中国生产部门能源强度分解与影响因素分析

蔡玎琰　郭若　赵辉

摘 要：在对中国生产部门能源消费强度分解的基础上，利用Fran?ois Lescaroux（2008）的方法、matlab数据处理软件对2001—2010年8个生产部门能源消费数据集中研究能源结构、能源效率、产业结构等要素分解模型。通过因素分解，重点分析可再生能源逐渐替代耗竭能源过程中对能源消费强度的影响，实证结果表明，现阶段可再生能源迅速增长减缓了能源强度的下降，而主要支持能源强度下降的还通过提高能源的使用效率。而产业结构变动在一些时期是能源强度下降的因素，在有些时期为能源强度减缓下降或上升做出贡献，其影响并不固定。针对实证分析结果提出降低中国生产部门能源消费强度的对策建议。

关键词：生产部门；能源强度；能源消费；结构分解

中图分类号：F12 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2014）28-0001-06

引言

伴随经济的快速增长，中国面临的能源和环境问题日益突出，提高能效、节能减排正成为当前与未来一项事关经济社会发展全局的战略任务。虽然近年来中国能源消费强度呈现整体下降的趋势，根据中国能源统计年鉴统计，中国万元GDP能耗由1980年的13.20吨标准煤下降到2010年的1.03吨标准煤，30年内能源消耗强度下降了近92%。但是与同期发展国家相比，中国单位GDP能耗依然较高，根据其他学者的测算，2011年中国每百万美元GDP能耗为358吨标准油，是同期美国的2.38倍（150）、日本的4.4倍（81）、世界均值的2.03倍（176）。为了进一步降低中国能源消费强度，中国“十二五”规划中继续提出降低单位国内生产总值能耗，2015年单位GDP能耗下降16%的目标。因此，如何降低生产部门能源消费强度已经成为一项重要的研究课题。

国内外学者针对如何降低能源消费强度、维持经济社会的可持续发展的问题进行了深入的研究，一方面集中于能源强度分解因素，基本上认同技术因素是中国能源强度下降的主要原因，但是对于结构变化效率却形成两种不同的观点，部分研究结果表明结构变化提升了能源强度（Lin&Polenske，1995[1]；Garbaccio等，1999[2]；史丹，2002[3]；Ma&Stern，2008[4]；郑义等，2012[5]），另一部分研究结果表明结构效应降低了能源强度并且是下降的根本原因（Kambara，1992[6]；史丹，2003[7]；吴宗鑫、刘滨，2005；郑若娟等，2011[8]）。另一方面集中于如何利用可再生能源逐渐替代耗竭能源，维持经济的可持续发展，Grimaud and Rouge（2003）[9]的研究表明经济增长不能仅仅依靠石油、煤炭等耗竭能源，也应当将生物能、太阳能、水电等逐渐纳入能源利用范围。刘岩等（2011）[10]运用最优控制理论，通过引入替代率、能源污染损失函数，建立了含资本、能源、劳动投入的可再生能源替代的动态系统的数学模型，探讨了发展对能源总需求前提下，可再生能源替代化石能源理论上的最优动态策略。很少有学者讨论关于提升清洁能源和可再生能源的消费比重，对于能源强度变化和影响能源消费量的变化。

基于上述考虑，本文利用Fran?ois Lescaroux（2008）[11]的能源强度分解方法，将可再生能源与耗竭能源的消费结构变化纳入分析框架中，以期为中国能源强度降低提供相应的对策建议。

一、分析框架与模型构建

在常用的能源强度分解模型中有LMDI和DIVISIA两种方法，前者采用加法的形式，后者采用乘法的形式，但是上述两种方法存在诸多缺陷：（1）虽然考虑到了产业结构变化对能源强度的影响，但是没有考虑到不同产业的不同能源消费组合对能源强度的影响；（2）当因素分解模型出现零值时，会使分解结果产生较大的误差。因此，本文引入Fran?ois Lescaroux（2008）的多因素分解模型，同时考虑到中国能源消费结构和环境约束条件下，利用可再生能源逐渐替代耗竭能源对能源强度过程，对能源强度的影响以及能源效率、产业结构变化对能源强度的影响，观察经济危机前后和中国提倡发展清洁能源政策后对中国能源强度的影响。具体的模型构建过程如下：

由能源强度的定义得出t时期的能源强度如下，

I（t）= （1）

其中，I（t）表示总的能源强度，E（t）表示总的能源消费量，G（t）表示所有行业的GDP数值。总的能源消费量可以用（2）列等式表示：

E（t）=Eij（t） （2）

则能源强度（1）式可变形为：

I（t）= （3）

其中，Eij（t）表示第j部门所消费的第i种能源的数量；Gj（t）表示第j部门的总产出；Ej（t）表示第j部门所消费的能源数量；为了研究能源强度所受到各种因素的影响，方程两边取对数并对时间t求导数，得到（4）式：

=（++）dt （4）

其中，aij表示第j部门所消耗的第i种能源占第j部门能源消费的比，对（4）式的t在区间[t-1，t]积分得到（5）式：

=exp

ωij（t）

dt·exp

ωij（t）

dt·

exp

ωij（t）

dt （5）

其中ωij（t）表示权重，根据积分均值理论，方程又可列为（6）：

=··· （6）

其中，为能源消费结构的影响；为产业或部门效率的影响；为产业结构的影响，为残差项。Q（t）为总能源消费指数，根据能源消费指数的定义得出（7）式：

=exp

Wt

t-1（Sij）·ln

（7）

其中，Sij表示第j部门所消耗的第i中能源占总能源消费的比重，Qj（t）为部门j的能源消费指数，根据其定义得出：

=exp

Wt

t-1（αij）·ln

（8）

将和代入、、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部门能源消费占总能源消费的比例而上述等式中的Wt

t-1（αj）是t-1到t之间各种能源消费比例的权重函数；本文采用几何平均来克服权重系数所带来的误差：

Wt

t-1（Xk）= （12）

二、能源强度分解

（一）样本的选取与处理

国家GDP、8个行业生产总值、国家总的能源消费量来源于中国统计年鉴（2001—2010年）、8个行业的能源消费量来源于中国能源年鉴（2001—2010年）、《中国工业经济统计年鉴》（2001—2010年）以及中国国家统计局和国务院发展研究中心信息网上部分在线资料。耗竭能源主要包括煤炭、石油、天然气、火电能源消费总和；可再生能源包括水电、核电、风电能源消费总和。

在数据处理过程中，为了使能源强度分解不因为余项的积累而出现失真，本文通过选取相邻年限的数据进行运算从而得到每年能源强度的相对变化减小误差对整体的影响。同时本文认为在计算能源强度分解时，在分母为零时其权重（几何平均数）的值也为零，而最后数据的比值要与其对应的权重相乘，其结果必然为零，所以本文将涉及比值时的零值数据代替为接近零的定值小数。

（二）能源强度分解

根据本文所采用的多因素分解模型，对各生产部门的2001—2010年能源强度进行分解。从能源强度看，2001—2010年生产部门总的能源强度下降了47%，能源效率取得了显著的成绩，具体各生产部门能源强度变化（如下页图1所示）：

从下页图1中分行业能源强度变化趋势看，8个行业的能源强度总体来说是呈现下降趋势的。农业的能源强度比其他行业开始下降的时间比较晚从2006年才开始大幅下降，到了2010年能源强度比2001年下降了40%。而这主要是因为中国政府加大对农业的帮扶力度，并大力减轻农民负担和提高农民收入的，有了资金的支持使得其效率提高，能源利用率不断提高。采掘业在2001—2010年间能源下降幅度比较大，在这十年间采掘业能源强度逐年下降，其2010年显示的能源强度数据是其2001年的36.8%。电力、煤气及水生产和供应业呈现的是开始下降而2007年以后又有一定程度的上升。在2007—2009年间能源强度回升了13个百分点，到2010年以后情况有所改善，能源强度才有所回落。制造业和交通运输、仓储和邮政业2010年能源强度平稳下到2001年能源强度的70.9%。建筑业的能源强度在2008年以后又有上升趋势，在2008—2010年间又回升了8%。截至2010年底能能源强度降低最少的行业是电力、煤气及水生产和供应业，主要是因为中国城市化进程使得电力、煤气、水的需求量不断增大造成的。而在十年间批发零售和住宿、餐饮业的能源强度降低最多在此期间降低了62.1%。

为了进一步分析能源强度下降的影响因素，本文根据多因素模型的分解思路将能源强度的变化分解为能源消费结构变动因素、效率因素和产业结果变动因素对能源强度变动的影响。经过计算得出各因素对能源强度的影响（如表1所示）：

总体上，由表1所示，由可再生能源和耗竭能源构成的能源变动因素对能源强度的提高起到了推动作用，中国能源强度的下降主要是因为效率因素的影响，产业结构因素对能源强度的影响效果不确定。

1.能源消费结构变动因素。近十年来，因为耗竭能源的稀缺性，中国在这期间大力提倡可再生能源的利用。可再生能源的用量增加必然使得能源消费结构的调整。在这十年里可再生能源产生的电能的用量从2001年的3 078.82万吨/标准煤增加到2010年的9 411.32万吨/标准煤，可再生能源产生的电能的消耗量增加了3倍。而相对的耗竭能源的消耗量在这十年间增加了2 倍。

而表1显示能源消费结构变动因素对能源强度的下降起到了反作用，而且其平均贡献率达到了-30%。特别是2001—2005年，在这期间消耗的可再生能源量占消耗的总能源量比例基本没有改变。而在这一时期能源消费结构变动因素对能源强度的降低起到反作用贡献持续偏高——平均贡献率达到-45%。而在2005—2010年期的消耗的可再生能源量占消耗的总能源比例不断提高。一方面可能是由于相对于煤炭、石油、天然气等价格上升幅度，电力价格上涨幅度较小。据统计数据显示，电价在2001—2010年间价格增加了30%～40%。而煤价从平均每吨150.59元涨到了453.1元增长了3倍。原油价格在2003年1月份是1 857.77元/吨，而在2010年12月份是4 354.56元/吨，在这期间原油价格增涨了2.3倍。而国内汽油价格在2003年1月份至2010年12月份从3 574元/吨涨到8 530元每吨增涨了2.4倍。一定程度上造成可再生能源的过度消费；另一方面可能是由于可再生能源的技术创新成本和经济成本过高，使这类能源的利用受到限制，而且由于配套设施的不完善，使得利用效率过低，同时这类能源的利用范围也受到较多限制（林寿富，2010[12]）。

2.效率因素。从图3可以看出效率因素影响最大的是制造业，效率因素在十年内对制造业的影响相对本产业在2001年能源强度的26.9%，特别是在2004年以后效率因素对制造业的影响明显加大，仅2004—2010年因效率影响致使能源强度下降到2001年制能源强度的24.6%，可能的原因是在此期间国家大力推行关闭效率低下的小的、技术落后、污染严重的小的制造企业，鼓励企业提高效率，并且还受到能源价格不断提高等综合因素的影响。从而推动整个制造行业进入提高能源使用效率有了明显的提高（在2001年制造业的能源强度在八个行业中属于最高）。而在2010年采掘业受效率因素影响能源强度降低到2001年采掘业能源强度的95%。其他行业的汇集在2010年时，其相对2001年能源强度因效率因素下降了3.6%，而其他各个行业能源强度受到效率影响总体成下降趋势。而因效率因素下降最少的是建筑行业，建筑行业在效率因素的影响下相对本行业2001年能源强度在这十年只下降了0.7%。

从P3表1中可以看出，效率因素促进着能源强度的降低，而且起到决定性作用。其积累效应在短短的十年间达到-0.45754万吨标准煤/亿元。通过P3表1可以算出效率因素对能源强度的降低的平均贡献率高达75%。数据显示，能源利用效率的提高明显降低了产生单位GDP所消耗的能源量。

3.产业结构因素。从图4可以看出结构因素对于制造业影响是不确定的而且影响幅度相对于其他行业而言是比较大的。特别是2003到2004年之间其影响的振幅达到了相对2001年能源强度的8%。而对于电力、煤气、及水产和供应业结构因素一直促使能源强度的下降，在2010年电力、煤气、及水产和供应业下降到相对本行业在2001年能源强度的3.3%。而农、林、牧、渔、水利业也是在十年间因产业因素影响不断下降的，其下降到本行业2001年能源强度的98.8%。而对于建筑业、采掘业、批发和零售贸易业、餐饮业和交通运输、仓储及邮电通讯业结构因素的影响是不确定的。其中以采掘业为例：采掘业在2001—2004年间能源强度因产业结构因素而降低到相对于2001年采掘业能源强度的99.7%，而到了2008年其能源强度因产业结构因素增加到相对于2001年裁军业能源强度的101.2%，到2009年末能源强度因产业结构调整影响而降低微乎其微，而到2010年末能源强度受产业因素影响又回升至2001年本行业能源强度。

综上所述，在影响能源强度的三个因素中，能源效率因素对于能源强度的下降贡献最大。其很大程度上是由于中国能源利用效率长时间处于较低的水平的缘故，据统计中国能源组合利用效率约为36.15%，而世界50%的平均利用效率还有较大的差距，表明中国能源效率的提高还有很大的空间。

三、对策建议

鉴于因为科技进步使得天然气的储量有大幅增加，国内外消费市场又重新对耗竭能源的关注，同时可再生能源的技术已达到瓶颈使得可再生能源在近一段时间内不能大量供应和成本居高不下。而发展可再生能源已经上升到国家战略的高度，足见其重要性。本文提出以下建议：

1.加大对可再生能源技术研发的投入。世界的耗竭能源是有限的，虽然可以通过技术减缓耗竭能源储量下降的速度，但是如果考虑到回弹效应，其实技术进步对耗竭能源消耗的量的减少是有限的。只有通过加大研发、突破技术瓶颈才能为可再生能源提供发展的动力，才能使可再生能源在市场上具有竞争力。

2.建立合理的评价制度。中国发展中常常是用经济中的GDP指标为社会发展的单一指标而其中还不扣除经济发展的环境和生态成本代价。使得社会并不能正确地对事物估价，从经济指标上显现出来耗竭能源带来的环境和生态的危害所要花费的成本。

3.在可再生能源的发展的初期需要大量的资金的支持。而且在正式运行期间因其现有的成本较高而相对收益较少，国家应对可再生能源的企业进行长期的补贴使可再生能源企业有较高的积极性进行生产。在经济补贴的同时应出台相应的法律以增加对环境破坏和污染的治理力度使污染成本提高，变相地保护和鼓励可再生能源的生产和消费。

参考文献：

[1] Lin，X.，Polenske，K.R.Input-output Anatomy of China's Energy use Changes in the 1980s[J].Economic Systems Research，1995，（1）.

[2] Garbaccio，R.F.，Ho，M.S.，Jorgenson，D.W.Why has the Energy-output Ratio Fallen in China[J].Energy Journal，1999，20，（3）.

[3] 史丹.中国经济增长过程中能源利用效率的改进[J].经济研究，2002，（9）.

[4] Ma，C.，D.I.Stern.Chinas Changing Energy Intensity Trend：A Decomposition Analysis[J].Energy Economics，2008，30，（3）：1037-1053.

[5] 郑义，徐康宁.中国能源强度不断下降的驱动因素——基于对数均值迪氏分解法（LMDI）的研究[J].经济管理，2012，（2）：11-20.

[6] Kambara，T.The Energy Situation in China [J].The China Quarterly，1992，（131）：608-636.

[7] 史丹，张金隆.产业结构变动对能源消费的影响[J].经济理论与经济管理，2003，（8）.

[8] 郑若娟，王班班.中国制造业真实能源强度变化的主导因素——基于LMDI分解法的分析[J].经济管理，2011，（10）：23-32.

[9] A.Grimaud and L.Rouge，Nonnewable Resources and Growth with Vertical Innovations：Optional，Equilibrium and Economic Policies[J].

Journal of Environmental Economics and Management，Vol45（2003），p433-453.

[10] 刘岩，等.基于可持续发展的可再生能源替代动态增长模型研究[J].中国软科学，2011，（S1）：240-246.

[11] Fran?ois Lescaroux.Decomposition of US manufacturing energy intensity and elasticities of components with respectto energy prices[J].

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[12] 林寿富，赵定涛.基于能源结构的能源强度实证研究[J].软科学，2011，（7）：49-64.

[责任编辑 吴高君]