基于LMDI法的中國有色金屬行業能源消費驅動因素分析

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(1. 中央財經大學 財經研究院， 北京 100081； 2. 中國地質調查局 發展研究中心， 北京 100037；3. 中國國土資源經濟研究院 國土資源部資源環境承載力評價重點實驗室, 河北 廊坊 101149)

有色金屬行業不僅是重要的原材料部門，同時也是節能減排、淘汰落后產能的重要行業。2015年我國有色金屬行業的工業銷售產值、能源消費總量及終端能源消費量分別占工業的4.78%、 7.49%和7.73%。“十二五”期間，我國10種有色金屬生產量和表觀消費量年均增長率分別為10.4%和10%，累計淘汰落后銅、鋁、鉛、鋅冶煉產能288、203、381、85萬t。《能源發展戰略行動計劃(2014—2020年)》提出了到2020年非化石能源占一次能源消費比例達到15%，煤炭消費比例控制在62%以內的目標。《工業綠色發展規劃(2016—2020年)》提出嚴控鋼鐵、有色等高耗能行業產能擴展，淘汰落后和化解過剩產能，推動重點行業的低碳轉型。《有色金屬工業發展規劃(2016—2020年)》提出了到2020年規模以上單位工業增加值能耗減少18%的綠色發展目標。由此可知，把握行業能源消費情況，辨析其驅動因素及作用可以為制定科學的節能減排政策提供參考，具有重要的現實意義。

1 研究現狀

能源消費驅動因素的分析是能源經濟學的研究熱點之一。國內外學者從不同角度，運用多種方法，對區域及行業的能源消費驅動因素進行了深入研究，差異在于時空、變量及方法的選擇。當前對能源消費驅動因素的研究主要采用計量分析法與因素分解法。

計量分析法主要基于區域或行業的面板數據，運用可拓展的隨機性的環境影響評估模型(STIRPAT)、 Tobit等計量回歸模型對能源消費影響因素進行回歸分析。陳海妹[1]基于多元回歸對河北省能源消費影響因素進行研究，發現經濟產出和科技水平影響較大，產業結構及人口的影響較小。張彩慶等[2]運用Tobit模型對京津冀農村生活能源消費量影響因素進行了分析。王笑天等[3]運用IPAT等式對河南省能源消費的影響因素進行研究，得到經濟發展是推動因素，技術進步起抑制作用的結論。譚俊濤等[4]基于協整理論和STIRPAT模型探討了中國城市化對能源消費的影響。董潔芳等[5]基于擴展的IPAT等式，利用向量自回歸(VAR)模型分析了固定資產投資、工業化及經濟發展對山西省能源消費的動態影響。劉滿芝等[6]基于擴展的STIRPAT模型，探討了人口、收入、消費、政策和技術等因素對城鎮生活能源消費的影響。計量分析法對變量選取、數據及其處理要求較為嚴格，較少的樣本難以滿足，存在殘差項且計算復雜，應用較為困難。

因素分解法主要運用結構分解法(structural decomposition analysis，SDA)和指數分解法(index decomposition analysis，IDA)將能源消費分解成若干因素效應。Ang等[7]比較了不同因素分解法的分解效果，發現對數平均迪氏指數(logarithmic mean Divisia index，LMDI)法可進行多因素、無殘差分解。LMDI法此后被廣泛用于資源環境研究領域。張興平等[8]運用LMDI法分析了北京市2005—2009年的能源消費，發現生產效應起決定性增長作用，而強度效應和結構效應作用為負向。張偉等[9]分析了產業結構、經濟增長、能源結構和能源效率對我國煤炭消費增長的影響。王雙英等[10]、徐國政[11]基于LMDI法從化石能耗結構、非清潔能耗結構、能源強度和經濟規模方面研究了我國石油、天然氣消費影響因素。劉固望等[12]采用LMDI法分析了經濟產出、能源強度、能源結構和化石能源替代對全國及六大行業能源消費的影響。楊方圓等[13]運用LMDI法分析了2006—2011年中國高耗能行業終端能源消費情況，發現經濟增長是增耗動力，能源效率是主要降耗因素，產業結構作用微弱。趙卉卉等[14]運用LMDI法將廣東省生活能源消費分解成能源結構、人口規模、居住面積和設備消費四大因素效應。相比計量分析法，因素分解法從恒等式出發將能源消費分解為主要驅動因素效應，LMDI法分解殘差很小甚至無殘差，對數據的要求較低，即使是短時期的小樣本也能滿足，計算較為方便。

能源消費驅動因素的研究主要集中在區域、 工業及單一能源角度， 缺乏對有色金屬行業的深入系統分析。由于不同區域、 行業在不同時段的能源消費驅動因素及其差異較大，因此，本文中基于LMDI法，從能源結構、 能源強度、 人均產出及就業規模角度探討中國有色金屬行業能源消費驅動因素及其作用。

2 方法與數據

2.1 模型方法

假設有色金屬行業能源消費模型為

(1)

(2)

式中：i為有色金屬行業涵蓋的工業行業；n為行業個數；j為能源類別；k為能源種類個數；E、Ei、Eij、Gi、Pi分別為能源消費量、第i行業能源消費量、第i行業的第j種能源消費量、第i行業產值、第i行業就業人數；Si、Hi、Yi、Mi分別為第i行業的能源結構、能源強度、人均產出、就業規模對能源消費的影響。

LMDI法是迪氏指數分解法的一種，由Ang等[15]在1998年提出，具有分解無殘差的效果，因此被廣泛應用于因素分解研究。根據式(2)，有色金屬行業從t-1期到t期的能源消費增量ΔE可以分解為

ΔE=Et-Et-1=ΔEs+ΔEh+ΔEy+ΔEm

，

(3)

式中ΔEs、 ΔEh、 ΔEy、 ΔEm分別為能源結構效應、能源強度效應、人均產出效應、就業規模效應。根據LMDI法，計算公式為

(4)

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(7)

2.2 數據處理

本文中研究時段為1994—2015年，有色金屬行業主要涵蓋國民經濟產業分類中的有色金屬礦采選業、有色金屬冶煉和壓延加工業，各項指標均為這2個行業的工業總產值、終端能源消費量、就業人數的總和。能源消費量選擇工業分行業終端能源消費量(標準量)，選擇22種能源，數據來源于《中國能源統計年鑒》。采用各行業的工業總產值(2012年開始，國家統計局不再統計工業總產值指標，2012—2015年的產值由工業銷售產值替代)，并根據2個行業的工業品出廠價格指數，以1994年為基期定基，消除物價因素。就業規模數據使用歷年的年平均就業人數。數據來源于《中國工業統計年鑒》和《中國價格統計年鑒》。

需要說明的是，《中國能源統計年鑒》中有工業分行業能源消費總量(標準量)及9種主要能源消費總量(實物量)，沒有按能源種類的分行業能源消費標準量，而根據9種主要能源消費實物量折算存在重復計算問題，會導致計算的能源消費總量(標準量)比年鑒的大很多，因此選擇終端能源消費量(標準量)，占能源消費總量(標準量)的95%以上。

3 實證分析

3.1 能耗情況

有色金屬行業是傳統的高能耗部門，其能源消費總量占工業能源消費總量的比例呈增大趨勢，由1995年的3.53%逐步增至2015年的7.49%。圖1所示為1994—2015年有色金屬行業產值、能源消費及強度。由圖可知，1994—2001年有色金屬行業能源消費(終端能源消費(標準量))與行業產值基本同步。2002年開始，隨著我國經濟的快速增長對有色金屬的需求日益增加，有色金屬行業也步入了繁榮期，產值的增長遠超過能源消費的增加，導致行業能源強度逐步減小。

能源消費、行業產值及能源強度單位中的t均指t標準煤。

有色金屬行業產值由1994年的1 479.90億元增至2015年的31 381.11億元，年均增長15.65%。同期行業能源消費由1 883.32萬t標準煤增至10 979.83萬t標準煤， 年均增長8.76%。能源強度則由1.27 t/萬元減至0.35 t/萬元(能源強度單位中的t均指t標準煤，以下同)，年均減少5.96%，見圖1。根據《有色金屬工業發展規劃(2016—2020年)》提出2020年規模以上單位工業增加值能耗比2015年累計減少18%，工業增加值年均增長8%，到2020年行業產值將達到46 109.15億元(可比價)，能源強度需要減至0.287 t/萬元，那么2020年行業能源消費將增至13 233.33萬t標準煤，能源消費總量將比2015年增加20.52%，年均增速應控制在3.80%以內。從行業結構上看，行業能源消費絕大部分集中于冶煉和壓延加工環節，占整個有色金屬行業能源消費的比例由1994年的83.74%增至2015年的94.79%。

有色金屬行業的能源結構主要為電力、原煤、焦炭和熱力，2015年占行業能源消費量的比例分別為65.26%、12.33%、5.07%和4.56%。天然氣與液化天然氣所占比例逐年增大，2015年分別為2.28%和2.82%。根據《能源發展戰略行動計劃(2014—2020年)》《能源發展“十三五”規劃》《工業綠色發展規劃(2016—2020年)》提出的2020年非化石能源一次能源消費比例達到15%、天然氣比例達到10%以上、煤炭消費比例控制在58%以下的目標，有色金屬行業煤炭消費比例至少要減少4.11%(2015年發電總量中火力發電量占72.952%，因此電力消費比例中有47.61%由煤炭消費產生，加上原煤(12.33%)、洗精煤(1.76%)和其他洗煤(0.41%)，煤炭實際所占比例約為62.11%，假設電力消費比例及火力發電所占比例不變的前提下，煤炭比例需要減少4.11%)。天然氣消費比例需要提高1倍，增大4.90%。按2020年13 233.33萬t標準煤的能源消費總量估算，扣除電力中包含的47.61%，煤炭消費控制在10.39%，即1 374.94萬t標準煤，相比2015年的1 591.92萬t標準煤減少15.78%，年均降幅應至少控制在2.89%。天然氣消費至少達到1 323.33萬t標準煤， 相比2015年的560.01萬t，增加136.31%，年均增速必須達到18.77%。

3.2 累積效應

累積效應反映了以1994年為基期，各驅動因素對行業能源消費增長的累積貢獻情況，屬于存量的概念。圖2所示為1995—2015年各驅動因素的累積效應。由圖可知，人均產出的累積效應為正，且逐步增大，由1995年的-375.20萬t增加到2015年的11 894.42萬t，這說明人均產出是推動有色金屬行業終端能源消費增加的決定性因素。行業人均產出由1994年的7.86萬元逐步增大到2015年的124.37萬元，增長了14.82倍，其中2015年的比2014年的增大了15.45萬元。就業規模的累積效應變呈現階段性化，1998年之前為正值，1998—2003年為負值，2004年開始轉為正值，并逐步變大，到2015年為2 727.49萬t，這表明就業規模是行業能源消費第二大促進因素。行業年平均就業規模從1994年的188.26萬人增加到1996年的199.75萬人，而后下降到2002年的145.97萬人，此后逐步增加到2014年的262.79萬人，到2015年減少為252.32萬人。

圖2 1995—2015年各驅動因素的累積效應

能源結構的累積效應很小，2003年僅為1.18萬t，2015年僅為31.64萬t，表明能源結構對行業能源消費作用微弱。 從1994年到2015年， 原煤、 其他選煤的比例減少最多， 分別為23.31%和7.14%。電力和液化天然氣比例增幅最大，分別為36.38%和2.82%。能源強度的累積效應從1997年開始轉為負值，且負向作用日益變大，這表明能源強度的下降或能源效率的提升是行業能源消費減少的最大貢獻因素。2015年行業能源強度為0.35 t/萬元，相比1994年，減少72.51%。以1994年為起點，到2015年底，有色金屬行業能源消費共增長了9 096.51萬t，能源結構、能源強度、人均產出和就業規模的貢獻率分別為0.35%、-61.09%、130.76%和29.98%，見圖2。由于2020年有色金屬行業能源消費總量將比2015年至多增大2 253.50萬t標準煤，因此若按照2015年各因素的累積貢獻率，那么能源結構、能源強度、人均產出和就業規模將在“十三五”期間分別貢獻7.89、-1 376.66、 2 946.68、675.60萬t。

3.3 逐年效應

逐年效應反映了各驅動因素在行業能源消費各年份增量中的貢獻大小，屬于流量的概念。圖3所示為1995—2015年各驅動因素的逐年效應。由圖可知，人均產出的逐年效應除1995、 2007、 2008年之外，一直處于最上方，說明除少數年份外，人均產出對行業能源消費增加的促進作用最大。2015年其促進作用達到最大，為1 300.64萬t。就業規模的逐年效應作用不穩定，1997—2002年為負值，2003—2008年為正值，2009年為負值，2010—2014年為正值，2015年又為負值。能源結構的逐年效應為很小的正值，2010達到最大值10.98萬t。

圖3 1995—2015年各驅動因素的逐年效應

能源強度除了1995年和2015年的為正值外， 均為負值， 且負向作用不斷加大， 2009年達到-802.10萬t， 這也說明能源強度的減小是行業能源消費減少的最大驅動力。2015年有色金屬行業能源消費比2014年增加了1 376.01萬t標準煤，能源結構、能源強度、人均產出和就業規模分別貢獻了0.12%、 39.90%、 94.52%和-25.54%。

4 結論

本文中分析了1994—2015年中國有色金屬行業能源消費情況，并運用LMDI法進行了驅動因素的研究，得出以下主要結論：

1)有色金屬行業作為高能耗的工業部門，其能源消費總量逐步增大，且所占比例大于其產值所占比例，節能、 降耗、 減排成為行業實現綠色發展的關鍵。1994—2015年有色金屬行業產值、能源消費和能源強度年均增長率分別為15.65%、 8.76%和-5.96%。 2015年，冶煉和壓延加工環節能耗總量所占比例高達94.79%，是行業節能降耗的關鍵所在。

2)人均產出的增加是行業能源消費增長的最大正向驅動因素。就業規模次之，但作用不穩定，呈階段性變化，2015年又轉化為負向作用。能源結構調整并未起到有效減少行業能源消費的作用，基本保持微弱的正向驅動作用。能源強度的減小或能源效率的提升是行業能源消費增長的最大抑制因素，但2015年能源強度出現反彈，主要是行業產值增長放緩及能源消費的大幅增加。 若按2015年各因素的累積貢獻率及2020年的規劃目標， 則能源結構、 能源強度、 人均產出和就業規模將在“十三五”期間分別貢獻7.89、-1 376.66、 2 946.68、 675.60萬t。

3)抑制有色金屬行業能源消費增長首先要嚴格控制行業產能，尤其是電解鋁、氧化鋁、銅冶煉等壓延與冶煉加工高耗能環節產能的盲目擴張。加快行業落后產能的淘汰和過剩產能的化解，提高行業在資源(能源、水、土地等)消耗與高效利用、污染(廢水、廢氣、固體廢棄物等)排放、環境(礦山環境恢復治理)治理與恢復等方面的準入門檻。其次，要大力降低能源消耗強度。制定與完善覆蓋有色金屬產品全生命周期的能耗標準體系，依靠科技進步，采用新技術、新方法，逐步改善采選、冶煉及加工環節的能耗，實現能源消耗與產值增長的脫鉤，以較少的能源消耗，實現行業經濟的較快發展。大力發展循環經濟，加強行業產業鏈、 各工序間的銜接， 減少工序間能源損失， 提高余溫、 余熱的利用力度。 最后， 為了順利實現行業相關的“十三五”規劃目標， 行業能源消費總量控制在13 233.33萬t標準煤， 即年均增速控制在3.80%以內，其中煤炭消費年均降幅應至少達到2.89%，天然氣消費年均增速應達到18.77%，行業能源強度應減至0.287 t/萬元。