中国的能源回弹效应及其对实现“十三五”节能目标的影响
2018-05-26龚亚珍石媛昌李梓瑄
庞 军, 龚亚珍*,石媛昌,李梓瑄
中国的能源回弹效应及其对实现“十三五”节能目标的影响
庞 军1, 龚亚珍1*,石媛昌2,李梓瑄1
(1.中国人民大学环境学院,北京 100872；2.中国农业大学理学院,北京 100083)
通过构建中国能源经济递推动态CGE模型,分别模拟了改善我国整体经济能效､单独提升不同品种能源利用效率以及仅提升高耗能行业能效的回弹效应,同时模拟了2012~2020年我国能源回弹效应的变化趋势及对我国实现“十三五”节能目标的影响.结果显示:我国存在能源回弹效应,整体经济的能源回弹效应在36%左右;全社会整体能效的提升更有利于我国节能,能效改善有利于我国减少煤炭使用但可能导致部分行业电力消耗的反弹;2012~2020年我国的能源回弹效应呈缓慢上升趋势,如果不配套相关措施我国“十三五”能效改善目标的实现将面临挑战.
能源回弹效应；CGE模型；“十三五”规划；节能；中国
随着工业化和城镇化进程的发展,我国能源消费量迅速增长,节能降耗势在必行[1].近年来,伴随着技术进步以及中国政府所实施的一系列节能政策措施,我国单位GDP能耗呈逐年下降趋势,能源效率得到明显改善.然而,近年来我国能源消费总量却依然呈现上升趋势,尽管有经济总量增长带来能源需求增加的因素,但现实经验显示能效提升的节能效果往往不如预期,这种能效提升产生的实际节能量少于预期的现象被称为“回弹效应”[2].
“回弹效应”的思想最早由杰文斯(Jevons)在1865年提出,其在著作《煤炭问题》中指出能源效率的提高往往伴随更广泛的技术进步,而技术进步则会促进整个社会变革和经济快速增长,进而导致能源需求增加,此外能源效率的提高也会导致能源使用成本的降低,两者共同作用将导致能源消费的增加.这一论断被称为“杰文斯悖论”,它的提出在当时并未引起学术界的足够重视,直到1980年Khazzoom[3]重新提出这一问题,认为能源效率的提高会降低能源服务的边际成本,从而增加能源服务的需求.Brookes[4]则进一步发展了Khazzoom的思想,认为技术进步虽然能促使能源效率的提高,但也会刺激经济增长从而增加能源的使用总量.Saunders[5]运用新古典增长理论分析框架,验证了回弹效应的存在.Haas等[6]首次定义了“能源回弹系数”,即预期节能量损失占预期节能量的比值.Saunders[7]则将回弹效应分为超级节能､零回弹､部分回弹､完全回弹及逆反效应五个层级.回弹效应通常被划分为四种类型:直接回弹效应､间接回弹效应､经济整体回弹效应和转换效应[8].
近年来,针对中国能源回弹效应的研究逐渐增多,包括国家、地区及产业层面上的能源回弹效应[9-20],采取的研究方法主要是计量经济学方法和CGE模型方法.其中,CGE模型以其自身特点在模拟能效改善的经济整体回弹效应方面具有明显优势.当前利用CGE模型分析中国经济整体回弹效应的研究包括:Lu等[12]基于2007年数据利用CGE模型分析显示我国一次能源效率改善的回弹效应要高于二次能源;Li等[13]基于2007年数据构建CGE模型分析显示我国存在能源回弹效应,取消能源补贴可有效降低回弹效应;查冬兰[14]基于2002年数据构建CGE模型模拟显示能源回弹效应在我国普遍存在,主要生产部门的回弹效应均在30%以上;胡秋阳[18]基于2007年数据构建CGE模型分析显示高能耗部门能效改善的回弹效应更为明显;李元龙等[19]基于2007年投入产出表构建CGE模型模拟显示我国能效提高5%带来的短期回弹效应为52.38%,长期回弹效应更是高达178.61%,出现了明显的“逆反效应”.
综合来看,利用CGE模型分析中国能效改善的经济整体回弹效应还有待加强:一方面缺乏动态评估我国能源回弹效应的变化趋势及对实现我国“十三五”节能目标的影响研究;另一方面针对不同能源品种及重点耗能产业开展的回弹效应研究还有待深化.此外,迄今为止尚无基于2012年数据的CGE模型研究结果,此前的相关研究从数据时效性来说有待更新.本文基于2012年中国投入产出表及其他相关数据构建多部门动态CGE模型,首先模拟全社会整体能效提升的回弹效应,接下来分析单独提升不同品种能源利用效率的回弹效应,以及仅提升高耗能行业能效的回弹效应,最后模拟了我国能源回弹效应的动态变化趋势及对我国实现“十三五”节能目标的影响.
1 模型方法与数据来源
为实现本文研究目标,在参考Zhang等[21]工作的基础上,本文构建了一个中国能源经济递推动态CGE模型,主要包括生产模块、收入支出模块、贸易模块、闭合与均衡模块、回弹效应模块及递推动态机制.
1.1 生产模块
模型假设市场完全竞争,所有企业均在规模收益不变的生产技术约束下按成本最小化原则进行要素投入和产品产出的决策.模型将能源和劳动、资本一样作为增加值的一部分,通过多层嵌套形成生产要素,最终和中间投入一起投入到生产过程,形成总产出.模型采用六层嵌套的生产函数,在一定的技术约束下,通过相互替代的要素组合来实现最优生产.模型生产函数的嵌套结构见图1.
图1 模型中生产函数的嵌套结构
1.2 收入支出模块
要素收入分为资本收入与劳动力收入,其中资本收入按照一定比例分配给企业､居民与国外投资者,劳动力收入全部划入居民收入.居民收入由劳动力收入、部分资本收入和政府、企业及国外账户对其转移支付构成;居民支出包括商品消费和缴纳给政府的税款,其中居民
消费由居民可支配收入和居民的边际储蓄倾向决定,并且居民总消费基于柯布-道格拉斯(C-D)效用函数和预算约束按照效用最大化原则得到不同商品的消费额.企业收入来自部分资本收入和政府对企业的转移支付;企业支出包括企业对居民的转移支付和缴纳给政府的税款,企业储蓄为企业收入与支出的差额.政府收入包括来自企业和居民的所得税收入、来自生产部门的间接税收入、来自进口产品的关税收入和来自国外的转移支付;政府支出包括政府消费和对居民、企业及国外账户的转移支付,政府消费由政府收入和边际消费倾向决定,并且政府总消费基于C-D效用函数和预算约束按照效用最大化原则得到不同商品的消费额;政府储蓄为政府收入与支出的差额.
1.3 贸易模块
在贸易模块中,国内商品来自于国内生产和国外进口,本模型采用Armington假设,即进口品和国产品之间是不完全替代的,国内消费者消费的是Armington商品,该商品由进口品和国产品采用CES函数合成得到.同时,本模型采用不变转换弹性(CET)函数将国内产出在国内销售与出口量之间进行分配.另外,本模型采用小国假设,即进出口商品的价格由国际市场确定.
1.4 均衡与闭合模块
本模型的均衡条件包括三个市场出清条件和三个宏观平衡条件:三个市场出清条件分别为商品市场出清、劳动力市场出清和资本市场出清;三个宏观平衡条件分别为政府预算平衡､国际收支平衡和储蓄投资平衡.本模型宏观闭合采用“新古典闭合”规则,即假定劳动力和资本的供给外生给定,通过劳动力和资本的价格内生实现要素的充分就业;社会总投资作为内生变量等于社会总储蓄,经济体运行由储蓄驱动.
1.5 回弹效应模块
当部门天然气利用效率提升,则方程(2)将做如下改变:
根据Hass和Biermayr[22]给出的方法,能源回弹系数(RE)的计算公式如下:
假设能源效率提升前后本模型输出的能源消费量为1和2,设其他条件不变的前提下能效系数提升后理论上的能源消费量为*,有:
则预期能源节约量为:
而实际能源节约量为1-2,将其与式(5)代入式(3)整理得到RE的计算公式:
按照Greening等[8]的分类方法,根据RE的取值情况,能源回弹效应被划分为如下五种类型:1)当RE<0时,实际能源节约量大于预期能源节约量,此种情况为“超级节能”;2)当RE=0时,实际能源节约量等于预期能源节约量,此种情况为“零回弹”;3)当0
1.6 递推动态机制
本模型除了静态模拟之外,还要动态模拟2016-2020年期间回弹效应的变化趋势及对我国实现“十三五”规划《纲要》所提节能目标的影响.为实现这一目标,本模型采用了递推动态机制,即通过劳动力增长､资本积累和全要素生产率(TFP)的动态变化来实现模型的动态化.核心方程如下:
1.7 部门划分､参数校准和情景设定
本研究选择2012年为基准年,以2012年中国投入产出表为基础编制了包含23个生产部门的2012年中国社会核算矩阵(SAM),这23个生产部门的具体划分如表1所示.
本模型中的参数包括规模参数､份额参数和弹性参数.其中,规模参数和份额参数利用2012年中国社会核算矩阵通过校准方法得到参数值.本研究在参考相关文献[24-26]的基础上确定了本模型的替代弹性参数值,如表2所示.
表1 本研究所用CGE模型的行业划分
表2 本研究所用CGE模型中的替代弹性参数值
为了实现本文研究目标,特设定如下五个情景:情景1即全社会整体能效提高4%,即各行业煤炭、石油、天然气和电力这四种能源的利用效率均提高4%;情景2即煤炭、石油、天然气和电力的利用效率分别提升4%,即每次模拟各行业某一种能源的利用效率提高4%,此时其他三种能源的利用效率保持不变;情景3即仅高耗能行业的能源利用效率(指煤炭、石油、天然气和电力四种能源)提高4%,而其他行业的能源利用效率保持不变;同时,为了模拟能源回弹效应的动态变化趋势,设定情景4即2012~2020年我国全社会整体能效每年相比动态基准情景提升4%;另外,根据我国“十三五”规划《纲要》(2016~2020年)提出五年内将单位GDP能耗降低15%的目标,可以计算得到2016~2020年我国能源消费强度的逐年环比下降率应为3.198%,由此设定情景5即2016~2020年我国全社会整体能效每年相比上年提升3.198%.在上述5个情景中,前3个情景为静态模拟,后2个情景为动态模拟.在实施静态和动态模拟前,均需要设定基准情景:其中静态基准情景就是2012年中国社会核算矩阵所确定的基准均衡状态;动态基准情景则是基于递推动态机制并参照国家“十二五”和“十三五”规划中的相关指标得到2012~2020年我国经济发展和能源消费趋势.
2 模型结果及分析
总体来说,经济体存在可能影响能源回弹效应的三种机制:一是要素替代机制,即由于能源效率提高带来能源价格的降低,导致能源要素替代其它要素而出现能源消费量的回弹;二是优化选择机制,即能源效率提高导致能源价格下降使得部分行业和消费者在成本最小化或效用最大化的优化决策下倾向于生产和消费更多的商品,从而增加能源需求带来能源消费量的回弹;三是经济增长机制,能源效率的提高意味着经济整体生产率的提高从而将刺激经济增长,而能源作为经济增长的重要动力将导致其消费量的回弹.
2.1 全社会整体能效提升的回弹效应
情景1即各行业煤炭、石油、天然气和电力这四种能源的利用效率均提高4%时,全社会这四种能源消费量变化率和相应的回弹系数如表3所示.
表3 情景1下四种能源消费量变化率及回弹系数(%)
表3显示:当全社会整体能源效率提升4%时,全社会四种能源的消费量均有所下降,其中煤炭消费量下降率大于4%,而另外三种能源的消费量下降率小于4%,整体能源消费量下降2.46%;对煤炭而言回弹系数为-38.80%,这意味着煤炭的节能效果优于预期,出现了“超级节能”;对于石油､天然气和电力而言,回弹系数分别为36.55%､49.74%和74.52%,属于“部分回弹”,其中电力消费的回弹更为明显;全社会能源整体回弹系数为36.03%.上述结果表明在我国确实存在能源回弹效应,但只是“部分回弹”,整体能效提升依然有利于我国能源节约,尤其有利于煤炭消费量的下降,全社会倾向于使用石油､天然气和电力,其中电力消费的回弹更明显.
图2给出了情景1下各行业能源消费量变化率及能源回弹系数.当全社会整体能效提升4%时,所有行业的能源消费量均出现下降,其中煤炭采选业、石油加工和天然气开采这三个行业下降幅度均超过了4%.从能源回弹系数来看:煤炭采选､石油加工和天然气开采业出现了“超级节能”;其余20个行业能源回弹效应系数属于“部分回弹”.
图2 情景1下各行业的能源消费量变化率和能源回弹系数
表4 情景1下各行业不同品种能源的回弹系数(%)
注:单元格中“-”表示统计数据显示该行业的能源投入中没有天然气.
表4进一步给出了考察全社会整体能效提高后各行业不同品种能源的回弹系数.从表4发现:首先,除了少数几个行业之外,绝大多数行业对煤炭的回弹效应均呈现“超级节能”;其次,5大能源行业对多种能源的回弹效应均呈现“超级节能”;另外,其余18个行业的电力节约量均小于预期,其中农林牧渔业和部分高耗能制造业甚至出现了“逆反效应”;最后,除了批发零售业之外这18个行业的石油节约量均小于预期,且其中有天然气投入的行业天然气节约量也小于预期,但均没有出现“逆反效应”.综合来看,全社会整体能效的提升对于能源产业自身节能和各行业降低煤炭使用量非常有利,但可能导致部分行业的电力消耗量不降反升.
2.2 四种能源利用效率分别提升的回弹效应
设定情景2-1､2-2､2-3和2-4依次为煤炭､石油､天然气和电力的利用效率单独提高4%,此时各行业及全社会整体对相应品种能源的回弹系数如表5所示.
对比表3和表5可知:从全社会整体来看,单一品种能源效率提升后对该能源的回弹效应明显高于全社会整体能效提升后相应的回弹效应,其中煤炭甚至由整体能效提升时的“超级节能”(-38.8%)变为了现在的“部分回弹”(66.36%),石油､天然气和电力的回弹效应也有不同程度的提高.进一步通过比较表4和表5考察分行业的回弹效应变化情况,对于绝大多数行业而言,单独提升煤炭､石油､天然气或电力的利用效率后,对相应能源的回弹效应均会变大,特别是有些行业对一种或几种能源的回弹效应由负变正,还有一些行业对某些能源甚至出现了“逆反效应”.究其原因,单一品种能源效率提升与整体能效提升后四种能源要素之间的相对价格存在较大区别,导致两种情景下各行业优化调整后的能源投入组合存在明显差异,在前面所提三种机制的综合作用下呈现出不同的能源回弹效应.上述对比结果表明整体能效的提升要比单独提升某一种能源的利用效率更有利于全社会节能,且模拟结果显示前者对GDP的促进作用(0.262%)也高于明显后者(四种情况下均小于0.115%).
表5 情景2下各行业对不同品种能源的回弹系数
注:单元格中“-”表示统计数据显示该行业的能源投入中没有天然气.
2.3 提升高耗能行业能效的回弹效应
根据《2012年国民经济和社会发展统计报告》中对高耗能行业的认定结果,本研究确定了5大高耗能行业:金属冶炼和压延加工业､石油炼焦和核燃料加工业､化学工业､非金属矿物制造业､电力热力的生产和供应业.
情景3关注5大高耗能行业能效提升的回弹效应,即假定其余18个行业的能效保持不变,仅将这5大高耗能行业煤炭､石油､天然气和电力四种能源的利用效率均提高4%.此时,各行业及全社会对不同能源消费量的变化情况如表6所示,为便于比较表6同时给出了情景1下的相应数据.
首先,相比基准情景而言,从社会整体来看,情景3除了电力消费量有所增加之外,其余三种能源的消费量均有所下降,意味着仅提升高耗能产业的能效会促进全社会化石能源使用量下降,但会导致电力消耗的上升.分行业来看:仅提升高耗能产业能效会导致全部行业减少煤炭消费,且5大高耗能产业煤炭节约量均会超过预期;对5大高耗能产业而言,电力生产和石油加工2个行业四种能源的使用量均会下降,而化学工业､非金属矿制造和金属冶炼这3个行业则在降低化石能源使用量的同时增加电力使用量;对18个非高耗能产业而言,除了煤炭采选和天然气开采这2个能源部门的电力使用量会下降之外,其余行业的电力使用量均会有所增加.
表6 情景3和情景1下各行业对不同品种能源消费量变化率
注:单元格中“-”表示统计数据显示该行业的能源投入中没有天然气.
其次,相比情景1而言,从社会整体来看,仅提高高耗能产业能效节能效果会变差,并且电力的使用量还会不降反增.分行业来看:对5大高耗能行业而言,其中电力生产和石油加工这2个行业四种能源使用量下降幅度均有所降低,而另外3个高耗能行业煤炭和天然气使用量的下降幅度进一步增加,但石油使用量下降幅度有所降低,而电力使用量波动幅度较小;对18个非高耗能行业而言,对四种能源的节能效果都会下降,部分行业对某种能源的消费还会由减少变为增加.
最后,表7进一步比较了情景3和情景1下5大高耗能行业分能源品种的回弹系数. 相比情景1而言:电力生产和石油加工这2个行业对煤炭依然保持“超级节能”,对电力的回弹系数增加明显,而对石油和天然气则由“超级节能”变为了“部分回弹”;另外3个行业对煤炭由“部分回弹”变为了“超级节能”,对石油和天然气仍是“部分回弹”,对电力依然保持着“逆反效应”.整体来看,相比情景1,即便对高耗能产业来说,仅提升其能效的节能效果也不具备明显优势.
模拟结果同时显示,情景3下全社会GDP相对基准情景增加0.156%,低于情景1下的0.262%.综合来看,相比情景1而言,仅提升高耗能行业能效的节能效果不具有优势.
表7 情景3和情景1下5大高耗能行业对不同品种能源的回弹系数
2.4 能源回弹效应的变化趋势及对实现“十三五”节能目标的影响
首先,考察情景4即2012~2020年我国全社会整体能效每年相比动态基准情景提升4%时能源回弹效应的变化趋势,参见图3.
由图3可知,从能源整体来看,同样是提升能效4%,2012~2020年我国全社会能源整体回弹系数呈上升趋势,从2012年的36.03%增长至2020年的45.25%;对我国而言越往后提升能效能源整体回弹效应越大,显示出当前提升能效的节能效果要高于后期.分能源类型来看:2012~2020年对煤炭的回弹系数一直为负,依然保持“超级节能”状态,但绝对值逐渐减小表明提升能效对煤炭的节能优势将逐年递减;对石油､天然气和电力而言,2012~2020年均为“部分回弹”,其中对电力和天然气的回弹系数尽管呈现小幅下降趋势但系数值却依然高居前两位,而对石油的回弹系数相对较小却呈现缓慢上升趋势.长期来看,回弹效应的存在依然会降低我国能效提升的节能效果,且对四种能源来说均不乐观.
图3 情景4下2012~2012不同品种能源回弹系数的变化趋势
接下来考察能源回弹效应对我国“十三五”节能目标的影响.在情景5即2016~2020年我国全社会整体能效提升15%(每年相比上年提升3.198%)的情景下,模拟得到能源回弹效应对我国能源消费总量和能源强度的影响,如图4所示.
根据模型动态模拟结果:如果不考虑能源回弹效应,我国2020年的能源消耗量和能源强度预期将分别达到50.495亿吨标煤和0.584吨标煤/万元GDP,相比2015年能源消耗量增加6.201亿吨标煤而能源强度下降约15%;考虑能源回弹效应后,2020年我国的能源消耗量将增加到53.483亿吨标煤,同时能源强度变为0.619吨标煤/万元GDP,相比2015年能源消耗量增加9.189亿吨标煤而能源强度下降仅为9.90%.因此,在不考虑其他政策措施的前提下,即使2020年我国整体能效相比2015年提升15%,但由于存在能源回弹效应,2020年我国能源消耗总量将比预期增加约3亿吨,同时也难以实现我国“十三五”期间的能源强度下降目标.
图4 能源回弹效应对我国“十三五”期间能源消费量及能源强度的影响
3 结论与建议
3.1 结论
能源回弹效应在我国普遍存在.首先,全社会整体能效提升的回弹效应在36%左右,属于“部分回弹”;全社会整体能效的提升对于节约煤炭使用非常有利,但石油､天然气和电力这三种能源的节能效果却受到削弱,尤其是电力的节能效果大打折扣;从行业来看全社会整体能效对能源产业自身节能非常有利,但其他行业的节能效果会得到不同程度的削弱,其中部分行业的电力需求甚至不降反升.其次,相比全社会整体能效提升而言,单独提升某一品种能源的利用效率节能效果将明显变差,其中煤炭甚至由“超级节能”变为“部分回弹”.最后,相比全社会整体能效提升而言,仅提升高耗能产业能效的节能效果也会减弱,特别是全社会电力消耗还会小幅上涨.总体来看,相比后两种情景而言,全社会整体能效提升的节能效果更佳,且对GDP的促进作用也更强.
动态来看,2012~2020年我国全社会能源整体回弹系数呈缓慢上升趋势,当前提升能效的节能效果要高于后期,能效提升越早节能效果越好.另外,回弹效应将会使得我国石油､天然气和电力消费量的控制面临长期挑战.
在不考虑其他政策措施的前提下,即使2020年我国整体能效相比2015年提升15%,由于能源回弹效应的影响,2020年我国能源消耗总量将比预期增加2.988亿吨标准煤,同期能源强度下降幅度也仅为9.90%,难以实现我国“十三五”期间的能源强度下降目标.
3.2 政策建议
注重全社会整体能效的提升.本文分析显示提升全社会整体能效的节能效果最优,我国应增加注重全社会整体能效的提升.同时,针对部门具体特点配套设计相应的激励和限制措施.
加大清洁电力的发展力度.模拟结果显示能效提高后全社会有减少煤炭使用加大电力用量的趋势,如果我国大力发展风电､光电等清洁电力,将有利于我国改善能效提升后的节能效果.
坚持实施能效改善项目.模拟结果显示当前提升能效的节能效果要高于后期,当前我国应该坚持实施能源改善项目,加大力度确保能效改善目标早日实现.
在提升能效的同时采取多种配套政策措施降低能源回弹效应的负面影响.由于能源回弹效应的存在,需要制定多种配套措施来降低能源回弹效应的负面影响,尤其是基于市场机制的政策手段,例如取消能源补贴､征收能源税､鼓励节能量交易等.
特别地,阶段性能源强度目标的实现需要多方面政策共同协调保证.由于能源回弹效应的存在,我国 “十三五”规划《纲要》提出的节能目标实现面临挑战,需要配套相关的经济､能源及环境政策.
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Energy rebound effect in China and its impacts on achieving the energy conservation target in the 13thFive-Year Plan.
PANG Jun1, GONG Ya-zhen1*, SHI Yuan-chang2, LI Zi-xuan1
(1.School of Environment and Natural Resources, Renmin University of China, Beijing 100872, China；2.College of Science, China Agricultural University, Beijing 100083, China)., 2008,38(5)：1979~1989
A recursive dynamic CGE model for Chinese energy-economic analysis was developed in this paper. Based on the model, the rebound effect of energy efficiency improvement of the whole economy was firstly simulated, then the rebound effect of only one kind of energy efficiency improvement with coal, oil, natural gas and electric power were simulated respectively, and then the rebound effect of energy efficiency improvement of energy-intensive industries was simulated. In the end, the variation tendency of energy rebound effect of China in 2012~2020 and its impacts on achieving the energy conservation target in the 13thFive~Year Plan were simulated. It was indicated by the results that energy rebound effect did exist in China and it was about 36% for the whole economy. Increasing energy efficiency of the whole economy was better for energy conservation of China, and the energy efficiency improvement was good for decrease of coal consumption, but increase of electric power utilization of some industries would be resulted. Slow upward tendency for energy rebound effect of China in 2012~2020 was showed, and challenges would be faced to achieve the energy conservation target in the 13thFive-Year Plan if no supporting measures had been adopted in the meanwhile.
energyrebound effect；CGE model；the 13thFive-Year Plan；energy conservation；China
X32
A
1000-6923(2018)05-1979-11
2017-11-21
中国人民大学科学研究基金(中央高校基本科研业务费专项资金资助)项目(14XNJ008)
* 责任作者, 副教授, ygong.2010@ruc.edu.cn
庞 军(1971-),男,湖北荆门人,副教授,博士,研究方向为能源与气候变化经济学、污染控制经济学.发表论文30余篇.
