中國不可再生能源消耗壓力驅動與強度分解

武春友 趙 奧 盧小麗 吳 荻

(大連理工大學管理與經濟學部，遼寧大連116024)

中國不可再生能源消耗壓力驅動與強度分解

武春友 趙 奧 盧小麗 吳 荻

(大連理工大學管理與經濟學部，遼寧大連116024)

隨著煤炭、石油、天然氣等不可再生能源的掠奪式開采的日益嚴重，中國不可再生能源供需缺口日漸放大，來自于經濟增長和消耗強度的沖擊使得中國不可再生能源消耗壓力逐年增大。在對不可再生能源供需缺口以及消耗構成分析的基礎上，運用IPAT方程、LMDI分解法，對中國不可再生能源消耗壓力的驅動因素進行實證分析，針對作為主要驅動因素的不可再生能源消耗強度，運用費雪指數分解法進行二次結構、效率效應分解，并就分析結果作出具體剖析。研究結論如下:①中國不可再生能源消耗壓力呈現“谷峰交替”型變動趨勢，消耗壓力的增加主要源于經濟因素的驅動，消耗壓力的減弱主要源于消耗強度的抑制性驅動作用;②結構效應指數對不可再生能源消耗強度的變動發揮主要影響作用，產業結構的低碳化調整會促進工業部門內部消耗強度的降低，從而達到拉動不可再生能源整體消耗強度降低的目標。

不可再生能源;消耗壓力;消耗強度;IPAT方程;費雪指數分解

隨著煤炭、石油、天然氣等不可再生能源的掠奪式開采的日益嚴重，全球不可再生能源的可開采年限在急劇減少，對于中國這樣一個發展中國家而言，GDP的增長離不開碳經濟體系的支撐，一方面，來自于經濟增長和消耗強度的沖擊使得中國不可再生能源消耗壓力逐年增大，對中國經濟發展的束縛日益突顯;另一方面，在消耗利用階段，單位經濟產出所消耗的不可再生能源量即不可再生能源消耗強度遠遠高于世界平均水平。目前，國內外學者對不可再生能源的研究還相對較少，國內學者陳軍、成金華曾嘗試運用DEA方法對中國2001－2005年間30個省市不可再生能源例如原煤、原油、天然氣的生產效率進行評價研究［1］，除此之外，大多數學者的研究對象基本是基于廣義概念下的能源或者資源，研究內容基本以效率評價或者能耗強度分解為主，很少涉及能源或者資源消耗壓力分析，研究方法也較為單一。Satoshi Honma和Hu使用DEA方法對日本1993－2003年的區域能源效率和不同地區幾種主要能源投入效率進行測度和比較［2］;王霄、屈小娥運用DEA-Malmquist生產率指數法測算了2001－2007年間中國制造業28個行業全要素能源效率［3］;陳凱、鄭暢利用數據包絡分析DEA法和隨機前沿生產函數SFA法測算出長江流域七省二市及六部門1997－2006年間GDP能耗、能源技術效率和能源利用效率［4］。Huang利用乘法代數平均迪氏指數分解了1980－1988年間我國第二產業中的造紙、化學、建筑、鋼鐵、機械、電力、電子等部門的能源強度變化［5］;Zhang利用改進的拉氏指數計算了中國工業部門1990－1997年的能源使用情況，將工業能源消費分解為規模效應、強度效應和結構效應，研究表明強度效應是主導因素［6］;李國璋、王雙基于廣義費雪指數(GFI)法對1995－2005年間中國30個省市的區域能源強度變動進行了因素分解分析［7］;吳巧生利用費雪指數分解模型從產業層面考察了我國能源強度指數的變化及影響因素，研究表明在能源消耗強度下降的諸因素中效率份額的貢獻占絕對主導［8］。

綜上所述，目前國內外關于能源消耗強度的研究雖已得到極大關注，但針對不可再生能源消耗壓力分析以及消耗強度分解研究還尚屬空白，究竟是何種因素致使中國對不可再生能源的消耗需求如此之大?致使中國不可再生能源的消耗壓力逐年攀升?能否從深層次剖析中國不可再生能源消耗強度“居高不下”的原由癥結?鑒于此，本文將對以上問題進行一一剖析，以期進一步認識和挖掘中國不可再生能源節能潛力，提高不可再生能源利用效率。

1 中國不可再生能源消耗現狀分析

1．1 不可再生能源供需缺口分析

國家統計局能源統計司統計數據表明，自1980年以來，中國不可再生能源的生產量急速增加，其中2009年原煤生產量是1980年生產量的4．8倍，2009年天然氣生產量是1980年生產量的5．98倍。然而，急速增加的不可再生能源生產量并不能滿足中國經濟高速發展需要，原煤和原油從1980年改革開放以來就開始需要依靠進口來滿足經濟發展需求，特別是近些年來，原油、石油的進口依存度在持續上升，2009年中國原油、石油進口依存度已經達到53．4%和66．7%，在考慮國家能源戰略安全的背景下，高依存度的原油、石油供給狀況實屬堪憂。以石油資源為例(如圖1所示)，自1980年以來，中國一次原油生產量增幅幾乎呈現零增長趨勢，供需缺口日漸放大。鑒于以上數據分析，本文認為中國不可再生能源供需缺口的存在和放大主要源于以下幾點原因:其一，原煤、原油、天然氣等不可再生能源的掠奪性低效開采導致不可再生能源日益枯竭;其二，過度追求GDP的高速增長導致不可再生能源的消耗需求的高速增加，周而復始，高經濟增長需要高強度消耗，高強度消耗又會刺激經濟增長;其三，中國不可再生能源消耗利用效率低下，單位GDP消耗的一次能源數量與國外發達國家相比較高。

圖1 中國不可再生能源(石油)供需缺口分析圖(1980－2009)Fig．1 Indentation between demand and supply of China’s oil(1980 －2009)

1．2 不可再生能源區域消耗構成分析

在區域層面上，不可再生能源的消耗構成按照三大經濟地帶劃分分別計算出煤炭、石油、天然氣消耗構成比重，以煤炭資源為例(如圖2所示)，中國不可再生能源區域消耗構成呈現出東部沿海地區比重較高、西部地區和中部地區比重相當的態勢。具體來看，對于東部沿海地區而言，不可再生能源生產量幾乎為零，但消耗比重卻達到40%以上，相比之下，中部地區的山西、吉林、黑龍江，西部地區的內蒙古、云南都是煤炭、石油輸出大省，卻只占據28%和22%的消耗份額，這一現象是經濟學中的典型“資源詛咒”理論，不可再生能源資源豐富的中部地區和西部地區并沒有帶來區域經濟的快速發展，而能源相對貧乏但消耗比重較大的東部地區卻享受著不可再生能源對區域經濟飛速發展的支持和福祉。因此，由東部地區高速GDP增長速度帶來的能源需求沖擊會反作用于中部、西部地區資源富裕省市的不可再生能源生產量，長此以往，過度開采和生產會進一步加速不可再生能源枯竭危機的來臨。

圖2 中國不可再生能源(煤炭)消耗構成的區域分布圖Fig．2 Regional consumption constitute of China’s coal

1．3 不可再生能源產業消耗構成分析

煤炭、石油、天然氣等不可再生能源經過加工轉換或直接被應用于農業、工業、建筑業、服務業等產業部門，發揮原料、動力、傳動、照明和采暖作用，不可再生能源在終端消耗領域多是指向工業部門。本文通過查閱相關統計年鑒分行業煤炭消耗、石油消耗以及天然氣消耗數據，分別計算出1995－2009年間不可再生能源的產業消耗構成比重，以煤炭資源為例(如表1所示)，工業部門是煤炭資源的消耗大戶，占據近95%的消耗份額，除此之外，農業、建筑業、服務業及其它行業的消耗份額則相對較少。煤炭資源作為中國不可再生能源消耗的關鍵資源，在產業消耗構成上具有一定代表性，與此同時，高比重的煤炭消耗也對中國三產比重以及工業內部行業比重提出了思考:一方面表現為中國產業結構比重不合理，低能耗的服務業比重始終落后于國外發達國家;另一方面表現為工業內部高耗能行業比重過高，特別是采掘業下屬高耗能行業部門。

表1 中國不可再生能源(煤炭)產業消耗構成分析Tab．1 Constitution of structural consumption of coal

2 中國不可再生能源消耗壓力驅動分析

2．1 驅動力模型——IPAT方程

IPAT方程是美國斯坦福大學著名人口學家Ehrlich教授于1970年提出的一個關于環境沖擊(Impact)與人口(Population)、富裕度(Affluence)和技術(Technology)因素之間的恒等式，后來以數學模型的形式應用于資源利用及環境污染分析［9］。IPAT方程將人類經濟發展對資源和環境的沖擊和壓力分解為人口增長、財富增長和技術能力三個部分，可用公式簡單表示為:

I為資源壓力指標，表示為資源消耗量，例如能源消耗量、水資源消耗量等;

P為人口數量，用以表示人口數量對資源消耗的影響;

A為社會富裕和國民福利程度，通常表示為人均GDP即GDP/P，實證研究多體現在經濟增長對資源消耗的驅動作用;

T為單位GDP所形成的壓力指標即單位GDP的資源消耗負荷，通常用I/GDP表示，實證研究中多體現在技術創新導致的利用效率提高而帶來的資源節約。

本文將不可再生能源消耗量nENG作為資源壓力指標時，原有IPAT方程可以轉化為:

2．2 驅動因素分解分析

目前，核能資源的開發利用程度還相對較少，并且相關數據獲取較困難，因此，本文界定的不可再生能源主要指煤炭、石油和天然氣，不包括核能、水能以及其它能源轉化的電力能源消耗。此外，由于煤炭、石油和天然氣等不可再生能源在二次加工轉化過程中會產生中間能源產品，但考慮到統計數據獲取口徑以及中間轉化過程的損失消耗，故本研究只選取一次不可再生能源源頭端消耗數據，其他中間環節以及附屬能源產品一概不計。本文采用Ang B．W．提出的一種能夠消除殘差項的對數平均迪氏分解法(LMDI)［10］對IPAT方程中的人口增長驅動、經濟增長驅動及消耗強度驅動進行驅動效應分解分析，設ΔnENG為中國不可再生能源在變化時間段內的消耗變化總量，Pdf、Adf、Tdf分別表示人口數量、經濟增長及消耗強度對中國不可再生能源消耗總量變化的驅動影響值。

具體分解公式如下:

按照IPAT方程與LMDI分解公式，計算得出1980－2009年間中國不可再生能源消耗量變動的驅動因素影響分解值與分解比重，計算結果如表2所示。

由表2可知，中國不可再生能源消耗壓力呈現“谷峰交替”型變動趨勢，1995－2000年間消耗壓力最小，2000－各驅動因素的影響值對各年份不可再生能源消耗量變化的驅動影響貢獻率計算公式如下所示:2005年間消耗壓力最大。1985－1990年間，在經歷文革后第一個經濟復蘇規劃——“六五”規劃后，中國固定資產投資出現過熱局面，年均GDP增長速度達到17．32%，經濟因素對不可再生能源消耗壓力的驅動比重達到120.2%，而消耗強度的降低對不可再生能源消耗壓力的減弱效應則相對較弱，無法抵消由高速經濟增長帶來的消耗沖擊。20世紀90年代以來，經濟因素仍舊是不可再生能源消耗壓力增加的關鍵驅動所在，但消耗強度對消耗壓力的抑制作用在逐漸上升。其中，1995－2000年間，經濟因素的驅動效應與消耗強度因素的驅動效應基本抵消，不可再生能源的消耗壓力也隨之減弱。進入到21世紀后，特別在2000－2005年間，我國不可再生能源消耗壓力達到峰值，壓力水平是1985－1990年間的3．98倍，造成這一壓力峰值的關鍵原因在于消耗強度對消耗壓力的抑制增加作用轉為促進增加作用，在追求經濟效益最大化下的產業結構畸形和產業內部耗能強度的居高不下，是中國不可再生能源消耗強度驅動方向發生轉變的關鍵所在。2005－2009年間，消耗壓力雖有所下降，但與上世紀80、90年代相比仍舊較高，在經歷國家產業結構優化調整以及生態文明型社會建設以來，高耗能行業部門比重降低，第三產業健康、快速發展，技術創新成果被應用于工業行業部門，由工藝技術和管理水平提高而帶來的消耗強度的降低，在一定程度上遏制了不可再生能源消耗壓力的增加。綜上所述，中國不可再生能源消耗壓力的增加主要源于經濟因素的驅動;消耗壓力的減弱主要源于消耗強度的抑制性驅動作用;得益于計劃生育政策的貫徹執行，人口增長對不可再生能源消耗壓力的驅動作用在減弱。

表2 不可再生能源消耗量壓力驅動分解值及分解比重Tab．2 Decomposition value and proportion of consumption pressure of non-renewable energy resources

3 中國不可再生能源消耗強度分解分析

3．1 費雪指數分解法

經過IPAT壓力方程的分解，中國不可再生能源消耗壓力的降低主要是來自于消耗強度的抑制性驅動影響，而消耗強度的高低一方面取決于GDP的分母拉動效應，另一方面則體現在產業部門耗能水平。因此，本研究在消耗壓力測算分析的基礎上進一步對消耗強度進行二次分解，其中，能源消耗強度可以進一步分解為產業內部消耗強度與產業結構調整，即效率效應與結構效應。設nEIt是不可再生能源消耗強度，nENGi，t/Yi，t表示第 i個產業的不可再生能源消耗強度即總的能源消耗強度的變化隨著產業部門能源強度的變化而變化，Yi，t/Yt表示第i個產業的產業比重即總的能源消耗強度的變化隨著產業結構而變化，具體公式推導如下:

則不可再生能源消耗強度的變動情況可以表示為:

目前，能源強度分解以指數分解模型為主要研究工具，例如拉氏指數、帕氏指數、迪氏指數等，但拉氏指數和帕氏指數在處理結果上存在殘差，往往無法解釋，迪氏指數特別是對數平均迪氏指數能夠實現無殘差分解，但在處理結果上往往出現負值。因此，本文在對中國不可再生能源消耗壓力驅動因素——消耗強度的二次分解時，引入費雪指數分解法，滿足因子逆轉和其它三個弱性指標公理，即積極性、時間互換性和數量對稱性，剔除效率效應和結構效應測算結果的負數現象［11］，更為直觀地探析出中國不可再生能源消耗強度變動的主要因素，為實現不可再生能源消耗強度下降、減少不可再生能源消耗量提供實證數理分析支撐。

首先，基于拉氏指數分解公式進行結構效應和效率效應分解:

然后，基于帕氏指數分解公式進行結構效應和效率效應分解:

以上公式中，t表示分解周期，i表示產業部門，根據費雪指數理論，將拉氏指數和帕氏指數計算得到的結構效應和效率效應進行綜合處理，最終得到費雪結構指數和費雪效率指數。

3．2 結構效應、效率效應分解結果及解析

中國不可再生能源的終端利用部門是農業部門、工業部門、建筑業部門以及其它服務業部門，鑒于不可再生能源消耗強度分解的需要，故本文按照三次產業劃分規則，分別收集整理1985－2009年間第一產業、第二產業、第三產業部門的煤炭、石油、天然氣消耗量，按照折標系數統一換算成萬噸標準煤計量單位，三次產業產值分別換算成以1980年為基期的不變價格，剔除通貨膨脹影響，根據費雪指數計算公式，計算得到中國不可再生能源消耗強度變動的費雪結構指數和費雪效率指數。分解結果如表3所示。

表3 中國不可再生能源消耗強度變動的費雪結構與費雪效率分解結果Tab．3 Value of fisher structure and efficiency decomposition of consumption intensity of China’s non-renewable energy resources

中國不可再生能源消耗強度整體呈現下降態勢，只在2002－2005年間出現少量浮動上升，但上升比例基本控制在5%左右;經過費雪指數分解，中國不可再生能源消耗強度可以分解為結構效應指數和效率效應指數，其中，結構效應指數對不可再生能源消耗強度的變動發揮主要影響作用。具體而言，1985－2009年間，能耗強度變動比率基本都小于1，而相應的費雪結構指數卻基本都大于1，由此說明:中國產業結構比重的不合理在一定程度上造成了不可再生能源消耗強度的增加，即消耗效率的降低，特別是工業部門中高耗能行業部門的比重在很大程度上影響著不可再生能源消耗量，例如采掘行業部門、冶金行業部門等;相比之下，費雪效率指數基本都小于1，特別是農業部門、服務業部門不可再生能源消耗強度的下降，在一定程度上抑制了單位工業產值能耗強度對不可再生能源整體消耗強度的拉動沖擊。綜上所述，目前，中國在產業結構調整方面仍舊存在比例不協調的問題，以“高碳性”、“高耗性”為特點，未來結構調整之路應該按照低碳經濟發展要求，擴大第三產業即服務業比重，降低工業特別是重化工等高耗能行業比重，以此來降低整體產業結構對不可再生能源特別是煤炭資源的依賴程度，而不是僅僅單純依靠產業部門內的強度拉動即效率效應來降低整體消耗強度;此外，產業內部不可再生能源消耗強度的下降仍舊留有一定空間，一方面產業結構的低碳化調整會進一步促進工業部門內部消耗強度的降低，另一方面產業部門內部生產工藝技術以及管理水平的提高會降低單位產出所需的不可再生能源量，從而拉動不可再生能源整體消耗強度的降低。

4 結論及研究展望

本文在對不可再生能源供需缺口以及消耗構成進行梳理分析的基礎上，運用IPAT方程、LMDI分解法測算出中國不可再生能源消耗壓力以及促成消耗壓力逐年增大的驅動因素的作用機制與作用水平，并就主要驅動因素——不可再生能源消耗強度，運用科學的費雪指數分解法進行結構效應與效率效應分解。研究結論如下:

(1)中國不可再生能源供需缺口日漸放大，煤炭、石油、天然氣年開采量難以滿足經濟增長需要，供需現狀對經濟增長的瓶頸制約明顯;

(2)由東部地區高速GDP增長速度帶來的能源需求沖擊會反作用于中部、西部地區資源富裕省市的不可再生能源生產量，長此以往，過度開采和生產會進一步加速不可再生能源枯竭危機的來臨;

(3)煤炭、石油、天然氣等不可再生能源經過加工轉換或直接被應用于農業、工業、建筑業、服務業等產業部門，其中，工業部門消耗比重最高;

(4)中國不可再生能源消耗壓力呈現“谷峰交替”型變動趨勢，消耗壓力的增加主要源于經濟因素的驅動，消耗壓力的減弱主要源于消耗強度的抑制性驅動作用;

(5)中國不可再生能源消耗強度可以分解為結構效應指數和效率效應指數，其中，結構效應指數對不可再生能源消耗強度的變動發揮主要影響作用。

與此同時，本文也存在一定研究局限和不足:一方面體現在消耗壓力的驅動因素界定方面是否可以擴展至更多的驅動因素有待于日后進行補充與完善;另一方面體現在消耗強度的分解角度是否可以添加新的視角。鑒于以上兩點不足，本文日后需要在此基礎上進行改進，并且要進一步嘗試對不可再生能源消耗效率進行評價研究。

References)

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［3］王霄，屈小娥．中國制造業全要素能源效率研究:基于制造業28個行業的實證分析［J］．當代經濟科學，2010，32(2):20－27．［Wang Xiao，Qu Xiaoe．Research on Total Factor Energy Efficiency of China Manufacture:Empirical Analysis Based on 28 Sectors［J］．Modern Economic Science，2010，32(2):20 －27．］

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［11］Irving Fisher．The Best Form of Index Number:Rejoinder［J］．Quarterly Publications of the American Statistical Association，1921，133(17):546－551．

Driving Forces of Consumption Pressure and Intensity Decomposition of Non-renewable Energy Resources of China

WU Chun-you ZHAO Ao LU Xiao-liWU Di
(Faculty of Management and Economics，Dalian University of Technology，Dalian Liaoning 116024，China)

Along with the increasingly serious predatory mining of the coal，oil，and natural gas，the supply-demand gap of China is increasingly enlarged．Meanwhile the consumption pressure imposed by economic growth and intensity impact is increasing year by year．Based on analysis of supply-demand gap and consumption constitution，this paper makes empirical analysis of driving force of consumption pressure of China’s non-renewable energy resources by means of IPAT identity and LMDI．Then in the light of the main driving force namely consumption intensity，this paper makes secondary decomposition of structure and efficiency effect by means of Fisher index．The results are as follows:on the one hand，the consumption pressure of China presents“trough-peak alternation”changing trend，the increase of pressure comes from the driving force of economic factor，and the decrease of that comes from inhibitory driving effect of consumption intensity;on the other hand，structural effect index imposes the main impact on consumption intensity，thus，the low-carbonization adjustment of industrial structure will promote the intensity decrease of internal consumption of industrial department in order to achieve the target of decrease of overall intensity．

non-renewable energy resources;consumption pressure;consumption intensity;IPAT identity;Fisher index decomposition

F124

A

1002－2104(2011)11－0061－06

10．3969/j．issn．1002－2104．2011．11．011

2011－08－07

武春友，教授，博導，主要研究方向為能源及資源管理。

國家自然科學基金項目“不可再生資源全生命周期效率提升的能力建設模式研究”(編號:70103016);國家自然科學基金青年項目“工業園生態效率定量化評價方法研究”(編號:70903010)。

(編輯:常 勇)