北京市分行業能源消耗及國內外貿易隱含能研究

黃寶榮,王 毅*,張慧智,李穎明 (.中國科學院科技政策與管理科學研究所,北京 0090；.北京市農林科學院,北京 00097)

北京市分行業能源消耗及國內外貿易隱含能研究

黃寶榮1,王 毅1*,張慧智2,李穎明1(1.中國科學院科技政策與管理科學研究所,北京 100190；2.北京市農林科學院,北京 100097)

基于投入-產出模型,研究了北京市國民經濟分行業能源的直接、間接和完全消耗特征,以及國內外貿易中隱含能的凈輸入、輸出特征.結果表明,以石油加工和煉焦業、金屬冶煉及壓延加工業、非金屬礦物制品業等行業為主的資源開采和加工型行業能源消耗總量、以及單位產出的直接、間接和完全能耗均較大,應該作為北京市第二產業中節能減排的重點行業.盡管建筑業、金屬制品業以及各類設備、器材和機械制造業單位產出直接能耗小,但是生產過程中對各類中間投入的資源性產品消耗量大,使其單位產出間接和完全能耗較大,需要通過循環經濟體系建設,加強對各類資源型中間投入產品的集約和循環利用.2007年北京市凈輸入隱含能超過4437.70萬t標準煤,通過大量調入和進口資源開采和加工型行業產品,出口服務業和設備制造業產品,顯著降低了自身的能源和環境壓力.從隱含能輸入來源看,國內貿易凈輸入隱含能占隱含能凈輸入總量的90.47%,遠大于國際貿易,在減輕北京市能源和環境壓力中發揮了更為重要的作用,但隱含能輸入來源地區特別是周邊省市同時也因此承受著更大的資源環境壓力.有必要通過貿易結構調整、產業技術轉移和擴散等,提高國際貿易隱含能凈輸入量所占份額,減小北京市社會經濟發展所產生的區域性環境影響.

北京市；能源消耗；隱含能；投入產出模型

隨著人口和經濟規模的不斷擴大,以及居民消費水平的不斷提高,北京市能源消費總量從1990年的2709.7萬t標準煤增加到2009年的6570.3萬t標準煤.能源消費的不斷增長,不僅使北京市面臨著更為嚴峻的能源安全壓力,而且,伴隨能源消費而產生的大量大氣污染物和溫室氣體也對居民健康和全球氣候變化有直接或間接的影響[1-3].控制能源消費的過快增長是確保北京市能源安全和環境健康的重要基礎.影響區域能源強度的因素較多,其中,產業結構和技術水平是最重要的2個因素[4-6].調整產業結構、促進高能耗產業轉移,并提高重點行業的技術水平,是降低北京市能源強度,控制能源消費過快增長的重要途徑.投入產出模型是分析國民經濟各產業部門生產活動及國內外貿易對本地資源消耗和污染物排放的影響的有效工具,已被廣泛應用[7-17].總體而言,針對某一國家在國際貿易中的隱含能的研究較多,而針對某一地區在國際貿易和國內產品調入、調出中的隱含能的研究很少.實際上,在一些地區,一些行業產品的國內調入、調出對本地區能源消耗的影響更大,因此,有必要與國際貿易分開,分別進行估算.基于此,本研究采用投入-產出模型分析北京市不同行業對能源的直接和完全消耗特征,以及不同行業產品的國際貿易和國內調入、調出對本地能源消費的影響,為北京市節能減排和發展循環經濟重點行業的篩選,以及產業結構和國內外貿易結構調整提供支撐.

1 研究方法

1.1 一般投入產出模型

現行的一般價值投入產出模型的矩陣表示法為:

式中, X=(xi)為國民經濟各部門總產出列向量;Y=(yi)為社會的最終需求列向量;A=(aij)為直接消耗系數矩陣;I為單位矩陣;(I-A)-1為Leontief逆矩陣.

矩陣A中的元素aij為直接消耗系數,是指生產單位第j部門總產出對第i部門產品的直接消耗量,其計算公式為:

式中, Zij為第j部門對第i部門的直接消耗量, xj為第j部門總產出.

另外 2個反映國民經濟各部門間相互消耗產品的關系的指標是完全消耗系數 bij和完全需求系數.

完全消耗系數bij是指生產單位第j部門總產出對第i部門產品的直接消耗量與全部間接消耗價值量.如果用B=(bij)表示完全消耗系數矩陣,則有:

1.2 能源經濟投入產出模型

在一般經濟投入產出表的主欄中增加“能源利用”部門,便構成了能源經濟投入產出表.根據能源經濟投入產出表中的各種平衡關系,可建立能源經濟投入產出模型:

式中, F=(fj)為國民經濟各部門能源消費總量行向量;E=(ej)為各部門單位產值直接能耗系數行向量.

1.3 分行業能源消耗強度分析指標

結合能源經濟投入產出模型,采用單位增加值直接能耗、單位增加值完全能耗、增加單位最終使用累計增加能耗、能耗乘數4個指標分析北京市分行業的能源消耗強度特征.

單位增加值直接能耗(aev)j表示第 j部門實現單位增加值所直接消耗的能源量,計算公式為:

式中, ej為第j部門能耗;vj為第j部門增加值.

單位增加值完全能耗(bev)j表示第 j部門實現單位增加值所直接消耗的和全部間接消耗的能源量,其計算式的矩陣表達形式為:

能耗乘數(me)j是指第 j部門增加單位能耗,所引起的整個經濟系統增加的能耗量,它反映了部門能耗的乘數效應.

式中,(ae)j是指第j部門單位產值能耗.

1.4 分行業產品的輸入和輸出對北京市能耗的影響分析

由于生產每種產品都需要消耗一定的能量,因此產品的輸入或輸出就意味著伴隨著包含在產品中的隱含能的輸入或輸出[14-18].產品的隱含能是指產品從原材料生產、加工、制造、運輸等全過程中所消耗的能源總量.

輸入產品包括進口產品和從國內其他地區調入產品.第j部門輸入產品的隱含能計算式為:

由于缺乏各部門從各國進口和從國內各地區調入的產品量以及這些產品在原產地單位最終消費完全能耗數據,因此,無法準確估算進口和調入的各部門產品中真實包含的隱含能量.實際上,在分析某一部門產品的進口和調入對北京市本地能源消耗的影響時,在式(10)中,用本地各部門單位最終消費完全能耗系數()j代替各原產地單位最終消費完全能耗系數即可[19].這樣計算得到的輸入產品隱含能可以反映如果不通過進口和調入,完全由本地生產這些產品額外需要消費的能量,實質上,更能有效地反映國內外貿易對本地能源消費的影響.

輸出產品包括出口產品和向國內其他地區調出產品.第j部門輸出產品的隱含能計算式為:

值得注意的是,式(11)計算得到的輸出產品隱含能中包括了作為中間投入的那一部分輸入產品的貢獻,對實際輸出隱含能有所高估[15,20].但是由于缺乏各部門中間投入產品中,輸入產品所占比重的準確數據,被高估的那一部分隱含能無法準確計算,因此在本研究中有所忽略.實際上,在分析國內外貿易對北京市本地能源消費的影響時,對各行業輸出隱含能的高估反倒更能引起管理部門對這些高能耗或者高資源消耗行業的重視.

輸入產品的隱含能與輸出產品的隱含能之差即為隱含能凈輸入量,第 j部門隱含能凈輸入量計算式為:

伴隨著國內外貿易,北京市隱含能凈輸入總量計算式為:

1.5 行業分類及代碼

將42部門的投入產出表中第一產業、第三產業和建筑業分別作為獨立的部門,加上原表中工業行業24個部門,共組成包含27個部門的新的投入產出表.將《北京統計年鑒-2008》[21]中分行業能源消費總量表中的行業進行整理和歸并,使其與投入產出表中的行業分類一致.這樣,分行業能源消費量表和投入產出表之間建立起了一一對應的關系(表1).

2 結果與討論

2.1 分行業能耗特征

通過投入產出分析,得到2007年北京市各行業單位增加值直接能耗、單位增加值完全能耗、單位最終消費完全能耗以及能耗乘數,如表 2所示.

表1 行業分類與代碼Table 1 Industry classification and codes

表2 2007年北京市分行業能源消耗特征Table 2 Energy energy intensity in different industry sectors in Beijing in 2007

2007年,北京市單位增加值直接能耗相對較大的行業包括:石油加工和煉焦業,非金屬礦及其他礦采選業,金屬冶煉及壓延加工業,非金屬礦物制品業等;以資源開采和加工型行業為主,而且這些行業的用能結構中以煤炭和石油等化石燃料為主,因此,伴隨能源消耗而排放到大氣中的環境污染物量也較大,需要作為重點控制的行業.單位增加值直接能耗相對較小的行業包括:儀器儀表及文化、辦公用機械制造業,石油和天然氣開采業,通信設備、計算機及其他電子設備制造業,燃氣生產和供應業,電氣機械及器材制造業,建筑業,通用、專用設備制造業,煤炭開采和洗選業等;以各類機械、器材和設備制造為主業.

單位增加值完全能耗相對較大的行業包括:石油加工和煉焦業,金屬冶煉及壓延加工業,非金屬礦及其他礦采選業,非金屬礦物制品業,金屬制品業,工藝品及其他制造業,建筑業,木材加工及家具制造業.其中,除工藝品及其他制造業,建筑業,木材加工和家具制造業外,其他各行業均為資源開采或加工型行業.資源開采或加工型行業創造的增加值較小,但消耗的能源和其他資源的量卻相當大,提高其對能源和其他資源利用效率,是實現北京市節能減排的重要保障.

單位最終消費完全能耗較大的行業包括:非金屬礦及其他礦采選業,金屬冶煉及壓延加工業,非金屬礦物制品業,石油加工和煉焦業,金屬制品業,工藝品及其他制造業,建筑業,金屬礦采選業.其中,除工藝品及其他制造業,建筑業外,均為資源開采和加工型行業.社會經濟發展對資源型產品的旺盛需求,推動了資源型及其上游高耗能行業的發展,也使北京市工業行業在能源利用效率不斷提高的情況下,能源消耗總量卻一直居高不下.

能耗乘數最大的行業是通信設備、計算機及其他電子設備制造業,其次為建筑業,儀器儀表及文化、辦公用機械制造業,金屬制品業,通用、專用設備制造業,交通運輸設備制造業等,以各類機械和設備制造業為主.這些行業直接耗能量較小,但在生產過程中對其他資源型產品的中間消耗較大,使其間接和完全耗能量較大,需要重點提高產品生產過程中資源集約和回收利用水平.特別是建筑業,盡管單位增加值直接能耗較小,但是由于其對非金屬礦物制品業和金屬冶煉及壓延加工業等高能耗行業的中間使用較大,使其單位增加值完全能耗相對較大.已有研究也指出建筑業是隱含能較大的行業[22-24].快速城市化對住房和其他公共基礎設施的需求推動了建筑業的快速發展,也帶動了其上游相關高耗能行業的發展,推高了行業完全能耗水平.值得注意的是,目前城市建筑和基礎設施使用壽命偏短,不僅產生了大量建筑垃圾、浪費了大量資源,而且間接提高了區域能耗和污染物排放量.推動集約型城市建設、減小大拆大建對資源的浪費和環境的影響已刻不容緩.

2.2 高耗能行業分析

2007年北京市第二產業能源消耗總量排在前8位的行業如表3所示.

2007年,這8大行業增加值占GDP的比重為15.98%,而行業能耗占全社會總能耗的 39.31%,占第二產業總能耗的 88.4%,是北京市第二產業節能減排的重點行業.其中,石油加工和煉焦業,電力、蒸汽、熱水的生產和供應業,建筑業是北京市社會經濟發展的重要支柱性行業,重點在于提高行業技術水平,推動技術節能.特別是石油加工及煉焦業是北京市工業行業中能耗最多的行業,也是單位增加值直接、間接能耗最高的行業,需要加強煉化、輸送過程中節能降耗水平.金屬冶煉及壓延加工業,非金屬礦物制品業,化學工業對北京市社會經濟發展貢獻相對較小,但能耗及污染物排放量較大,重點在于淘汰中小企業、壓縮產能,促進結構減排.

表3 2007年北京8大高耗能工業行業Table 3 The top 8 sectors heading the list of total energy consumption in different sectors in Beijing in 2007

2.3 產品的輸入和輸出對能耗的影響

根據計算得到,2007年北京市進口產品中的隱含能為3942.77萬t標準煤,出口產品中的隱含能為 3519.76萬 t標準煤,隱含能凈進口量為423.01萬t標準煤.也就是說,如果沒有國際貿易,北京市不生產出口的那一部分行業產品,而又由本地完全生產(包括對產品生產所需原材料的生產)進口的那一部分行業產品以滿足消費和中間投入需求,那么國民經濟用能將比實際多 423.01萬t標準煤.分行業看,2007年北京市隱含能凈進口量相對較大的行業為:金屬冶煉和壓延加工業,石油加工、煉焦及核燃料加工業,化學工業,通用、專用設備制造業和金屬制品業;隱含能凈出口量相對較大的行業為:第三產業,通信設備、計算機及其他電子設備制造業(表4).

同樣,計算得到2007年北京市調入產品中的隱含能為11092.12萬t標準煤,調出產品中的隱含能為 7077.42萬 t標準煤,隱含能凈調入量為4014.70萬t標準煤.也就是說,如果沒有國內貿易,北京市不生產調出的那一部分行業產品,而又由本地完全生產調入的那一部分行業產品以滿足消費和中間投入需求,那么國民經濟用能將比實際多4014.70萬t標準煤.分行業看,2007年,北京市隱含能凈調入量相對較大的行業為:金屬冶煉及壓延加工業,建筑業,通信設備、計算機及其他電子設備制造業,非金屬礦物制品業,石油加工、煉焦及核燃料加工業,非金屬礦及其他礦采選業,金屬制品業;隱含能凈調出量相對較大的行業為:第三產業,交通運輸設備制造業和通用、專用設備制造業等(表4).

表4 2007年北京市分行業隱含能凈進口和凈調入量(萬t標準煤)Table 4 Net import of energy embodied in different sectors in domestic and international trade of Beijing (104t tce)

綜合考慮隱含能的凈進口和凈調入量,2007年北京市隱含能的凈輸入量為4437.70萬t標準煤.也就是說,如果北京市是一個封閉的經濟系統,無產品的出口和調出,但又需要完全生產進口和調入的那一部分產品,按照當時的技術水平,2007年能源消耗總量將比實際多出4437.70萬t標準煤.值得注意的是,此處估算的隱含能凈輸入量并不包括煤炭、石油、電力、天然氣等顯性能源的調入量.而北京市對這些顯性能源的調入也具有高度的依賴性.可見,國際、國內貿易顯著降低了北京市自身的能源和環境壓力.宋豫秦等[25]運用能值分析法比較了京津唐城市生態系統能值,結果也表明,1991-2005年,由于本地資源能值對經濟發展的驅動力不足,北京城市發展對外部輸入能值的依賴程度越來越高.分行業看,隱含能凈輸入行業大部分為單位最終消費完全能耗系數相對較高,也即單位產品隱含能含量較高的原材料及加工型行業,如金屬冶煉和壓延加工業、金屬制品業、非金屬礦及其他礦采選業、非金屬礦物制品業等;而凈輸出行業大部分為完全能耗系數相對較低的裝備制造和服務型行業,如第三產業和交通運輸設備制造業等.

相對于國內貿易中隱含能凈調入量,國際貿易中隱含能凈進口量幾乎可以忽略不計,表明國內貿易在減輕北京市能源和環境壓力中發揮了更為重要的作用.從另一個角度看,北京市社會經濟發展所產生的能源和環境壓力主要轉移到了國內其他地區,而向國外轉移的壓力較小.發達國家往往把資源密集型行業轉移到發展中國家,發展附加值更高的行業,再從發展中國家進口這些行業產品,從而降低了本國的資源強度和環境壓力[19,26].區域間也存在類似的產業轉移.近年來,北京市推動了高能耗、高排放行業向周邊省市的轉移[27],再從周邊省市調入這些行業產品以滿足經濟發展和社會消費需求,從而減輕了自身的能源和環境壓力.“十一五”期間,北京市能源利用效率的不斷提高,節能減排成效顯著,除了能源利用結構的優化、產業技術水平的提高外,產業結構調整、資源密集型產業向周邊區域的轉移也是主要原因.但是,資源密集型產業的轉移在降低本地資源環境壓力的同時,也加劇了周邊區域的資源環境壓力.特別是產業承接地的資源環境效率往往更低,其實際單位最終消費完全能耗系數也大于在北京市本地的單位最終消費完全能耗耗系數.本研究采用北京市單位最終消費完全能耗系數代替產品產地的完全能耗系數計算調入產品中的隱含能,顯然有所低估,隱含能的實際凈調入量有可能遠高于本研究所計算的4014.70萬t標準煤,給周邊地區帶來了巨大的能源和環境壓力.在市場機制下,產業從發達地區轉移到落后地區往往忽視產業技術水平的提高,造成產業的資源效率下降、污染物排放量增加[28-29],而這對于整個區域來講無疑是不可持續的模式.

因此,有必要進一步調整資源開采和加工型行業產品的進出口稅率和貿易戰略,減少出口量,增加進口量,提高國際貿易隱含能凈輸入量在隱含能輸入總量中所占的份額;另一方面,政府部門在促進產業向周邊省市轉移時,也需要制定相關政策,促進相關技術轉移和擴散,提高周邊省市的產業技術水平和資源環境績效,減輕區域性資源環境壓力.

3 結論

3.1 石油加工和煉焦業、金屬冶煉及壓延加工業、非金屬礦及其他礦采選業、非金屬礦物制品業等資源開采和加工型行業是北京市能源消耗總量、直接和間接消耗強度均較大的行業,需要作為第二產業中節能減排的重點行業.

3.2 盡管建筑業、金屬制品業以及各類設備、器材和機械制造業單位增加值直接能耗較小,但是生產過程中對各類中間投入的資源性產品消耗量大,使其單位增加值間接和完全能耗較大.因此,這些行業除了需要繼續提高自身的節能減排水平外,還需要通過循環經濟體系建設,加強對各類資源型中間投入產品的節約利用,減小產業發展對資源環境的間接影響.

3.3 通過國內外貿易,2007年北京市凈輸入隱含能超過4437.70萬t標準煤.分行業看,2007年北京市大部分行業都是隱含能凈輸入行業.其中,隱含能凈輸入量最大的行業是金屬冶煉和壓延加工業,其次為建筑業、石油加工和煉焦業、非金屬礦物制品業、非金屬礦采選業、金屬制品業和化學工業等.隱含能凈輸出最大的行業是第三產業,其次是交通運輸設備制造業、通用和專用設備制造業.通過大量調入和進口資源開采和加工型行業產品,出口服務業和設備制造業產品,北京市顯著降低了自身的能源和環境壓力.

3.4 從隱含能輸入來源看,國內貿易凈輸入隱含能遠大于國際貿易,在減輕北京市能源和環境壓力中發揮了更為重要的作用.但同時,隱含能輸入來源地區,特別是周邊的省市也因此承受了更大的資源環境壓力,甚至產生一些區域性環境問題,不利于整個區域的可持續發展.

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Energy intensity in different sectors of the economy and energy embodied in trade of Beijing based on aninput-output model.

HUANG Bao-rong1, WANG Yi1*, ZHANG Hui-zhi2, LI Ying-ming1(1.Institute of Policy and Management, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China；2.Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing 100097, China). China Environmental Science, 2012,32(2)：377～384

Based on an input-output model, indirect and total energy consumptions in different sectors of the economy, and energy embodied in domestic and international trade of Beijing were analyzed. Natural resource exploitation and processing industries top the list of the direct, indirect and total energy intensities, including petroleum processing and coking industry, metal smelting and rolling processing industry, non-metallic mineral product industry etc.. These industries should be chosen as key sectors to promote energy saving. Although direct energy intensities are low in building industry, fabricated metal product industry, and equipment manufacturing industries, indrect and total energy intensities are high because they consume plenty of resource-intensive products as intermediate inputs. For these industries, the reduce and recycle of resource-intensive products as intermediate inputs should be reinforced through the development of circular economy. In 2007, the net import of energy embodied in domestic and international trade of Beijing exceeded 44.377 M tce. Beijing had significantly lowered its own energy and environmental pressure by importing products of resource exploitation and processing industries, and exporting services and equipment manufacture products. The net import of energy embodied in domestic trade accounted for 90.47% of total net import of embodied energy, and dominated the reduce of the energy and environmental pressures of Beijing. At the same time, the domestic source region of embodied energy, especially neighboring districts also faced much greater resourse and environmental pressure for the export of embodied energy. Thus, it is necessary to adjust the market structure and promote technology diffusion to enhance the share of internationally imported embodied energy and reduce the regional environmental pressure from socio-economic development of Beijing.

Beijing；energy consumption；energy embodied in trade；input-output model

2011-05-18

中國科學院知識創新工程重大項目(kzcx1-yw-06-05);國家自然科學基金資助項目(40901300)

* 責任作者, 研究員, wangyi@casipm.ac.cn

X196

A

1000-6923(2012)02-0377-08

黃寶榮(1977-),男,江西九江人,副研究員,博士,主要從事環境政策與管理、可持續發展研究.發表論文20余篇.