第一节 生活能源消费函数模型

牧民生活中对能源的消费，可以体现为直接能源消费，也可以体现为间接能源消费。例如居民家中的电视机，一方面电视机的使用会消费电力，这体现为牧民生活中的直接能源消费；另一方面电视机的生产过程也需要投入能源，这体现为牧民生活中的间接能源消费。本项目只研究第一类能源消费，即牧民生活中的直接能源消费[1]。

一 生活能源消费总量模型

牧民生活能源涉及生活中的方方面面，按照用途大致包括：餐饮类生活能源、住房类生活能源、交通类生活能源、娱乐类生活能源、清洁类生活能源。它们对应于日常生活的衣、食、住、行、娱乐等，具体构成如表3-1所示。

除了可以从能源使用目的或功能来对生活能源进行分类之外，还可以从能源使用的种类来进行能源分类，如表3-2所示。

因此，牧民生活能源消费总量就是家庭中各种能源使用之和。这种加总是满足各种生活功能的所有能源之和，而满足某一生活目的用能又可以用多种能源来实现。牧民生活能源消费总量，如下所示。

式中：

Q代表家庭能源消费总量，Q_i代表家庭在第i类生活用能目的上的能源消费，Q_ij代表家庭为满足第i类生活用能目的而消费的第j种能源，m表示生活用能目的的数量，n表示能源种类数量。牧民为实现某种生活用能目的，可能使用不止一种能源，而是多种能源，例如做饭既可以用电，也可以通过传统的薪柴来实现；使用的用能工具也会不同，前者使用电饭煲、而后者使用铁锅或炉灶。

式3-1是居民能源消费总量的一个加总公式，体现的是能源统计角度的能源消费总量。而对于能源消费总量决定因素的分析，则需要借助于经济学的需求函数来进行。

居民对生活能源的消费如同其他商品一样，既有共同点，也有特殊性。共同点体现在，消费数量会受到价格和收入的作用；不同点在于能源是生存的基本依靠，需要一定数量的能源保持温度和将生食做成熟食，即存在对能源的最低生存需要量。

由于居民生活中除了对能源会有需要外，还会有其他生活需要，例如食品、衣服等；从而存在家族收入在能源消费与非能源消费之间的权衡与选择。这种权衡构成了居民能源消费总量的消费函数，如式3-2所示。

式中：

Q代表家庭能源消费总量，Q_非能源代表家庭除了能源消费之外的其他商品的消费量，U代表家庭从能源消费和其他商品消费中得到的总效用，P代表生活能源的价格，P_非能源代表除能源之外的其他生活商品的价格，λ代表家庭收入数量，Q_生存代表居民为了维持生命所需要的最低能源数量。

式3-2中对能源消费数量进行最优化的结果，如下：

Q=g（P，P_非能源，λ，Q_生存）　　　　　　（式3-3）

因此通常居民能源消费总量受能源价格、其他商品价格、家庭收入、维持生存所需能源的影响，并且满足如下关系式：

家庭中对生活能源消费总量会随着收入水平的增长而增加，但是会随着能源价格的提升而下降，会随着其他商品价格的下降而增加，会随着维持最低生存能源数量的增加而增加。因此，即使是面临同样收入和价格水平，寒冷地方由于维持生存的能源较温暖地方多，从而生活能源消费总量也会多些。

二 生活能源消费结构模型

生活能源消费除了总量之外，还存在一个能源消费结构的问题。能源消费的结构问题起源于各种能源之间存在功能上的替代性，但是这种替代性可能又不是完全替代，而是部分替代。

第一，不同品种能源之间的完全替代性。例如做饭，可以通过借助于电力使用电饭煲来实现，也可以通过借助于薪柴使用大铁锅来实现，还可以借助于煤炭或煤气使用铝锅来实现，因此在做饭功能上存在着电力、薪柴、煤炭或煤气之间的替代关系或替代性。第二，不同品种能源之间的不可替代性。例如看电视，只能通过电力来实现，而不能通过薪柴、煤炭或煤气来实现。

就当前西藏广大农牧区能源利用技术来讲，各种能源之间的替代组合，如表3-3所示。

能源消费结构可以从相互关联的三个维度来分析。第一个维度是品种维度，生活能源消费的品种结构问题，例如消费哪几种能源。第二个维度是能量维度，生活能源消费的能源结构问题，即消费的多种能源之间的能量比例，例如按照吨标煤核算的电力占总能源消费的比重。第三个维度是支出维度，生活能源消费的支出结构问题，即花在多种能源之间的支出比例，例如按照人民币核算的电力占总能源消费支出的比重。

三个维度之间相互关系，可以构成一一对应关系，如图3-1所示。

生活能源消费的品种结构问题可以作为能源消费能量结构问题的一个特殊情形，即在某种能源上的能量消费为0。如果将能源价格理解为采集、运输和购买能源的所有成本之和，那么每一种能源都有一个价格；在这样的情况下每一单位能量的消费都对应着一定的费用支出。从而，能源消费的品种结构问题同样可以作为能源消费支出问题的一个特殊情形，即在某种能源的费用支出为0。笔者将从上述三个方面来进行生活能源消费的结构分析。

（一）生活能源结构的收入效应模型

生活能源消费结构的变化就是体现为各种能源消费数量的变化。引发各种能源消费数量比例变化的第一种成因，就是收入效应，即随着牧民收入水平的提升，各种能源由于在价格、使用便利性、室内空气污染等差异，导致牧民对其偏好程度不同。

借鉴经济学中收入变化与需求变化之间的关系，即能源的收入弹性系数，不同能源产品也可以被分成必需能源消费品、劣质能源消费品、奢侈能源消费品[2]。能源商品的收入弹性表达式，如下所示：

式中：

e_必需代表家庭必需能源消费商品，其收入弹性介于0～1，表示牧民对此种能源的消费数量会随着收入增长而增加，但是能源消费增长的速度没有收入快。e_劣质代表家庭劣质能源消费商品，其收入弹性为负数，表示牧民对此种能源的消费数量会随着收入增长反而减少。e_奢侈代表家庭奢侈能源消费商品，其收入弹性大于1，表示牧民对此种能源的消费数量会随着收入增长而增加，并且增长的速度比收入快。

因此，随着牧民家庭收入水平的持续增长，会对能源消费结构产生收入效应，即牧民倾向于减少对劣质能源的消费数量、增加对必需能源消费商品的消费、快速增加对奢侈能源消费商品的消费。

以中国整体数据为例，中国过去10年的变化，充分说明了各种能源对居民需求急迫程度的重要性，利用式3-5计算中国城镇居民和农村居民的生活能源消费中，煤炭、电力、油品和天然气的收入弹性，计算结果见表3-4。

2002～2012年，中国城镇居民各种能源随着收入增长出现了不同的变化，甚至相反的变化。其中，煤炭人均消费随着城镇居民人均可支配收入增长，消费数量反而下降，收入弹性为负数-0.2901；对于此时期内的城镇居民来讲，是典型的劣质品。这与近年来，城镇居民中越来越少的人使用蜂窝煤、煤球的现象相吻合。而油和电的消费数量是随着城镇居民人均可支配收入的增长而增加，但增长程度要少于收入的增长程度，收入弹性分别为0.2581和0.4481；因此对于城镇居民来讲，油和电是他们生活中的必需品或正常商品。天然气的消费数量是随着城镇居民人均可支配收入的增长而增加，并且增长程度要快于收入增长，收入弹性大于1，达到1.1756；天然气是他们生活中的奢侈性能源商品。

同样，对于农村居民，各种能源商品也具有不同的收入弹性，甚至表现出与城镇居民不同的情形。2002～2012年，中国农村居民生活能源各种类型的收入弹性，如表3-5所示。

2002～2012年，中国农村居民各种能源随着收入增长出现了不同的变化。其中，煤炭人均消费随着城镇居民人均可支配收入增长，消费数量也同时增加，收入弹性为0～1；对于此时期内的农村居民来讲，是典型的正常品或必需品。这与近年来，农村居民中越来越多的人用煤炭来进行冬季取暖的现象相吻合。而油和电的消费数量是随着农村居民人均可支配收入的增长而增加，并且增长程度要快于收入增长，收入弹性大于1，分别达到1.8388和1.3157。对于天然气的收入弹性计算时，由于2002年统计资料给出的天然气消费数量为0，因此直接计算其收入弹性会趋向于正无穷大，显然这个数值是大于1的。因此，对于此时期的农村居民来讲，油、气、电等能源都是奢侈能源消费商品。

在农村，劣质能源也较为普遍，其中最为典型的是秸秆，尤其是南方的稻草。随着居民收入的不断增长，使用稻草的数量不断下降，逐渐被煤炭、油和电所替代。

可见，同一种能源，在同一时期对于不同群体可能具有不同的收入弹性，进而对不同群体具有不同的正常品、劣质品或奢侈品性质。

因此，即使各种能源相对价格水平保持不变，但是随着收入增长，牧民会更倾向于利用某些品种的能源或者保持适度增加消费，但有一些品种能源却反而减少消费。正是这种消费数量增长的不同方向、不同增长速度，导致各种能源消费数量的比例变化，进而导致牧民生活能源消费的能量结构变化。当某一或某些品种的能源消费数量为0时，此时牧民生活能耗消费的品种结构也就完全改变了。例如2002～2012年，中国农村地区，随着居民收入水平的持续提高，天然气成为农牧民新增加的消费品种；城镇地区，随着收入水平的提高，薪柴、牛羊粪则可能完全不再被消费。这些变化就是由能源结构变化所带来的品种结构变化。

（二）生活能源结构的替代效应模型

生活能源结构的变化，除了受农牧民收入水平增长，出现收入效应的情形外；还可能面临来自价格方面引发的替代效应的影响。

由于各种能源之间存在功能上的替代性，因此如果A类能源的绝对价格变化，会引发它与其替代性能源品种间相对价格的变化，进而出现各种能源消费数量的增长或减少、增长的不同程度，从而出现生活能源消费的能量结构变化，甚至品种结构变化。

农牧民在生活能源消费过程中会经历两个阶段，并完成两种权衡或选择。第一次选择是能源与非能源商品间的权衡，其面临的收入约束是家庭收入，其选择的决策方式如前面式3-2所示。选择结果是农牧民决定在能源消费上支出多少钱，例如λ_能源。第二次选择是在不同能源品种之间的权衡，因为各种能源之间存在的替代性，使得它们为满足同样用能目的，都可以相互替代。但是不同能源之间，又可能不是完全替代，因为各种能源除了价格差异之外，还可能存在着其他非价格差异，尤其是使用便利性、燃料清洁性等。

农牧民在进行第二次选择时，面临的收入约束不再是全部收入，而仅仅是收入中的一部分，即λ_能源；此时农牧民的能源消费决策方式，如式3-6所示：

式中：

Q_i代表家庭对第i种能源的消费量，U_e代表家庭从能源消费中得到的效用，P_i代表第i种生活能源的价格，λ_能源代表家庭可用于能源消费的支出数量，Q_生存代表居民为了维持生命所需要的最低能源数量。

按照式3-6进行能源消费决策时，当一种能源A的价格发生变化时，其决策结果或均衡结果会产生两个方面的影响：第一，农牧民的实际收入水平发生变化，就如同通货膨胀会降低实际收入水平一样；第二，不同种类的能源商品的相对价格发生变化。

因此，一种能源A价格变动所引发的此种能源消费量变动的总影响，可以分为收入影响和替代影响两个部分，即总影响＝收入影响+替代影响。其中，收入影响是指由于能源A的绝对价格变动所引发的实际收入水平变化，进而由受影响后的实际收入水平所引发的能源A消费量的变化。替代影响是指由于能源A的绝对价格变动所引发的各能源相对价格的变化，进而由受影响后的相对价格水平所引发的能源A消费量的变化。其中，收入影响会带来农牧民从能源消费中获取的效用水平，而替代影响则不会改变农牧民从能源消费中获取的效用水平。

现以两种能源为例，解析生活能源结构的替代效应模型，如图3-2所示。

能源x和能源y有替代关系，都能满足农牧民生活用能目的，并受一定数量的能源消费支出预算的限制。能源x的价格现在发生变动，从低价格p低_x变动到更高的价格水平p高_x；而能源y的价格保持不变。能源x的价格变动前时的消费均衡点是a点，能源x的消费量为qa_x。当能源x的价格上涨后，农牧民的预算约束线会从mn绕m点下移到mn′，并得到新的消费均衡点c，此时能源x的消费量降低为qc_x。ll′是与mn′平行，且与价格变动前的能源消费效应曲线u₁相切的补偿预算线，切点为b点。

从而，能源x从低价格p低_x变动到更高的价格水平p高_x时，引发的对能源x消费量的影响，如式3-7所示：

因此，能源x的价格上涨时，在收入影响作用下其消费数量会下降，而且在替代影响作用下其消费数量也会下降，从而导致其总消费也会下降[3]。

与此同时，尽管能源y的绝对价格没有变，但是受能源x价格变动的影响，其均衡消费数量也会相应地变化，如图3-3所示。

由于能源x的价格上涨，因此相对来讲，能源y的相对价格就会下降些；从而能源y的均衡消费数量会从qa_y增长到qc_y，增长数量为（qc_y-qa_y）。

随着能源x和能源y消费数量的不同变化，从而引致农牧民生活能源消费结构的变化，这种变化就是由于能源价格变动所引发的生活能源消费结构的替代效应，如式3-8所示：

正是在生活能源消费过程中存在的收入效应和替代效应的两种影响，使得农牧民生活能源消费的能量结构、支出结构和品种结构，出现不断演进。这种演进过程，国内外表现出不断优化升级的共同特点，这种特点被能源经济学学者们总结为“能源阶梯”（energy ladder）。

电力是众多能源消费品种之一，但是它却表征着一个区域或一个家庭能源消费的层次和阶段。通常，一个家庭在生活能源消费方面会经历一个由传统生物能源为主向电力消费为主的阶段演进，这个演进如同一个梯子[4]。因此，国内外学者用能源阶梯来描述这种演进变化趋势，如图3-4所示。

电力能源并不是直接替代生物质能，从传统和基本的能源服务向现代和高级的能源服务转变也不是一步到位。能源阶梯的演进路径主要受到能源可得性、能源是否被购买得起、消费习惯等因素的影响。现实生活中，存在即使家庭有钱购买得起某种能源，但是人们却仍持续使用传统生物质能的情形，尤其是当传统生物质能容易取得且近乎于免费时。

低收入家庭偏好使用生物质能来做饭和取暖。随着收入的增长，电力和现代能源开始用于照明、家用电器、水泵和通信，但是电力和现代能源的替代却并未显著地出现于炊事和取暖领域。只有收入继续增加到一定程度，生物质能才会被完全替代。