中國能源效率及節能潛力分析

李建武, 王安建, 王高尚

中國地質科學院全球礦產資源戰略研究中心, 北京 100037

中國能源效率及節能潛力分析

李建武, 王安建, 王高尚

中國地質科學院全球礦產資源戰略研究中心, 北京 100037

本文對比了中國、發達國家及全球平均的主要能源效率指標, 明確了中國當前的總體能源效率水平。通過對比產業和部門能源效率指標, 分析產生指標差距的原因和影響因素, 找出了能源效率差距所在,并運用相關規律對一些能效指標的未來變化趨勢進行判斷, 進而確定了我國節能的潛力和主要領域。研究表明, 我國節能工作已取得巨大成就, 但仍有很大潛力。不同部門節能空間不同, 不同部門的能效指標會有不同表現。因此, 節能措施選擇和目標設定要針對具體情況區別對待。

能源效率; 效率指標; 節能

節能作為提高能源安全保障程度和減少CO2排放的重要手段, 已為各國所重視。我國《“十一五”規劃綱要》中提出了單位國內生產總值(GDP)能源消耗較2005年下降20%的約束性指標。然而執行過程中發現該任務異常艱巨。據測算, 若要實現此目標,“十一五”的最后一年2010年我國單位GDP能耗要比 2009年降低 6.375%, 遠高于前四年 1.79%、4.04%、4.95%和5%的下降幅度(何祚庥, 2010)。“十一五”節能目標的實現何以如此之艱難？經過近20年的節能減排, 我國的能源效率在國際上處于何種水平？今后我國節能的潛力有多大？節能應采取何種方式？這些都是我們需要解答的問題。

節能, 即提高能源效率, 是指在服務或活動水平不變的條件下減少能源消耗量, 可通過技術創新、優化組織管理和改善部門經濟條件來實現(WEC, 2008)。其評價指標主要有能源消費強度、能源轉換效率、部門單位增加值能耗、單位產品(服務)能耗、單位能源產品(煤炭等)能耗、發電廠效率、再生能源占消費比例等(王彥彭, 2009, 2010)。

目前關于中國能源效率影響因素的研究有許多。有學者認為經濟結構制約著能源消費強度的變化(尹敬東等, 2009; 張意翔等, 2009), 而有學者通過研究認為技術進步是提高能源效率的主要因素(鄭暢, 2009); 有學者從波動角度分析了中國能源效率的變化(吳利學, 2009), 也有人用 DAE模型對中國的能源效率趨勢進行了分析(何文強等, 2009),也有學者從能源消費、經濟增長和能源效率的關系入手, 并根據經濟慣性原理, 發現了能源效率的變化趨勢(曾勝等, 2009)。

本文通過中國與先進國家和地區的若干指標對比, 首先對我國能源效率總體水平做出判斷, 然后依據能源消費與社會經濟發展之間的規律, 對主要耗能部門的能源效率趨勢進行分析, 對其節能潛力做出判斷。

1 我國能源效率的總體狀況

自1980年以來, 我國的節能減排取得巨大成效,是全球能源消費強度下降最快的國家(IEA, 2008a, b)。按2005年不變價格計算, 1980年我國一次能源消費強度為3.405 tce/萬元, 到2002年降至1.08 tce/萬元, 22年間平均年降幅為5%。從2003年開始, 我國一次能源消費強度的下降趨勢發生逆轉, 連續三年出現小幅攀升。2006年, 國家將能源消費強度降低 20%作為“十一五”期間的約束性指標, 采取了諸多強力措施, 使消費強度再次下降, 但下降幅度明顯變小, 表明節能難度加大(圖1)。

2 我國能源效率總體水平分析

圖1 我國一次能源消費強度變化趨勢Fig. 1 Trend of China’s energy consumption intensity

能源消費強度是反映一個國家或地區整體能源效率水平的綜合性指標, 表示的是生產單位GDP所消耗的能源數量(WEC, 2008)。為在國家間進行比較,本文所使用的 GDP數據為世界銀行按購買力平價(PPP)折算的2005年國際美元數據。另外, 為消除經濟結構對能源消費強度的影響, 更準確地比較各國能源效率的差異, 本文使用了統一經濟結構的能源消費強度指標, 即使用本國的產業能源消費強度和歐盟的經濟結構比例來計算消費強度。能源消費強度分為一次能源消費強度和終端能源消費強度兩類。

2.1 一次能源消費強度分析

一次能源消費強度表示生產單位 GDP所消耗的一次能源數量。圖 2是中國與世界主要國家和地區的一次能源消費強度對比。

2007年, 中國一次能源消費強度略高于世界平均水平, 但與歐洲發達國家相比差距較大。2000年中國的一次能源消費強度為 0.2 kgoe/$PPP, 是歐盟的1.37倍, 英國的1.77倍; 去除經濟結構的影響之后, 該指標降為0.159 kgoe/$PPP, 是歐盟的1.14倍,英國的1.35倍。2007年, 中國的一次能源消費強度降為 0.186 kgoe/$PPP, 但與發達國家的差距加大,達到歐盟的 1.44倍。由于缺乏相關的數據, 我們無法準確計算 2007年修正經濟結構后中國與歐盟的差距, 根據各方面因素估算, 應在1.5～2倍之間。

2.2 終端能源消費強度分析

由于一次能源消費強度指標受能源結構和轉換效率等因素的影響較大, 為更準確地了解中國的終端能源使用效率, 需要使用終端能源消費強度指標進行國家間的比較(圖3)。

中國的終端能源消費強度略高于世界平均水平, 2000年為 0.136 kgoe/$PPP, 是能效最好的英國的1.58倍; 修正經濟結構后, 該指標降為 0.114 kgoe/$PPP, 是英國的1.36倍。2007年, 中國的一次能源消費強度降為 0.115 kgoe/$PPP, 是英國的 1.64倍,修正經濟結構后估計應為英國的1.5倍左右。

圖2 2007年中國及主要國家和地區一次能源消費強度Fig. 2 Primary energy consumption intensity of China and other countries or regions in 2007

圖3 2007年中國及主要國家和地區終端能源消費強度(數據來源: ENERDATA, 2010)Fig. 3 Final energy consumption intensity of China and other countries or regions in 2007 (Source: ENERDATA, 2010)

2.3 對比評述

對比發現, 盡管我國的節能降耗已取得巨大成就, 但總體能源效率水平與世界先進國家相比仍有較大差距(王安建等, 2010; 王安建, 2010; 王高尚, 2010; 王高尚等, 2002; 李玉喜等, 2009)。指標數據表明, 我國終端能源消費強度與先進國家的差距要小于一次能源消費強度, 這與我國能源整體轉換效率偏低有關。另外, 消除經濟結構影響之后的指標表現要好于未消除經濟結構影響的指標, 表明我國當前的經濟結構對能源消費強度有負面影響。需要指出的是, 由于缺乏相關數據, 我們只能消除宏觀經濟結構的影響, 而無法消除工業內部結構的影響。目前我國鋼鐵、水泥、有色、化工等高耗能行業所占比例較高, 這無疑會對指標表現造成負面影響。據此判斷, 我國總體能源效率與世界先進水平之間的實際差距要小于指標數據所顯示的差距。

3 我國產業能源效率分析

為深入了解我國能源效率水平, 確定差距之所在, 需要對各產業、產業內部主要部門的能源消費強度(產業或部門能源消費量與增加值之比)進行比較、分析。圖 4是我國與世界主要國家工業、農業和服務業能源消費強度的對比。

圖 4表明, 中國的工業能源消費強度低于世界平均水平, 與歐盟水平接近; 農業能源消費強度與世界平均水平相當, 但低于發達國家; 服務業能源消費強度高于主要發達國家。總體而言, 中國分產業的能源消費強度指標好于總體能源消費強度指標。

圖4 2007年中國及主要國家和地區分產業終端能源消費強度(數據來源: ENERDATA, 2010)Fig. 4 Final energy consumption intensity (by industry) of China and other countries or regions in 2007 (Source: ENERDATA, 2010)

3.1 工業能源效率分析

工業是能源消費的主體, 2007年我國工業能源消費占全國總量的 71.6%, 因此工業部門的能源效率在很大程度上決定著整體能源效率。2007年, 我國工業能源消費強度為 0.1 kgoe/$PPP, 比世界平均水平低約 14%, 但高于英國 37%, 與歐盟平均水平基本持平, 其表現優于一次能源和終端能源的消費強度。我國不同階段工業能源消費強度與其它國家的差距見表1。

在工業部門內部, 制造業是最大的能耗部門。2007年, 中國制造業占工業能耗總量的 82.1%, 占全國能耗總量的 58.8%。中國不同階段制造業消費強度與其它國家的差距見表2。

2007年我國制造業能源消費強度為0.131 kgoe/ $PPP, 比全球平均水平低 23.84%, 比歐盟平均水平低5.07%, 但較英、法、德、日等國要高, 其表現較工業能源消費強度更優。

表1 中國工業能源消費強度與部分國家差距(%)Table 1 Difference of industrial energy consumption intensity between China and other countries (%)

表2 中國制造業能源消費強度與部分國家差距(%)Table 2 Difference of energy consumption intensity in manufacturing sector between China and other countries (%)

考慮到我國當前的工業內部經濟結構, 我國工業和制造業能源消費強度已經處于很低的水平。由于中國目前處于重化工業化階段, 各種原材料消費量極高, 使得我國鋼鐵、有色、建材、化工、石化等高能耗產業極為發達(王安建等, 2002)。而西方發達國家大都已經步入后工業化時代, 高能耗產業或已萎縮、或已轉移到國外。工業內部結構的差異使得中國工業能源強度很難達到或低于英、法等老牌工業化國家的水平。未來二十年, 中國仍將處于快速工業化時期, 工業內部結構很難發生根本性改變,因此工業能源消費強度很難再像 2000年以前那樣大幅下降(于汶加等, 2010; 鄒愉等, 2010; 李銘等, 2010; 劉占成等, 2010; 徐銘辰等, 2010; 李曉明等, 2010)。但對于個別部門而言, 可以通過技術進步和淘汰落后產能等方式取得一定的節能成果。

以耗能大戶鋼鐵部門為例, 2007年, 我國噸鋼能耗為 0.45 toe/t, 比全球第二鋼鐵大國日本高出23.68%, 比美國高出50%(圖5)。通過改進煉鋼工藝、增加電爐鋼比例和擴大企業規模等方式, 仍可進一步提高部門能源效率。

3.2 服務業能源效率分析

服務業的主要經濟活動包括公共管理、商品流通以及其它服務性經濟活動, 能源消耗以電能為主。因此其能效評價指標除能源消費強度外, 還有電能消費強度(即服務業電能消費量與產業增加值之比)。

2007年我國服務業能源消費強度和電能消費強度分別比 2000年增長了 60%和 101%, 達到 0.032 kgoe/$PPP和157 kWh/$PPP。這一變化雖符合全球整體趨勢, 但與發達國家的差距卻驟然加大。2000年我國服務業能源消費強度僅比歐盟高 11%, 到 2007年這一差距增大到101%(圖6)。

圖5 2007年主要國家噸鋼能耗(數據來源: ENERDATA, 2010)Fig. 5 Energy consumption per ton of steel (Source: ENERDATA, 2010)

2007年中國服務業能源和電能消費強度急劇增長的重要原因是服務業內部結構的升級。隨著經濟的發展, 傳統的勞務型服務活動所占比重逐漸縮小,新興的專業技術型如信息、金融等服務活動所占比重逐漸增加, 其結果一是能源消費的增加, 二是能源結構向優質能源方向調整。

我國服務業的兩項指標與發達國家存在較大差距。2007年我國電能消費強度比全球、歐盟和日本分別高29%、80%和21%, 能源消費強度差距更大。

消費強度受不同國家服務業內部結構差異及其它諸多因素的影響, 不完全代表能源效率的差異,但差距如此之大足以表明我國服務業的能源效率偏低, 應有一定的節能空間。但由于服務業的內部結構升級仍在進行中, 消費強度仍有上升的可能, 節能效果不一定能在消費強度指標中得以體現。

3.3 農業能源效率分析

我國農業部門能源消費所占比例很小, 2007年農、林、牧、漁業僅占全國能源消費總量的3.1%。我國農業能源消費強度較低, 2007年為0.043 kgoe/ $PPP, 與世界平均水平相當, 為美國的 48%, 歐盟的45%和日本的70%。中國農業能源消費強度低于發達國家的一個重要原因是我國農業機械化程度較低, 大量勞動由人工完成。據世界銀行統計, 2007年我國每百平方千米耕地擁有拖拉機146.7臺, 美國、英國、法國、德國分別擁有276臺、673臺、615.7臺和 646臺。隨著我國經濟的發展、農業機械化程度的提高, 農業能源消費強度將會上升, 農業節能的關鍵是農機能效的提高。

3.4 交通部門能源效率分析

交通部門正逐漸成為一個重要的能源消費部門。2007年我國交通郵電業占一次能源消費總量的7.8%, 根據部門終端能源消費遞進規律, 這一比例仍有增長之勢(王安建等, 2008, 2010)。

比較不同國家的交通能源效率極為困難。由于交通能耗中有一部分并不產生經濟增加值, 或者其增加值因無法分離而計入了其它部門, 因此能源消費強度不能完全反映其能源效率。需要其它指標如百公里油耗加以輔助。

我國交通能源消費強度處于很低的水平(圖7)。2007年, 我國交通能源消費強度為0.012 kgoe/ $PPP,僅為全球平均水平的36%、美國的24%、歐盟的43%和日本的 55%。這與我國機動車(特別是私家車)普及率低、公共交通普及和集中運輸有密切的關系(王安建等, 2008)。據世界銀行統計, 2007年我國每千人機動車擁有量為32輛, 同年美國為820輛, 英國為527輛, 德國623輛, 法國600輛, 日本595輛。

從百公里油耗來看, 2007年美國的百公里油耗最高, 為 9.5升左右, 歐盟和日本燃料經濟性最高,日本一直維持 5升的最低水平, 歐洲國家平均在 6升以下, 中國處于中等水平, 大約為 7升(IEA, 2008a, b)。

我國交通能源消費強度已經處于很低的水平,進一步大幅下降的可能性不大, 隨著私家車擁有量的增加, 消費強度甚至有上升的可能。目前我國新產汽車燃油經濟性與世界先進水平相當, 造成我國百公里能耗較高的一個重要因素是上路車輛中有相當一部分為老舊車型。通過政策和立法提高燃油效率以及加速淘汰老舊車輛, 我國百公里能耗仍有下降空間。

圖7 中國及主要國家和地區交通能源消費強度(數據來源: ENERDATA, 2010)Fig. 7 Energy consumption intensity in transport sector of China and other countries or regions (Source: ENERDATA, 2010)

3.5 家庭能源消費分析

不同國家和地區家庭能源消費的用途相差較大,很難進行效率比較。家庭能源消費強度通常指家庭能源消費量與私人消費額之比, 而我國私人消費在GDP中所占比例明顯低于發達國家, 因此該指標的比較意義不大。考慮到家庭能源消耗以電力為主,本文選用人均家庭電力消費量這一指標進行國家間對比。需要指出的是這一指標所表示的不是能源效率, 而是能源消費量。圖 8是我國與主要國家和地區人均家庭電力消費量。

我國人均家庭電力消費仍處于一個很低的水平。2007年為283 kWh/人, 是全球平均水平的42%,美國的6%, 與能源效率極高的歐盟和日本相比, 也僅達到其人均消費量的17%和13%。歷史數據表明,人均家庭電力消費量將隨著經濟的發展而增長, 這主要與家庭擁有的家用電器數量有關。1990年, 我國每百戶城鎮居民空調擁有量為0.34臺, 2000年為30.8臺, 2007年增加到95.08臺, 17年增加了278倍。可以肯定, 盡管家電產品的能源效率將會隨著技術進步而提高, 但我國人均家庭電力消費量將會隨著經濟發展而增長。

3.6 能源轉換部門效率分析

由于能源轉換總效率受一次能源消費結構的影響較大, 國家間的可比性較差, 本文不對此指標進行比較。能源轉換部門的主體是電力部門, 我國電力生產以煤炭為主, 2007年約占83%, 因此, 影響中國電力工業節能降耗的最主要因素是燃煤發電企業的效率問題以及電網的線損問題(張安華, 2006)。表3是中國及世界主要國家電力能效指標。

圖8 中國及主要國家和地區人均家庭電力消費量(數據來源: ENERDATA, 2010)Fig. 8 Average electricity consumption of households per capita in China and other countries or regions (Source: ENERDATA, 2010)

數據表明, 我國熱電效率偏低, 2007年為30.8%,僅為全球平均水平的89.8%, 歐盟的80.2%, 日本的70.8%。同為發展中國家、電力生產同樣以煤炭為主的南非 2007年的熱電效率為 33.4%, 高于中國 2.6個百分點。因此, 通過加快淘汰單機容量在100 MW以下的常規燃煤凝汽火電機組和單機容量在50 MW以下的常規小煤電機組和燃油發電機組, 推廣應用超臨界和超臨界煤電機組, 我國熱電效率將會得到提高(韓新陽等, 2009)。

我國輸配電損失率低于全球平均水平 2.4個百分點, 低于歐盟0.2個百分點, 處于較先進水平。但與日本、德國和韓國相比尚有一定差距, 雖有改善空間, 但潛力不大。

3.7 產業部門能源效率評述

我國工業以及其中的制造業能源消費強度已經處于較低水平, 而且在未來二十年左右的時間內,我國仍將處于快速工業化、重化工業化階段, 工業內部結構不會發生大的改變, 因此工業能源消費強度下降空間有限。但某些具體產業部門(如鋼鐵部門)仍有很大的節能潛力, 可通過技術和管理手段取得節能成效。

我國農業能源消費強度處于較低水平, 但隨著我國農業機械化程度的提高, 這一指標有上升趨勢。由于農業能耗占總能耗的比重較小, 因此不會對總體能效產生重大影響。

我國服務業的能源效率偏低, 應有一定的節能潛力, 但節能空間將面臨內部結構升級所帶來的壓力。

在主要能耗部門中, 交通部門的能源消費強度有上升的可能, 而百公里能耗則有下降空間; 家庭能源消費中人均耗電量將會上升, 而且所消耗能源不會直接產生GDP。

我國能源轉換的總體效率偏低, 原因之一是煤炭在能源結構中所占比例過大, 其二是熱電效率低下。提高能源轉換效率應是今后我國節能的一個重要方向。另外, 能源轉換效率低也是我國終端能源效率高于一次能源效率的一個重要原因。

4 結論

基于以上分析, 可以得出如下一些認識和判斷:

(1) 經過多年節能減排, 我國能源效率已經得到很大提高。2007年一次能源消費強度僅比全球平均水平高 3%, 工業部門能源消費強度比全球平均水平低14%, 比美國低16%, 僅比歐盟高2%。

(2) 我國節能的難度在逐漸加大。當前我國正處在重化工業化階段, 高能耗產業比重大, 短期內全國總體能源消費強度和工業能源消費強度很難有較大幅度的下降, 某些產業或部門如服務業、農業和交通部門的消費強度甚至會上升。

(3) 我國工業部門能源效率的提高將主要依靠新技術應用和內部結構調整, 這是一個循序漸進的過程, 短期內難以取得重大成效。

(4) 我國節能的重點一是高能耗產業部門如鋼鐵、有色、水泥等, 可通過新技術應用和淘汰落后產能等方式來降低單位產品的能耗; 二是能源轉換部門, 可通過增加水電和天然氣發電的比例和淘汰低效發電機組等方式來提高整體轉換效率。

表3 我國及主要國家和地區電力工業能源效率(數據來源: ENERDATA, 2010)Table 3 Energy efficiency of electrical industry in China and other countries or regions (Source: ENERDATA, 2010)

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An Analysis of China’s Energy Efficiency and Energy Conservation Potential

LI Jian-wu, WANG Aan-jian, WANG Gao-shang
Research Center for Strategy of Global Mineral Resources, CAGS, Beijing 100037

This paper deals with the level of China’s overall energy efficiency based on comparing its general energy efficiency indicators with those of the developed countries and the global averages. By comparatively studying the indicators of industries and various departments and analyzing the affecting factors, the gap between China and the advanced countries in energy efficiency is found out. With the application of related rules, the trends of some indicators are determined, with which the potential and the major fields of energy conservation are identified. The results show that, though great achievements have been made, there is still potential for further improvement. The space of improvement varies from department to department, and some indicators will move in different directions in the future. Therefore special consideration must be given to specific departments in adopting measures and setting goals.

energy efficiency; efficiency indicator; energy conservation

TK01; F206

A

1006-3021(2010)05-733-08

本文由地質調查項目(編號: N0702)資助。

2010-07-18; 改回日期: 2010-08-29。

李建武, 男, 1967年生。副研究員, 博士。主要從事礦產資源戰略研究。通訊地址: 100037,北京市西城區百萬莊大街26號。電話: 010-68999512。E-mail: jwli67@126.com。