工业能源消耗结构的优化路径及地区差异

邹璇++贾蕾玉

摘要：通过构建能源消耗、环境污染治理与投资的收益和效用均衡模型，分析能源消耗结构、环保规制与投资结构之间的内在关系。实证结果发现：工业能源消耗结构受到污染排放和治理、投资结构、技术、价格等因素的影响，区域产业结构和资源禀赋条件的差异也影响着能源消耗结构的优化。由此从产业结构、政府调控和市场机制等方面提出能源消耗结构的优化对策。

关键词：工业能源消耗结构；产业投资结构；优化路径；地区差异

DOI：10.13956/j.ss.1001-8409.2017.06.11

中图分类号：F407；F206 文献标识码：A 文章编号：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

中國经济历经三十多年的高速发展，如今粗放的发展模式成为经济持续健康发展的拦路虎。“十三五”规划指出我国能源发展新常态主要表现为：能源结构更替加快、能源发展动力加快转换等，但仍面临着传统能源产能过剩严重、可再生能源发展面临多重瓶颈、能源系统整体效率不高等诸多问题和挑战。截止2014年，在中国能源消耗结构中：煤炭占66%，石油占171%，天然气占57%，水电、核电等占112%，从1980年至2014年，耗煤比重下降了62%，耗气比重上升了26%，耗油比重下降了36%，清洁电力比重上升了72%。相比之下，2014年世界煤炭消耗比重的平均水平为30%，清洁能源消耗占比达374%，我国能源消耗对煤炭的依赖性依旧过大，这令经济发展与环境之间的矛盾越来越大。

1相关研究

能源和资本是技术进步以外主要驱动中国工业增长的源泉[1]，单纯依赖加大能源投入量换取经济增长不再适应我国经济发展的需要，产出效率的提高更需要能源消耗结构的合理调整。

国外学者从技术、政府调控、投资结构与环保等方面验证了能源消耗结构的优化机制。有学者认为：可再生能源生产成本的降低会促进其在高耗能部门的应用，使得多数煤炭永远不会被使用，即使没有碳税，50年后全球气温会稳步下降到工业化前的水平，但短期内变化不大[2，3]；也有学者认为，富裕程度和政府意识对能源消耗结构有显著的影响，区域和相邻扩散因素在决策过程中也有显著作用，故应针对特定群体定制信息和效益指标，增加民众知识、改变他们的既定习惯和能源行为等相关意识[4～6]；还有学者认为环境问题和环境税可能会改变产业结构，降低二氧化碳的排放量，进而影响能源消耗结构，但效应有很大的地区差异，技术水平、人力资本存量和金融发展水平相对较高的区域获得的利益更大，并且发现资本密集型产业的环境理想的劳动生产率与经济成正相关关系，也可以看到国外直接投资对环境保护的中性作用[7～9]。

国内学者多从技术、市场化和价格机制的完善等方面分析能源消耗结构的优化路径。有学者指出：我国高耗能工业的比重较高，技术落后带来的生产和能源利用效率低下的困境，使得我国经济增长还主要依赖于要素的投入，造成了能源消耗结构不合理，从而产生环境污染问题，故提高节能型技术水平和能源效率是优化能源消耗结构的有效途径[10～13]；也有学者发现，以污染治理为目标的能源消耗结构优化和产业结构调整，对减少煤炭消耗和二氧化碳排放有显著的促进作用，对外开放程度和市场化水平提高会使得能源消耗强度下降，但不合理的能源消耗结构使中国的能耗强度仍偏高，即使能源消耗结构发生积极的改变，产业结构对碳排放的抑制作用还未体现出来，故应鼓励绿色能源的发展，促进产业结构调整[14～19]。

综上，影响能源消耗结构优化的因素主要包括两部分：一部分为技术水平；另一部分为产业和制度环境等因素。由此，本文以均衡条件下的工业能源消耗结构为调整目标，探讨能源消耗结构优化路径的作用机制，为优化资源配置提供可行的对策建议。

2作用机制

人们消耗各种资源生产所需的产品，亦排放一定的污染物，为了维系正常的生产并缓解资源环境压力，以一定的资金投入用于生产和治理环境。如此，在资源消耗、投资支出、产品消费和现有收入下实现收益和效用的均衡。

假设生产是在技术A下，由劳动力L、两类不同的资本（Kj、Kj）和能源（Ei、Ei）的有机组合共同完成。Ei是第i类能源的消耗量，Ei是第i类以外的能源消耗量，若能源有煤、油、天然气、电力4种，其中之一为i，则i就是其他三者之和，即i+i=c，o，g，e，则能源消耗总量E=Ei+Ei，能源i的消耗结构为SEi=Ei/E。同理若K是消耗的总资本，投资的行业有采矿业，制造业，电力、热力、燃气和水的生产和供应业3类，其中之一为j，则有j+j =o，m，s，则K=Kj+Kj，行业j的投资结构为KPj=Kj/K。若单位劳动力价格为w，两类资本和能源的價格依次为rj、rj、PEi、PEi，技术的价格为PA，那么总生产成本由劳动力成本、生产性资本成本、生产性能源成本和技术成本构成。设生产函数为：

Q=AδLαKjβKEiρ Eφ

则收益最大化函数为：

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

一阶条件得：EiEi=ρPEiφPEi，则最优的能源消耗结构为：

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

用CM、CE分别表示工业产品消费量和生活能源的消耗量，PS为环境的消耗即环境污染物的排放量，PM、PE表示产品和生活能源的价格，PPS为排放单位环境污染物的治理成本，则效用最大化函数为：

MaxU=（CM）σ（CE）θ（PS）ε，σ、θ>0，ε<0

一阶条件得：CM=σPSPPSεPM。

在市场完全出清条件下（封闭系统），当收益和效用达到均衡状态时，有Q=CM，则可得到最优的充分就业劳动力数量为：

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

此式代入式（1）得到均衡时最优劳动力数量下的最优能源消耗结构如下：

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：均衡状态下的i能源的消耗结构与i能源的消耗量、投入要素的价格、工业产品的价格、生产技术、投资结构及环境污染物的排放量和单位污染治理成本有关。

3能源消耗结构优化路径的实证检验

31计量模型

据理论分析，能源消耗结构与能源消耗量、生产性投资结构、要素价格、技术及污染物的排放量和治理成本有关。由于各污染物排放量无法加总，故实证中将环境污染物分为工业废水、废气、固体废弃物3类，并将3类产业的投资结构置于同一模型中。由各变量之间的散点图可知变量间均呈线性关系，对各变量取对数处理得如下计量模型：

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分别表示采矿业、制造业和电力、热力、燃气及水生产和供应业的投资结构，PSw、PSg、PSs分别为工业废水、废气、固体废弃物的排放量；EI为污染治理成本。

32变量选取和说明

能源消耗结构是通过对煤、油、气、电的消耗量统一换算并加总得到工业能源消耗总量，再各自相比而得。产业投资结构选取采矿业、制造业和电力、热力、燃气及水生产和供应业的资产总额与工业总资产额的比值来衡量。技术水平是参考数据包络法，在投入资本、劳动力和能源的基础上计算出全要素生产率。污染物排放以工业废水、废气、固体废弃物衡量，用工业污染治理投资衡量污染治理成本。能源价格是参考消费物价指数对一揽子物品价格的计算方法计算而得，以各省区的各能源价格对应地区能源价格水平，并进行价格平减，煤、油的价格选择最有代表性的品种的价格表示。劳动力价格以城镇工业单位就业人员的年平均工资来衡量，通过对工业各行业的年平均工资进行再平均计算而得；资本价格用工业收益总额与工业资产总额之比衡量；工业产品价格以工业产品出厂价格指数间接衡量。

由于西藏数据缺失较多，故选取1998～2013年我国除西藏之外的30个省份的规模以上工业企业的数据相关数据来源于《中国工业经济统计年鉴1999-2014》《中国能源统计年鉴1999-2014》《中国物价年鉴1999-2014》《中国劳动统计年鉴1999-2014》《中国环境统计年鉴1999-2014》《中国科技统计年鉴1999-2014》及《中国统计年鉴1999-2014》。 进行分析，通过相关增长率修正个别缺省或异常的数据，并折算成1998年不变价。

33实证分析

单位根检验、Kao检验和Hausman检验的结果显示：所有变量一阶平稳且模型的变量之间均协整，并建立固定效应模型，计量结果见表1。

331优化路径分析

工业投资结构调整中制造业结构对能源消耗结构的影响最显著，生产和供应业次之，采矿业的影响微弱。能源消耗结构与环保投资、工业污染物排放量有显著的负相关性，且环保规制对天然气等清洁能源的促进作用相对较大。能源消耗量、价格和技术进步也对促进能源消耗结构的优化有积极作用，相关成本和技术的提升对降低煤品消耗结构有显著影响。

我国目前的工业生产耗能高，对煤的依赖大，煤炭燃烧不充分会加大空气污染程度，排放废渣等废弃物，产业结构调整对能源消耗结构的优化效应没有达到最优，但也体现出对降低煤、油消耗结构的优化效应。工业生产对煤的依赖与其资源丰厚和价格低廉有关，但也面临燃烧利用率低引发的污染问题，故成本和相关技术的提升对降低煤品消耗结构有显著影响，增大环保力度也对完成国家能源战略目标有积极作用，同时对传统能源实行限量提价的调控策略，鼓励清洁能源的使用并实行价格补贴，也有利于能源消耗结构的优化。

劳动力和资本价格对能源消耗结构的效应多为负效应且不显著，反映出各相关行业对劳动力的需求和资本回报率的差异。另外，工业产品价格对煤和电力消耗结构有显著的正效应，表明工业生产对煤、电的依赖较大，对工业产品需求的增加，使价格上涨，生产规模扩大，耗能增多，能源消耗结构也随之提升。

332区域差异分析

由于区域发展水平的不均衡，各区域的优化机制也有所差异，故分东部、中部、西北、西南、东北5个区域东部含北京、天津、河北、山东、江苏、上海、浙江、福建、广东和海南10个省和直辖市；中部有山西、河南、湖北、湖南、江西和安徽6个省；西南有重庆、四川、广西、贵州和云南5个省；西北含陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆和内蒙古6个省和自治区；东北有辽宁、吉林和黑龙江3个省。 进行分析。

东部产业种类多样，工业化程度相对较高，故产业投资结构对能源消耗结构的优化效应多不显著，采矿业的结构效应与其耗能高的特性有关；中部资源带集中，产业结构单一，工业生产的发展对煤的消耗过大，故采矿业结构的降低会降低能源供应，促使煤品消耗结构降低，而生产和供应业的发展会显著提升煤、气、电的消耗结构；西南的工业发展中传统行业占比较大，受到资源环境的约束较大，因而产业投资结构对能源消耗结构的优化效应不明显；西北地区资源丰富，但恶劣的自然条件使得储备资源接替动力不足，故以节能减排为目标的产业结构调整对降低煤、油消耗结构有显著的效用；东北由于资源逐渐匮乏和技术落后等原因，近年来经济发展缓慢，转型中的老工业对煤的依赖依旧较大，故东北的工业结构的调整对优化能源消耗结构的促进作用尚未体现出来。

传统能源消耗过多会引起污染物排放的增多，政府加大对工业企业的环保规制力度，会迫使其调整能源消耗结构，促进高污染产业的转型发展，进而显著地促进东部地区油品和天然气消耗比重的提升及中部天然气和电力消耗结构的提升；基于西南的资源环境和行业结构，环保响应机制优于其他地区，污染物排放与能源消耗结构间的相关性较小，环保投资的增加会促进电力消耗结构的增加；西北的新能源利用条件优越，但相关技术不成熟，故环保投资对能源消耗结构的效用不显著，但对污染物排放的限制促进了天然气的应用；东北的老工业中高耗能产业居多，由于资源和技术等原因，生产效率较低，环境指标均无明显作用。

各地能源價格的提升均会降低煤的消耗结构，提升油、气和电的消耗结构。市场机制相对完善的地区，能源价格的提升对降低煤的消耗结构、提升清洁能源的消耗结构有显著的促进作用。在发展相对落后的西北，虽然资源条件优越，但开采难度大，故能源价格对煤的效用不明显。各地的能源消耗量、价格要素对能源消耗结构的效应，表明国家对能源的调控和市场机制的完善，对促进能源消耗结构的调整有积极作用，但因地区市场机制发展状况的差异，各价格要素的优化效应也有不同。

技术进步有助于提高能源利用效率，进而在同样的产出下降低能源消耗量，促进能源消耗结构的优化。高新技术产业突出的东部和国家战略扶持下的西部的技术进步对优化能源消耗结构有显著的影响。东北资源匮乏、技术落后的现状短期内难以改变，故技术效应对煤品消耗结构的负效应不显著，但会显著降低油、气的消耗结构。在资源丰厚的中部和西南，技术效应对能源消耗结构调整的影响更不明显。

综上，虽存在地域差异，但产业投资结构、环保规制及价格、技术等因素均对能源消耗结构优化有不同程度的促进作用。

4结论及对策建议

通过对工业能源消耗结构优化路径的实证发现：我国产业结构的调整、环保规制、要素价格、技术等因素均对能源消耗结构的优化有一定影响。考虑到各地经济发展状况、产业格局、资源条件等背景的差异，建议采用宏观规划、因地制宜的方式对各地区能源消耗结构的优化制定差异化、针对性的调控方案。与相关文献相比，将能源消耗结构与环境污染治理、投资结构结合起来，从工业能源的消耗结构切入，从环保角度反映了能源消耗结构与投资结构的内在关系。由此提出如下优化对策：

（1）加快供给侧改革进程，促进产业投资结构的优化，完善绿色产业链

为追求经济增长，多数资源会投向更具有增长效应的领域，而非无增长效应的环保领域[20]。故需完善投资管理和金融体系，确保顺利的融资渠道，扶持新型工业产业的发展，加快高耗能高污染产业的结构转型，构建包括技术研发、产品制造、设备安装及后续维护在内的绿色产业体系，以一定的政策法规，加强事中和事后污染的监测和治理力度，以应对环境污染问题，推动经济的转型发展，达到经济和环境的均衡，实现资源的优化配置。

（2）加大科技研发力度，促进能源相关技术水平的提高

我国以煤为主的能源消耗结构阻碍了经济发展方式向低碳经济型转变，故要推广节能技术和环保产品，从根源上减少污染物的排放，扶持相关技术的发展，提高能源利用效率，促进清洁能源成本的降低，从而普及清洁能源，减少污染排放，促进资源的优化配置。

（3）促进价格机制的完善和能源的限量定价政策的推进

我国以煤为主的能源消耗结构源于煤资源的丰厚及价格的低廉，促进价格机制的逐步完善，加强政府对能源市场限量定价方面的调控力度，提高传统能源的消耗成本，降低新型能源的使用成本，促进能源和资本等资源的高效利用，进而促进能源消耗结构的优化。

（4）因地制宜地制定能源调控策略，促进各地能源消耗结构的优化

东部地区要促进供给侧改革，加强工业污染的治理和环保规制力度，完善市场价格机制，促进能源消耗结构与产业结构的高水平协调发展；中部地区要加速产业结构优化进程，加强对工业废水和固体废弃物的监控和治理，完善价格机制，转变经济发展方式，进而促进能源消耗结构的优化；西南和西北地区要发展高新技术，实现传统产业转型、经济与能源消耗结构的协调发展，利用资源和地势优势，以特色产业为突破口，促进产业结构的优化升级，并加强环保规制和市场机制的完善，促进煤、油消耗比重的降低；东北地区要积极引进新型技术，改造夕阳产业，实现老工业基地的产业转型和振兴，进而促进煤、油消耗比重的降低。

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（责任编辑：冉春红）