应用评述
“能源阶梯”理论说明了收入是影响能源消费结构的主要因素，当人们的收入水平达到能够支付更高阶梯等级上的能源消费时，就意味着能源消费结构将向更高的层次跃迁。国内外一些学者应用“能源阶梯”理论来研究居民用能水平差异的阶梯变化特征，尝试用能源阶梯模型分析从生物质燃料到现代燃料的转换模式，间接地描述家庭的用能动态。Ruijven等（2008）对多个国家的研究表明，处于较高阶梯层次上的燃料一般更清洁、更高效、更便利。Sovacool（2011）将城镇家庭划分为低收入、中等收入和高收入三类群体调查家庭能源服务，试图创建一种“通用的”或“普遍的”能源服务阶梯。研究指出，低收入家庭使用初级能源，比如畜粪、薪柴、木炭等，并消耗大量的燃料，但是能源服务的用途较少；中等收入家庭往往依赖于电能和天然气，其次是煤、液化气和煤油，这些家庭能够在更广泛的范围内利用能源；高收入家庭使用的燃料和技术与中等收入家庭相似，但会消耗更多的能源，特别是在奢侈型的消费项目上。陆慧等（2006）利用层次分析法实证分析了农村家庭的收入水平对能源消费结构的影响，结果表明，收入水平高的农户在选择能源时更看重舒适性、便利性和卫生程度，而低收入家庭则更多考虑能源的经济性。周中仁等（2007）对中国北方地区农村家庭从1989年到2005年的能源消费结构演变进行了研究，发现在收入提高的过程中，煤炭等商品能源消费快速上升，并占据主导地位，秸秆等生物质能的消费量减少，最终用能类型趋向以提高生活质量为主，生活享受用能快速增长。已有的相关研究一致显示，家庭收入水平与炊事用能的种类和数量之间存在很强的相关性，这在一定程度上为能源阶梯理论提供了现实支撑。然而值得注意的是，这一理论也存在一定的局限性。Horst和Hovorka（2008）通过博茨瓦纳的案例说明能源阶梯模型的弱点，发现该地区并没有呈现从生物质能向现代燃料转化的格局，薪柴一直都是重要的家庭能源。Masera等（2000）考虑到燃料和器具的经济性、用能技术、文化偏好和健康影响，而且燃料会多次进行“不完全替代”，主张用复合燃料模型来替代传统的能源阶梯模型，能够更准确地描述农村家庭的炊事用能模式，并且更好地估算薪柴需求和室内空气污染的期望值。
城乡居民家庭的收入水平和能源消费结构都存在明显差异，农村居民以生物质能和煤为主，而城镇居民以电力、液化气和天然气为主，这使得城乡居民家庭的“能源阶梯”具有不同特征，所以学者们针对这两种类型区域进行对比分析。H.Gundimeda等（2008）认为，模拟收入分配变化和农村与城市的差异可获得更多对不同生活方式影响的认识，结合印度十多万抽样住户的微观数据，对城镇和农村地区的不同收入家庭使用的四种主要燃料进行价格和需求弹性估算，用于评估当前的能源政策。也有学者分析了对居民家庭燃料选择偏好和消费数量的影响因素并验证其间的相关关系，比如在农村地区，人口越多、粮食播种面积越大的家庭，消费的生物质能越多；而收入和受教育程度越高的家庭，消费的生物质能越少。M.Narasimha Rao和B.Sudhakara Reddy（2007）通过对印度农村和城市地区家庭的实证研究，指出影响个人选择某种能源的决定因素包括人均收入、家庭规模、户主的教育程度、家庭成员的职业以及家庭区位特征。不过，在众多因素中，收入的影响最为关键。燃料消费结构的差异可以直接地反映出收入分配的不平等，高收入群体更多依赖非生物质能，而低收入群体依赖于生物质能。家庭燃料转换通常伴随着经济活动和生活方式的改变。正如Tommi Ekholm等（2010）所指出的，现代能源的获取对于生活标准的提高是至关重要的，他们通过建模方法分析了印度家庭不同收入组别中炊事燃料选择的决定因素，说明农村和城市环境中人民生活的经济状况和对燃料偏好的异质性，从而探索可行的政策机制来提高现代的更高效能源的广泛使用。同时，考虑到能源消费带来了空气污染等环境影响，有学者在“能源阶梯”的概念框架下对其进行了研究。Kirk R.Smith等（1994）提出家庭燃料从低质量到高质量的转换，即沿着“能源阶梯”向上移动，通常会促使损害健康的污染物排放量大幅降低。通过对三个城市家庭的室内空气污染物进行定点监测，初步计算了燃料转换产生的环境和健康影响，从而探讨了在能源阶梯提升的过程中可能减少多少人为因素对环境的影响。
四 低碳经济理论
（一）低碳经济的内涵
随着全球气候变暖日趋严重，人们开始寻求一种新的发展模式，在不导致人们生活条件和福利水平明显下降的前提下控制大气中温室气体的浓度，使其保持在相对稳定的水平，以实现人与自然的和谐发展。2003年，英国政府发表《能源白皮书》，题为“我们未来的能源——创建低碳经济”，首次提出“低碳经济”概念，这一概念的提出引起国际社会的广泛关注。欧盟、日本、美国等国家从多种途径展开低碳经济建设行动。
低碳经济是指在可持续发展理念指导下通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。低碳经济的实质在于提升能源的高效利用，推行区域的清洁发展，促进产品的低碳开发并维持全球的生态平衡。这是从高碳能源时代向低碳能源时代演化的一种经济发展模式，伴随着新一轮的能源转型。
低碳经济发展的核心是低碳能源，包括可再生能源、核能等清洁能源，属于高能效、低能耗、低污染、低碳排放的能源，改变现有的能源结构是发展低碳经济的关键，使现有的“高碳”能源结构逐渐向“低碳”的能源结构转变。低碳经济发展的动力是低碳技术，包括煤的清洁高效利用、油气资源和煤层气的高附加值转化、可再生能源和新能源开发、传统技术的节能改造、CO2收集和封存等。这些低碳技术作用于石油、化工、电力、交通、建筑、冶金等行业领域，将成为低碳经济发展强大的推动力。低碳经济发展的载体是低碳产业，其承载能力的大小将决定低碳经济发展的水平，催生新的产业发展机会，形成新的经济增长点。低碳经济发展的保障是低碳管理，主要包括明确的发展目标、健全的法制、创新的体制和科技等诸多方面，合理构建完善的低碳管理制度与体系为低碳经济发展提供支撑。
（二）低碳经济的实践
在气候变化背景下，向低碳经济转型已成为社会共识。英国在其2003年《能源白皮书》中率先提出到2050年建设一个低碳经济体。2006年《斯特恩报告》呼吁全球向低碳经济转型。2007年IPCC第四次评估报告指出，未来温室气体排放取决于发展路径选择，越早采取减排行动越经济可行。2007年12月，《巴厘路线图》达成，低碳经济发展道路受到关注。2008年世界环境日主题为“转变传统观念，促进低碳经济”。2009年哥本哈根世界气候大会之后，人们就通过减排遏制全球变暖达成共识，而低碳经济是实现经济发展方式转变的根本途径。面对这场新的产业革命，世界各国都在调整贸易、融资和生产计划方面的决策，提出了适用于本国的低碳政策措施，发起低碳倡议。
英国把发展低碳经济置于国家战略高度，制定了完备的低碳法律法规体系。2008年颁布实施的《气候变化法案》使英国成为世界上第一个为温室气体减排目标立法的国家，并成立了相应的能源和气候变化部。按照该法律，英国政府必须致力于发展低碳经济，到2050年实现温室气体排放比1990年减少至少80%的目标。除此以外，英国还颁布实施了《能源法案》《气候变化与可持续能源法案》《能源与计划法案》等，这些法律的基本导向在于促进碳减排、提高能源效率，发展清洁、低碳、可再生能源，保障能源安全和有效供给等，对推动低碳经济发展发挥了重要作用。在低碳经济发展过程中，英国着重强调政府的宏观调控作用，运用激励机制推进低碳经济发展。主要采取“政府为主导，企业为主体，公众参与”的低碳经济发展指导路线。同时，发挥市场的资源配置作用，英国在伦敦建立了世界首个碳交易中心，是世界上第一个建立碳排放交易制度的国家。为达成低碳经济发展的战略目标，英国政府制定一系列导向清晰、操作性强的政策措施。在政府预算框架内实行碳排放预算管理，对相关低碳项目如绿色方案、可再生供暖激励、低碳社区挑战赛以及生物质能发电、低碳技术创新等实行财政补贴或奖励政策，对使用能源的工商企业和公共部门征收气候变化税，从而提高了能源使用效率，进一步推动节能减排和低碳发展。
美国强调发展低碳技术，力图通过低碳技术主导未来世界经济的发展。同时，开展“绿色新政”与“绿色外交”。奥巴马政府以“绿色经济复兴计划”作为首要任务，提出要尽快确立美国在新能源竞赛中的领先地位，成为清洁能源出口大国。在低碳技术方面，大力推进智能电网，计划到2025年发电量的25%来自可再生能源；加大新能源技术研发，通过调整生产结构、减免税收和发放低利率贷款促进对可再生能源的投资；利用碳回收和储存技术回收并封存化石燃料产生的碳排放，要求所有新建燃煤发电厂必须采用最新碳回收与储存技术；推广节能建筑技术，对全国公共建筑进行节能改造，更换原有的采暖系统，代之以节能和环保型新设备；制定电动汽车产业发展一揽子计划，大力支持充电设施建设，加大对超大功率快充、动力电池等核心技术研发的投入力度。美国已陆续制定了一系列发展清洁能源、节能降耗、鼓励消费者使用节能设备和购买节能建筑方面的财税政策，重点偏向对需求方的补贴，加快市场培育，通过需求创造供给，以提高政策的有效性。
日本提出建设低碳社会，大幅削减温室气体排放。2008年7月，日本政府公布了“低碳社会行动计划”草案的具体内容，标志着2008年5月由日本福田首相提出的“福田理想”开始进入具体实施阶段。低碳社会的性质主要表现为：在可持续发展理念的引领下，大家一起行动起来确保社会各阶层的共同发展；为了将大气中温室气体浓度控制在各种由气候变化所引起的危险可被避免的程度，大家一起共同为大幅削减事业做贡献；实现能源高效利用，同时低碳能源以及低碳生产技术的使用也被推广；引入低排放的消费行动模式。日本《低碳社会方案》提出，2050年二氧化碳排放量削减70%，这就需要进行以大幅减排为目标的社会转型。这一方案为环境（低碳）模范城市、公共团体以及企业长期减排战略的制定提供参考，达成低碳社会后人们的生活将会变得更加舒适便利。
（三）低碳经济理论的应用述评
国外关于低碳经济的研究大多以全球气候变化为背景，集中于低碳经济发展模式、碳减排技术及评价模型、政策设计、路径选择等领域。Foxon T.等（2008）通过分析能源系统动力学的技术、制度、市场和管理因素的相互作用，指出世界各国应及时制定贴合本国国情的政策来促进低碳经济的创新发展。Bitian Fu等（2015）结合STIRPAT模型和SD模型确定了二氧化碳排放的关键驱动力因素，指出稳定的人口增长、适度的工业化和城市化水平、合理的产业结构、低能耗是区域节能减排的重点。L.Mundaca等（2016）以绿色经济政策及相关指标为分析框架，探讨了区域实现绿色能源经济转换的政策组合。A.C.Kerkhof等（2009）基于家庭支出数据量化了2000年左右荷兰、英国、瑞士和挪威家庭的CO2排放量，比较结果显示，国家特征如能源供应、人口密度和集中供热可获得性会影响国家之间或内部的CO2排放量的变化。A.M.Omer（2007）指出，可持续低碳能源情景强调可再生资源的未开发潜力，低碳技术的应用前景广阔。还有一些学者针对经济发展与碳排放的关系做了大量模型研究，认为经济增长、能源消费和温室气体排放之间有着紧密关联。Soytas等（2007）研究了美国能源消费和生产的碳排放效应，发现收入和碳排放之间不存在长期的格兰杰因果关系。F.Abbasi等（2016）采用扩展的VAR模型探讨了在新型经济体内部经济和金融发展对于碳排放的影响。
国内学者对于低碳经济的内涵、理论和实证演绎提出了诸多见解。庄贵阳（2007）认为，低碳经济的本质是提高能源效率并优化清洁能源结构，关键是能源技术创新和制度创新。潘家华等（2010）对低碳经济的概念进行辨识，指出低碳转型过程具有阶段性特征。陈跃等（2013）全面梳理并剖析了区域低碳经济评价的研究现状，总结了当前研究的局限性。Xiangsheng Dou（2013）在研究中指出，对于中国这样的发展中国家来说，选择一个合理的、适用于中国国情的低碳经济发展模式是至关重要的。因此，中国应当在不同的条件和发展阶段下实行不同的发展模式，如单一区域差异化发展模式或多区域联动发展模式。相伟（2010）通过解析中国碳排放强度降低的影响因素，提出中国加快经济低碳化进程的实现路径。也有学者从消费层面研究低碳消费行为的推进措施和政策敏感性。刘敏（2009）在低碳经济背景下提出构建低碳消费生活方式的核心、原则、标准和制度保障，倡导人们选择低碳消费行为。芈凌云（2011）通过对我国三大经济带不同等级的49个城市居民的调查，建立了我国居民低碳化能源消费行为的综合模型，并对不同区域不同等级的城市居民行为进行空间差异分析，进而研究不同政策工具对城市居民低碳化能源消费的情境调节效应。
为探析低碳经济发展水平，很多学者通过构建低碳经济评价指标体系，运用计量分析方法针对个别区域进行实证研究。王宗军等（2012）基于“驱动力—压力—状态—影响—响应”模型对我国省域低碳经济进行综合评价，研究表明低碳经济发展水平总体呈现由西向东、由北向南逐渐提高，局部地区表现突出的格局。谢传胜等（2010）采用模糊粗糙集方法建立城市低碳经济综合评价模型，以北京、上海和重庆作为评价对象进行实证分析，并提出低碳经济发展路径。李晓燕（2010）等运用模糊层次分析法和主成分分析法对我国四个直辖市的低碳经济发展进行了综合评价。李子良等（2012）、屈小娥等（2013）、张传平等（2014）对省域低碳经济发展水平进行了评价。综观已有研究，对于低碳发展水平的综合评价指标不尽相同，但都涉及经济、社会、环境、技术等方面。