基于LMDI法的中国有色金属行业能源消费驱动因素分析

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(1. 中央财经大学 财经研究院， 北京 100081； 2. 中国地质调查局 发展研究中心， 北京 100037；3. 中国国土资源经济研究院 国土资源部资源环境承载力评价重点实验室, 河北 廊坊 101149)

有色金属行业不仅是重要的原材料部门，同时也是节能减排、淘汰落后产能的重要行业。2015年我国有色金属行业的工业销售产值、能源消费总量及终端能源消费量分别占工业的4.78%、 7.49%和7.73%。“十二五”期间，我国10种有色金属生产量和表观消费量年均增长率分别为10.4%和10%，累计淘汰落后铜、铝、铅、锌冶炼产能288、203、381、85万t。《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》提出了到2020年非化石能源占一次能源消费比例达到15%，煤炭消费比例控制在62%以内的目标。《工业绿色发展规划(2016—2020年)》提出严控钢铁、有色等高耗能行业产能扩展，淘汰落后和化解过剩产能，推动重点行业的低碳转型。《有色金属工业发展规划(2016—2020年)》提出了到2020年规模以上单位工业增加值能耗减少18%的绿色发展目标。由此可知，把握行业能源消费情况，辨析其驱动因素及作用可以为制定科学的节能减排政策提供参考，具有重要的现实意义。

1 研究现状

能源消费驱动因素的分析是能源经济学的研究热点之一。国内外学者从不同角度，运用多种方法，对区域及行业的能源消费驱动因素进行了深入研究，差异在于时空、变量及方法的选择。当前对能源消费驱动因素的研究主要采用计量分析法与因素分解法。

计量分析法主要基于区域或行业的面板数据，运用可拓展的随机性的环境影响评估模型(STIRPAT)、 Tobit等计量回归模型对能源消费影响因素进行回归分析。陈海妹[1]基于多元回归对河北省能源消费影响因素进行研究，发现经济产出和科技水平影响较大，产业结构及人口的影响较小。张彩庆等[2]运用Tobit模型对京津冀农村生活能源消费量影响因素进行了分析。王笑天等[3]运用IPAT等式对河南省能源消费的影响因素进行研究，得到经济发展是推动因素，技术进步起抑制作用的结论。谭俊涛等[4]基于协整理论和STIRPAT模型探讨了中国城市化对能源消费的影响。董洁芳等[5]基于扩展的IPAT等式，利用向量自回归(VAR)模型分析了固定资产投资、工业化及经济发展对山西省能源消费的动态影响。刘满芝等[6]基于扩展的STIRPAT模型，探讨了人口、收入、消费、政策和技术等因素对城镇生活能源消费的影响。计量分析法对变量选取、数据及其处理要求较为严格，较少的样本难以满足，存在残差项且计算复杂，应用较为困难。

因素分解法主要运用结构分解法(structural decomposition analysis，SDA)和指数分解法(index decomposition analysis，IDA)将能源消费分解成若干因素效应。Ang等[7]比较了不同因素分解法的分解效果，发现对数平均迪氏指数(logarithmic mean Divisia index，LMDI)法可进行多因素、无残差分解。LMDI法此后被广泛用于资源环境研究领域。张兴平等[8]运用LMDI法分析了北京市2005—2009年的能源消费，发现生产效应起决定性增长作用，而强度效应和结构效应作用为负向。张伟等[9]分析了产业结构、经济增长、能源结构和能源效率对我国煤炭消费增长的影响。王双英等[10]、徐国政[11]基于LMDI法从化石能耗结构、非清洁能耗结构、能源强度和经济规模方面研究了我国石油、天然气消费影响因素。刘固望等[12]采用LMDI法分析了经济产出、能源强度、能源结构和化石能源替代对全国及六大行业能源消费的影响。杨方圆等[13]运用LMDI法分析了2006—2011年中国高耗能行业终端能源消费情况，发现经济增长是增耗动力，能源效率是主要降耗因素，产业结构作用微弱。赵卉卉等[14]运用LMDI法将广东省生活能源消费分解成能源结构、人口规模、居住面积和设备消费四大因素效应。相比计量分析法，因素分解法从恒等式出发将能源消费分解为主要驱动因素效应，LMDI法分解残差很小甚至无残差，对数据的要求较低，即使是短时期的小样本也能满足，计算较为方便。

能源消费驱动因素的研究主要集中在区域、 工业及单一能源角度， 缺乏对有色金属行业的深入系统分析。由于不同区域、 行业在不同时段的能源消费驱动因素及其差异较大，因此，本文中基于LMDI法，从能源结构、 能源强度、 人均产出及就业规模角度探讨中国有色金属行业能源消费驱动因素及其作用。

2 方法与数据

2.1 模型方法

假设有色金属行业能源消费模型为

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式中：i为有色金属行业涵盖的工业行业；n为行业个数；j为能源类别；k为能源种类个数；E、Ei、Eij、Gi、Pi分别为能源消费量、第i行业能源消费量、第i行业的第j种能源消费量、第i行业产值、第i行业就业人数；Si、Hi、Yi、Mi分别为第i行业的能源结构、能源强度、人均产出、就业规模对能源消费的影响。

LMDI法是迪氏指数分解法的一种，由Ang等[15]在1998年提出，具有分解无残差的效果，因此被广泛应用于因素分解研究。根据式(2)，有色金属行业从t-1期到t期的能源消费增量ΔE可以分解为

ΔE=Et-Et-1=ΔEs+ΔEh+ΔEy+ΔEm

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(3)

式中ΔEs、 ΔEh、 ΔEy、 ΔEm分别为能源结构效应、能源强度效应、人均产出效应、就业规模效应。根据LMDI法，计算公式为

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2.2 数据处理

本文中研究时段为1994—2015年，有色金属行业主要涵盖国民经济产业分类中的有色金属矿采选业、有色金属冶炼和压延加工业，各项指标均为这2个行业的工业总产值、终端能源消费量、就业人数的总和。能源消费量选择工业分行业终端能源消费量(标准量)，选择22种能源，数据来源于《中国能源统计年鉴》。采用各行业的工业总产值(2012年开始，国家统计局不再统计工业总产值指标，2012—2015年的产值由工业销售产值替代)，并根据2个行业的工业品出厂价格指数，以1994年为基期定基，消除物价因素。就业规模数据使用历年的年平均就业人数。数据来源于《中国工业统计年鉴》和《中国价格统计年鉴》。

需要说明的是，《中国能源统计年鉴》中有工业分行业能源消费总量(标准量)及9种主要能源消费总量(实物量)，没有按能源种类的分行业能源消费标准量，而根据9种主要能源消费实物量折算存在重复计算问题，会导致计算的能源消费总量(标准量)比年鉴的大很多，因此选择终端能源消费量(标准量)，占能源消费总量(标准量)的95%以上。

3 实证分析

3.1 能耗情况

有色金属行业是传统的高能耗部门，其能源消费总量占工业能源消费总量的比例呈增大趋势，由1995年的3.53%逐步增至2015年的7.49%。图1所示为1994—2015年有色金属行业产值、能源消费及强度。由图可知，1994—2001年有色金属行业能源消费(终端能源消费(标准量))与行业产值基本同步。2002年开始，随着我国经济的快速增长对有色金属的需求日益增加，有色金属行业也步入了繁荣期，产值的增长远超过能源消费的增加，导致行业能源强度逐步减小。

能源消费、行业产值及能源强度单位中的t均指t标准煤。

有色金属行业产值由1994年的1 479.90亿元增至2015年的31 381.11亿元，年均增长15.65%。同期行业能源消费由1 883.32万t标准煤增至10 979.83万t标准煤， 年均增长8.76%。能源强度则由1.27 t/万元减至0.35 t/万元(能源强度单位中的t均指t标准煤，以下同)，年均减少5.96%，见图1。根据《有色金属工业发展规划(2016—2020年)》提出2020年规模以上单位工业增加值能耗比2015年累计减少18%，工业增加值年均增长8%，到2020年行业产值将达到46 109.15亿元(可比价)，能源强度需要减至0.287 t/万元，那么2020年行业能源消费将增至13 233.33万t标准煤，能源消费总量将比2015年增加20.52%，年均增速应控制在3.80%以内。从行业结构上看，行业能源消费绝大部分集中于冶炼和压延加工环节，占整个有色金属行业能源消费的比例由1994年的83.74%增至2015年的94.79%。

有色金属行业的能源结构主要为电力、原煤、焦炭和热力，2015年占行业能源消费量的比例分别为65.26%、12.33%、5.07%和4.56%。天然气与液化天然气所占比例逐年增大，2015年分别为2.28%和2.82%。根据《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》《能源发展“十三五”规划》《工业绿色发展规划(2016—2020年)》提出的2020年非化石能源一次能源消费比例达到15%、天然气比例达到10%以上、煤炭消费比例控制在58%以下的目标，有色金属行业煤炭消费比例至少要减少4.11%(2015年发电总量中火力发电量占72.952%，因此电力消费比例中有47.61%由煤炭消费产生，加上原煤(12.33%)、洗精煤(1.76%)和其他洗煤(0.41%)，煤炭实际所占比例约为62.11%，假设电力消费比例及火力发电所占比例不变的前提下，煤炭比例需要减少4.11%)。天然气消费比例需要提高1倍，增大4.90%。按2020年13 233.33万t标准煤的能源消费总量估算，扣除电力中包含的47.61%，煤炭消费控制在10.39%，即1 374.94万t标准煤，相比2015年的1 591.92万t标准煤减少15.78%，年均降幅应至少控制在2.89%。天然气消费至少达到1 323.33万t标准煤， 相比2015年的560.01万t，增加136.31%，年均增速必须达到18.77%。

3.2 累积效应

累积效应反映了以1994年为基期，各驱动因素对行业能源消费增长的累积贡献情况，属于存量的概念。图2所示为1995—2015年各驱动因素的累积效应。由图可知，人均产出的累积效应为正，且逐步增大，由1995年的-375.20万t增加到2015年的11 894.42万t，这说明人均产出是推动有色金属行业终端能源消费增加的决定性因素。行业人均产出由1994年的7.86万元逐步增大到2015年的124.37万元，增长了14.82倍，其中2015年的比2014年的增大了15.45万元。就业规模的累积效应变呈现阶段性化，1998年之前为正值，1998—2003年为负值，2004年开始转为正值，并逐步变大，到2015年为2 727.49万t，这表明就业规模是行业能源消费第二大促进因素。行业年平均就业规模从1994年的188.26万人增加到1996年的199.75万人，而后下降到2002年的145.97万人，此后逐步增加到2014年的262.79万人，到2015年减少为252.32万人。

图2 1995—2015年各驱动因素的累积效应

能源结构的累积效应很小，2003年仅为1.18万t，2015年仅为31.64万t，表明能源结构对行业能源消费作用微弱。 从1994年到2015年， 原煤、 其他选煤的比例减少最多， 分别为23.31%和7.14%。电力和液化天然气比例增幅最大，分别为36.38%和2.82%。能源强度的累积效应从1997年开始转为负值，且负向作用日益变大，这表明能源强度的下降或能源效率的提升是行业能源消费减少的最大贡献因素。2015年行业能源强度为0.35 t/万元，相比1994年，减少72.51%。以1994年为起点，到2015年底，有色金属行业能源消费共增长了9 096.51万t，能源结构、能源强度、人均产出和就业规模的贡献率分别为0.35%、-61.09%、130.76%和29.98%，见图2。由于2020年有色金属行业能源消费总量将比2015年至多增大2 253.50万t标准煤，因此若按照2015年各因素的累积贡献率，那么能源结构、能源强度、人均产出和就业规模将在“十三五”期间分别贡献7.89、-1 376.66、 2 946.68、675.60万t。

3.3 逐年效应

逐年效应反映了各驱动因素在行业能源消费各年份增量中的贡献大小，属于流量的概念。图3所示为1995—2015年各驱动因素的逐年效应。由图可知，人均产出的逐年效应除1995、 2007、 2008年之外，一直处于最上方，说明除少数年份外，人均产出对行业能源消费增加的促进作用最大。2015年其促进作用达到最大，为1 300.64万t。就业规模的逐年效应作用不稳定，1997—2002年为负值，2003—2008年为正值，2009年为负值，2010—2014年为正值，2015年又为负值。能源结构的逐年效应为很小的正值，2010达到最大值10.98万t。

图3 1995—2015年各驱动因素的逐年效应

能源强度除了1995年和2015年的为正值外， 均为负值， 且负向作用不断加大， 2009年达到-802.10万t， 这也说明能源强度的减小是行业能源消费减少的最大驱动力。2015年有色金属行业能源消费比2014年增加了1 376.01万t标准煤，能源结构、能源强度、人均产出和就业规模分别贡献了0.12%、 39.90%、 94.52%和-25.54%。

4 结论

本文中分析了1994—2015年中国有色金属行业能源消费情况，并运用LMDI法进行了驱动因素的研究，得出以下主要结论：

1)有色金属行业作为高能耗的工业部门，其能源消费总量逐步增大，且所占比例大于其产值所占比例，节能、 降耗、 减排成为行业实现绿色发展的关键。1994—2015年有色金属行业产值、能源消费和能源强度年均增长率分别为15.65%、 8.76%和-5.96%。 2015年，冶炼和压延加工环节能耗总量所占比例高达94.79%，是行业节能降耗的关键所在。

2)人均产出的增加是行业能源消费增长的最大正向驱动因素。就业规模次之，但作用不稳定，呈阶段性变化，2015年又转化为负向作用。能源结构调整并未起到有效减少行业能源消费的作用，基本保持微弱的正向驱动作用。能源强度的减小或能源效率的提升是行业能源消费增长的最大抑制因素，但2015年能源强度出现反弹，主要是行业产值增长放缓及能源消费的大幅增加。 若按2015年各因素的累积贡献率及2020年的规划目标， 则能源结构、 能源强度、 人均产出和就业规模将在“十三五”期间分别贡献7.89、-1 376.66、 2 946.68、 675.60万t。

3)抑制有色金属行业能源消费增长首先要严格控制行业产能，尤其是电解铝、氧化铝、铜冶炼等压延与冶炼加工高耗能环节产能的盲目扩张。加快行业落后产能的淘汰和过剩产能的化解，提高行业在资源(能源、水、土地等)消耗与高效利用、污染(废水、废气、固体废弃物等)排放、环境(矿山环境恢复治理)治理与恢复等方面的准入门槛。其次，要大力降低能源消耗强度。制定与完善覆盖有色金属产品全生命周期的能耗标准体系，依靠科技进步，采用新技术、新方法，逐步改善采选、冶炼及加工环节的能耗，实现能源消耗与产值增长的脱钩，以较少的能源消耗，实现行业经济的较快发展。大力发展循环经济，加强行业产业链、 各工序间的衔接， 减少工序间能源损失， 提高余温、 余热的利用力度。 最后， 为了顺利实现行业相关的“十三五”规划目标， 行业能源消费总量控制在13 233.33万t标准煤， 即年均增速控制在3.80%以内，其中煤炭消费年均降幅应至少达到2.89%，天然气消费年均增速应达到18.77%，行业能源强度应减至0.287 t/万元。