中國生產部門能源強度分解與影響因素分析

蔡玎琰　郭若　趙輝

摘 要：在對中國生產部門能源消費強度分解的基礎上，利用Fran?ois Lescaroux（2008）的方法、matlab數據處理軟件對2001—2010年8個生產部門能源消費數據集中研究能源結構、能源效率、產業(yè)結構等要素分解模型。通過因素分解，重點分析可再生能源逐漸替代耗竭能源過程中對能源消費強度的影響，實證結果表明，現階段可再生能源迅速增長減緩了能源強度的下降，而主要支持能源強度下降的還通過提高能源的使用效率。而產業(yè)結構變動在一些時期是能源強度下降的因素，在有些時期為能源強度減緩下降或上升做出貢獻，其影響并不固定。針對實證分析結果提出降低中國生產部門能源消費強度的對策建議。

關鍵詞：生產部門；能源強度；能源消費；結構分解

中圖分類號：F12 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2014）28-0001-06

引言

伴隨經濟的快速增長，中國面臨的能源和環(huán)境問題日益突出，提高能效、節(jié)能減排正成為當前與未來一項事關經濟社會發(fā)展全局的戰(zhàn)略任務。雖然近年來中國能源消費強度呈現整體下降的趨勢，根據中國能源統(tǒng)計年鑒統(tǒng)計，中國萬元GDP能耗由1980年的13.20噸標準煤下降到2010年的1.03噸標準煤，30年內能源消耗強度下降了近92%。但是與同期發(fā)展國家相比，中國單位GDP能耗依然較高，根據其他學者的測算，2011年中國每百萬美元GDP能耗為358噸標準油，是同期美國的2.38倍（150）、日本的4.4倍（81）、世界均值的2.03倍（176）。為了進一步降低中國能源消費強度，中國“十二五”規(guī)劃中繼續(xù)提出降低單位國內生產總值能耗，2015年單位GDP能耗下降16%的目標。因此，如何降低生產部門能源消費強度已經成為一項重要的研究課題。

國內外學者針對如何降低能源消費強度、維持經濟社會的可持續(xù)發(fā)展的問題進行了深入的研究，一方面集中于能源強度分解因素，基本上認同技術因素是中國能源強度下降的主要原因，但是對于結構變化效率卻形成兩種不同的觀點，部分研究結果表明結構變化提升了能源強度（Lin&Polenske，1995[1]；Garbaccio等，1999[2]；史丹，2002[3]；Ma&Stern，2008[4]；鄭義等，2012[5]），另一部分研究結果表明結構效應降低了能源強度并且是下降的根本原因（Kambara，1992[6]；史丹，2003[7]；吳宗鑫、劉濱，2005；鄭若娟等，2011[8]）。另一方面集中于如何利用可再生能源逐漸替代耗竭能源，維持經濟的可持續(xù)發(fā)展，Grimaud and Rouge（2003）[9]的研究表明經濟增長不能僅僅依靠石油、煤炭等耗竭能源，也應當將生物能、太陽能、水電等逐漸納入能源利用范圍。劉巖等（2011）[10]運用最優(yōu)控制理論，通過引入替代率、能源污染損失函數，建立了含資本、能源、勞動投入的可再生能源替代的動態(tài)系統(tǒng)的數學模型，探討了發(fā)展對能源總需求前提下，可再生能源替代化石能源理論上的最優(yōu)動態(tài)策略。很少有學者討論關于提升清潔能源和可再生能源的消費比重，對于能源強度變化和影響能源消費量的變化。

基于上述考慮，本文利用Fran?ois Lescaroux（2008）[11]的能源強度分解方法，將可再生能源與耗竭能源的消費結構變化納入分析框架中，以期為中國能源強度降低提供相應的對策建議。

一、分析框架與模型構建

在常用的能源強度分解模型中有LMDI和DIVISIA兩種方法，前者采用加法的形式，后者采用乘法的形式，但是上述兩種方法存在諸多缺陷：（1）雖然考慮到了產業(yè)結構變化對能源強度的影響，但是沒有考慮到不同產業(yè)的不同能源消費組合對能源強度的影響；（2）當因素分解模型出現零值時，會使分解結果產生較大的誤差。因此，本文引入Fran?ois Lescaroux（2008）的多因素分解模型，同時考慮到中國能源消費結構和環(huán)境約束條件下，利用可再生能源逐漸替代耗竭能源對能源強度過程，對能源強度的影響以及能源效率、產業(yè)結構變化對能源強度的影響，觀察經濟危機前后和中國提倡發(fā)展清潔能源政策后對中國能源強度的影響。具體的模型構建過程如下：

由能源強度的定義得出t時期的能源強度如下，

I（t）= （1）

其中，I（t）表示總的能源強度，E（t）表示總的能源消費量，G（t）表示所有行業(yè)的GDP數值。總的能源消費量可以用（2）列等式表示：

E（t）=Eij（t） （2）

則能源強度（1）式可變形為：

I（t）= （3）

其中，Eij（t）表示第j部門所消費的第i種能源的數量；Gj（t）表示第j部門的總產出；Ej（t）表示第j部門所消費的能源數量；為了研究能源強度所受到各種因素的影響，方程兩邊取對數并對時間t求導數，得到（4）式：

=（++）dt （4）

其中，aij表示第j部門所消耗的第i種能源占第j部門能源消費的比，對（4）式的t在區(qū)間[t-1，t]積分得到（5）式：

=exp

ωij（t）

dt·exp

ωij（t）

dt·

exp

ωij（t）

dt （5）

其中ωij（t）表示權重，根據積分均值理論，方程又可列為（6）：

=··· （6）

其中，為能源消費結構的影響；為產業(yè)或部門效率的影響；為產業(yè)結構的影響，為殘差項。Q（t）為總能源消費指數，根據能源消費指數的定義得出（7）式：

=exp

Wt

t-1（Sij）·ln

（7）

其中，Sij表示第j部門所消耗的第i中能源占總能源消費的比重，Qj（t）為部門j的能源消費指數，根據其定義得出：

=exp

Wt

t-1（αij）·ln

（8）

將和代入、、的等式方程得式如下：

= （9）

=exp

Wt

t-1（αj）·ln

（10）

=exp

Wt

t-1（αj）·ln

（11）

其中，αj表示第j部門能源消費占總能源消費的比例而上述等式中的Wt

t-1（αj）是t-1到t之間各種能源消費比例的權重函數；本文采用幾何平均來克服權重系數所帶來的誤差：

Wt

t-1（Xk）= （12）

二、能源強度分解

（一）樣本的選取與處理

國家GDP、8個行業(yè)生產總值、國家總的能源消費量來源于中國統(tǒng)計年鑒（2001—2010年）、8個行業(yè)的能源消費量來源于中國能源年鑒（2001—2010年）、《中國工業(yè)經濟統(tǒng)計年鑒》（2001—2010年）以及中國國家統(tǒng)計局和國務院發(fā)展研究中心信息網上部分在線資料。耗竭能源主要包括煤炭、石油、天然氣、火電能源消費總和；可再生能源包括水電、核電、風電能源消費總和。

在數據處理過程中，為了使能源強度分解不因為余項的積累而出現失真，本文通過選取相鄰年限的數據進行運算從而得到每年能源強度的相對變化減小誤差對整體的影響。同時本文認為在計算能源強度分解時，在分母為零時其權重（幾何平均數）的值也為零，而最后數據的比值要與其對應的權重相乘，其結果必然為零，所以本文將涉及比值時的零值數據代替為接近零的定值小數。

（二）能源強度分解

根據本文所采用的多因素分解模型，對各生產部門的2001—2010年能源強度進行分解。從能源強度看，2001—2010年生產部門總的能源強度下降了47%，能源效率取得了顯著的成績，具體各生產部門能源強度變化（如下頁圖1所示）：

從下頁圖1中分行業(yè)能源強度變化趨勢看，8個行業(yè)的能源強度總體來說是呈現下降趨勢的。農業(yè)的能源強度比其他行業(yè)開始下降的時間比較晚從2006年才開始大幅下降，到了2010年能源強度比2001年下降了40%。而這主要是因為中國政府加大對農業(yè)的幫扶力度，并大力減輕農民負擔和提高農民收入的，有了資金的支持使得其效率提高，能源利用率不斷提高。采掘業(yè)在2001—2010年間能源下降幅度比較大，在這十年間采掘業(yè)能源強度逐年下降，其2010年顯示的能源強度數據是其2001年的36.8%。電力、煤氣及水生產和供應業(yè)呈現的是開始下降而2007年以后又有一定程度的上升。在2007—2009年間能源強度回升了13個百分點，到2010年以后情況有所改善，能源強度才有所回落。制造業(yè)和交通運輸、倉儲和郵政業(yè)2010年能源強度平穩(wěn)下到2001年能源強度的70.9%。建筑業(yè)的能源強度在2008年以后又有上升趨勢，在2008—2010年間又回升了8%。截至2010年底能能源強度降低最少的行業(yè)是電力、煤氣及水生產和供應業(yè)，主要是因為中國城市化進程使得電力、煤氣、水的需求量不斷增大造成的。而在十年間批發(fā)零售和住宿、餐飲業(yè)的能源強度降低最多在此期間降低了62.1%。

為了進一步分析能源強度下降的影響因素，本文根據多因素模型的分解思路將能源強度的變化分解為能源消費結構變動因素、效率因素和產業(yè)結果變動因素對能源強度變動的影響。經過計算得出各因素對能源強度的影響（如表1所示）：

總體上，由表1所示，由可再生能源和耗竭能源構成的能源變動因素對能源強度的提高起到了推動作用，中國能源強度的下降主要是因為效率因素的影響，產業(yè)結構因素對能源強度的影響效果不確定。

1.能源消費結構變動因素。近十年來，因為耗竭能源的稀缺性，中國在這期間大力提倡可再生能源的利用?？稍偕茉吹挠昧吭黾颖厝皇沟媚茉聪M結構的調整。在這十年里可再生能源產生的電能的用量從2001年的3 078.82萬噸/標準煤增加到2010年的9 411.32萬噸/標準煤，可再生能源產生的電能的消耗量增加了3倍。而相對的耗竭能源的消耗量在這十年間增加了2 倍。

而表1顯示能源消費結構變動因素對能源強度的下降起到了反作用，而且其平均貢獻率達到了-30%。特別是2001—2005年，在這期間消耗的可再生能源量占消耗的總能源量比例基本沒有改變。而在這一時期能源消費結構變動因素對能源強度的降低起到反作用貢獻持續(xù)偏高——平均貢獻率達到-45%。而在2005—2010年期的消耗的可再生能源量占消耗的總能源比例不斷提高。一方面可能是由于相對于煤炭、石油、天然氣等價格上升幅度，電力價格上漲幅度較小。據統(tǒng)計數據顯示，電價在2001—2010年間價格增加了30%～40%。而煤價從平均每噸150.59元漲到了453.1元增長了3倍。原油價格在2003年1月份是1 857.77元/噸，而在2010年12月份是4 354.56元/噸，在這期間原油價格增漲了2.3倍。而國內汽油價格在2003年1月份至2010年12月份從3 574元/噸漲到8 530元每噸增漲了2.4倍。一定程度上造成可再生能源的過度消費；另一方面可能是由于可再生能源的技術創(chuàng)新成本和經濟成本過高，使這類能源的利用受到限制，而且由于配套設施的不完善，使得利用效率過低，同時這類能源的利用范圍也受到較多限制（林壽富，2010[12]）。

2.效率因素。從圖3可以看出效率因素影響最大的是制造業(yè)，效率因素在十年內對制造業(yè)的影響相對本產業(yè)在2001年能源強度的26.9%，特別是在2004年以后效率因素對制造業(yè)的影響明顯加大，僅2004—2010年因效率影響致使能源強度下降到2001年制能源強度的24.6%，可能的原因是在此期間國家大力推行關閉效率低下的小的、技術落后、污染嚴重的小的制造企業(yè)，鼓勵企業(yè)提高效率，并且還受到能源價格不斷提高等綜合因素的影響。從而推動整個制造行業(yè)進入提高能源使用效率有了明顯的提高（在2001年制造業(yè)的能源強度在八個行業(yè)中屬于最高）。而在2010年采掘業(yè)受效率因素影響能源強度降低到2001年采掘業(yè)能源強度的95%。其他行業(yè)的匯集在2010年時，其相對2001年能源強度因效率因素下降了3.6%，而其他各個行業(yè)能源強度受到效率影響總體成下降趨勢。而因效率因素下降最少的是建筑行業(yè)，建筑行業(yè)在效率因素的影響下相對本行業(yè)2001年能源強度在這十年只下降了0.7%。

從P3表1中可以看出，效率因素促進著能源強度的降低，而且起到決定性作用。其積累效應在短短的十年間達到-0.45754萬噸標準煤/億元。通過P3表1可以算出效率因素對能源強度的降低的平均貢獻率高達75%。數據顯示，能源利用效率的提高明顯降低了產生單位GDP所消耗的能源量。

3.產業(yè)結構因素。從圖4可以看出結構因素對于制造業(yè)影響是不確定的而且影響幅度相對于其他行業(yè)而言是比較大的。特別是2003到2004年之間其影響的振幅達到了相對2001年能源強度的8%。而對于電力、煤氣、及水產和供應業(yè)結構因素一直促使能源強度的下降，在2010年電力、煤氣、及水產和供應業(yè)下降到相對本行業(yè)在2001年能源強度的3.3%。而農、林、牧、漁、水利業(yè)也是在十年間因產業(yè)因素影響不斷下降的，其下降到本行業(yè)2001年能源強度的98.8%。而對于建筑業(yè)、采掘業(yè)、批發(fā)和零售貿易業(yè)、餐飲業(yè)和交通運輸、倉儲及郵電通訊業(yè)結構因素的影響是不確定的。其中以采掘業(yè)為例：采掘業(yè)在2001—2004年間能源強度因產業(yè)結構因素而降低到相對于2001年采掘業(yè)能源強度的99.7%，而到了2008年其能源強度因產業(yè)結構因素增加到相對于2001年裁軍業(yè)能源強度的101.2%，到2009年末能源強度因產業(yè)結構調整影響而降低微乎其微，而到2010年末能源強度受產業(yè)因素影響又回升至2001年本行業(yè)能源強度。

綜上所述，在影響能源強度的三個因素中，能源效率因素對于能源強度的下降貢獻最大。其很大程度上是由于中國能源利用效率長時間處于較低的水平的緣故，據統(tǒng)計中國能源組合利用效率約為36.15%，而世界50%的平均利用效率還有較大的差距，表明中國能源效率的提高還有很大的空間。

三、對策建議

鑒于因為科技進步使得天然氣的儲量有大幅增加，國內外消費市場又重新對耗竭能源的關注，同時可再生能源的技術已達到瓶頸使得可再生能源在近一段時間內不能大量供應和成本居高不下。而發(fā)展可再生能源已經上升到國家戰(zhàn)略的高度，足見其重要性。本文提出以下建議：

1.加大對可再生能源技術研發(fā)的投入。世界的耗竭能源是有限的，雖然可以通過技術減緩耗竭能源儲量下降的速度，但是如果考慮到回彈效應，其實技術進步對耗竭能源消耗的量的減少是有限的。只有通過加大研發(fā)、突破技術瓶頸才能為可再生能源提供發(fā)展的動力，才能使可再生能源在市場上具有競爭力。

2.建立合理的評價制度。中國發(fā)展中常常是用經濟中的GDP指標為社會發(fā)展的單一指標而其中還不扣除經濟發(fā)展的環(huán)境和生態(tài)成本代價。使得社會并不能正確地對事物估價，從經濟指標上顯現出來耗竭能源帶來的環(huán)境和生態(tài)的危害所要花費的成本。

3.在可再生能源的發(fā)展的初期需要大量的資金的支持。而且在正式運行期間因其現有的成本較高而相對收益較少，國家應對可再生能源的企業(yè)進行長期的補貼使可再生能源企業(yè)有較高的積極性進行生產。在經濟補貼的同時應出臺相應的法律以增加對環(huán)境破壞和污染的治理力度使污染成本提高，變相地保護和鼓勵可再生能源的生產和消費。

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[責任編輯 吳高君]