中国能源强度变化的驱动因素分析——基于对数平均迪氏指数方法

韩 松，张宝生，唐 旭，齐 帅，孟繁妍

(1．中国石油大学 工商管理学院，北京 102249；2.中国石油天然气管道科学研究院 油气管道输送安全国家工程实验室，河北 廊坊 065000 )



中国能源强度变化的驱动因素分析
——基于对数平均迪氏指数方法

韩 松1，张宝生1，唐 旭1，齐 帅1，孟繁妍2

(1．中国石油大学 工商管理学院，北京 102249；2.中国石油天然气管道科学研究院 油气管道输送安全国家工程实验室，河北 廊坊 065000 )

能源紧缺已成为制约中国经济可持续发展的重要瓶颈，“十三五”规划进一步指出提高能源利用效率的新任务。探究导致能源强度变化的驱动因素，是提高中国综合能源效率的重要前提。利用对数平均迪氏指数方法将影响能源强度的因素分解为：能源替代、技术进步、产业结构、部门结构四个效应，对中国2001-2013年能源强度进行结构因素分解分析。研究得出：技术进步效应是导致中国总能源强度降低的主要原因；能源替代效应对总能源强度变化影响不大；产业结构使能源强度增加，部门结构对能源强度降低起到促进作用。

能源强度；LMDI；能源替代；技术进步；产业结构；部门结构

一、引 言

“十三五”规划指出，未来五年中国经济长期向好的基本面不会改变，大力发展经济同时还要积极推进能源革命，着力推动能源生产利用方式变革，优化能源供给结构，提高能源利用效率，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系；但是，中国经济增长与能源消费之间不平衡、不协调、不可持续问题仍然突出，因此，研究中国现阶段经济增长环境下能源消费情况，探究导致能源强度变化的驱动因素，是提高中国综合能源效率的重要前提。

能源强度指在消费终端单位GDP所消耗的能源数量，是反映技术水平及能源效率的重要指标。产业不同对应能源强度不同；行业不同，其能源强度存在差异。1980年以来，中国能源强度变化为：1980-1988年小幅波动；1989-2001年总体呈现下降趋势[1]。2001-2013年中国GDP和能源消费量总体呈明显上升趋势，其中，能源强度在2002-2003，2003-2004年经历小幅度上升后呈明显下降趋势，具体而言，GDP年均增长率为9.28%，能源消费量年均增长率为7.28%，能源强度年均增长率为-1.83%(图1)，因此，分析我国能源经济增长与能源消费量变化趋势及其影响因素，找出降低能源强度的措施，对实现中国节能减排及经济可持续发展具有现实意义。

图1 2001-2013年中国能源消费量、GDP及能源强度变化

二、研究现状

部分学者运用面板数据模型及协整分析等计量经济学的方法对影响能源强度的不同驱动因素进行了综合分析。史丹[2]，徐博[3]，张瑞[4]分别利用时间序列模型定量分析了中国产业结构及能源消费情况，研究得出：产业结构调整是影响能源消费的重要因素，产业结构调整对能源强度的影响程度不断上升；王萌等[5]，张勇等[6]利用其他方法得出相同结论。张瑞[4]采用1985-2004年中国29个省区的截面数据定量分析了不同时期内产业结构调整对能源消费的影响，结论表明：产业结构调整是能源消费的重要影响因素，随着时间的变化，产业结构调整对能源消费的影响程度发生改变。张文玺[7]通过构建面板数据库，利用静态及动态面板计量方法分析了影响1990-2010年中日韩三国能源消费的因素，结果表明：GDP和人口对三国能源消费总量均呈显著正相关，经济增长和城市化是影响中国能源消费的主要因素，第三产业对三国能源消费的影响均呈下降趋势，中国第二产业对能源消费的影响较大；上一期能源消费量的大小对本期的消费量具有显著正的影响。梁广华[8]以能源强度做被解释变量，以第二产业产出值、第三产业产出值占GDP的比重做解释变量建立回归模型，研究结论表明：第三产业的能源边际产出值最高，提高第三产业的比重可以促进能源的节约，提升能源的利用效率。吴巧生等[9]，高振宇等[10]，刘静华等[11]，佟金萍等[12]，齐志新等[13]利用不同方法对影响中国能源强度因素进行研究，结论表明：中国能源强度下降的主要原因是能源效率的提高。

分解法是研究能源强度影响因素最重要的方法之一。夏炎，杨翠红等[14]利用投入产出表与完全结构因素分解法对中国1987-2005年期间的能源强度影响因素进行分解分析。将能源强度分解为最终需求结构系数、完全需要系数、最终需求、最终能源消耗系数、能源消耗系数五个因素，结论得出：1987-1992年，完全需要系数的变化成为能源强度下降的主要因素，即产业结构变动对该时期能源强度下降起主要作用。张成龙，李继峰等[15]利用因素分解分析方法，基于1997-2007年中国四十二个产业部门产值及高耗能产品耗能数据，对能源强度的变化率进行分解，分析产业结构及各部门能源消耗对能源强度变化的影响，结论表明：部门用能强度的降低对中国能源强度产生正向影响，产业结构的变化导致中国能源强度的上升，高耗能产业是导致中国能源强度上升的直接原因。史丹[16]，刘滨等[17]，刘凤朝等[18]也认为结构效应对能源强度降低起决定作用。

李国璋，王双[19]利用对数平均迪氏指数技术对中国1995-2005年能源强度进行区域因素分解分析，结论表明：区域内技术进步是影响中国能源强度变动的主要因素。张伟，朱启贵[20]利用LMDI分解方法从能源消费技术、能源消费结构和产出结构三个不同方面对中国1994-2007年工业部门的能源消费强度进行了影响因素分解分析。结论表明：技术进步成为降低中国工业能源强度下降的决定因素。郑若娟，王班班[1]利用LMDI分解方法将影响中国1994-2004年制造业能源强度变化的主要驱动因素分解为结构因素和技术进步因素，得到类似结论：技术进步是制造业能源强度变化的主要因素。

虽然已有研究对能源强度影响因素进行了大量的探讨，也取得了阶段性研究进展，但是多数研究以结构效应及技术进步为因素进行讨论。本文在此基础上考虑了能源替代效应对能源强度的影响；其次，将结构效应进一步细分为产业结构效应及部门结构效应。研究首先利用对数平均迪氏指数法对2001-2013年中国能源强度进行分解，将因素分解为：能源替代效应、技术进步效应、产业结构效应、部门结构效应；其次，分析各因素对中国能源强度的影响，以探究影响中国能源强度变化的主要驱动因素；最后，提出降低中国能源强度相应政策建议。

三、研究方法及数据

(一)研究方法

分解法主要分为结构分解法和指数分解法。二者分析思路差异在于：结构分解法是结合投入与产出表进行分析的方法；指数分解法是将研究对象分解为若干待研究因素，以总方程为基础的分解方法。指数分解法主要包括拉氏指数法和迪氏指数法两类，迪氏指数法进一步分为对数平均迪氏指数法和算数平均迪氏指数法。Sun[21]，Ang[22]等通过分析认为：对数平均迪氏指数法(LMDI)在指数分解法中最具优势，具体表现为：(1)结果不存在残差项，使分解更具合理性；(2)分解具有可加性。同时，Ang[23]进一步将对数平均迪氏指数法(LMDI)进行分类，主要包括：对数平均迪氏指数法I(LMDI-I)和对数平均迪氏指数法II(LMDI-II)，Ang等[24]研究指出LMDI-I较LMDI-II更具两方面优越属性：一致的聚合性及次级结构良好的分解性，Ang[25]对八种LMDI分解模型进行分析，得出加法与乘法均可用于LMDI-I的求解过程，且加法与乘法得到的结果是可以相互转化的，但是加法更为简单，因此，本文借鉴LMDI-I加法形式对中国能源强度进行因素分解分析。

本研究能源消费表达式如下(见公式1)：

E=∑i∑j∑k∑Eijk

(1)

其中，E表示中国总体能源消费量；Eijk表示第i产业j部门k种能源消费量。

将中国能源消费具体分解表达式如下(见公式2)：

(2)

其中，E表示中国总体能源消费量；Eijk表示第i产业j部门k种能源消费量；Eij表示第i产业j部门能源消费量；Qij表示第i产业j部门产值；Qi表示第i产业产值；Q为国民生产总产值。

公式(2)两边同时除以Q，得到表达式如下(见公式3)：

(3)

其中，I表示中国总体能源强度；Vk表示能源消费结构，即第i产业j部门第k种能源消费量占第i产业j部门能源消费量的比重；Hj表示j部门能源强度，即第i产业j部门能源消费量与第i产业j部门产值之比；Pj表示部门结构，即第i产业j部门产值与第i产业产值之比；Si表示产业结构，即第i产业产值与国民生产总产值之比。

根据加法分解原理，第“T”期相对于“0”基期的能源强度变化量分解为四个驱动因素，表达式如下(见公式4)：

(4)

其中，ΔItot表示第“T”期相对于“0”基期的能源强度变化量；ΔIfs、ΔItc、ΔIpl、ΔIsk分别表示各因素对总能源强度变化量的贡献值，其是有单位的实值。

基于公式(4)，采用Ang[26]在2005年提出的LMDI-I方法进行分解，得到各因素分解结果(见表1)。

表1 分解效应计算公式

(二)研究数据

由于2013年以后数据的统计口径发生变化的，本文选取2001-2013年中国十三年的数据作为研究样本。首先，依据2014年《中国统计年鉴》对能源类型、产业及部门进行标准划分(见表2)。

表2 能源类型、产业及部门标准划分

能源强度采用能源消耗量与GDP比值进行计算，为保证数据计算的一致性，GDP为历年可比价GDP(以2000年为基年)。公式(3)中需要计算指标的数据来源及计算方法(见表3)。

表3 指标数据来源及计算方法

四、结果与讨论

(一)中国能源强度因素分解

由中国能源强度变化因素的分解结果(见表4)可知，中国总体能源强度变化量在2002-2003，2003-2004两年呈现正值，分别为0.06496吨标准煤/万元和0.07839吨标准煤/万元，其他各年度变化量均为负值，说明2001-2013年中国能源强度变化整体趋势是：2001-2002年为能源强度下降阶段，2002-2004年能源强度为上升阶段且达到正向最大，2004年以后呈明显下降趋势，但下降速度逐渐减小。

表4 2001-2013年中国能源强度因素分解结果

(柱状图表示各因素变化量，单位：吨标准煤/万元；面积图表示各年度区间中国总体能源强度变化量，单位：吨标准煤/万元；饼状图表示对应年度区间各因素贡献率，单位：百分比)

图2 2001-2013年中国能源强度因素分解结果

从逐年分解结果上看(见表5，图2)，2001-2013年期间(个别年份除外)，影响因素按对能源强度降低的贡献率由大到小依次为：技术进步效应、部门结构效应、能源替代效应、产业结构效应。说明技术进步效应对中国能源强度降低促进作用最大，能源替代效应对能源强度降低促进作用最小，产业结构及部门结构对总能源强度影响程度存在波动性，但部门结构对能源强度降低主要起促进作用，产业结构效应对能源强度降低起抑制作用。

从整体累计分解结果看(见表4，表5)，2001-2013年期间，影响因素按对能源强度降低的影响程度由大到小依次为：技术进步效应、部门结构效应、能源替代效应、产业结构效应。从各因素对能源强度影响的稳定性看，因素对能源强度影响稳定性由高到低依次为：能源替代效应、部门结构效应、技术进步效应、产业结构效应。但值得注意的是，技术进步的累计效应为-0.34945吨标准煤/万元，对总体能源强度变化解释力达到116.992%，说明技术进步对能源强度的降低起到主导性作用，该结论与齐绍洲[28]，刘似臣[29]，齐志新[30]，冯泰文[31]等研究结果保持一致。分析原因主要为：技术进步不仅对经济发展存在推动作用而且对能源生产及其消费存在影响。

表5 2001-2013年中国能源强度因素贡献率

(二)能源替代效应对中国能源强度变化的影响

2001-2013年能源替代对能源强度变化的累计效应为-0.00277吨标准煤/万元，贡献率仅为0.927%。虽然能源替代效应除2002-2004年结果呈正值外，其他年份均为负值，且对能源强度变化影响最为稳定，但是能源替代效应占比很小(见表4，表5)，说明能源替代效应总体上对降低能源强度起促进作用，且影响稳定，但影响程度相对较小，其主要是由于2001-2013年能源消费结构变化幅度较小导致的。

由源替代效应对中国能源强度变化的影响结果得出(见表6)，煤炭消耗除2002-2003年，2003-2004年，2004-2005年为正值外，其他年份均呈负值；石油消耗除2003-2004年，2009-2010年呈现正值外，其他年份均呈负值，说明煤炭、石油的使用对能源强度下降主要起促进作用。同理，得出天然气及其他一次能源的使用对中国能源强度下降主要起抑制作用。通过计算2001-2013年各能源对中国能源强度降低的贡献率得出：煤炭、石油、天然气、其他一次能源对能源强度降低的贡献率分别为76.77%、34.33%、-10.12%、-0.98%，分析产生原因主要是：自改革开放以来，中国能源消费主要以煤炭和石油为主，在能源生产及使用中设备完善，技术成熟，使得煤炭和石油能源利用效率相对较高；而天然气及其他一次能源发展相对滞后，且多为生活用能，其产值相对较低；因此，导致非化石能源的使用对能源强度降低起抑制作用，贡献率较化石能源相差悬殊。

表6 2001-2013年能源替代效应对中国能源强度变化的影响

2001-2013年，中国煤炭消费量年均增长率为0.263%，石油消费量年均增长率为1.296%，天然气消费量年均增长率为7.023%，水电，风电，核电年均增长率之和为2.079%，虽然天然气及其他一次能源的利用有所增加，但是中国一次能源结构以煤炭为主，其次是石油，天然气及其他一次能源消费量之和还不到一次能源总量的20%[32]。分析其原因为：经济快速增长对能源产生刚性需求，而中国资源禀赋导致煤炭消耗比例不断攀升；天然气及其他一次能源受技术限制等开发与应用等原因，导致非化石能源消费占比较低且增速缓慢。因此，中国不均衡的能源结构导致了能源替代效应对能源强度贡献率较低。

(三)产业结构对中国能源强度变化的影响

从2001-2013年中国三次产业能源强度可知(见图3)，2001-2013年第二产业能源强度最大，其次为第三产业，第一产业能源强度最低，其中，第一产业能源强度相对稳定，第二、三产业在2003-2004年小幅上升后，2004年后呈持续下降趋势。由产业结构效应对能源强度变化影响可知(见表7)，除2004-2005年以外，三次产业对中国能源强度影响因素程度从大到小为：第二产业、第三产业、第一产业，而2004-2005年三次产业对中国能源强度影响从大到小为：第三产业、第二产业、第一产业。从整体累计分解结果看(见表7)，2001-2013年第一产业对能源强度降低的贡献率为4.13%，第二产业贡献率为61.51%，第三产业贡献率为34.35%。可以看出三次产业对能源强度降低均呈促进作用，其中，第二产业对中国能源强度影响最大，第三产业次之，第一产业最小。其主要原因是中国第二产业参与国际分工，而第三产业主要面向国内市场，第二、三产业面对市场容量的差异导致了二者的对能源强度贡献率约为2:1。该研究结论与刘志彪等[26]研究结果一致。

表7 2001-2013年产业结构对中国能源强度变化的影响

图3 2001-2013年中国三次产业能源强度

(四)部门结构效应对中国能源强度变化的影响

由主要部门对中国能源强度总体贡献率可知(见表8)，2001-2013年主要部门对中国能源强度降低均呈现促进作用，贡献率从大到小为：工业，生活消费及其他，交通运输、仓储及邮电通讯业，农林牧渔水利业，建筑业，批发和零售贸易业、餐饮业。其中，工业贡献率为60.03%，说明工业对中国能源强度降低影响最大，分析其主要原因是：中国“十五”(2001-2005年)初期为重工业高速发展时期，例如，冶金、石油、电力等高耗能重化工企业迅速发展，导致2002-2004年中国能源强度明显上升；重工业的增速带来了高耗能和高污染问题，因此，从“十五”后期到“十二五”(2011-2015)期间，国家高度重视节能减排及环境保护工作，对重化工企业进行节能改造与提高能耗技术升级等措施，成为总体能源强度降低的决定性因素。

由能源强度分解结果可知(见表4，表5)，部门结构与产业结构效应对中国能源强度变化累计效应分别为-0.03147吨标准煤/万元和0.08499吨标准煤/万元，贡献率分别为10.53%，-28.454%，说明部门结构对能源强度降低为正向促进作用，解释了总体能源强度变化的10.53%；产业结构促进能源强度的增加，解释了总体能源强度变化的28.454%。该结论进一步验证了Sinton[33]及Fisher-Vanden[34]等得到的结论：结构分解的细分程度不同，分解结果存在差异。也就是说，将结构变化效应由产业结构细分到部门结构后，部门结构效应对能源强度的降低起到促进作用。

表8 2001-2013年部门结构效应对中国能源强度变化的影响

已有研究对2002-2004年中国能源强度不降反增，由2002年1.36024吨标准煤/万元上升至2004年1.50359吨标准煤/万元，增速超过10%现象产生原因进行分析，且基本归纳为两种观点，一种观点是以Chunbo&Stern[27]首次提出是技术进步效应的降低导致能源强度的上升；另一种观点是李力等[35]提出能源强度降低的主要原因是结构效应引起的，主要表现在中国制造业比重的增加导致能源强度的升高。由LMDI可加性，将部门结构与产业结构求和，得到结构变化效应对能源强度的影响为-17.924%，说明总体结构变化效应增加中国能源强度，即2001-2013年结构变化效应对能源强度降低起抑制作用，影响程度为负向17.924%。技术进步效应对能源强度降低的贡献率呈降低趋势，结构效应由增加能源强度逐渐变为降低能源强度作用，但结构效应的增长幅度大于技术进步效应的降低幅度(见表4)，因此，本文结论与郑义[36]等研究结果相吻合，即结构效应变化导致2002-2004年中国能源强度上升，同时，本文认为导致该阶段能源强度上升的根本原因为部门结构效应。该结论可以通过2001-2013年部门能源强度变化情况得到进一步验证，2003-2004年相比2002-2003年部门效应能源强度变化幅度绝对值从大到小排序为：生活消费及其他，建筑业，交通运输、仓储及邮电通讯业，农林牧渔水利业，批发和零售贸易业、餐饮业，工业。除2002-2003年建筑业部门，2003-2004年生活消费及其他部门对能源强度降低为促进作用外，其他各部门对能源强度降低呈现抑制作用(见表8，图4)，分析其根本原因是中国在2001年加入世界贸易组织，2002-2004年为中国进一步融入世界经济的关键时期，“十五”计划提出以推进经济增长方式转变为主要任务，进一步优化工业结构，发展服务业，增强国际竞争力的要求，因此，2002-2004年中国能源强度的上升是中国经济高速发展的必经之路，只有进一步完善部门结构，才能更高效的降低能源强度。

图4 2001-2013年中国主要部门能源强度

五、结论与建议

本文基于中国2001-2013年三次产业，六个主要部门，四种一次能源的能耗量数据，应用LMDI-Ι分解方法的加法形式，将中国能源强度变化分解为能源替代效应、技术进步效应、产业结构效应、部门结构效应，对总体能源强度上升及降低原因进行分析，得到主要结论如下：

第一，2002及2004年为研究样本的时间分界点，2001-2002年及2004-2013年中国能源强度为下降时期，2002-2004年能源强度为明显上升时期，能源强度上升主要受“十五”规划调整经济结构政策影响，部门结构效应是导致其上升的根本原因，进一步分析得出，工业，交通运输、仓储及邮电通讯业，建筑业三个主要部门能源强度上升使得总体能源强度在2002年呈现上升趋势并在2004年达到正向最大，技术进步效应成为2004-2013年中国能源强度下降主要原因。

第二，2001-2013年技术进步效应成为总能源强度降低的决定性因素，分析其原因主要是：技术进步不仅对经济发展存在推动作用而且对能源消费及其生产存在影响。首先，科学技术的发展促进能源效率的提高，主要体现在四方面：(1)能源生产中的高效转换技术；(2)部门消费能源的高效利用技术；(3)近年来电子商务、通信设备等产业的迅速发展，促进了能源节约，降低了能源强度。(4)技术的进步促进产业及部门结构的再调整，进一步对能源强度产生影响。

第三，结构效应中产业结构及部门结构对能源强度影响截然相反，其中，产业结构导致能源强度增加，部门结构降低总体能源强度。产业层面，三次产业对中国能源强度变化的贡献率约为1:15:9，即第二产业对能源强度影响最大，其次是第三产业，第一产业最小。部门层面，工业对能源强度变化贡献率约为60%，生活消费及其他贡献率约为27%，农林牧渔水利业贡献率约为4%，其他部门贡献率之和约为9%，即工业对总能源强度变化影响最大。

综合以上研究结论，本文对降低中国能源强度提出以下政策建议：

第一，研究表明，能源替代效应对中国能源强度影响较弱，但文章认为能源结构调整对降低能源强度存在很大空间。由于中国煤炭资源禀赋的导向作用很强，在短时间内预实现新能源对其替代是不现实的，因此，在短期内，应加快坑口发电、煤基多联产等技术的推广和应用，进一步提高煤炭的利用效率及起到减少污染的作用；长期来看，必须加快发展天然气及其他可再生能源的开发及应用技术，政府应加大对替代能源的支持力度，如支持、鼓励发展电动、燃气汽车等新能源汽车，加快对工业锅炉、家庭生活取暖，电动汽车充电桩等设备改造，实现热电联产及其他新能源对煤炭及石油能源的替代，逐步完善中国能源结构，从而达到降低总体能源强度的目标。

第二，中国经济发展刚刚步入工业化中后期，技术进步为降低能源强度的决定性因素，国家政策应引导和鼓励企业技术创新，扩大在能源开发及利用新技术方面的投资力度，进一步推广新技术、新产品的应用，实现提高能源使用效率，降低能源强度的目标。

第三，产业结构效应对降低能源强度起抑制作用，部门结构效应对降低能源强度起促进作用。但文章认为产业结构效应及部门结构效应是相辅相成、密不可分的。例如，中国制造业的迅速发展导致第二产业比例快速上升等。因此，如何进行产业结构调整成为下一步工作重点问题。本文认为中国产业结构调整思路是：首先，第二产业应在保持现有国际分工份额基础上，加速各生产部门产品从低附加值向高附加值的升级，去除高耗能、高污染等落后产能；其次，加快中国城市化步伐，提高居民的消费能力，进一步扩大国内市场对服务产品的需求；最后，按照全球化思路推动第三产业市场发展，使中国服务业参与全球产业分工，逐步突破国内市场容量小的限制，真正实现中国服务业全球化，这也是中国未来发展战略的新方向。

第四，因为中国省市之间经济发展程度差异较大，使得降低中国总体能源强度，还需要将重点放在中国各省市经济发展上，因此，应以京津冀、长三角、珠三角及环渤海经济区发展为核心，带动周边欠发达省市共同发展，真正实现中国经济可持续发展。

本研究的不足之处：首先，研究时间跨度较短，能源替代效应及结构效应对总能源强度的影响未能完整体现；其次，文章是从国家层面进行分析，但落实中国能源强度降低的任务，还是需要以省级层面为核心开展研究工作，因此，以上方面不足也将成文本研究的未来扩展方向。

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责任编辑、校对：李再扬

2016-05-31

国家社会科学基金重大项目“非常规油气开发利用对国家能源安全及社会经济的影响”(No. 13&ZD159)。

韩松(1988-)，女，河北省承德市人，博士研究生，研究方向：能源战略与政策系统分析；张宝生(1957-),吉林省桦甸市人，教授，博士生导师，研究方向：管理系统工程、能源战略与规划；唐旭(1985-)，江苏省盐城市人，副教授，博士生导师，研究方向：能源经济与管理、管理系统工程；齐帅(1991-)，江苏省淮安市人，硕士研究生，研究方向：系统工程理论方法及应用；孟繁妍(1985-)，女，辽宁省辽阳市人，中国石油天然气管道科学研究院，助理工程师。

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1002-2848-2016(05)-0089-09