能源回报趋势对我国经济增长的影响分析

胡 燕，冯连勇，齐 超，王宏伟，William X Wei

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石油大学，北京 102249；3.北京燃气集团第五分公司，北京 100082；4.中国社会科学院数量经济与技术经济研究所，北京 100732；5.Mac Ewan School of Business，Grant Mac Ewan University，Edmonton，Canada）

近10余年来，我国经济的高速增长很大程度上是建立在大量消耗化石能源的基础上。但是，无论是煤炭、石油还是天然气，这些常规化石能源都是由数百万年甚至是数亿年前的生物遗体经过复杂过程演变而成的，均具有生命的周期性、资源的有限性和不可再生性。化石能源产量的缓慢增长导致我国1993年成为石油净进口国，2009年成为煤炭净进口国，对外依存度不断加大。2013年，我国石油消费量已经达到4.84亿吨，而产量却只有2.08亿吨。虽然可再生能源发展迅猛，但其贡献量仅约占6.3%，加之非常规化石能源在我国尚未达到规模化生产阶段，常规化石能源在我国生产结构中的比例仍然达到90%以上。如果常规化石能源供应出现短缺，它必然成为制约经济社会发展的最重要因素之一，这对于已经进入工业化中期的我国来说无疑是亟待研究与解决的重大问题。

1978年改革开放以来，我国保持了快速的经济增长态势，GDP增长率在1979-2012年间为平均10%左右。“十二五”期间，无论是在经济理论界，还是在社会舆论方面，无论是国内还是国外，对我国经济形势的分析出现了很多不同程度的预期结果。尤其是在2013年下半年，多家国际机构对我国的经济增长前景并不看好，并发布报告警示中国的经济风险，如：国际货币基金组织(IMF)发布最新的《世界经济展望》报告，下调了今明两年对中国的经济增长预期，并称中国经济增长中期内仍将放缓；亚洲开发银行也发布《2013年亚洲发展展望（更新版）》经济报告，将我国内地今年的经济增长预期由4月份预计的8.2%下调至7.6%，低于2012年7.7%的增速。那么，我国未来的经济增速是按这些预测结果所述的即将面临“崩溃”？还是处在合理的区间和预期目标内？以及我国未来的经济增速将会主要受到哪种因素的制约？本文将通过一个新视角给出具体答案。

一、能源回报的概念及其重要性

在拥有大量廉价能源资源的时代，经济发展理论均以货币为衡量单位，追求经济效益的最大化，但当进入化石能源短缺的时代，能源资源或者说能源量的基础作用就在经济发展中逐渐凸显。几乎所有产品的生产均与能源有关，能源自身的生产，如勘探、开发、生产、运输等，同样需要能源投入，即能源是产出，也是投入。随着能源生产设备先进程度的提高，能源生产过程中对能源的消耗也逐渐增长，所以剥离能源消耗而单纯追求能源产量升高的评价方法是片面的。因此，能源回报应运而生，它以焦耳量为单位同时考虑了能源生产过程中的产出和消耗(Clevelandetal.，1984)。从相对值角度出发，能源回报具体指EROI，即能源生产过程中能源产出和能源投入（或消耗）的比值，英文全称为Energy Returnon Investment，简称EROI（胡燕等，2011）；从绝对值角度来看，能源回报指净能源，即能源生产过程中能源产出减去能源投入（或消耗）（如图1所示）。总体上来讲，能源回报改变了传统能源“总量”的分析角度，从“净量”角度(Cleveland，2005)研究能源生产价值及其相关问题。

图1 能源回报概念示意图

那么，净量与经济活动到底存在什么样的关系？传统经济学模型以公司和家庭为两个主体来说明两者间的无限循环，但热力学第一定律和第二定律的普遍适用性原则说明：经济活动是处于自然界的开放系统中，有能量与物质的交换，既依赖于能源资源和其他资源的投入又向其排放废弃物。在此基础上，能源生产边界可以理解为：来自于自然界吸取太阳能而形成的化石能源量和经济系统提供的资本劳动力共同“流入”到能源生产过程中，形成的能源量“流出”的经济活动。由于经济产出需要有一部分返回能源生产过程中，所以实际上经济系统所能够利用的能源量是能源生产边界下提供的“净能源”。化石能源生产和经济活动的具体关系(Halletal.，1986)如图2所示。

图2 化石能源生产和经济活动关系图

经计算，我国化石能源的能源回报（EROI值）一直呈下降趋势(Huetal.，2013)，且这种趋势不可逆(Gagnonetal.，2009)。可以得知，我国化石能源的生产为经济社会提供的净能源量在不断减少，这对经济系统的影响是不可忽略的(Murphy and Hall，2011)。全面的能源评价不仅应重点分析能源资源的基础性作用，更应当回答化石能源生产的能源回报以及净能源贡献大小问题，尤其是净能源的大小对于经济系统的影响程度。因此，本文将从净能源这一新的视角对可用于经济系统消费的能源量进行分析，预测相关数据并考察它对我国经济增速的影响。其中，可用于经济系统消费的能源量是我国国内产量与净进口量的总和再减去化石能源生产部门的消耗量的差值，本文将其定义为“能源供应净量”，这一概念与传统能源供应概念不同的是加入了能源生产部门对能源的消耗。

二、能源回报-能源供应净量的取得

1.化石能源产量和净进口量

对于国内产量来讲，Huetal.(2013)采用多循环的广义翁氏模型计算了未来我国化石能源产量的三种可能性，本文将其单位转换成焦耳量，并预测到2025年。对于净进口量取净进口量与产量的比值，并分为高中低三种情景预测到2025年。1980年至2011年间，我国煤炭净进口量与产量之比平均为2.8%，2011年为1.75%；原油净进口量与产量之比平均为62.5%，2011年122.5%；天然气净进口量与产量之比平均为7%，2011年为27.2%。根据历史平均比值，本文设置的未来三种化石能源的净进口量与产量比值设置如表1所示。

表1 三种化石能源的净进口量与产量比值的情景设置

2.化石能源生产过程中的能源消耗量

能源生产过程中的投入受多种因素的影响，如开采技术、生产过程、地质和经济条件等。Coughlin(2012)结合地质条件等因素研究了能源生产部门的消耗问题，发现如果能源部门单位产量的能源消耗在0%～20%之间，那么无论采用线性方法还是非线性方法，整个经济消耗的能源量与除能源部门外的经济部门的能源消耗 量 比 值 (μ)几乎没有差别（如图 3），且 EROI等于 μ(μ-1)。因此，本文首先采用线性趋势外推法对石油天然气开采业和煤炭开采洗选业从2012-2025年在能源生产过程中的能源消耗量进行预测，并将其与三种情景下的产量做比值，发现两个部门单位产出的能源消耗量分别在3%～11%之间，均小于20%，说明本文采用的线性方法是可行的。

图3 能源生产部门单位产出能源消耗下线性与非线性方法下的μ值比较

3.化石能源供应净量

产量的低中高三种情景分别与净进口量的低中高三种情景相加，并分别减去两个部门生产过程中的总消耗量，得到2012-2025年我国化石能源供应净量（如表4所述）。我国“十二五”能源规划中，将一次能源消费总量目标控制在40亿吨标准，化石能源消费总量占总消费量的89.6%左右，也就是说化石能源消费量预计为35.8亿吨标煤，约合120 EJ，与本文设置的中情景接近。由此，本文将中情景称为“能源消费总量控制的基准情景”，其他两种情况分别称为低情景和高情景，以便与基准情景下取得的GDP增速进行比较分析。

三、能源回报趋势对我国经济增长的影响

我国化石能源生产EROI值的下降不仅意味着能源质量的降低、能源生产成本的提高，更意味着供给经济系统净能源量的大幅度减少(Murphyetal.，2011)，这将首先对我国未来的经济增长速度产生冲击。在此背景下，本文根据已取得的“化石能源供应净量”利用“能源型”生产函数来预测我国未来的经济增速潜力，并与传统的预测角度进行比较。

1.生产函数的基本形式及其发展

生产函数是描述生产过程中投入和产出规律的模型，在生产分析、经济增长等领域中应用广泛，1928年首次出现生产函数概念以来就备受关注，经过长时间的分析，研究界先后提出了柯布-道格拉斯生产函数（C-D生产函数）、固定替代弹性(CES)生产函数、可变替代弹性(VES)生产函数、超越生产函数等。其中，1928年由柯布和道格拉斯提出的柯布-道格拉斯生产函数是经过大量实证研究并获得广泛使用的一种生产函数。研究者不断探求影响经济增长的内生因素，并变换函数的形式和参数，以柯布道格拉斯生产函数为基础，引进其他因素研究经济增长问题的变形生产函数。对于经济增长模型而言，若想使一些模型能够很好地解释现实，并对现实具有一定的指导和预测作用，就需要在理论思想和研究方法上有所突破，进一步把一些重要的现实因素引进到模型中来，并根据当前面临的约束条件和约束环境选择恰当的经济增长模型。

传统的经济学理论均适用于大量的、增长的能源供应以及不断下降的能源开采成本的时期，在这样的前提下无论怎样的经济政策或者经济理论都是适用的，因为能源保障了经济活动的可行性。但是，随着后石油时代的来临，化石能源产量增长缓慢、石油价格不断攀升，经济理论不能再将资源视为“自然的馈赠”，而应当是“珍贵的宝藏”(Dale，2011；2012；Heunand Wit，2012)。未来，能源的限制性作用不仅仅体现在经济部门的消耗上，而且还体现在自身生产的消耗上。因此，经济理论的产生和更迭均有其适用性和阶段性，若忽视其发展的大背景，那么曾经可以带来经济增长的理论很可能成为后续增长的障碍。为了凸显化石能源对经济增长的约束作用以及说明能源与资本、劳动力共同对经济产出的完全解释(Kummeletal.，2000)，Neland Cooper(2009)建立了能源型生产函数形式，将能源加入到生产函数中。本文将我国化石能源生产过程中的消耗量加入到该生产函数模型中，模拟我国中长期经济增长发展趋势。

2.计算结果及分析

本文选取1980年至2011年已知参数的历史数据，根据最小二乘法准则，利用一阶残差方程，采用Lingo语言进行编程，进行曲线拟合，使得残差的绝对值之和最小。求得未知参数值（如表2），进而可以计算出模拟的历史

表2 三种化石能源未知参数解

图4 实际GDP与模拟GDP趋势图

GDP趋势（如图4所示）。

图4显示，实际GDP和模拟GDP整体拟合效果良好，两者相关度达到0.997，为高度相关。但是，1992-2005年实际GDP与模拟GDP的拟合效果相对于其他时间段较差，出现这种现象的原因主要有两大方面：一是，数据是历史的，其可靠性、真实性有待检验和考证。利用历史数据解释并预测未来是目前无法解决的困难所在；二是，1990年以后，政策的不稳定性和多变性很大程度上决定了GDP的突变性以及自身增长的曲线形式，不可能完全形成设定的曲线。

根据上述设置的三种情景的净能源供应量分别求解GDP，三种情景下的GDP走势如图5所示。

虽然实际GDP整体呈上升趋势，但其每五年的实际GDP增速却呈现下降趋势，如表3所示。

图5 至2025年我国经济增长的三种前景

表3 1981-2010年历史GDP平均增速以及2011-2025预测GDP平均增速

本文的预测结果与已有研究的预测区间比较后发现，2011-2015年本文预测的结果与世界银行预测的结果最为相近，2016-2020年与Wilson amp;Stupnytska的结果最为相近（陈彦斌和姚一旻，2012）。由于本文更多考虑了化石能源供应的约束性和能源生产中消耗量的增长性，所以预测的2016-2020年的GDP平均增速比大部分国内外研究者的预测结果要低一些（邱晓华等，2006）。从预测结果来看，在目前资源状况和技术水平状态下，基准情景下我国经济增长速度能够实现“十二五”规划中8%的既定目标。但从中长期来看，我国经济增速放缓具有长期化趋势，目前正处于高速增长阶段过渡到中速增长阶段甚至是低速增长阶段的时期。

根据以上分析可知，三种情景下2012-2025年我国化石能源供应净量，具体见表4。

四、结论

能源回报方法与我国经济增长的研究是将能源资源的研究重心集中到物理意义上，从衡量产出和投入的焦耳量出发进行研究，并揭示了净能源的重要性。作为评价能源生产价值的一种新方法，能源回报虽然还需要进行更多的深入研究，但其对经济、社会的相关问题的分析提供了一个新的思路和视角，警醒我们能源生产过程中的消耗量已经不可忽视，要全面分析当前能源经济问题，这对于提出能源经济相关的政策措施具有重要指导意义。文中，低情景下我国十二五期间的经济增速7.57%的结果与当前国际机构的预测比较吻合，那么在该情景下，我国在十三五和十四五期间的经济增速将分别降到5.71%和3.66%，这一结果非常令人担忧，或许中国经济增长“崩溃论”的说法很有可能成为现实。目前，面对中长期潜在增长率的下降，我国出于金融稳定和转变经济增长方式考虑，尚未推出明显的刺激措施，今后我国需继续推进结构改革，拉动私人消费，实现经济再平衡。尤其重要的是，需要加强能源生产过程中能源消费量的深入分析。虽然化石能源生产过程中的消耗量占能源生产总量的非常小，在4%～5%之间，但它对经济增速的影响却不可忽略。在净进口量相同的基础上，化石能源供应总量与供应净量两种情况下产生GDP增速差距大约在1.3%～1.5%之间，这对GDP增速预期影响非常大，因此应当严格控制能源生产部门的能源消费总量，并将净能源以及能源供应净量问题考虑到经济政策的分析与制定中来，比如降低能源生产过程中所需设备工具的隐含能。

表4 三种情景下2012-2025年我国化石能源供应净量(1018J)

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