能源效率視角下中國能源結(jié)構(gòu)的灰色關(guān)聯(lián)及通徑分析

周德田，郭景剛

(中國石油大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，山東青島266580)

能源作為維系人類生存和發(fā)展的紐帶，對國民經(jīng)濟的繁榮具有極大的推動作用。日益攀升的能源需求同有限供給之間的矛盾使得能源問題成為世界各國面臨的共同挑戰(zhàn)。據(jù)BP的數(shù)據(jù)稱，2010年中國一次能源消費總量已超越美國，位居世界第一。今后，中國作為能源消費大國，供給不足的窘境會更加突出，且有不斷拉大之趨勢，見圖1。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國的能源結(jié)構(gòu)不合理、能源效率低下等問題也會更趨尖銳，從而嚴(yán)重制約了經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

圖1 1980—2010年能源生產(chǎn)與消費總量

能源結(jié)構(gòu)失衡是造成中國粗放型經(jīng)濟增長方式的主要原因。以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)為國民經(jīng)濟迅速發(fā)展提供了強有力的支撐，但伴隨而來的高投入、高排放等問題也給中國經(jīng)濟增長方式向集約高效型轉(zhuǎn)變造成了巨大障礙。同時，不合理的能源結(jié)構(gòu)也嚴(yán)重影響了中國的能源效率。2010年中國能源消費量占世界能源消費總量的20.3%，但國內(nèi)生產(chǎn)總值僅為世界經(jīng)濟總量的9.38%，而同期美國的這兩個數(shù)字分別為19%和23.1%。盡管近年來中國政府加大了節(jié)能減排的工作力度，能源效率有了一定程度的提高，但單位GDP能耗與美國等發(fā)達國家相比仍然存在很大差異。

一、文獻綜述

國內(nèi)外對于能源結(jié)構(gòu)的研究較為廣泛，按照其研究視角的不同可以歸結(jié)為以下兩類：

第一類研究主要是從定量角度考察不同類型能源之間的替代或者互補效應(yīng)。Pindyck以10個發(fā)達國家為樣本考察了不同國家能源消費彈性的大小，結(jié)果顯示：煤炭的需求彈性最高，石油次之，而電力需求的彈性最小，煤炭與石油、電力之間存在普遍的替代效應(yīng)[1]。Andrikopoulos通過對加拿大的工業(yè)行業(yè)分析后證實了Pindyck的結(jié)論，即煤炭、石油和電力在能源結(jié)構(gòu)下可以相互替代[2]。Renou-Maissant對美國、加拿大、日本等7個OECD國家1960—1993年的工業(yè)部門能源間的替代效應(yīng)進行了比較研究。實證結(jié)果表明，在研究區(qū)間內(nèi)各國能源間的替代性不明顯[3]。Cho et al.對韓國1981—1997年的季度數(shù)據(jù)研究后卻得出相異結(jié)論：相比于電力，石油的價格消費彈性最小，且煤炭與石油之間存在替代效應(yīng)，而與電力之間則呈現(xiàn)出互補關(guān)系[4]。杭雷鳴、屠梅曾采用1985—2003年的時間序列數(shù)據(jù)建立超對數(shù)成本函數(shù)量化模型對中國制造業(yè)能源價格對能源強度的影響進行了定量檢驗，并依據(jù)交叉價格彈性結(jié)果得出煤炭與電力互為替代，而石油與電力存在互補效應(yīng)的結(jié)論[5]。

第二類研究更多的是從能源效率的層面分析不同能源結(jié)構(gòu)下能源效率的變化。Bossanyi et al.對英國、意大利等國的能源強度進行對比分析，發(fā)現(xiàn)能源之間的相互替代以及新技術(shù)的應(yīng)用能夠在一定程度上解釋能源強度下降問題[6]。周德群描述了中國能源結(jié)構(gòu)變遷過程，并在此基礎(chǔ)上論證了中國原煤比重在能源結(jié)構(gòu)中降低的必要性與可能性，認為優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)是中國可持續(xù)發(fā)展的必然要求[7]。Fisher-Vanden et al.基于微觀層面對中國1997—1999年約2500個能源密集型工業(yè)部門的能源效率研究后指出，煤炭在工業(yè)部門能源消費中比重的降低是降低中國能源強度的關(guān)鍵因素[8]。倪斌通過比較美國、澳大利亞和南非等國的能源結(jié)構(gòu)，認為中國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化須充分利用資源優(yōu)勢，確立煤炭在能源消費結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)性地位，同時大力推廣潔凈煤技術(shù)，實現(xiàn)能源效率的提升[9]。趙婭選取科研投入、重工業(yè)產(chǎn)值比重、煤炭消費比重等指標(biāo)作為研究變量建立多元線性回歸模型，以此來測度不同因素對能源效率的影響程度，標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)顯示，科研投入對能源效率提升的作用效果最為明顯，能源消費結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的影響次之[10]。劉暢等對中國29個工業(yè)行業(yè)的能源強度變動及影響因素進行了實證分析后，得出電力、石油消費比例的增加能夠降低能源消耗強度的結(jié)論[11]。伍亞等認為中國的資源稟賦以及煤炭價格的相對低廉共同導(dǎo)致了工業(yè)生產(chǎn)中很難實現(xiàn)有效的能源替代，提高煤炭的高效清潔利用水平對改善能源利用效率、降低能源強度意義重大[12]。

通過對以上國內(nèi)外相關(guān)研究匯總，可以看出不同于國外的定量分析，國內(nèi)學(xué)者大多從定性的角度來探討能源消費結(jié)構(gòu)與能源效率之間的互動關(guān)系，且較少涉及對能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的考量?；诖?，本文通過建立灰色關(guān)聯(lián)模型，以不同能源與能源總量之間的綜合關(guān)聯(lián)度為切入點，試圖找出中國能源結(jié)構(gòu)中存在的不足，并運用通徑分析從定量的角度考察其對能源效率的影響程度。

二、中國能源結(jié)構(gòu)及能源效率的現(xiàn)狀分析

能源結(jié)構(gòu)是指一定時期、一定區(qū)域內(nèi)各類能源在能源總量中的比例關(guān)系，包括能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和能源消費結(jié)構(gòu)。中國目前仍未完全擺脫粗放型的經(jīng)濟增長方式，需要大量的能源消耗作為經(jīng)濟支撐，而受資源約束力的作用，能源產(chǎn)量增幅明顯后勁不足。這種能源總產(chǎn)量與總消費量的非同步增長使得中國的能源結(jié)構(gòu)矛盾日益凸顯。不合理的能源結(jié)構(gòu)是造成環(huán)境污染、單位GDP能耗居高不下等問題的根本原因。由于中國煤炭基數(shù)大，為改善能源效率，必須把調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)作為能源戰(zhàn)略核心任務(wù)。

(一)能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)

受“多煤少油少氣”的自然稟賦特征的影響，中國能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)極不均衡：煤炭在一次能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中所占比重過高，平均超過70%；而石油、天然氣等優(yōu)質(zhì)能源的產(chǎn)量明顯不足。值得注意的是，由于煤炭生產(chǎn)利用技術(shù)水平不高，大量的煤炭產(chǎn)出往往伴隨著過多的資源浪費。表1可以看出，相比其他國家，中國煤炭的儲產(chǎn)比①較低，且下降趨勢明顯，能源儲備不足的困境開始凸顯；石油儲量相對有限，加之為滿足巨大的國內(nèi)需求而引發(fā)的過度開采，石油儲產(chǎn)比已下降至9.9，阻礙了石油資源的良性循環(huán)；近年來天然氣新探明儲量不斷增加，儲產(chǎn)比呈現(xiàn)回升趨勢，這也與中國天然氣開采技術(shù)水平較低、產(chǎn)能不足有著密切關(guān)聯(lián)。

表1 各國一次能源儲產(chǎn)比 單位：年

(二)能源消費結(jié)構(gòu)

一直以來，中國能源消費結(jié)構(gòu)失衡問題普遍存在。從宏觀上看，消費和供給缺口呈現(xiàn)遞增趨勢，供求矛盾愈加突出；從微觀上看，中國是世界煤炭消費量最大的國家，高出世界平均水平約40個百分點，煤炭長期處于消費結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)地位，石油、天然氣等優(yōu)質(zhì)能源的消費比重遠遠低于世界平均水平，見表2。在國家低碳經(jīng)濟的背景下，煤炭的消費比重已由1990年的79%下降至2010年的70.5%，但是由于消費基數(shù)較大，短期內(nèi)煤炭主導(dǎo)的能源消費結(jié)構(gòu)很難得到有效改善。作為石油凈進口國，石油消費比重的提升意味著更多的石油進口。中國石油對外依存度已超過50%的警戒水平，這對中國的能源安全構(gòu)成潛在威脅。在清潔能源的利用方面，相比于美國、日本，中國清潔能源的利用仍處于初級階段，提升空間非常廣闊。

表2 2010年各國能源消費結(jié)構(gòu)

(三)能源效率

通過表1可以發(fā)現(xiàn)，同屬于煤炭驅(qū)動型國家，中國與印度的單位GDP能耗值高于美國、日本等石油依賴型國家。由于印度能源消費結(jié)構(gòu)中石油、天然氣等優(yōu)質(zhì)能源比重相對均勻，其與美國、日本的能耗差距并不明顯②。表2和表3的比較結(jié)果顯示，能源效率的高低與本國能源結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。由于以煤炭為燃料的轉(zhuǎn)換利用裝置效率大大低于液體或氣體燃料的轉(zhuǎn)換效率，因此能源效率相對較高的國家，煤炭在消費結(jié)構(gòu)中的比重較小。為擺脫中國當(dāng)前能源利用水平低下的困境，在不影響經(jīng)濟發(fā)展的前提下，必須適度降低煤炭資源在能源消費結(jié)構(gòu)中的比重，加快轉(zhuǎn)變當(dāng)前“低質(zhì)型”的能源消費結(jié)構(gòu)。

表3 2001—2009年單位GDP能源消耗統(tǒng)計 美元/千克石油當(dāng)量

三、基于灰色關(guān)聯(lián)模型的能源結(jié)構(gòu)分析

(一)灰色關(guān)聯(lián)模型

灰色系統(tǒng)理論由鄧聚龍在1982年提出，用以量化分析系統(tǒng)中各因素之間關(guān)聯(lián)程度。以各因素變化曲線的相似程度作為判斷因素間聯(lián)系是否緊密(關(guān)聯(lián)度大小)的依據(jù)，不用于統(tǒng)計上的相關(guān)分析。灰色關(guān)聯(lián)分析側(cè)重于因素間時間序列的動態(tài)比較，所需數(shù)據(jù)量較少，適應(yīng)性更廣。由于一國能源的生產(chǎn)和消費受多種因素的影響，具有典型的灰色特性，因此本文采用廣義灰色關(guān)聯(lián)度分析對中國能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和消費結(jié)構(gòu)進行研究，具體步驟如下所示：

首先，根據(jù)研究目的，將能源總量X0作為系統(tǒng)特征序列，即X0=(X0(1)，X0(2)，…，X0(n))；煤炭、石油、天然氣和清潔能源作為相關(guān)因素序列，即Xi=(Xi(1)，Xi(2)，…，Xi(n))；對起始點進行零向化處理后計算絕對關(guān)聯(lián)度。令。與計算絕對關(guān)聯(lián)度類似，在對數(shù)據(jù)進行初值像處理后得到相對關(guān)聯(lián)度γ0i。

(二)數(shù)據(jù)選擇及處理

煤炭、石油、天然氣和清潔能源的生產(chǎn)和消費共同構(gòu)成了中國的能源結(jié)構(gòu)，支撐著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展。各能源變量之間具有顯著的灰色特征。為作進一步分析，本文選取2000—2010年各類能源的生產(chǎn)量或消費量作為子序列，能源生產(chǎn)總量或消費總量作為母序列，建立廣義灰色關(guān)聯(lián)模型。各指標(biāo)數(shù)據(jù)均來自《中國能源統(tǒng)計年鑒2011》，單位為萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

首先計算煤炭產(chǎn)量與能源生產(chǎn)總量的絕對關(guān)聯(lián)度，其中X0為能源生產(chǎn)總量，作為系統(tǒng)特征序列；X1為煤炭產(chǎn)量，作為因素序列。按照上述步驟，將序列始點零化像后可得

同理，可分別求出石油、天然氣、清潔能源的生產(chǎn)或消費與能源總量的廣義關(guān)聯(lián)度，見表4。

表4 中國各類能源與能源總量的關(guān)聯(lián)度匯總

由表4可知，煤炭與能源總產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)性最強，綜合關(guān)聯(lián)度為0.9404。表明在過去十多年里，能源生產(chǎn)總量的提升是由煤炭帶動的。中國煤炭資源的回采率很低，過量的開采往往導(dǎo)致巨大的浪費；近年來受自身可供開采石油儲量增長乏力的影響，原油產(chǎn)量未有較大變化，導(dǎo)致原油產(chǎn)量與能源總量間的關(guān)聯(lián)系數(shù)最??；天然氣和清潔能源的產(chǎn)量近年來呈穩(wěn)步增長態(tài)勢，因此相比石油，其綜合關(guān)聯(lián)度略微偏高。煤炭與能源生產(chǎn)總量的綜合關(guān)聯(lián)度，與其他三種能源的綜合關(guān)聯(lián)度相差較大，這意味著以煤炭為主的能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)短期內(nèi)很難得到有效改善。

與能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)類似，煤炭作為中國能源消費結(jié)構(gòu)的重要支撐，綜合關(guān)聯(lián)度達到0.929 3，與其他能源相比，關(guān)聯(lián)性最強。雖然石油0.7254的綜合關(guān)聯(lián)度與煤炭相比仍有差距，但隨著政府對內(nèi)需的拉動，消費比重將不斷擴大，石油與能源消費結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)效應(yīng)也會逐步增強。天然氣消費還處于初級階段，市場發(fā)育相對不足，民用天然氣消費還未廣泛普及。受制于消費水平和消費規(guī)模，其與能用消費總量的綜合關(guān)聯(lián)度僅為0.6471，遠低于煤炭和石油的綜合關(guān)聯(lián)度。在商業(yè)化運營到來之前，清潔能源在能源消費結(jié)構(gòu)中仍然缺乏競爭力。

對比能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和消費結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度可以發(fā)現(xiàn)，兩者之間并非完全一致。石油生產(chǎn)與消費關(guān)聯(lián)系數(shù)的不對稱彰顯了中國能源結(jié)構(gòu)的不合理問題。由于需求剛性的存在，石油消費量短期內(nèi)下降的可能性不大，如果中國的石油產(chǎn)量不能有較大的提升，石油供求緊張的矛盾將會加劇。而依靠石油進口來改善供需矛盾會引發(fā)能源安全問題。

四、能源結(jié)構(gòu)與能源效率的通徑分析

如前所述，能源結(jié)構(gòu)是影響能源效率的主要因素之一。為進一步探究不同能源的消耗對能源效率的作用效果，在前文論述的基礎(chǔ)上，筆者采用通徑分析的研究方法，定量測度各類能源的變化對能源效率的直接作用效果，以及通過其他能源消費對能源效率的間接作用效果和綜合作用效果。通徑分析是簡單相關(guān)分析的擴展，是在多元線性回歸的基礎(chǔ)上，通過將相關(guān)系數(shù)分解得到直接通徑系數(shù)、間接通徑系數(shù)及總通徑系數(shù)，以此作為衡量某一自變量對因變量的直接作用效果、間接作用效果以及綜合作用效果。設(shè)自變量X1、X2、X3、X4分別為煤炭、石油、天然氣和清潔能源的消費量，Y為能源效率。通徑分析的基本模型如下

其中，rij表示Xi和Xj之間的簡單相關(guān)系數(shù)；riy表示Xi和Y之間的簡單相關(guān)系數(shù)；piy為直接通徑，表示各能源對能源效率的直接影響效應(yīng)；rij、pjy為間接通徑，表示某類能源通過其他能源對能源效率的間接影響效應(yīng)。

單位GDP能耗是指每生產(chǎn)一個單位的國內(nèi)生產(chǎn)總值所消耗的能源數(shù)量，是典型的負向指標(biāo)。鑒于各能源消費量均為正向指標(biāo)，本文對單位GDP能耗進行倒數(shù)化處理，以每單位能耗產(chǎn)值，即每噸標(biāo)準(zhǔn)煤消耗帶來的以萬元計的實際GDP作為衡量能源效率高低的標(biāo)準(zhǔn)。將各指標(biāo)進行同向化處理后，如果能源指標(biāo)到能源效率的通徑系數(shù)為正，則表示提高該能源的消費量有助于改善當(dāng)前的能源效率。反之，則表示阻礙能源效率的提升。為保證結(jié)果的精確性，筆者在前文的基礎(chǔ)上擴大了樣本研究范圍，選取1980—2010年的能源消費指標(biāo)作為自變量，以GDP與能源消耗總量的比值作為因變量(GDP以1978年為基期折算)，運用SPSS19.0求解后得到如表5所示的結(jié)果。

表5 中國各類能源的通徑分析結(jié)構(gòu)

由表5可以看到，煤炭對能源效率的直接影響系數(shù)為-0.6095，這與前文的分析一致，說明過多的煤炭消費會導(dǎo)致能源效率的降低。同時，煤炭通過石油和清潔能源對能源效率的影響顯著，表明在煤炭消費比例難以有效降低的情況下，必須大幅度提高石油、清潔能源的使用比率才能使總效應(yīng)為正，達到提高能源效率的目的。

石油消費對能源效率的正向作用非常明顯，直接影響達到了1.4684。這意味著不改變其他變量，只需增加石油的消費，能源效率的提升效果就非常明顯。由于總間接影響為負值，故短期內(nèi)通過間接途徑(如降低煤炭使用、大幅度提高天然氣利用率等)降低能耗的做法可行性不高。

天然氣投入并沒有起到提升能源效率的作用，直接影響為-0.828 9，與經(jīng)驗上增加天然氣消費對于能源效率的影響效果恰恰相反。這主要是因為中國天然氣消費量較低，且主要用于工業(yè)部門。受技術(shù)水平的限制，加之使用過程中浪費較為嚴(yán)重，進而導(dǎo)致上述結(jié)果的出現(xiàn)。天然氣對石油和清潔能源的間接影響抵消了直接負面影響，但相比于其他能源，天然氣的總影響效應(yīng)仍最低。加大對天然氣產(chǎn)業(yè)的技術(shù)投入，減少浪費，扭轉(zhuǎn)直接影響系數(shù)為負的局面，能源效率將會大幅改善。

清潔能源的使用與能源效率的提升存在正向關(guān)聯(lián)，直接影響系數(shù)為0.848 1，這與其本身“低耗高效”的屬性有著密切關(guān)聯(lián)。同時，清潔能源較其他能源的總關(guān)聯(lián)效應(yīng)較小，僅為0.0106。因此在不影響經(jīng)濟發(fā)展的前提下，僅提升清潔能源的使用比例仍然能改善中國當(dāng)前能源利用水平低下的局面。

五、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的政策建議

中國的資源稟賦現(xiàn)狀決定了短期內(nèi)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)難以改變，因此中國應(yīng)大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)、提高煤炭燃燒效率和煤炭清潔化水平。燃煤效率的改善可在相當(dāng)程度上緩解石油、天然氣供應(yīng)不足的壓力，保障國家能源安全。

通過開展國際合作，合理開發(fā)石油資源，以保證石油的持續(xù)供應(yīng)。石油對于能源效率的提升效果顯著，而國內(nèi)石油產(chǎn)量已近極限。中國應(yīng)通過與國外石油公司合作，采取多元化進口的策略來滿足國內(nèi)消費需求，擴大石油消費比重，減輕國際油價波動對石油供給的影響。

鑒于石油資源的特殊性，政府應(yīng)加大對天然氣資源開發(fā)的投入力度。中國天然氣儲產(chǎn)比較高，表明天然氣的開采利用仍有很大的提升空間。應(yīng)鼓勵“以氣代煤”、“以氣代油”，擴大民用天然氣的消費比例，以降低對煤炭的依賴，完成對煤炭資源的替代。

從長期來看，提高清潔能源在能源總量中的比重是優(yōu)化中國能源結(jié)構(gòu)的重要途徑。這不僅有助于改善能源的綜合利用效率，其對化石燃料的替代還能有效保障能源供應(yīng)。中國地域廣闊，清潔能源儲量巨大，加大科研投入，克服技術(shù)水平落后、成本難以控制等關(guān)鍵因素的制約，清潔能源的利用前景將會更加廣闊。

能源結(jié)構(gòu)失衡嚴(yán)重阻礙了中國能源效率的提高，但對當(dāng)前能源體系的評價，不能以偏概全，妄下定論，在認清其不足的同時，必須看到其積極意義。在工業(yè)化發(fā)展初期，以煤炭為支撐，中國經(jīng)濟得以迅速復(fù)蘇，而現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備大都以煤炭等化石燃料驅(qū)動，如果盲目調(diào)整，大幅減少煤炭消費，必然會影響到工業(yè)化進程，阻礙經(jīng)濟增長。同時，中國清潔能源的發(fā)展也面臨諸多障礙，如技術(shù)不成熟、定價不合理、成本偏高等，這都限制了對化石能源的替代。從國情出發(fā)，必須認清能源結(jié)構(gòu)調(diào)整過程的長期性，以煤炭為主線，以減小煤炭消費的負面影響為方向，探求煤炭資源的清潔、高效之路；逐步提升天然氣和清潔能源的消費比重，分步驟、分階段地優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善能源效率。

注釋：

①儲產(chǎn)比表示尚存的可采儲量，如按當(dāng)前實際或計劃開采水平繼續(xù)開采尚可開采多少年。它是反映國家或地區(qū)能源后備資源是否充足的重要指標(biāo)。

②俄羅斯資源浪費嚴(yán)重，其能源消耗與能源結(jié)構(gòu)的關(guān)系并不具備參考性。

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