可耗尽资源的优化配置
当有限的可耗尽资源变得稀缺时，社会应该如何应对？我们是否可以期待自我调节的反馈机制会促进向可持续稳定状态的平滑过渡？还是更应该担心自我强化的反馈机制会导致系统超出资源基础，甚至引发社会崩溃？
这些问题在当今中国的经济发展中具有重要意义。以煤炭资源为例，中国作为世界最大的煤炭生产国和消费国，如何在保障能源安全的同时实现向清洁能源的转型，正是这一理论在现实中的重要体现。再比如稀土资源，中国拥有全球约40%的稀土储量，如何合理开发利用这一战略性资源，既满足当前经济发展需要，又为未来的高科技产业发展保留充足空间，需要我们深入理解资源配置的经济学原理。
我们通过研究基于效率和利润最大化的决策机制来寻求这些问题的答案。效率驱动和利润最大化的决策会产生什么样的反馈机制？它们是否兼容于平滑过渡，还是更可能产生超调和崩溃？
本文将建立一个实用的资源分类体系，分析可耗尽资源在时间维度上的有效配置，并探讨市场机制能否实现这种有效配置。
资源分类体系
基础分类概念
在分析可耗尽资源配置之前，我们需要建立一个清晰的资源分类体系。资源分类使用三个核心概念：当前储量、潜在储量和资源禀赋。
中国自然资源部承担着全国资源基础统计的官方职责，采用的分类体系具有经济和地质两个维度。从上到下代表从低开采成本向高开采成本的变化，从左到右代表地质确定性的递减。
当前储量是指在当前价格水平下能够盈利开采的已知资源。这个数值可以用具体数字表示。以中国的石油资源为例，根据最新数据，中国石油剩余技术可采储量约为38亿吨，这就属于当前储量的范畴。
潜在储量更准确地说是一个函数而非固定数值。潜在储量的规模取决于人们愿意支付的价格——价格越高，潜在储量越大。更高的价格不仅会促使采用更昂贵的方法从传统来源回收更多资源（如页岩油开采技术），还会推动从以前未开发的来源提取资源（如海底石油开采）。
资源禀赋代表资源在地球地壳中的自然分布。由于价格与资源禀赋的规模无关，这是一个地质学概念而非经济学概念。这个概念很重要，因为它代表了陆地资源可获得性的上限。
混淆这三个概念的区别会导致严重的分析错误。一个常见错误是将当前储量数据当作最大潜在储量使用，这会严重低估资源耗尽的时间。另一个错误是假设整个资源禀赋都能以人们愿意支付的价格转化为潜在储量。
资源类型详细分类
以中国的铜资源为例，中国是世界最大的铜消费国，年消费量占全球50%以上。虽然中国铜矿储量相对有限，但通过发展完善的铜回收产业，2023年中国再生铜产量达到325万吨，约占总铜供应量的30%。这说明回收机制确实可以有效延长可耗尽资源的经济寿命。
对于不可回收的化石燃料，中国近年来大力发展新能源，正是认识到了这类资源的不可逆性。2023年中国可再生能源发电装机容量已超过13.6亿千瓦，占全国发电总装机容量的一半以上，体现了从可耗尽资源向可再生资源的战略性转型。
有效的跨期配置理论
动态效率的核心概念
动态效率是判断可耗尽和可再生资源管理充分性的核心标准。动态效率标准假设社会的目标是最大化来自资源的净效益现值。
对于可耗尽、不可回收资源，这需要平衡当前和后续的资源使用。为了理解动态效率标准如何定义这种平衡，让我们从简单的两期模型开始分析。
两期模型重构
假设某种有限资源能够以固定边际成本开采，在稳定的需求曲线下，有效配置意味着超过一半的资源被分配给第一期，少于一半分配给第二期。
资源在两期间的分配受到开采边际成本、边际用户成本和贴现率的影响。
边际用户成本是允许跨期平衡发生的机会成本度量。它反映了当前消费一单位资源所放弃的未来净效益。
在两期模型中，虽然开采边际成本保持不变，但边际用户成本的价值会随时间上升。当需求曲线随时间稳定且开采边际成本恒定时，边际用户成本当前价值的增长率等于贴现率r。
多期恒定成本情况
让我们将这个分析扩展到更长的时间范围。以下图表展示了在恒定边际开采成本情况下的有效配置路径：
从图中可以观察到几个重要趋势：
首先，如同两期情况，有效边际用户成本稳定上升，尽管边际开采成本保持不变。这种边际用户成本的上升反映了日益增长的稀缺性，以及随着剩余存量减少而上升的当前消费机会成本。
其次，响应这些随时间上升的成本，开采量随时间递减，直到最终降为零。这发生在总边际成本达到最高支付意愿（8美元）的精确时刻。此时，总边际成本等于最高支付意愿，供给和需求同时等于零。
向可再生替代品的转换
现在考虑当存在可再生替代资源时的有效配置。假设存在一个完全替代品，以每单位6元的恒定成本无限供应（这可以代表太阳能或风能发电的情况）。
以中国的能源转型为例：中国政府提出2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。这实际上就是一个从化石燃料向可再生能源转换的过程。截至2023年底，中国风电、光伏发电累计装机分别达到4.4亿千瓦和6.1亿千瓦，为实现这一转换提供了现实基础。
在这种情况下，转换再次是平滑的。单位时间开采量逐渐减少，随着边际用户成本上升，直到转换到替代品。由于可再生资源的存在，可耗尽资源在早期会被更多开采，因此会比没有可再生资源替代的情况下更早耗尽。在此例中，转换发生在第六期，而在之前的例子中，最后的单位在第八期末才耗尽。
当替代品可用时，为未来保存部分可耗尽资源的需求确实不那么紧迫（换句话说，机会成本已经下降）。
开采成本递增的情况
边际开采成本上升的现实性
在现实中，随着累积开采量增加，开采边际成本通常会上升。这在矿物开采中很常见，高品位矿石先被开采，随后越来越依赖低品位矿石。
中国的煤炭开采就是一个典型例子。早期开采的是露天煤矿和浅层优质煤炭，开采成本相对较低。随着这些资源的逐渐枯竭，现在需要开采更深层的煤炭，甚至是条件更为复杂的地区，如新疆、内蒙古等偏远地区的煤炭资源，开采成本显著提高。
这种情况与恒定成本情况的最重要区别在于边际用户成本的行为。在递增成本情况下，边际用户成本随时间递减，直到转换到可再生资源时降为零。
这是因为边际用户成本是反映未来边际净效益损失的机会成本。与恒定边际成本情况不同，在递增边际成本情况下，现在开采的每一单位都会提高未来开采的成本。因此，随着当前边际成本随时间上升，未来一代如果为他们保存一单位资源所获得的净效益会越来越小。
递增成本情况与恒定成本情况的另一个重要区别是：在恒定成本情况下，可耗尽资源储量最终完全耗尽；而在递增成本情况下，储量不会耗尽，一些资源留在地下，因为开采成本超过了替代品成本。
勘探和技术进步的影响
勘探活动的经济学
使用可耗尽资源消费随时间增加的历史模式来断定资源配置无效率是不成立的。我们的模型还未考虑人口和收入增长的作用（这可能导致消费随时间上升），也未考虑新资源勘探或技术进步等历史上的重要因素。
新资源的搜寻是昂贵的。随着容易发现的资源枯竭，搜寻会在回报较低的环境中进行，如海底或地球深处。这表明勘探的边际成本（即寻找资源额外单位的边际成本）随时间上升，正如开采边际成本一样。
中国在深海石油勘探方面的经验很好地说明了这一点。早期的石油勘探主要集中在陆上相对容易开采的油田，如大庆、胜利等油田。随着陆上油田产量的递减，中国开始大力发展海上石油勘探，在渤海、东海、南海等海域进行深水勘探。中海油的"深海一号"项目就是在南海1500米深的海底进行开采，成本比早期陆上油田高出数倍。
技术进步的作用
技术进步是指知识状态的进步，使我们能够扩展可行可能性的集合。核能的利用、水平钻井和水力压裂技术都是明显的例子。
例如，中国的页岩气开发，这是技术进步如何改变资源可获得性的典型案例。中国页岩气资源理论储量约为134.42万亿立方米，但由于地质条件复杂，早期开采成本极高。通过引进和创新水力压裂、水平钻井等技术，中国页岩气产量从2012年的0.25亿立方米增长到2023年的260亿立方米，大大扩展了可开采的资源基础。
最普遍的技术进步效应涉及开采成本的连续下降。如果技术进步的成本降低效应变得如此强大，以至于尽管越来越依赖劣质矿石，边际开采成本仍然下降，总边际成本实际上可能随时间下降。虽然对于有限数量的资源，总边际成本的下降是暂时的（因为最终它必须上升），但这个过渡期可以持续很长时间。
可耗尽资源的市场配置
适当的产权结构
认为即使完善的市场也永远无法实现可耗尽资源有效配置的最常见误解基于这样的观点：生产者希望尽可能快地开采和销售资源，因为这是他们从资源中获得价值的方式。这种误解使人们认为市场是短视的，不关心未来。
只要管理自然资源的产权具有排他性、可转让性和可执行性的特征，买卖这些资源的市场不一定会导致短视选择，因为短视会降低利润。
以中国的稀土资源管理为例，早期由于产权不明确、监管不到位，出现了过度开采、价格恶性竞争的问题，导致“稀土卖了土豆价”的现象。自2011年以来，中国建立了稀土开采总量控制制度，明确了开采权限，加强了环境监管，稀土价格逐步回归合理水平，实现了更好的跨期配置。
地下资源对其所有者有两个潜在的价值来源：(1) 销售时的使用价值（只有那些诊断不可避免的短视者才考虑的来源）和 (2) 留在地下时的资产价值。只要资源价格继续上涨，地下资源就变得更有价值。然而，只有当资源为以后销售而保存时，所有者才能获得这种资本收益。
环境成本的影响
并非所有实际情况都满足这种和谐结果的必要条件。当自然资源开采对社会造成环境成本而生产者未内化时，产权结构可能未得到很好定义的最重要情况之一就会出现。
露天开采的美学成本、与铀尾矿相关的健康风险以及矿山作业向河流渗漏的酸都是相关环境成本的例子。中国在这方面有深刻的经验教训。
在山西省的煤炭开采中，过去几十年的大规模开采带来了严重的环境问题：地面塌陷、水资源污染、空气质量恶化等。这些环境成本最初并未被开采企业完全承担，导致了过度开采。近年来，通过征收环境保护税、建立生态补偿机制、强化环境监管等措施，逐步将环境成本内化，推动了更加可持续的开采模式。
包含环境成本对转换点时机的影响特别有趣，因为它涉及两种在相反方向起作用的不同效应。在需求方面，包含环境成本导致价格上涨，这往往抑制需求。这降低了资源的消费率，在其他条件不变的情况下，会使资源持续更长时间。
然而，其他条件并非不变。更高的边际成本也意味着在有效配置中，可耗尽资源的累积开采量会更小。这种供给方效应往往加速转换到可再生资源的时间。
绿色悖论现象
近年来的研究发现了一个有趣的现象——“绿色悖论”。当污染税或促进非污染技术的补贴实施时，在某些条件下，这些旨在减少排放的需求减少政策实际上可能引发价格效应，从而实际降低经济福利。
绿色悖论的基本逻辑是：随时间递增且增长率超过利率的碳税改变了当前和未来销售之间的相对价格，增加了早期开采的相对盈利能力。这可能导致更多的早期开采，虽然累积排放可能更少，但早期损害的现值可能更大。
中国在碳交易机制的设计中需要特别注意这个问题。全国碳排放权交易市场于2021年正式启动，覆盖电力行业，计划逐步扩展到其他行业。在设计碳价格路径时，需要避免过于陡峭的价格上升轨迹，以免引发绿色悖论效应。
总结
可耗尽和可再生资源的有效开采轮廓取决于具体情况。当资源能够以恒定边际成本开采时，可耗尽资源的有效开采量随时间递减。如果没有替代品可用，开采量平滑下降到零；如果有可再生恒定成本替代品可用，可耗尽资源的开采量将平滑下降到可再生资源可提供的数量。
边际开采成本递增资源的有效配置在开采量随时间递减方面类似，但在边际用户成本行为和累积开采量方面有所不同。当边际开采成本恒定时，边际用户成本通常随时间上升；当边际开采成本上升时，边际用户成本随时间递减。
将技术进步和勘探活动引入模型往往会延迟向可再生资源的转换。勘探扩大了当前储量的规模，而技术进步防止边际开采成本上升得太快。
当产权结构得到适当定义时，可耗尽资源的市场配置可以是有效的。然而，当资源开采施加了未内化的外部环境成本时，市场配置通常不会有效。
在有效的市场配置中，从可耗尽到可再生资源的转换是平滑的，不会表现出超调和崩溃的特征。中国在推进能源转型、实现“双碳”目标的过程中，正在实践这些理论原理，通过市场机制和政府调节相结合的方式，努力实现资源的跨期优化配置。
这些原理不仅适用于能源资源，也适用于矿物、土地、水资源等各类资源的管理。理解这些原理有助于我们制定更加科学合理的资源政策，实现经济发展与环境保护的平衡。