能源约束下安徽省产业结构优化目标与对策研究

叶 彬，杨 敏，李方一，王 宝

（1.国网安徽省电力公司经济技术研究院，安徽合肥230022；2.合肥工业大学管理学院，安徽合肥230009）

能源约束下安徽省产业结构优化目标与对策研究

叶 彬1，杨 敏1，李方一2，王 宝1

（1.国网安徽省电力公司经济技术研究院，安徽合肥230022；2.合肥工业大学管理学院，安徽合肥230009）

文章利用安徽省2012年投入产出表构建了线性规划模型，设定了“十三五”期间优化模型的约束条件，在能耗总量和经济增长双重目标的约束下，得到产业结构优化的目标与最优方案，为安徽省调整产业结构和推动节能减排提出政策建议。研究表明：要实现节能减排目标，安徽省产业结构调整重点在于大力发展装备制造业和服务业，到2020年占GDP的比例分别上升到17.1%和43.0%，重点约束采矿业与高耗能行业，使其占比降低到2.7%和11.0%。如果目标的约束性较强，则需要进一步调控煤炭开采与洗选业、非金属矿物制品业、黑色金属冶炼和压延加工业。

产业结构；能源约束；优化；投入产出表

一、引言

近二十年来，中国能源消费总量和温室气体排放总量持续快速增长，并已超过美国成为世界能源消费和碳排放第一大国［1］。在举世瞩目的2015年巴黎气候大会上，中国政府提出行动目标，二氧化碳排放将在2030年左右达到峰值并争取尽早达峰，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%，这意味着未来将要付出更大努力。面对日益加剧的节能减排压力，各级政府将节能减排设定为区域发展的重要目标之一。经济部门的能源消费是我国碳排放的主要来源，具有巨大的减排潜力［2-6］。学者们普遍认为产业结构调整是中国能耗和碳排放增速减缓甚至下降的重要途径［2，7-9］。日本、韩国等国通过扶持重点产业调整产业结构进而带动整个经济增长和低碳化发展的模式取得了巨大成效［10］。对于我国省级行政单位来说，在短期内，技术进步的节能作用始终是有限的，产业结构调整的作用不容忽视，要实现节能减排目标，必须深度挖掘产业结构调整的节能减排潜力［11］。

为了在节能减排目标下制定可操作的方案，有学者基于投入产出分析与线性规划方法，给出了区域未来发展最优的产业结构调整目标和方案，提出的最优方案有利于资源配置最优化和宏观经济效益最大化。例如，在既定约束条件下实现产业结构的优化，Willett［12］、Luptáěcik［13］、Cristobal［14］、蒋业放和梁季阳［15］、王铮等［16］、严婷婷和贾绍凤［17］展开了这一领域的研究，但研究多集中在水资源或环境污染的相关约束条件下，对于能源约束下开展城市区域产业优化的研究还较少。张晓娣［18］在减排目标GDP增长率、就业率的多重约束条件下，建立了投入产出框架下的产业结构优化模型。唐志鹏［19］基于北京市多年的投入产出表，构建了北京市产业结构优化模型，并通过灰色系统分析方法，评价北京市各年份的产业结构优化程度。张捷和赵秀娟［20］基于广东投入产出表、焦翠红［21］基于东北投入产出表，建立多目标投入产出优化模型，对碳排放强度约束下产业结构调整潜力进行了测算。于娜［22］、周林意［23］应用动态投入产出优化模型，将经济发展与节能作为产业结构调整的约束条件，分别研究了辽宁省和云南省能源约束下的产业结构调整方向。但相关文献对产业结构优化的约束条件研究还不够充分，在强调能源与碳排放总量或强度约束的前提下，对经济发展和社会稳定目标的重视程度不够，因此得到的结论与政策建议在节能减排方面过于激进和乐观，经济与社会效益受到一定损害。

本文以安徽省为研究区域，基于投入产出表构建线性规划模型，综合考虑优化情景的环境、经济与社会效益，对经济与社会发展的约束条件进行深入分析，依据“十三五”规划文件设定约束条件，最终在多方约束下得到产业结构的优化目标，为实现安徽省产业结构调整和低碳清洁发展提出政策建议。

二、研究方法与数据来源

（一）研究方法

投入产出模型是用于系统性研究国民经济产业结构的模型，其与线性规划模型相结合可以研究区域的产业结构优化问题。能耗增长控制目标下的产业结构优化兼顾经济增长等目标后才能具有现实意义，否则将失去可行性。在保证实现能耗总量和能源强度控制目标的前提下，维持工业增加值、经济规模和就业的增长，是地方政府所追求的重要目标。因此，可以将能耗总量看成是工业企业发展所必需的资源，在资源总量有限的条件下，将资源优化配置到更具比较优势的产业。本研究中，在各产业增长率约束条件下，实现所有产业能耗最小，满足所有约束条件和目标的最优化结果，就成为最终的产业增加值输出。由于每个行业产生一个单位的增加值，所需要的能耗不同，即边际成本不一致，因此在同一目标下，各个产业在模型中所表现的增长情况不一致，最终通过相对比例变化实现了产业结构调整。

线性规划模型是一种数学方法，在给定的约束条件下，通过线性关系表述变量与目标函数的关系，通过调整变量来确定最优的结果。一般线性规划问题的标准型为：

可行解满足约束条件（2）的解x=（x1,x2,…,xn），称为线性规划问题的可行解，而使目标函数（1）达到最小值的可行解叫最优解。如果目标函数（1）没有可行的解，则适当调整约束条件（2），直到出现可行的解，且保证可行的解接近能耗总量控制目标。

（二）数据来源

优化模型的数据来自于安徽省2012年30产业的投入产出表，其他数据来自《安徽统计年鉴1995-2015》[24]。对第二产业进行划分，根据安徽省各产业用电特征，划分为采矿业、轻工业、高耗能产业、装备制造业、电力热力燃气及水生产和供应业、建筑业这6个产业，再加上农业和服务业共8个产业，见表1。

表1 安徽省产业类型划分

三、优化模型及约束条件

根据安徽省“十三五”相关规划文件与预测性研究，构建安徽省能源-经济-社会复合系统“十三五”期间的约束条件与优化目标，见表2。

表2 线性规划模型的约束条件

第一类约束条件是2020年GDP规模达到预计目标，即不损害区域经济的平稳发展。在经济发展不受干扰的前提下，才能考虑各个产业的未来增长空间。第二类约束条件是经济系统保持需求与供给的平衡，不仅仅是总需求与总供给的平衡，还包括各个产业的需求与供给平衡，公式写成矩阵形式，实际上是有多个等式构成。第三类约束条件是各个产业的增加值变化在一定的范围内，不能出现大幅下滑而产生失业问题，也不能出现超过经济规律的大幅增长。第四类约束条件是区域最终需求的变化在一定的范围内，一方面不会出现突然的需求下滑，另一方面也要遵循需求变化的基本规律。

在节能减排与产业结构调整的约束下，将2020年安徽省产业能源消耗总量最低设定为模型的优化目标，并设定了一系列约束条件，模型如下：

其中，xi表示第i产业的总产出，则X表示所有产业的总产出组成的列向量；Δvi表示当第i产业到目标年份的增加值变化量；aij直接消耗系数，表示第j行业在生产经营过程中单位总产出直接消耗的第i行业的总产出的数量，A表示直接消耗系数矩阵；ai表示增加值与总产出相比的系数；表示第i产业，第t年的劳动者收入；上标ll表示下限（lower limit），上标ul表示上限（upper limit）。

各产业增加值年均增长率的预测及界限设定：

（1）农业、电力热力、燃气、水的生产和供应业、交通运输仓储和邮政业等6个产业为关系国计民生的能源及公共基础产业，这些产业的规模稳定中低速增长，占GDP比重降低。

（2）采矿业，是许多制造业的上游产业，部分产业产能过剩，且单位能耗高，增长率上限与GDP增速持平，为年均8.5%的增长率，下限为年均1%的负增长。

（3）轻工业，包括食品制造及烟草加工业、纺织业、纺织服装鞋帽皮革羽绒及其制品业、木材加工及家具制造业、造纸印刷及文教体育用品制造业，是工业化初期兴起的传统工业部门，主要用于满足居民消费，目前属于完全竞争市场，年均增长率在8%以下，未来增长率上限与GDP增速持平，下限为年均5%的增长。

（4）高耗能产业，包括石油加工、炼焦及核燃料加工业、化学工业、非金属矿物制品业、黑色金属冶炼及压延加工业、有色金属冶炼及压延加工业。与沿海省市相比，安徽省的高耗能产业出现了显著分化，石油加工、炼焦及核燃料加工业和化学工业的规模一直较小，但非金属矿物制品业、黑色金属冶炼及压延加工业规模较大，且在全国产能过剩的背景下存在效益不佳的问题。安徽省的有色金属冶炼及压延加工业实力较强，主要是铜材的生产和加工，并不包含电解铝这类高耗能产品。此外，高耗能产业属于投资驱动型、技术与资本密集型产业，增长初期具有突然性和爆发性，因此，对非金属矿物制品业、黑色金属冶炼及压延加工业这两类产能过剩产业的年均增长上下限分别设定为5%和-1%，而其他产业年均增长的上下限分别设定为15%和-1%，主要靠能耗最低的目标来对其增长进行约束。

（5）装备制造业，包括金属制品业、通用、专用设备制造业、交通运输设备制造业、电气机械及器材制造业、通信设备、计算机及其他电子设备制造业、仪器仪表制造业，技术含量高、产业链条长、附加值高，代表着制造业转型升级的方向，同时也有较大的增长潜力，因此，年均增长率上限为15%，下限为8%。

（6）服务业，交通运输、仓储及邮政业、信息传输、计算机服务和软件业、批发和零售业、住宿和餐饮业、金融业、房地产业、租赁和商务服务业、科学研究、技术服务和地质勘查业、水利、环境和公共设施管理业、居民服务和其他服务业、教育、卫生、社会保障和社会福利业、文化、体育和娱乐业、公共管理和社会组织，服务业比例的上升代表着产业结构调整的方向，因此，商业类服务业年均增长率上限为18%，下限为8%，交通运输、仓储及邮政业、公共管理和公共服务类产业年均增长率上限为12%，下限为6%。

各产业最终需求的年均增长率，由于最终需求最终需求受到消费、投资、进出口和输入输出的影响，变化幅度有可能比较大，将产业划分为基础性产业、成长性产业和一般产业，基础性产业最终需求年均增长率的上下限设定为4%和15%，成长性产业最终需求年均增长率的上下限设定为4%和30%，一般产业最终需求年均增长率的上下限设定为4%和20%。

四、模拟结果与建议

（一）产业结构演变趋势

2000年以来，安徽省三次产业结构不断优化，由2000年的比例31.4∶25.3∶43.3，逐渐调整到2015年为11.1∶51.9∶37.0，二、三产业已成为带动经济增长的主要力量。在这一过程中，第一产业的比例不断下降，第二产业的比例不断上升，而第三产业的比例在2011年之前下降，之后呈上升趋势。

2000-2015年安徽省地区生产总值中8大产业的比例见表3，可以看出，农业、采矿业、高耗能产业、电力燃气水生产业和建筑业比例在不断降低，采矿业从6.5%下降到2.9%。服务业、轻工业和装备制造业的产业比例不断上升，其中装备制造业上升幅度最大。装备制造业作为工业部门中技术含量最高、增长潜力最大的产业，受到了一系列政策措施的鼓励和扶持，始终处于高速发展态势，在全省工业中的比重有明显提升。而高耗能产业所占的比例在2011年之前不断上升，在达到13.7%的峰值之后则逐渐下降，可见在“十二五”期间，由于受到经济发展客观规律和节能减排目标的影响，高耗能产业的发展受到了一定的限制。

表3 安徽省产业结构演变历程%

（二）能耗增长特征与约束

随着安徽省工业化、城镇化进程的大力推进，全省所消耗的能源总量也呈快速上升趋势（图1）。从1995年的4 098万吨标准煤增长到2005年的6 506万吨标准煤，增长速度较为缓慢，但在2005年后，增长速度加快，到2015年已达到1.23亿吨标准煤。在能耗总量中，第二产业占比最高，约占71.4%，其次是第三产业和居民生活用能，分别占14.8%和11.9%，第一产业最低，只占1.9%（2014年数据）。由于第一产业、第三产业和居民生活能耗的总和占比不到30%，其节能减排的潜力将远小于第二产业。

“十三五”时期，国务院继续制定了各省区市的碳排放强度和能源强度约束性目标。在综合考虑安徽省的发展阶段、资源禀赋、战略定位、生态环保等因素后，将安徽省碳排放强度下降目标为18%［24］。考虑到碳排放强度的降低是由能源强度降低、能源结构变化和其他因素共同作用的结果，预计安徽省在“十三五”期间的能源强度下降目标将在16%～17%范围内。

图1 安徽省能耗总量与能源强度变化趋势

（三）产业结构优化目标及评价

产业结构优化是个动态的过程，本研究的模拟是做比较静态分析，在追求产业能耗总量最小化的目标下，将各产业的增加值作为变量，在约束条件下随机波动，在所有可能的情景下，实现产业能耗总量最小化的结果为最终的输出结果。由优化模型得到2020年优化后的产业结构目标见表4，并将2020年的产业结构与2015年产业结构进行对比。

表4 安徽省产业结构优化目标及趋势判断%

表4展示了安徽省2020年的产业结构优化目标，可见，作为生产生活的基础性产业，电力燃气和水的生产业的占比维持稳定，装备制造业和服务业的占比将有所提升，分别上升0.6和6个百分点，服务业的增长幅度最大。除此之外，其他产业的占比都将呈下降趋势，农业、采矿业、轻工业和高耗能产业的比例将降低，轻工业和高耗能产业将分别下降1和 1.2个百分点。“十三五”期间，安徽省将全面进入工业化中后期，传统工业面临的困难越来越大，走新型工业化道路、实现信息化与工业化全面融合是必然选择。这一时期，虽然工业增加值的规模仍不断增长，但占比却在下降，与此同时，由于经济的服务化转向，服务业的比例显著上升。除了交通运输与仓储业之外，服务业的快速发展既是产业结构调整的重要表现，也是实现节能减排总体目标的重要手段。因此，模型优化的结果与安徽省的客观发展规律相吻合，也符合安徽省“十三五”规划所制定的发展方向。

另一方面，根据优化结果可知，仅考虑产业结构调整的影响，2020年安徽省能源强度（单位GDP能耗）与2015年相比将降低8.4%。用同样的方法计算“十二五”期间的能源强度变化，发现结构调整使能源强度降低8.7%。因此，优化结果中“十三五”发展情景与“十二五”时期较为接近，可以认为其对产业结构优化调整与能源强度的预测具有较高的可信度。

（四）产业结构调整对策建议

根据模拟结果中未来各产业的发展预期，制定产业结构的调整方案，即对“十三五”时期每个产业的发展是进行限制还是给予鼓励，结果见表5。

表5 2015-2020年各产业的增长预期及相应的调控方向

根据表5，部分采矿业和高耗能产业被划定为严格约束的产业，尤其是非金属矿及其他矿采选业、黑色金属冶炼及压延加工业与非金属矿物制品业，能耗系数较高、产能过剩问题严重，只有对其实施严格约束，才能在节能减排目标下为其他产业留出发展空间。“十三五”期间，在国家相关政策文件的指导下，安徽省一方面要进一步淘汰落后产能，另一方面要实现产业结构优化和节能减排目标，这些产业都将是重点的调控对象。但安徽省的有色金属冶炼及压延加工业具有显著的发展优势，该产业以精炼铜及下游产品为主，单位产值的能耗量较低，相当于黑色金属冶炼及压延加工业的1/15，与纺织业接近，并且经济效益较好，是安徽省的特色与优势产业，在延长产业链、加强深加工方面取得了一定成效。因此，如果能继续做好产品深加工和技术升级，“十三五”期间安徽省有色金属冶炼及压延加工业受到节能减排的约束将较小。

需要给予一定程度约束的产业包括煤炭开采和洗选业、建筑业。建筑业虽然直接能耗并不高，但消耗了大量的矿产资源产品，其产生的间接能耗不可忽视，因此，“十三五”期间建筑业增速的降低，也就间接地降低了黑色金属冶炼及压延加工业、非金属矿物制品业、煤炭开采和洗选业的增速，有利于节能减排目标的实现。与以往的认知不太一致的是石油加工、炼焦及核燃料加工业以及化学工业这两大传统的高耗能产业被划分到无需调控的产业，其原因可能有以下几点：①石油加工、炼焦及核燃料加工业、化学工业在安徽的规模不大，有较大的发展潜力，据中国石化新闻网发布的消息，2014年，中国石化工业总产值超过13.02万亿元，主要分布于沿海省市，安徽作为中部省份如果不能发展这两个产业，与沿海省市相比就永远缺少一个经济增长点，难以实现追赶目标。②石油加工、炼焦及核燃料加工业、化学工业是各个区域实现工业化的基础性产业，要想推动制造业快速发展，就必须保证其上游产品的供应，因此这些产业的需求还将进一步增长。虽然存在市场和产能的增长潜力，但安徽省是否适合发展石油加工和化学工业，还需要从原材料供应、技术水平和资源环境承载力等多个方面综合考虑。

未来需要鼓励和推动的产业主要是装备制造业和除交通运输与仓储业之外的服务业，这些产业单位产值的能耗较小，在推动经济增长方面也具有较大潜力，也是国家宏观政策与规划鼓励和推动发展的产业。尤其是装备制造业，其持续稳定的发展是安徽省完成工业化、跨越中等收入陷阱的重要保障，安徽省在工程机械、汽车制造、电子电器等领域都拥有一批实力较强的企业，由此形成的产业链是带动安徽装备制造业持续增长的重要动力。“十三五”期间，装备制造业和服务业的年均增速要高于GDP增速，达到10%～15%，才能保证经济增长与节能减排双重目标的实现，因此，政府部门需要在人才、研发、信息资源、土地供应、基础设施等关键领域提供支持，以帮助企业实现更强的增长动力。

其他产业由于是经济发展的基础性产业，不会出现大幅波动，也难以形成新的经济增长点，因此不需要特殊政策进行限制或鼓励，包括农业、轻工业和电力、燃气、水的生产与供应业、交通运输与仓储业。

综上所述，安徽省要在“十三五”期间保证经济中高速增长的同时，追求能耗总量的最小化，制定有针对性的产业政策，以市场力量为主、政策力量为辅，推动产业结构调整和经济转型升级。“十三五”期间，如果国家制定了更为严格的节能减排目标，在能源强度和能源总量约束加强的情况下，就需要牺牲一部分经济利益，根据以上分析，重点的调控对象可以设定为煤炭开采与洗选业、非金属矿物制品业、黑色金属冶炼和压延加工业等。

五、结论与讨论

在目前全球各国应对气候变化、努力实现低碳发展的主旨下，产业结构的调整是实现既定能源消费下经济增长的重要途径之一。本研究基于产业间的投入产出关系构建线性规划模型，给出安徽省产业结构优化的目标与方案，并对安徽省产业结构调整的历程与趋势进行评价，得到以下结论：

（1）在根据产业结构优化的目标与方案，“十三五”期间，安徽省的产业结构调整重点在于大力发展装备制造业和服务业，占GDP的比例分别上升到17.1%和43.0%，重点约束采矿业与高耗能行业，使其占比降低到2.7%和11.0%。

（2）“十三五”期间，为了实现节能减排与经济社会发展的综合性目标，需要严格约束的产业包括部分采矿业和高耗能产业，尤其是非金属矿及其他矿采选业、黑色金属冶炼及压延加工业与非金属矿物制品业，需要给予一定约束的产业包括煤炭开采和洗选业、建筑业，需要鼓励和推动的产业主要是装备制造业和除交通运输与仓储业之外的服务业。

（3）尽管安徽省在2015年实现了“十二五”能源强度下降的目标，但在经济进入“新常态”的“十三五”时期，在节能减排约束增强的情况下，有可能需要牺牲一部分经济利益，首选的调控产业包括煤炭开采与洗选业、非金属矿物制品业、黑色金属冶炼和压延加工业等。

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A Study on Targets and Countermeasures of Industrial Structure Optimization in Anhui Province under Energy Constraints

YE Bin1,YANG Min1,LI Fang-yi2,WANG Bao1
（1.Institute of Economy and Technology,State Grid Anhui Electric Power Company,Hefei 230022,China; 2.School of Management,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China）

The paper employs the input-output table of Anhui province in 2012 to construct the linear programming model,sets the con⁃straints of the optimization model during the period of“13th Five-Year”,gains the goal of industrial structure optimization and the optimal scheme under the constraints of energy consumption and economic growth,and puts forward some policy suggestions for Anhui province to adjust the industrial structure and promote energy-saving emission reduction.The study shows that:it is important for Anhui province to develop equipment manufacturing and service industries to optimize industrial structure,which account for 17.1%and 43.0%by 2020 re⁃spectively.In addition,it is necessary to reduce the proportion of mining industries and energy-intensive industries to 2.7%and 11.0%re⁃spectively.Anhui province needs to focus on regulation of some key industries for more strict targets,including coal mining and washing industry,non metallic mineral products industry,ferrous metal smelting and rolling processing.

industrial structure;energy constraints;optimization；input-output table

F127；F264

A

1007-5097（2017）03-0021-07

［责任编辑：张 兵］

10.3969/j.issn.1007-5097.2017.03.003

2016-12-11

国家自然科学基金项目（41401126）；国网安徽省电力公司科技项目（52120914000A）

叶彬（1980-），男，安徽滁州人，高级工程师，博士，研究方向：电力经济与电网规划；

杨敏（1986-），女，四川泸州人，工程师，博士，研究方向：电力市场与分析预测；

李方一（1985-），男，湖南常德人，副教授，硕士生导师，博士，研究方向：区域可持续发展；

王宝（1986-），男，安徽安庆人，经济师，硕士，研究方向：电力市场与分析预测。