基于净能源视角的中国能源产业投入产出研究

冯敬轩

(中国石油天然气集团有限公司发展计划部，北京 100007)

0 引 言

一般而言，能源生产成本是指能源生产过程中资金成本的消耗，但实际上能源生产是一项复杂的系统工程，涉及产业众多、耗费投入巨大，不仅包括以货币为计量单位的各种资本投入，还包括直接能源投入以及机器设备投入。而目前在估计一般能源生产成本时，仅考虑资金投入，容易受到金融波动影响，忽视能源生产的真正价值。能源生产活动的真正价值在于剩余能源产出，这部分能源称之为“净能源”，即扣除各种能源投入后剩余能源产出，只有净能源才是人类社会发展所能真正利用的能源。对于能源生产评价不应该只关注能源价格、产量和消费量，更应关注产出“净能源”多少及其对于经济系统的影响[1]。

净能源的概念经历了“净产品→剩余劳动→剩余能源→净能源”的演变过程，而“净”的思想最早可以追溯到18世纪法国资产阶级古典经济流派——重农学派，该学派认为一切经济财富都是自然资源所创造的“净产品”，而商业只是“净产品”的流通部门[2]。卡尔·马克思在《资本论》中引用了重农学派思想，结合对于其他经济学理论的批判，提出伟大的剩余价值理论[3]，该理论认为劳动者在必要劳动时间里创造了满足自身需求的“自用价值”，以及在剩余劳动时间里创造了超过自身需要的“剩余价值”，资本家通过剥削无生产资料工人的剩余劳动来实现剩余价值的创造和积累，然后用于扩大再生产，这是资本和财富增长的原因。如果从广义能源的角度来看，在化石能源没有大量使用的时代，工人劳动付出的大量体力也是经济社会发展所需要的一种能源[4-5]，“剩余劳动”实际上也是“剩余能源”。当化石能源大量使用之后，原来依靠大量人力劳动的产业开始被使用化石能源的机器设备替代，工人剩余劳动所创造的价值由机器消耗化石能源所创造的剩余价值所代替，劳动者从繁重的体力劳动中解放出来，去做人类所擅长的脑力劳动，不仅改善了生产关系，更提高了生产力、丰富了生产资料，形成正反馈循环促使经济不断增长。通过对比长期能源消费数据和GDP数据后可以发现，GDP快速增长基本与化石能源消费量的快速增长相吻合(图1)，说明化石能源大规模替代体力劳动后增加了剩余能源供应，对于经济发展有更大的贡献。

图1 1800—2015年全球GDP与化石能源消费趋势Fig.1 Global GDP and fossil energy consumption trends from 1800 to 2015

1955年，COTTRELL受到“净量”概念的启发提出了“剩余能源”的概念，启发了大批学者不断丰富“净能源”相关理论[6]。美国著名生态学者HALL研究发现，第一次石油危机以后，由于能源开采难度越来越大，能源投入快速增加，导致美国石油工业净能源产出迅速递减，从20世纪30年代投入1 kcal能源获得100 kcal能源产出，下降到1980年投入1 kcal能源仅能获得10～20 kcal能源产出[7]。另有研究显示，全球石油和天然气开采阶段的净能源产出占总产出的比重从1930年的99%降低到了1990年的96%，随后降到了2011年的95%[8-9]，部分地区降至90%和93%[10-11]，如果考虑全生命周期则该比重将会骤降至81%[12]。而目前来自于化石能源的净能源产出占总能源产出比重为80%左右，意味着化石能源至少在2050年前仍将是主要能源[13]。随着化石能源开发难度不断加大，生产加工过程日趋复杂，能源生产的必要投入随之增加，而非化石能源项目在生命周期初期投入产出比相对较低。未来有可能出现化石能源投入产出比快速下降而非化石能源投入产出比增加缓慢的情况，可供经济社会使用的净能源减少。因此，相关研究者越来越关注能源生产的净能源产出变化。在此背景下，对于中国能源产业投入产出的研究就有了现实意义。

1 计算模型

净能源指的是总能源产出扣除生产过程中必要能源投入后得到的“剩余能源”，其中“能源产出”指总产出，“能源投入”则是能源生产过程中需要的直接能源投入和间接能源投入，也是能源生产必须付出的能源成本(图2)。净能源的表达式为式(1)。

图2 净能源概念示意图Fig.2 Example of net energy

净能源=能源产出-能源投入

(1)

现有的关于净能源的研究都采用自下而上式的数据统计方式，基础数据量大、来源复杂、计量单位混乱，极易出现数据重复统计或漏计的情况。因此，宏观计算“净能源”产出的关键在于能源投入数据的统计。早在法国重农学派著作《经济表》中，弗朗斯瓦·魁奈通过追踪货币的流向与流量来思考农业生产的方式极有借鉴意义[14]。随后生态物理经济学研究者ODUM提出了类似观点，ODUM认为货币的流向和流量背后代表着能源反向流动[15]。ODUM的假设最终被BULLARD和HERENDEEN以及COSTANZA等学者的研究所证实[16-18]，这些学者研究发现商品中隐含的能源与其货币价值之间有很强的经验统计上的关系，首次提出“隐含能”的概念来描述一种商品或服务中隐含的总能源成本，并用以货币为计量单位的价值型投入产出表计算隐含能流动，指出“隐含能”是被纳入或“被体现”于产品与服务之中直接或间接消耗的能量。随后大量研究者采用投入产出模型(input-output model)来计算隐含能的消耗。而投入产出模型是由诺贝尔经济学奖获得者LEONTIEF于1930年代提出的，主要用于分析经济系统中存在交换关系的各部门之间投入产出数量关系模型[19]，亦可用于计算经济系统中各部门相互之间消耗关系(图3)。结合隐含能计算方法和投入产出模型，中国能源部门净能源产出的计算公式见式(2)。

图3 投入产出表示意图Fig.3 Example of input-output table

(2)

2 计算结果

由图4可知，1987年中国能源生产部门所消耗的隐含能仅为1.52×108tce，而2017年增加到14.3×108tce，即整个能源产业1987年消耗1 tce隐含能就可以为经济系统供应5.62 tce一次能源，其中有4.62 tce净能源产出；而到了2017年，能源产业消耗1 tce隐含能只能供应3.14 tce一次能源，其中只有2.14 tce净能源产出。另外，图5中分析了各个能源部门的直接能源投入和间接能源投入的情况，从中可以看出，石油、天然气和煤炭等能源开采部门消耗的直接能源投入比重较大，而石油、炼焦、燃气和核燃料加工部门以及电力热力供应等能源二次加工转化部门消耗的间接能源投入较多。图6 进一步分析了上述部门间接能源投入与直接能源投入之比(间接/直接)，该比值如果大于1，说明间接能源投入占比更大，如果这个比例逐渐上升，说明计算期内间接能源投入增长速度快于直接能源投入增长速度。由图6可知，电力、热力生产和供应部门以及石油、炼焦、燃气和核燃料加工部门的比值长期大于1，即间接能源占比超过了50%，说明化石能源被加工成二次能源时需要的间接能源投入更多。

图4 1987—2017年间中国能源生产部门净能源供应能力持续下降Fig.4 Net energy productivity of energy industry in Chinakeep declining from 1987 to 2017

图5 中国能源系统间接能源投入与直接能源投入Fig.5 Indirect and direct energy inputs ofenergy production sectors

图6 1987—2017年间中国能源系统间接能源投入与直接能源投入之比Fig.6 Ratio of indirect energy inputs to direct energyinputs of energy production sectors

(注：A-农、林、牧、渔、水利；B-煤炭采选产品；C-石油和天然气开采产品；D-石油、炼焦产品和核燃料加工品；E-电力、热力的生产和供应；F-建筑业；G-其他制造业；H-交通运输仓储邮政；I-批发、零售业和住宿、餐饮业；J-其他行业。)图7 1987年、1997年、2007年和2017年能源部门能量流动弦图Fig.7 Energy flows between the energy productionsectors in 1987,1997,2007,and 2017

为了进一步对能源部门和非能源部门之间的隐含能流动情况有直观的认识，需要对于部门之间的隐含能流动数据进行可视化处理。主要做法是基于投入产出表，利用VB语言绘制1987年、1997年、2007年和2017年的隐含能源流动弦图。弦图主要作用是表示部门之间流入流出逻辑关系，各部门之间“弦”的宽度就是流量的大小，也可认为是权重，这些流动的方向表明了隐含能在各部门之间流动方向。本文主要针对4个能源部门之间以及能源与经济部门之间的隐含能流量和流向，因此弦图中并没有涉及到非能源部门之间的隐含能流量和流向，结果如图7所示。从图7中可以看出代表化石能源开采的煤炭采选部门和石油天然气开采部门消耗的隐含能流量占比从1987年到2017年出现明显下降，而代表能源二次加工过程的能源部门占比有明显的上升，说明能源的二次加工过程越来越复杂，需要耗费更多隐含能源；4个能源生产部门的最大隐含能流量均来自非能源部门的其他制造业，同时最大隐含能输出部门也是非能源部门的其他制造业，一方面说明制造业是耗能大户，另一方面也说明制造业对于能源生产部门的巨大支撑作用，二者关系密不可分。需要特别注意的是能源系统4个部门隐含能自耗问题，能源部门隐含能自耗在弦图中表示为不指向其他部门的凸起，凸起越宽表示自耗占比越大。在1987年4个能源生产部门中几乎察觉不到表示隐含能自耗的凸起，到2017年能够看到石油、炼焦、燃气产品和核燃料加工部门以及电力、热力的生产和供应部门中隐含能凸起占比明显增加，说明自耗问题明显。

能源生产过程中需要的能源投入通过当年能源强度(单位GDP能耗的倒数)转化后，就成为以货币为计量单位的能源生产成本。但该成本区别于一般货币成本，除了直接成本之外还包括了间接成本，均从能源投入换算而来，因此统称为能源成本。近年来，由于全球范围内化石能源在开采、加工和转化过程中的隐含能投入不断增加，能源部门的能源成本快速上升，过多占用了非能源部门的投入。目前已有不少学者注意到这一问题：MURPHY等[23]发现当能源价格上涨时，导致能源生产成本过高、经济失去活力，最终产生债务泡沫危机。HALL等[24]研究显示1970—2007年之间美国石油生产的能源成本占GDP的比重达5.5%以上时GDP增长就进入滞涨。LAMBERT等[25]发现第一次石油危机至2014年，美国总能源成本占GDP比重超过10%以上时经济就会出现衰退。FIZAINE等[26]发现美国经济承受不起超过其GDP的11%的能源成本。BASHMAKOV等[27]研究发现在保证经济增长的前提下，美国和经合组织国家(OECD)的能源成本占GDP比重最大极限值分别为8%～10%和9%～11%。上述研究针对的都是发达国家的能源生产，那么中国能源产业的能源成本占GDP的比重与GDP增速是否也有相同的关系。按照上述学者的研究方式对比本研究的计算结果表明，能源生产成本在GDP中占比与经济增长速度的变化趋势大部分情况下呈现相反趋势。例如从1987年到2002年期间GDP增速呈下降趋势，而能源支出占比却呈上升趋势，并且这种关系在2002年和2007年出现了两次反转。虽然有个别阶段并不完全符合，但总的来说绝大部分时间能源成本占GDP比重与GDP增速变化趋势始终相反。这与目前欧美学者关于能源生产成本理论研究结果相符合(图8)。由此可以看出，能源生产的成本对于经济发展有重要影响。

图8 能源生产成本占比与GDP增速的变化趋势相反Fig.8 High energy producing costs are associatedwith low economic growth rates

3 结论与建议

虽然中国净能源供应总量不断增加，但供应净能源的能力逐渐下降，这主要是因为能源生产的投入产出效率下降，这个现象背后实质是中国能源产业长期以来以高投入换取高产出，导致大而不强。虽然在2017年左右，净能源供应效率递减的趋势出现了缓和，但是从1987年到2017年较长时间维度来看，能源生产效率的趋势在持续下降。对于经济社会发展来说，只有将投入到能源生产活动中的能源投入(即能源生产成本)控制在合理范围内，才能将更多的净能源用于发展教育、医疗、艺术和科技创新中。综上所述，从宏观层面来说，能源产业能不能供应充足的净能源才是真正紧要的问题，考虑到中国目前是世界上能源消费量最大的国家，以及经济发展对于低成本能源的需求，今后中国能源产业的发展方向应该从“大而不强”转向“高质量、集约化”发展，这就要求能源生产既要注重能源产出，更要控制能源投入，对此提出如下两条对策建议。

1) 建议对能源类项目进行全生命周期或全产业链的净能源分析，评价能源项目的综合效益，优先选择净能源供应量大且供应效率高的项目。目前对能源项目进行评价主要是采用经济评价方法，但该方法容易受到主观因素的影响，考虑的投入因素仅包括资金投入，得到的经济性评价结果只注重项目本身的经济利益。相对于经济和社会系统来说，能源项目的根本任务就是生产净能源以支持经济和社会的发展。如果不能产出净能源反而占用大量有效投入，那么这个能源项目对于经济和社会来说没有任何意义，还有可能产生负外部性的影响。因此规划能源类项目时需要进行净能源分析，以评价其净能源产出总量和效率，考察项目的综合效益。

2) 建议设法降低能源部门生产成本，尤其是以间接能源投入为主的成本，以达到提高净能源产出的目的。能源系统的投入产出比足够高，则可以用较少能源投入获得充足净能源供应，对于国家来说才能将更多的资源用于发展教育、医疗、艺术和科技创新中，形成正反馈循环的发展模式。根据研究结果显示，中国能源系统所需的间接能源在整个能源投入中的占比在快速增加，因此对于能源系统来说，降低间接能源投入是最有效的办法。对于国家来说，能源系统生产相同能源产出所需的能源投入减少意味着国家对于能源生产投入的减少和更充足的净能源供应。因此整个能源系统需要积极地降低生产成本、提高生产效率等措施以提高能源生产的投入产出比。