基于投入产出法的辽宁省能源物质足迹测度

许淑婷, 胡 英

(辽宁师范大学 地理科学学院，辽宁 大连 116029)

辽宁省煤炭等传统高污染能源消费比例较高制约着经济的绿色发展[1].客观地测度辽宁省能源利用状况，找到提升能源效率的关键，对加强辽宁省持续发展具有现实意义.足迹是从生命周期的角度评估人类的行为活动对地球造成的环境压力[2].Ress等在20世纪90年代初最早提出生态足迹的概念，是指为人类提供生产生活所需物质的过程中占有的生态系统总的土地面积[3].足迹概念出现后，很快被引入其他环境核算中，例如碳足迹、水足迹、土地足迹等，这些足迹被称为环境足迹家族的指标.物质足迹(Material Footprint,MF)定义为从原材料提取到最终消费者的整个供应链中特定产品所需的材料量[4]，是基于消费的资源利用指标，揭示从自然界开采的自然资源在各区域、各部门之间消耗的虚拟物质网络结构[1]，属于经济系统物质流分析中的间接或隐藏流指标[5].物质足迹的核算方法主要有投入产出分析、基于系数或生命周期的方法、投入产出与生命周期混合的方法[6].

投入产出分析由美国经济学家W.Leontief于20世纪30年代提出.投入产出分析由投入产出表和投入产出模型两部分组成，分为实物型投入产出模型和价值型投入产出模型.基本思想是利用线性代数的理论和方法，研究一个经济系统的各部门之间错综复杂的联系，建立相应的数学模型，用于经济分析和预测.该方法的优点在于计算系统覆盖整个经济系统，可以计算所有物品或所有行业的物质足迹.经济范围内的物质流数据与联合国环境经济核算体系高度兼容[6].通过自上而下的方法，避免了重复计算[7].

利用投入产出法计算物质足迹已经得到广泛应用.Ottelin等人[8]运用环境扩展投入产出分析和混合生命周期评估北欧福利国家的碳和物质足迹.Giljum等人[9]运用多区域投入产出模型，考察全球材料流动和满足全球不同国家最终需求所需的直接和间接材料量.随着物质足迹理论模型的成熟，基于国内的物质足迹的研究也开始出现.马凤梅等[10]用基于环境扩展投入模型(EEIO)测算了中国快速工业化地区辽宁省的四大物群(生物质、化石燃料、金属矿产和非金属矿产)的物质足迹，比以往国家层面的分析更细化，给省域范围物质足迹研究提供了范例.本文以物质足迹这一概念为基础，结合能源在各行业的投入量构建实物-价值混合型投入产出表，分析辽宁省各行业的实际能源使用情况.

1 研究方法与数据

1.1 价值-实物混合型投入产出模型

基于价值型投入产出表，采用加边矩阵法，加入各类能源在各个部门的投入量，构造出实物-价值混合型投入产出表，基本结构如表1所示，以此测度能源在各个部门的使用量[11].表1中，xij沿行方向看，反映各产出部门生产的货物或服务提供给各投入部门使用的价值量，被称为中间使用；沿列方向看，反映各投入部门在生产过程中消耗各产出部门生产货物或服务的价值量，被称为中间投入.EXi包括常住单位向非常住单位出售或无偿转让的各种货物和服务的价值.Yi指已经退出或暂时退出本期生产活动而为最终需求所提供的货物和服务.IMi包括常住单位向非常住单位购买或无偿得到的各种货物和服务的价值.总产出下的Xi指常住单位在一定时期内生产的所有货物和服务的价值.总投入Xj指一定时期内常住单位进行生产活动所投入的总费用.Ⅲ代表第三象限，反映各产品部门的增加值及构成情况.

表1 价值-实物混合型能源投入产出表的基本结构

1.2 计算方法

利用单区域投入产出法计算辽宁省各部门的能源消耗量.第1步是将各类能源使用量通过煤炭转换系数，转换为一种能源使用量.

(1)

其中，ESj表示各类能源使用量通过乘以煤炭转换系数，转换为标准煤的使用量.si表示能源的煤炭转换系数，i为能源种类.aij表示不同类型的能源投入量，j为部门数，记N=[ESj]1×n为能源在各部门投入量折标准煤后的行矩阵.

第2步是计算能源强度矩阵、直接消耗系数和列昂惕夫逆矩阵.

(1)能源消耗强度矩阵

(2)

其中，Ej表示部门j生产单位产值所直接使用的能源量，Nj表示能源折合标准煤后的量，Xj表示一定时期内常住单位进行生产活动所投入的总费用.计算n个部门的能源消耗系数，得到能源消耗强度行矩阵.

(2)直接消耗系数

(3)

其中，aij表示部门j单位产出需要的部门i的投入.记A=[aij]n×n直接消耗系数矩阵[12].xij表示各投入部门在生产过程中消耗各产出部门生产货物或服务的价值量，称为中间投入.Xj表示一定时期内常住单位进行生产活动所投入的总费用.

(3)列昂惕夫逆矩阵

L=(I-A)-1.

(4)

其中，L表明第j部门增加一个单位最终使用时，对i产品部门的完全需求量.I为单位矩阵，A为直接消耗系数矩阵.

第3步是计算能源物质足迹.

(1)物质足迹系数

(5)

(2)物质足迹

(6)

其中，MF为部门的能源物质足迹矩阵，N为能源在各部门投入量折标准煤.

1.3 数据来源与处理

本文数据选用《2012年辽宁省投入产出表》，由于投入产出表5 a更新一次，2012年是目前已更新的最新数据.为了数据的对称性，所以选用《2012年辽宁省统计年鉴》中的能源在各行业的投入量、《2012年中国能源统计年鉴》中的能源折标准煤系数分析本论文所讨论的问题.

由于投入产出表的部门划分和能源在各行业投入的部门划分有一定区别.本文基于能源在各部门投入中的部分划分，结合《2017年国民经济行业分类》对部门进行划分合并，将投入产出表中的42个部门和能源在各行业的投入中的57个部门分别对应合并为8个部门：农林牧渔业、采矿业、制造业、电力、热力和燃气的生产和供应业、交通运输和邮政业、建筑业、批发零售和住宿餐饮业、其他行业[14].

单纯的能源在各行业的投入量是直接投入量，不包含该行业消耗的产品中所包含的能源消耗量.结合投入产出表和物质足迹的相关计算，以求测度出各行业的实际能源消耗.

2 计算结果及分析

2.1 行业直接消耗结果

由公式(2)得出辽宁省八大行业直接消耗系数(表2)，分析八大行业投入产出之间的相互依赖关系.

表2 辽宁省八大行业直接消耗系数表

由表2可以看出，采矿业、制造业、电力、热力和燃气的生产与供应这3个行业，每万元产出直接消耗最多的是本行业，分别为2 485元、4 742元、2 418元.其余行业每万元产出消耗最多的是制造业，其中建筑业每万元产出消耗制造业的价值和服务量最多，为5 223元.由此可见制造业在促进各行业发展中发挥着极其重要的作用，制造业的发展和投入产出效率对经济的发展起着重要的作用.各行业每万元产出消耗的建筑业较少，建筑业对制造业依赖大，与其余行业的投入产出之间联系不紧密.

合计代表该行业每万元产出直接消耗价值和服务量的总和.电力、热力和燃气的生产与供应业每万元产出消耗的价值量最多，其次为制造业、建筑业、采矿业、交通运输业、仓储邮政业、农林牧渔产品和服务业、其他行业、批发零售、住宿餐饮业.

2.2 能源的物质足迹系数和物质足迹

依据公式(5)和公式(6)得出能源物质足迹系数和能源物质足迹(表3).能源物质足迹系数表示每个单位货币消费的能源量，能源物质足迹表示各行业在生产过程中消耗的能源总量.依据《辽宁省统计年鉴》得出能源在各行业的投入量，通过公式(1)将各类能源乘以煤炭转换系数，得出折合标准煤后能源的投入量.

依据物质足迹系数,各个行业每个单位货币消费的能源量从大到小依次是电力、热力和燃气的生产和供应业、采矿业、制造业、建筑业、批发零售和住宿餐饮业、交通运输和仓储邮政业、其他行业、农林牧渔业.其中，电力、热力和燃气的生产和供应业单位货币消耗能源的系数大，是因为电力、热力和燃气的生产和供应业是一个以消耗能源来产生相应价值，从而为社会各个行业服务的部门.

各部门能源物质足迹从大到小顺序为制造业、电力、热力和燃气的生产和供应业、采矿业、批发零售和住宿餐饮业、其他行业、农林牧渔产品和服务业、建筑业、交通运输和仓储邮政业.由物质足迹系数和物质足迹的对比可以看出，电力、热力和燃气的生产和供应业、制造业的物质足迹和物质足迹系数都居于前3，这两个行业的能源物质足迹占总能源物质足迹的90%以上.

表3 辽宁省八大行业能源物质足迹系数和能源物质足迹

能源物质足迹与能源投入量作对比，由图1可以看出，能源直接投入量多的前3行业集中度明显高于能源的物质足迹.单从能源直接投入分析，制造业无疑是能源消耗量最大的行业，但是以足迹的视角分析，制造业和电力、热力和燃气的生产和供应业在提升辽宁省能源使用效率方面同等重要，甚至电力、热力和燃气的生产和供应业因其超高的物质足迹系数，提升能源效率的作用反而比制造业要大.

图1 辽宁省八大行业能源物质足迹及其系数和能源投入量对比

3 结 论

能源是社会发展和经济增长的基本要素，也是维持生产生活的基础.辽宁省目前能源投入量在合理范围内增减不会对经济的增长产生较大的影响，但是能源使用状况和中国整体能源使用状况一样需要外部补给.开发新能源、改善能源消费结构、找到消耗能源的关键以及提高能源使用效率等措施对解决能源供需缺口问题有重要意义.

由直接消耗系数表可以看出，制造业在八大行业的生产过程中扮演着重要角色，制造业、建筑业、交通运输业、仓储邮政业这3个行业每万元产出消耗制造业的价值量占各自总消耗价值量的一半以上，其余行业对制造业的消耗也占各自总消耗价值量25%以上的比重.制造业的能源物质足迹系数和物质足迹、直接能源投入量都比较大，只是直接能源投入量相对物质足迹来说偏小，所以在提升制造业的能源使用效率的过程中，要兼顾制造业本身和制造业前后关联产业的能源消耗量和能源使用效率问题.建筑业的能源物质足迹系数略高，居于第4位，但是能源物质足迹量较小，居于第7位，建筑业对全行业的能源使用效率影响有限.建筑业每万元产出对制造业的消耗占总消耗的68%，制造业的能源使用效率的大小直接影响到建筑业.

辽宁省发电及电站供热的能源转化效率远远低于能源加工转化效率的总体水平.电力、热力和燃气的生产与供应业的能源物质足迹系数远远高于其余行业，能源的物质足迹量27 525万t标准煤居于第2，占总量的42.15%，能源使用效率较低，且使用量大.能源直接投入量5 405万t标准煤，和能源物质足迹相差甚大，表明该行业的间接能源消耗量大.所以想要提升该行业的能源使用效率，就须提升该行业上下游之间关联产业的能源使用效率.采矿业的能源物质足迹系数和能源物质足迹都居于前3，虽然没有制造业、电力、热力和燃气的生产和供应业的能源物质足迹量大，但是对整体的能源使用也有一定的影响.采矿业同批发零售、住宿餐饮业一样，能源的直接投入量和物质足迹相差不大，这说明提升采矿业、批发零售、住宿餐饮业的能源效率就要关注该行业本身的能源使用情况.制造业、电力、热力和燃气的生产与供应业、采矿业、批发零售、住宿餐饮业这4个行业的能源物质足迹占总能源物质足迹的99%以上，这四大行业是提升辽宁省的能源利用效率的关键.辽宁省在提升能源使用效率的过程中，科技进步应起到首要作用，政府起到相应的引导作用，积极倡导能源和经济的持续稳定发展.借鉴外省和国际的先进经验，建立能源市场信息统计体系，走高效、清洁的能源道路.倡导能源使用在来源、品种、贸易、运输等方式的多元化.