工業能源消耗結構的優化路徑及地區差異

鄒璇++賈蕾玉

摘要：通過構建能源消耗、環境污染治理與投資的收益和效用均衡模型，分析能源消耗結構、環保規制與投資結構之間的內在關系。實證結果發現：工業能源消耗結構受到污染排放和治理、投資結構、技術、價格等因素的影響，區域產業結構和資源稟賦條件的差異也影響著能源消耗結構的優化。由此從產業結構、政府調控和市場機制等方面提出能源消耗結構的優化對策。

關鍵詞：工業能源消耗結構；產業投資結構；優化路徑；地區差異

DOI：10.13956/j.ss.1001-8409.2017.06.11

中圖分類號：F407；F206 文獻標識碼：A 文章編號：1001-8409（2017）06-0046-05

The Optimal Path and Regional Differences of the Industrial Energy Consumption Structure

ZOU Xuan， JIA Leiyu

（The College of Economics and Trade， Hunan University， Changsha 410079）

Abstract： By building revenue and utility maximization model between the energy consumption， environmental pollution treatment and investment to analyze the inherent law between the energy consumption structure， environmental pollution treatment and investment structure. The empirical analysis results show that the industrial energy consumption structure affected by pollutants and governance， investment structure， technological and prices. Regional differences in industrial structure and natural resources conditions also affect the optimal path of the industrial energy consumption structure. So this paper proposes the optimal advises from the industrial structure， government regulation and market mechanisms.

Key words：industrial energy consumption structure； industrial investment structure； optimal path； regional differences

中國經濟歷經三十多年的高速發展，如今粗放的發展模式成為經濟持續健康發展的攔路虎。“十三五”規劃指出我國能源發展新常態主要表現為：能源結構更替加快、能源發展動力加快轉換等，但仍面臨著傳統能源產能過剩嚴重、可再生能源發展面臨多重瓶頸、能源系統整體效率不高等諸多問題和挑戰。截止2014年，在中國能源消耗結構中：煤炭占66%，石油占171%，天然氣占57%，水電、核電等占112%，從1980年至2014年，耗煤比重下降了62%，耗氣比重上升了26%，耗油比重下降了36%，清潔電力比重上升了72%。相比之下，2014年世界煤炭消耗比重的平均水平為30%，清潔能源消耗占比達374%，我國能源消耗對煤炭的依賴性依舊過大，這令經濟發展與環境之間的矛盾越來越大。

1相關研究

能源和資本是技術進步以外主要驅動中國工業增長的源泉[1]，單純依賴加大能源投入量換取經濟增長不再適應我國經濟發展的需要，產出效率的提高更需要能源消耗結構的合理調整。

國外學者從技術、政府調控、投資結構與環保等方面驗證了能源消耗結構的優化機制。有學者認為：可再生能源生產成本的降低會促進其在高耗能部門的應用，使得多數煤炭永遠不會被使用，即使沒有碳稅，50年后全球氣溫會穩步下降到工業化前的水平，但短期內變化不大[2，3]；也有學者認為，富裕程度和政府意識對能源消耗結構有顯著的影響，區域和相鄰擴散因素在決策過程中也有顯著作用，故應針對特定群體定制信息和效益指標，增加民眾知識、改變他們的既定習慣和能源行為等相關意識[4～6]；還有學者認為環境問題和環境稅可能會改變產業結構，降低二氧化碳的排放量，進而影響能源消耗結構，但效應有很大的地區差異，技術水平、人力資本存量和金融發展水平相對較高的區域獲得的利益更大，并且發現資本密集型產業的環境理想的勞動生產率與經濟成正相關關系，也可以看到國外直接投資對環境保護的中性作用[7～9]。

國內學者多從技術、市場化和價格機制的完善等方面分析能源消耗結構的優化路徑。有學者指出：我國高耗能工業的比重較高，技術落后帶來的生產和能源利用效率低下的困境，使得我國經濟增長還主要依賴于要素的投入，造成了能源消耗結構不合理，從而產生環境污染問題，故提高節能型技術水平和能源效率是優化能源消耗結構的有效途徑[10～13]；也有學者發現，以污染治理為目標的能源消耗結構優化和產業結構調整，對減少煤炭消耗和二氧化碳排放有顯著的促進作用，對外開放程度和市場化水平提高會使得能源消耗強度下降，但不合理的能源消耗結構使中國的能耗強度仍偏高，即使能源消耗結構發生積極的改變，產業結構對碳排放的抑制作用還未體現出來，故應鼓勵綠色能源的發展，促進產業結構調整[14～19]。

綜上，影響能源消耗結構優化的因素主要包括兩部分：一部分為技術水平；另一部分為產業和制度環境等因素。由此，本文以均衡條件下的工業能源消耗結構為調整目標，探討能源消耗結構優化路徑的作用機制，為優化資源配置提供可行的對策建議。

2作用機制

人們消耗各種資源生產所需的產品，亦排放一定的污染物，為了維系正常的生產并緩解資源環境壓力，以一定的資金投入用于生產和治理環境。如此，在資源消耗、投資支出、產品消費和現有收入下實現收益和效用的均衡。

假設生產是在技術A下，由勞動力L、兩類不同的資本（Kj、Kj）和能源（Ei、Ei）的有機組合共同完成。Ei是第i類能源的消耗量，Ei是第i類以外的能源消耗量，若能源有煤、油、天然氣、電力4種，其中之一為i，則i就是其他三者之和，即i+i=c，o，g，e，則能源消耗總量E=Ei+Ei，能源i的消耗結構為SEi=Ei/E。同理若K是消耗的總資本，投資的行業有采礦業，制造業，電力、熱力、燃氣和水的生產和供應業3類，其中之一為j，則有j+j =o，m，s，則K=Kj+Kj，行業j的投資結構為KPj=Kj/K。若單位勞動力價格為w，兩類資本和能源的價格依次為rj、rj、PEi、PEi，技術的價格為PA，那么總生產成本由勞動力成本、生產性資本成本、生產性能源成本和技術成本構成。設生產函數為：

Q=AδLαKjβKEiρ Eφ

則收益最大化函數為：

MAX π=AδLαKjβKEiρ Eφ-（wL+rjKj+rjK+PEiEi+PEE+APA）

一階條件得：EiEi=ρPEiφPEi，則最優的能源消耗結構為：

SEi=EiEi+E=δρ2wPELαρ2APAPE+φ2δrjKjPEi（1）

用CM、CE分別表示工業產品消費量和生活能源的消耗量，PS為環境的消耗即環境污染物的排放量，PM、PE表示產品和生活能源的價格，PPS為排放單位環境污染物的治理成本，則效用最大化函數為：

MaxU=（CM）σ（CE）θ（PS）ε，σ、θ>0，ε<0

一階條件得：CM=σPSPPSεPM。

在市場完全出清條件下（封閉系統），當收益和效用達到均衡狀態時，有Q=CM，則可得到最優的充分就業勞動力數量為：

L*=σPSPPSεPMαwβ++ρ+φKPjAβrj+rjrjδrjββrjPEiρρPEφφ1α+β+ρ+φ+

此式代入式（1）得到均衡時最優勞動力數量下的最優能源消耗結構如下：

SEi=ρ2PEσPSPPSεPM

wαα

KPjAβr+rjrδ

rjββ

r

PEiρρ

PEφφ1α+β+ρ+φ+/（ρEiPEiPE+φEiPEi2）

其中i=c，o，g，e；j=o，m，s。

上式表明：均衡狀態下的i能源的消耗結構與i能源的消耗量、投入要素的價格、工業產品的價格、生產技術、投資結構及環境污染物的排放量和單位污染治理成本有關。

3能源消耗結構優化路徑的實證檢驗

31計量模型

據理論分析，能源消耗結構與能源消耗量、生產性投資結構、要素價格、技術及污染物的排放量和治理成本有關。由于各污染物排放量無法加總，故實證中將環境污染物分為工業廢水、廢氣、固體廢棄物3類，并將3類產業的投資結構置于同一模型中。由各變量之間的散點圖可知變量間均呈線性關系，對各變量取對數處理得如下計量模型：

Log（SEi）=β0Log（Ei）+β1Log（KPo）+β2Log（KPm）+β3Log（KPs）+ β4Log（EI）+β5Log（PE）+β6Log（A）+β7Log（PSw）+β8 Log（PSg）+ β9Log（PSs）+ β10Log（PM）+ β11Log（w）+ β12Log（r）+μ

其中，KPo、KPm、KPs分別表示采礦業、制造業和電力、熱力、燃氣及水生產和供應業的投資結構，PSw、PSg、PSs分別為工業廢水、廢氣、固體廢棄物的排放量；EI為污染治理成本。

32變量選取和說明

能源消耗結構是通過對煤、油、氣、電的消耗量統一換算并加總得到工業能源消耗總量，再各自相比而得。產業投資結構選取采礦業、制造業和電力、熱力、燃氣及水生產和供應業的資產總額與工業總資產額的比值來衡量。技術水平是參考數據包絡法，在投入資本、勞動力和能源的基礎上計算出全要素生產率。污染物排放以工業廢水、廢氣、固體廢棄物衡量，用工業污染治理投資衡量污染治理成本。能源價格是參考消費物價指數對一攬子物品價格的計算方法計算而得，以各省區的各能源價格對應地區能源價格水平，并進行價格平減，煤、油的價格選擇最有代表性的品種的價格表示。勞動力價格以城鎮工業單位就業人員的年平均工資來衡量，通過對工業各行業的年平均工資進行再平均計算而得；資本價格用工業收益總額與工業資產總額之比衡量；工業產品價格以工業產品出廠價格指數間接衡量。

由于西藏數據缺失較多，故選取1998～2013年我國除西藏之外的30個省份的規模以上工業企業的數據相關數據來源于《中國工業經濟統計年鑒1999-2014》《中國能源統計年鑒1999-2014》《中國物價年鑒1999-2014》《中國勞動統計年鑒1999-2014》《中國環境統計年鑒1999-2014》《中國科技統計年鑒1999-2014》及《中國統計年鑒1999-2014》。 進行分析，通過相關增長率修正個別缺省或異常的數據，并折算成1998年不變價。

33實證分析

單位根檢驗、Kao檢驗和Hausman檢驗的結果顯示：所有變量一階平穩且模型的變量之間均協整，并建立固定效應模型，計量結果見表1。

331優化路徑分析

工業投資結構調整中制造業結構對能源消耗結構的影響最顯著，生產和供應業次之，采礦業的影響微弱。能源消耗結構與環保投資、工業污染物排放量有顯著的負相關性，且環保規制對天然氣等清潔能源的促進作用相對較大。能源消耗量、價格和技術進步也對促進能源消耗結構的優化有積極作用，相關成本和技術的提升對降低煤品消耗結構有顯著影響。

我國目前的工業生產耗能高，對煤的依賴大，煤炭燃燒不充分會加大空氣污染程度，排放廢渣等廢棄物，產業結構調整對能源消耗結構的優化效應沒有達到最優，但也體現出對降低煤、油消耗結構的優化效應。工業生產對煤的依賴與其資源豐厚和價格低廉有關，但也面臨燃燒利用率低引發的污染問題，故成本和相關技術的提升對降低煤品消耗結構有顯著影響，增大環保力度也對完成國家能源戰略目標有積極作用，同時對傳統能源實行限量提價的調控策略，鼓勵清潔能源的使用并實行價格補貼，也有利于能源消耗結構的優化。

勞動力和資本價格對能源消耗結構的效應多為負效應且不顯著，反映出各相關行業對勞動力的需求和資本回報率的差異。另外，工業產品價格對煤和電力消耗結構有顯著的正效應，表明工業生產對煤、電的依賴較大，對工業產品需求的增加，使價格上漲，生產規模擴大，耗能增多，能源消耗結構也隨之提升。

332區域差異分析

由于區域發展水平的不均衡，各區域的優化機制也有所差異，故分東部、中部、西北、西南、東北5個區域東部含北京、天津、河北、山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東和海南10個省和直轄市；中部有山西、河南、湖北、湖南、江西和安徽6個省；西南有重慶、四川、廣西、貴州和云南5個省；西北含陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆和內蒙古6個省和自治區；東北有遼寧、吉林和黑龍江3個省。 進行分析。

東部產業種類多樣，工業化程度相對較高，故產業投資結構對能源消耗結構的優化效應多不顯著，采礦業的結構效應與其耗能高的特性有關；中部資源帶集中，產業結構單一，工業生產的發展對煤的消耗過大，故采礦業結構的降低會降低能源供應，促使煤品消耗結構降低，而生產和供應業的發展會顯著提升煤、氣、電的消耗結構；西南的工業發展中傳統行業占比較大，受到資源環境的約束較大，因而產業投資結構對能源消耗結構的優化效應不明顯；西北地區資源豐富，但惡劣的自然條件使得儲備資源接替動力不足，故以節能減排為目標的產業結構調整對降低煤、油消耗結構有顯著的效用；東北由于資源逐漸匱乏和技術落后等原因，近年來經濟發展緩慢，轉型中的老工業對煤的依賴依舊較大，故東北的工業結構的調整對優化能源消耗結構的促進作用尚未體現出來。

傳統能源消耗過多會引起污染物排放的增多，政府加大對工業企業的環保規制力度，會迫使其調整能源消耗結構，促進高污染產業的轉型發展，進而顯著地促進東部地區油品和天然氣消耗比重的提升及中部天然氣和電力消耗結構的提升；基于西南的資源環境和行業結構，環保響應機制優于其他地區，污染物排放與能源消耗結構間的相關性較小，環保投資的增加會促進電力消耗結構的增加；西北的新能源利用條件優越，但相關技術不成熟，故環保投資對能源消耗結構的效用不顯著，但對污染物排放的限制促進了天然氣的應用；東北的老工業中高耗能產業居多，由于資源和技術等原因，生產效率較低，環境指標均無明顯作用。

各地能源價格的提升均會降低煤的消耗結構，提升油、氣和電的消耗結構。市場機制相對完善的地區，能源價格的提升對降低煤的消耗結構、提升清潔能源的消耗結構有顯著的促進作用。在發展相對落后的西北，雖然資源條件優越，但開采難度大，故能源價格對煤的效用不明顯。各地的能源消耗量、價格要素對能源消耗結構的效應，表明國家對能源的調控和市場機制的完善，對促進能源消耗結構的調整有積極作用，但因地區市場機制發展狀況的差異，各價格要素的優化效應也有不同。

技術進步有助于提高能源利用效率，進而在同樣的產出下降低能源消耗量，促進能源消耗結構的優化。高新技術產業突出的東部和國家戰略扶持下的西部的技術進步對優化能源消耗結構有顯著的影響。東北資源匱乏、技術落后的現狀短期內難以改變，故技術效應對煤品消耗結構的負效應不顯著，但會顯著降低油、氣的消耗結構。在資源豐厚的中部和西南，技術效應對能源消耗結構調整的影響更不明顯。

綜上，雖存在地域差異，但產業投資結構、環保規制及價格、技術等因素均對能源消耗結構優化有不同程度的促進作用。

4結論及對策建議

通過對工業能源消耗結構優化路徑的實證發現：我國產業結構的調整、環保規制、要素價格、技術等因素均對能源消耗結構的優化有一定影響。考慮到各地經濟發展狀況、產業格局、資源條件等背景的差異，建議采用宏觀規劃、因地制宜的方式對各地區能源消耗結構的優化制定差異化、針對性的調控方案。與相關文獻相比，將能源消耗結構與環境污染治理、投資結構結合起來，從工業能源的消耗結構切入，從環保角度反映了能源消耗結構與投資結構的內在關系。由此提出如下優化對策：

（1）加快供給側改革進程，促進產業投資結構的優化，完善綠色產業鏈

為追求經濟增長，多數資源會投向更具有增長效應的領域，而非無增長效應的環保領域[20]。故需完善投資管理和金融體系，確保順利的融資渠道，扶持新型工業產業的發展，加快高耗能高污染產業的結構轉型，構建包括技術研發、產品制造、設備安裝及后續維護在內的綠色產業體系，以一定的政策法規，加強事中和事后污染的監測和治理力度，以應對環境污染問題，推動經濟的轉型發展，達到經濟和環境的均衡，實現資源的優化配置。

（2）加大科技研發力度，促進能源相關技術水平的提高

我國以煤為主的能源消耗結構阻礙了經濟發展方式向低碳經濟型轉變，故要推廣節能技術和環保產品，從根源上減少污染物的排放，扶持相關技術的發展，提高能源利用效率，促進清潔能源成本的降低，從而普及清潔能源，減少污染排放，促進資源的優化配置。

（3）促進價格機制的完善和能源的限量定價政策的推進

我國以煤為主的能源消耗結構源于煤資源的豐厚及價格的低廉，促進價格機制的逐步完善，加強政府對能源市場限量定價方面的調控力度，提高傳統能源的消耗成本，降低新型能源的使用成本，促進能源和資本等資源的高效利用，進而促進能源消耗結構的優化。

（4）因地制宜地制定能源調控策略，促進各地能源消耗結構的優化

東部地區要促進供給側改革，加強工業污染的治理和環保規制力度，完善市場價格機制，促進能源消耗結構與產業結構的高水平協調發展；中部地區要加速產業結構優化進程，加強對工業廢水和固體廢棄物的監控和治理，完善價格機制，轉變經濟發展方式，進而促進能源消耗結構的優化；西南和西北地區要發展高新技術，實現傳統產業轉型、經濟與能源消耗結構的協調發展，利用資源和地勢優勢，以特色產業為突破口，促進產業結構的優化升級，并加強環保規制和市場機制的完善，促進煤、油消耗比重的降低；東北地區要積極引進新型技術，改造夕陽產業，實現老工業基地的產業轉型和振興，進而促進煤、油消耗比重的降低。

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（責任編輯：冉春紅）