随着经济快速发展,环境污染问题日益受到广泛关注,全球正面临着能源资源短缺和能源浪费等问题。因此,节约能源、减少污染性气体排放逐渐成为全球各个国家重点关注的世界性问题。中国作为最大的能源消费国和碳排放国,承担着相当一部分的节能减排和改善环境的任务。目前我国能源发展中存在的主要问题包括能源短缺、温室气体过量排放和环境污染等。而造成这种现状的根本原因是能源效率不高和能源结构不合理,其中工业作为我国最大的能源消费部门,在提高我国能源效率和改善能源结构上起着至关重要的作用。因此针对工业行业的能源替代问题进行研究具有重要意义,一方面从供给侧通过提高清洁能源消费占比改善能源结构,另一方面从需求侧通过增加节能资本投资提高能源效率。本文采用中国工业行业能源与非能源和能源间替代弹性的两阶段超越对数成本函数,并增加了动态调整机制,估算我国1995-2015年工业总体和35个行业的能源替代弹性,并针对不同行业提供不同的能源替代建议。由于替代弹性仅针对过去的数据进行估算,缺少对未来能源发展方向的判读和预计。因此本文采用情景分析法对替代弹性进行预测分析,设定了基准情景和新常态情景,根据当前政策和我国未来能源发展目标的能源发展路径图对未来能源结构和能源消费量做出估计,并以此作为指标建立面板模型。利用超越对数成本函数动态调整机制对面板模型进行回归,计算2020年、2030年和2050年在两种情境下的能源替代弹性,从而估算未来工业行业能源替代的潜力,并对未来能源发展策略和方向提供政策性建议,从而从根本上缓解能源短缺和温室效应,减少空气污染物排放。通过研究主要得到以下结论:第一,对于工业总体,能源与资本和劳动力均呈现替代关系,其中资本与能源的替代主要取决于资本投资于节能设备还是耗能设备,当投资于节能设备时,资本与能源替代;当投资于高耗能设备时,资本与能源互补。劳动力与能源整体来看替代弹性不足,其中劳动力密集型行业有较大潜力使用劳动力替代能源,但受到我国即将到来的人口老龄化限制,长期来看不建议使用劳动力替代能源。第二,能源间均呈现替代关系,这一发现对我国使用清洁能源替代煤炭具有重要意义。研究结果表明,使用电力替代煤炭是一种较好的能源替代策略,并且对于对煤炭不具有刚性需求的行业,煤炭和电力间的替代弹性也较大。使用石油替代煤炭存在国际油价和我国石油储量的限制,但短期可以推广,未来的方向仍是加大力度推广可再生能源替代煤炭和石油。第三,使用情景分析法对我国工业替代效应进行预测,结果表明未来能源与非能源两情景下替代弹性差异不大,而能源间替代弹性差异很大。在新常态情境下,到2050年能源间替代弹性会明显减小,这主要是由于能源结构已经实现优化,因此2050年的能源需求主要来自刚性需求,能源间可替代的空间有限。根据预测结果,在两情景下我们都需要加大资本对能源的替代,在新常态情境中,清洁能源对煤炭的替代会在很大程度上得以实现。本文创新点:第一,研究了工业分行业的能源与非能源及能源间替代弹性,有助于针对不同行业制定不同的节能减排措施。对能源替代进行两阶段估计,增加了动态修正机制,既考虑了能源与非能源和能源间替代弹性的反馈作用,也考虑了资本变化的时滞性。第二,本文采用情景分析法,设定基准情景和新常态情景,对我国工业部门能源替代效应进行预测分析,不仅考虑了过去能源替代的演变特征,还针对未来的能源发展目标提供了可量化的建议。