中国可再生能源发电对火力发电技术替代
的实证研究——基于LVC 模型#
赵新刚，刘平阔，刘璐，王婕妤*
基金项目：教育部博士学科点基金项目“基于动态竞争战略理论的企业战略范式的转型与定型研究”
（20070079016）
作者简介：赵新刚，(1971-)，男，副教授，研究方向:产业经济，能源经济。 E-mail: rainman319@sina.com
5 （华北电力大学经济与管理学院，北京 102206）
摘要：选取1994—2010 年我国可再生能源发电和火力发电的时间序列数据，基于Lotka–
Volterra 模型，并利用参数的灰色估计方法，实证研究了可再生能源发电技术和火力发电
技术之间的替代关系。结果显示：火力发电技术与可再生能源发电技术具有互相促进作用，
体现为两类发电技术的装机容量同向变动，两者间的长期作用表现为产生互惠效果；从现有
10 技术水平的角度分析，当火力发电技术占主导地位时，在未来的一段时期内，可再生能源发
电技术并不会取而代之。
关键词：能源技术；能源发电；可再生能源；技术替代；发电技术
 0 引言
国际能源机构（IEA）的数据显示，2010 年中国已经超过美国成为世界第一大能源消费
国，并且已成为世界第一大CO2 排放国。经初步核算，2010 年中国全年能源消费总量达32.5
35 亿吨标准煤，比2009 年增长5.9%。其中，煤炭消耗量在20.8～22.75 亿吨标煤之间，约占
能源消耗总量的70%，煤炭消费量增长了5.3%；原油消耗量为4.345 亿吨，约占能源消耗
总量的19.1%，原油消费量增长了12.9%；天然气消耗量达1070 亿立方米，天然气消费量
增长了18.2%。与此同时，2010 年中国的温室气体排放量占世界温室气体排放总量的22.3%。
虽然中国全国万元人民币国内生产总值能耗下降了4.01%，但是中国的人均CO2 排放量仍达
40 到5.8 吨。
当前中国经济社会发展进入关键阶段。一方面，国内的经济、能源形势要求中国必须走
 一条控制能源消耗的可持续发展道路。“十二五”规划纲要草案提出，到2015 年末应将我
国能源消费总量控制在40 亿吨标准煤左右。然而，2010 年我国能源消费总量为32 亿吨标
准煤。这意味着，相较于7%的GDP 增速目标，我国能源消费年均增长速度应为4.24%。“十
45 二五”规划还特别强调了单位GDP 能源消耗降低约16%的发展目标。尽管近年来我国能源
强度始终呈下降趋势，但能源消费量的快速增长致使能源强度下降速度减缓，“十一五”末
期的能源强度比“十五”末期仅降低了20%。因此，在加大减排力度的同时，实现能源强
度下降16%的目标并非易事。另一方面，与世界发达国家相比，我国能源利用效率还比较
低。根据2009 年国家统计局公布的相关数据，我国单位GDP 能源消耗是世界平均水平的
50 3.2 倍，是美国、欧盟、日本和印度消耗水平的3.4 倍、5.6 倍、9.9 倍和1.3 倍，可见我国的
能源效率水平仍较低。
我国开发、利用可再生能源，不仅是保护环境、应对气候变化的重要措施，而且是建设
社会主义新农村的重要措施，更是开拓新的经济增长领域、促进经济转型、扩大就业的重要
选择。“十二五”期间，可再生能源部分的规划目标是比重占全部能源消费总量的9.5%以
55 上。根据我国中长期能源规划，2020 年前，我国基本上可以依赖常规能源满足国民经济发
展和人民生活水平提高的能源需要，届时可再生能源的战略地位将日益突出，可再生能源应
能提供数亿吨标准煤乃至十多亿吨标准煤的能源，实现到2020 年可再生能源消费量达到能
源消费总量的15%的目标。2005 年2 月28 日，第十届全国人民代表大会常务委员会第十四
次会议通过了《中华人民共和国可再生能源法》（以下简称为《可再生能源法》）；2006
60 年1 月1 日，《可再生能源法》开始施行；2009 年底，第十一届全国人民代表大会常务委
员会第十二次会议通过了《关于修改<可再生能源法>的决定》；修改后的《可再生能源法》
于2010 年4 月1 日开始实施。中国发展可再生能源的战略目的是：最大限度地提高能源供
给能力，改善能源结构，实现能源多样化，切实保障能源供应的安全。为达到这一目的，中
国必须推进可再生能源发电的开发和利用，以替代化石能源发电。
65 1 文献综述
国外学者对技术替代问题的研究始于20 世纪60 年代，但由于研究对象为单一技术，所
以对技术替代问题的研究止步于单一技术的创新扩散。Fourt、Woodlock、Mansfield、Rogers、
Chow 及Bass 等均对创新扩散进行了研究，创新扩散被应用于产品开发、推广、营销以及市
场预测等方面[1]。前人的研究多集中于描述没有竞争替代品的单一创新产品扩散，但现实市
70 场中却存在多种创新产品。Mahajan、Sharma 和Buzzel 等对Bass 模型进行了扩展，建立了
MSB 模型，研究了新进入市场的参与者在进入市场后的市场竞争动态规律。但是Krishnan、
Bass 和Kumar 认为，MSB 模型没有考虑不同创新技术之间的相互影响，因此提出了一个考
虑了不同创新技术之间相互影响作用的多创新竞争模型[2]。
国内学者对技术替代问题的研究多集中于新产品扩散、生命周期产品的需求预测、金融
75 市场竞争性分析和行业发展机理等方面。例如：姬长虹等基于改进的Bass 模型，利用同类
产品的历史销售数据进行模型参数估计，并将估计结果用于新产品的市场预测[3]；古继宝等
利用Gompertz 模型对中国民用汽车保有量和拐点进行了预测，结果表明Gompertz 模型能很
好地拟合中国民用汽车的发展趋势，大部分省市的汽车保有量将在2015—2020 年之间达到
拐点[4]；熊熊等应用Lotka-Volterra 竞争模型（Lotka-Volterra competition model，LVC model），
80 使用新加坡的摩根台指期货与我国台湾的台股指数期货的交易量数据，对新加坡的摩根台指
期货与我国台湾的台股指数期货的竞争关系进行了实证分析，结果表明，在金融期货推出的
 初期，两市场更容易互惠，随着合约竞争力和市场容量的持续改变，竞争关系不断发生变化
[5]；卞曰瑭等从生产性服务业与先进制造业之间的内在关系入手，建立了Lotka-Volterra 生
态模型，讨论了合作竞争模式下均衡解的存在及均衡条件，研究结果表明，生产性服务业与
85 先进制造业在竞争合作关系的演变过程中实现相互间的产业引导、产业延伸和产业孵化等演
变效应[6]。
一些学者利用LVC 模型来模拟竞争性技术。Farrell 利用LVC 方程模拟了四组技术替代，
并总结出一个基于实验数据得到LVC 模型参数的方法。Modis 使用广义形式的LVC 模型模
拟了6 种技术之间的相互作用——竞争、捕食、互助共生、共栖、共栖不相容和中立，并给
90 出了技术之间动态转移的互动因子，提出了在市场中获得优势的互动操纵方法。Pistorius 和
Utterback 利用LVC 方程模拟了技术互动的三种模式——纯竞争、共生和捕食，通过改变两
个竞争对手的LVC 方程的竞争系数，得到在纯粹的竞争情况下两者的该系数均为正，在共
生的竞争情况下该系数均为负，在捕食的竞争情况下两者的该系数迹象相反的结论；他们还
模拟了技术互动的振荡行为，并利用LVC 方程研究经济系统中的可能性混沌行为[1-8]。Porter
95 等深入研究了LVC 方程，讨论了模型参数的物理意义，指出针对许多类型的限制行为（如
线性、指数、logistic 和Gompertz）可通过设定不同的参数值来建立不同的模型[1-2]。Mats
Gyllenberg 等的研究表明，在三维Lotka-Volterra 竞争系统中，即使三个品种都不能抗拒入
侵竞争者，但周期性的共存关系确实存在；在系统不按一般技术周期轨道发展的情况下，新
的适合条件会根据参数而给定，而这些条件意味着如果正平衡存在，则它将使全局渐近稳定
100 [1-8]。Teresa Faria 给出了一个n 维非自治Lotka-Volterra 系统平衡的全局吸引性标准，针对一
个自治Lotka-Volterra 系统，提供了独立于延迟功能而进行选择的全局渐近稳定性的充要条
件；正平衡点的全局吸引性，不仅是通过瞬时负反馈的对角占优特征而建立的，而且是所有
正解的有界辅助结果的体现[2]。Teresa Faria 推广已有结果，并通过研究离散时滞问题对模型
进行了改进。
105 通过文献回顾，笔者认为，针对能源市场的技术替代问题所开展的研究相对较少。在市
场竞争中，技术之间的关系有可能随着时间的推移而发生改变，LVC 模型的作用就是研究
创新扩散过程中能源市场中的两种创新之间的作用模式，以展示该竞争随时间变化的规律。
2 研究方法
LVC 模型的构建基于一个平衡系统。利用LVC 模型进行研究的思路是：设定主导技术
110 处于市场饱和状态，少数具有竞争优势的竞争技术被引入系统，因此需要进行技术竞争分析；
在确定了竞争关系后，分析LVC 中两种技术的替代行为，确定系统中主导技术在平衡状态
下是否能被入侵的竞争技术所取代。所以，LVC 模型可用以分析、描述入侵的竞争技术所
增加的S 型曲线（左不对称表现、数理逻辑表现、e2-1 渐近线的右不对称表现和γ渐近线的
右不对称表现），并研究这一竞争技术替代原技术的可能性及替代形式。
115 对于存在两个竞争对手的系统，LVC 模型的数学表达式包括两个独立的非线性微分方
程，用Bazykin 表示法可表示为：
1 11( )
1 1 2 2
1
dx a x K x x
dt K
= − −α ； （1）
2 2 2( )
2 2 11
2
dx a x K x x
dt K
= − −α 。 （2）
 式（1）和式（2）中： 1 x 和2 x 分别为技术1 和技术2 的市场规模类指标，即产品销售
120 率或市场份额； a1 和a2 分别表示在不存在任何竞争的情况下，技术1 和技术2 的自然增长
率； 1 K 和2 K 分别表示在无竞争的状态下技术1 和技术2 的均衡技术总量，即不受其他产业
要素或市场环境限制的产业成长的极限规模； 1
α
和2 α 分别为技术1 和技术2 作为竞争者的
相关系数。
再定义：
1 125 τ = a t ； （3）
2
1
a
a
γ = ； （4）
1
1
1
u x
K
= ； （5）
2
2
2
u x
K
= ； （6）
1 1
1
2
K
K
α
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