能源作为人类赖以生存的重要物质基础,对促进社会发展有着非常重要的作用。我国依靠化石能源的大量投入,支撑了经济的高速增长,但也带来了严重的污染问题。能源短缺和环境污染是我国经济发展过程中急需解决的重要课题。新能源替代可以有效解决化石能源消费带来的环境外部性和代际外部性问题,是实现能源可持续发展的重要途径。本文旨在解决新能源替代下化石能源的跨期优化配置问题,重点理清新能源替代对化石能源跨期配置路径的影响机理。首先,对化石能源和新能源消费现状和趋势进行了梳理。能源消费革命背景下,新能源消费占比将不断提高,而化石能源消费速度放缓,煤炭资源消费占比将会继续走低。分数阶灰色预测结果显示,到2027年我国煤炭消费占比将会降低到50%以下。新能源对经济增长的贡献率已经超过了化石能源,但是能源利用效率有降低趋势。借助改进的BASS模型得到我国能源消费峰值约为57.15亿吨标准煤,并且能源消费结构优化对化石能源消费总量还未形成直接的抑制作用。其次,从微观角度研究了新能源替代对化石能源开采路径的影响。考虑的因素有新能源价格、贴现率、新能源替代规模以及新能源技术水平。(1)利用动态最优化方法在新能源替代和环境约束的条件下得到了化石能源的最优开采路径,结果显示,环境外部性和稀缺性促使化石能源价格上涨,逼近新能源价格后被完全替代。(2)借助博弈分析方法构建了一个存在新能源替代的化石能源多主体开采模型。分析了新能源替代规模、开采成本、跟随企业数量对均衡状态的影响。结果发现存在一个最优的开采结构,能够最大化跟随企业平均收益,并且新能源替代对企业收益的影响程度小于成本因素和开采结构因素。(3)新能源替代使得化石能源开采贴现率呈现不确定性。借助于随机最优化方法,讨论了贴现率不确定性对开采路径的影响,发现贴现率不确定性降低了化石能源价格期望变化率,但从价资源税不受其影响。(4)通过随机优化方法,研究了化石能源向新能源转换问题。结果发现,化石能源储量不确定性和新能源技术进步不确定性会影响化石能源的开采路径。在能源替代节点处,储量的不确定性程度和替代成本越高,替代节点越晚出现。资源税和新能源技术水平越高,替代节点越早出现。然后,从宏观经济增长角度出发,探讨了新能源替代对化石能源耗竭路径及经济增长路径的影响。借助于两阶段动态最优化原理,构建了由化石能源和新能源支撑的两阶段经济增长模型,给出了两个阶段经济增长和能源消费的变化路径,对比了两个阶段的经济增长速度和污染变化率,并讨论了相关参数对替代节点的影响以及替代节点处经济增长路径表现出来的特征。结果显示两阶段的经济都可以持续增长,经济增长路径在能源替代节点处存在“跳跃”现象。技术进步率、污染治理水平及产出的污染弹性等因素对替代节点影响显著。最后,进行实证检验。通过协整分析、时间序列回归等方法,讨论了新能源替代、经济增长、环境规制、能源技术进步等因素对化石能源消费的影响,并对化石能源消费峰值和煤炭资源节能减排潜力进行了预测。研究发现环境规制可以较好的控制化石能源的消费;新能源替代和能源技术的交叉作用对化石能源消费的抑制作用显著;在新能源替代和环境规制的作用下化石能源消费峰值将在短期内出现,并且减少煤炭资源消费不会影响经济增长,煤炭资源节能减排潜力显著。该论文有图61幅,表25个,参考文献173篇。