中国能源消费的关键路径研究——基于结构路径分析方法

邓光耀

(兰州财经大学 统计学院， 甘肃 兰州 730020)

随着经济的高速发展，中国对能源的消费需求越来越大，而能源的供给有限，由此导致能源供求矛盾越来越尖锐。根据《能源发展“十三五规划”》，2020年中国需要将能源消费总量控制在50亿吨标准煤以内。为了实现能源消费总量的控制目标，有必要分析中国能源消费的类型差异、最终使用差异、部门差异，以及隐含能出口目的地差异，为此本文利用结构路径分析方法，研究中国能源消费的关键路径。

结合投入产出模型的结构路径分析方法是研究碳排放和能源消费关键路径的一种主流方法。谢锐等(2017)[1]结合结构分解分析和结构路径分析方法研究了1995—2014年中国碳排放变动的影响因素和关键路径，指出“非金属矿物制品业→(中间部门)→固定资本形成”和“电力燃气水的生产供应业→(中间部门)→固定资本形成”分别是驱动中国碳排放实现增加或减少的最关键路径。SHAO L等(2018)[2]研究了2007年和2010年中国各省份的碳排放，指出碳排放最关键的部门是电力、燃气和水的生产供应业。YANG X等(2018)[3]研究了2012年上海能源—水—碳排放传输的关键路径，指出最关键的部门是通信设备、计算机和其他电子产品制造业。ZHEN W等(2018)[4]研究了2012年中国居民间接能源消费的关键路径，指出“电力与燃气的生产与供应”“运输、仓储、邮政和电信服务”和“房地产服务”等行业是中国居民间接能源消费的最关键路径。FENG C等(2019)[5]研究了2007年和2012年山西省能源和水传输的关键路径，指出金属矿加工和制造业是能源和水供应链的关键部门。以上文献主要对中国或者部分省份碳排放的关键路径进行了研究，但是对中国各种能源消费类型、最终使用账户、出口目的地以及各部门能源消费关键路径的研究较少。

本文在以上文献的基础上，利用投入产出模型和结构路径分析方法，识别2006—2015年中国能源消费关键路径，并对能源消费类型差异、最终使用差异、部门差异及隐含能出口目的地差异进行研究。

一、研究方法

根据EORA数据库中中国投入产出表的结构(1)具体投入产出表参见https：∥www.worldmrio.com/countrywise/。，从行方向的平衡关系可得：

AdX+(Yd+Ex)=X

(1)

其中，Ad为中国国内产品的直接消耗系数矩阵，X为总产出列向量，Yd为中国对国内产品的最终使用列向量，Ex为出口列向量。定义列昂惕夫逆矩阵Ld=(I-Ad)-1，其中I为单位矩阵，可得：

X=Ld(Yd+Ex)

(2)

参考DENG G等(2018)[6]，定义直接能耗系数：

(3)

其中，Ei为第i部门的能源使用量，Xi为第i部门的总投入。结合公式(2)和公式(3)，各部门能源消费总量可表示为：

E=eX=eLd(Yd+Ex)

(4)

其中，e为直接能耗系数行向量。参考SU B等(2019)[7]对结构路径分析的研究，列昂惕夫逆矩阵可分解为：

Ld=I+Ad+(Ad)2+…(Ad)r+(Ad)>r

(5)

E=e(Yd+Ex)+eAd(Yd+Ex)+e(Ad)2(Yd+Ex)+e(Ad)>2(Yd+Ex)

(6)

在公式(6)中，第1项E(0)=e(Yd+Ex)可视为满足中国最终使用和出口的能源消费量，第2项E(1)=eAd(Yd+Ex)可视为满足中国E(0)中间需求的能源消费量(即满足中国最终使用和出口的第一次中间需求所消耗的能源)，第3项E(2)=e(Ad)2(Yd+Ex)可视为满足中国E(1)中间需求的能源消费量(即满足中国最终使用和出口的第二次中间需求所消耗的能源)，第4项E(>2)=e(Ad)>2(Yd+Ex)可视为除E(0)、E(1)、E(2)之外的能源消费量(即满足中国最终使用和出口的第三次及以上中间需求所消耗的能源)。

在EORA数据库中，中国的投入产出表包括123个部门，能源投入种类包括天然气、煤、石油、核能、水能、地热能、风能、太阳和潮汐能、生物能等9种类型，最终使用包括家庭最终消费、为家庭服务的非营利机构、政府最终消费、固定资本形成总额、存货变动、贵重物品的取得减处置等6大类核算账户，另外还包括对阿富汗等189个国家(地区)的出口，因此公式(6)中每一项均可按照部门、能源使用类型、最终使用核算账户和出口目的地做进一步分解。具体来说，在计算最终使用部分能源消费时将公式(6)改写为：

EYd=eYd+eAdYd+e(Ad)2Yd+e(Ad)>2Yd

(7)

类似于公式(6)，公式(7)右边的4项可分别记为EYd(0)、EYd(1)、EYd(2)、EYd(>2)。在计算出口部分能源消费时将公式(6)改写为：

EEx=eEx+eAdEx+e(Ad)2Ex+e(Ad)>2Ex

(8)

类似于公式(6)，公式(8)右边的4项可分别记为EEx(0)、EEx(1)、EEx(2)、EEx(>2)。在计算各部门能源消费时将公式(6)改写为：

e·X=e·(Yd+Ex)+(eAd)·(Yd+Ex)+

(e(Ad)2)·(Yd+Ex)+(e(Ad)>2)·(Yd+Ex)

(9)

其中，·代表向量的点积，也即向量e和X对应元素相乘。类似于公式(6)，公式(9)右边的4项可分别记为eX(0)、eX(1)、eX(2)、eX(>2)。

二、数据来源

文中中国投入产出表和各部门能源消费数据均来自于EORA数据库[8-10]。EORA数据库包括1970—2015年连续年度的进口非竞争型中国投入产出表，本文选取2006—2015年的数据进行研究。另外，由于投入产出表的编制较为繁琐，2015年已是最新数据；中国特指中国大陆，中国的港澳台地区单列。

三、实证分析

(一)不同能源消费类型的结构路径分析

利用公式(6)计算可得2006—2015年中国9类能源消费的结构路径分析结果，2006年和2015年的结果如表1所示：

表1 2006年和2015年中国9类能源消费的结构路径分析 103TJ

从表1可以看到：(1)E(0)、E(1)、E(2)、E(>2)4项之和为中国各类能源的消费量，根据以上4项之和可知：在2006年和2015年，中国能源消费的主要种类是煤和石油，其次是水能、天然气、核能和生物能，而对地热能、风能、太阳和潮汐能消费较少。消费量较大的能源种类，对应的分解项也较大。(2)天然气、煤、石油、核能、水能和风能E0值小于E1值，这说明以上6类能源中国最终使用和出口的能源消费量大于满足中国最终使用和出口的第一次中间需求所消耗的能源。地热能、太阳能和潮汐能、生物能则与以上6类能源的情况相反。(3)对表1中9类能源来说，均有E1值大于E2值，这说明满足中国最终使用和出口的第一次中间需求所消耗的能源量大于满足中国最终使用和出口的第二次中间需求所消耗的能源量。

本文进一步以9类能源消费总量为例，说明2006—2015年中国能源消费的结构路径，如图1所示：

图1 2006—2015年中国能源消费的结构路径

从图1可以看到：2006—2015年中国能源消费的前3个分解项E(0)、E(1)和E(2)的趋势基本一致，除最初几年外，大部分年份保持增长的趋势。另外，在2006—2011年，第4分解项E(>2)保持上升的趋势，在2011—2015年大体上呈现下降的趋势。

本文接下来以9类能源消费总量为例，说明2006—2015年中国最终使用部分、出口部分以及各部门能源消费的结构路径。

(二)最终使用部分能源消费的结构路径分析

2006年和2015年家庭最终消费、为家庭服务的非营利机构、政府最终消费、固定资本形成总额、存货变动、贵重物品的取得减处置等6大类中国最终使用核算账户能源消费的结构路径分析结果如表2所示：

表2 2006年和2015年最终使用部分能源消费的结构路径分析 103TJ

从表2可以看到：(1)无论是2006年还是2015年，在6大类最终使用核算账户中，按照能源消费量排序，依次是固定资本形成总额、家庭最终消费、政府最终消费、存货变动、为家庭服务的非盈利机构、贵重物品的取得减处置。(2)对家庭最终消费和为家庭服务的非营利机构来说，无论是2006年还是2015年，按能源消费量排序，依次是EYd(>2)、EYd(0)、EYd(1)、EYd(2)。对固定资本形成总额和贵重物品的取得减处置来说，无论是2006年还是2015年，按能源消费量排序，依次是EYd(>2)、EYd(1)、EYd(2)和EYd(0)。对政府最终消费来说，2006年按能源消费量排序依次是EYd(>2)、EYd(1)、EYd(2)和EYd(0)，2015年则变为EYd(>2)、EYd(1)、EYd(0)和EYd(2)。对存货变动来说，2006年按能源消费量排序依次是EYd(>2)、EYd(2)、EYd(1)和EYd(0)，2019年则变为EYd(>2)、EYd(1)、EYd(0)和EYd(2)。(3)2015年6大类最终使用核算账户各分解项所对应的能源消费量均大于2006年的值。另外，2006年存货变动的EYd(0)为负值，因此，在中国2006年投入产出表中大多数部门的存货变动为负值。

本文进一步以4个分解项的合计值为例，说明2006—2015年6大类最终使用核算账户能源消费量的变化趋势，如图2所示：

图2 2006—2015年6大类最终使用核算账户能源消费量

从图2可以看到：2006—2015年，固定资本形成总额的能源消费量最多，其次是满足家庭最终消费所消耗的能源，再次是满足政府最终消费所消耗的能源，最后是存货变动、为家庭服务的非营利机构以及贵重物品的取得减处置的能源消费量，这与投入产出表中6大类最终使用核算账户价值量次序是一致的。另外，6大类最终使用核算账户的能源消费量在2006—2015年呈现增加的趋势，虽然部分年度出现了短暂下降。

(三)出口部分能源消费的结构路径分析

由于EORA数据库中中国的隐含能出口目的地多达189个，因此本文只研究中国对德国、印度、日本、韩国和美国等隐含能出口较多的国家以及中国香港地区进行结构路径分析。另外，本部分的能源出口不是指能源的直接出口，而是指产品或者服务中隐含的能源出口，也即隐含能出口。2006年和2015年中国对世界主要国家(地区)隐含能出口的结构路径分析结果如表3所示：

表3 2006和2015年中国对世界主要国家(地区)隐含能出口的结构路径 103TJ

从表3可以看到：(1)在中国对世界主要国家(地区)隐含能出口各分解项和合计值中，无论是2006年还是2015年，中国对美国的隐含能出口量最大。根据隐含能出口量的计算公式(公式8)，能耗结构、直接消耗系数以及产品出口结构和出口量均会影响隐含能出口量，不过已有研究表明[11]，在以上各因素中，产品的出口量是影响隐含能出口量的最关键因素，因此中国对美国的隐含能出口量最大的最主要原因是中国对美国的产品或服务的出口量最大。(2)除印度的第2项EEx(1)、第3项EEx(2)和第4项EEx(>2)外，与2006年相比，2015年中国对其他5个国家(地区)的隐含能出口各分解项和合计值均下降。虽然与2006年相比，2015年中国对各国(地区)产品和服务的出口额上升，但是由于节能技术的提高，根据EORA数据库中的数据计算得到的单位产出产品和服务所消耗的能源在下降，也即公式(6)中直接能耗系数e下降，因此，与2006年相比，2015年中国对德国等国家(地区)的隐含能出口下降。另外从图1也可以看到，与2006年相比，2015年中国的能源消费量增加得不多，但是2015年中国各部门的总产出比2006年增加了很多，因此根据公式(6)计算得到的各部门直接能耗系数下降得较多。

本文进一步分析2006—2015年中国对世界主要国家(地区)隐含能出口(对应表3中合计值)的变化趋势，如图3所示：

图3 2006—2015年中国对世界主要国家(地区)的隐含能出口量

从图3可以看到：(1)2006—2015年，中国对世界主要国家(地区)的隐含能出口量大体上经历了减少到增加再到减少的变化，其中2006—2009年减少，2009—2011年增加，2011—2015年再次减少。隐含能出口量减少的主要原因是节能技术的提高以及高能耗产品和服务出口量的减少，隐含能出口量增加的原因是产品和服务出口量的增加。总体来说，近年来中国经济逐步迈入新时代，经济增长从高速发展阶段逐渐过渡到高质量发展阶段，减少了高能耗产业和服务的出口，并且提高了节能技术，从而与2006年相比，2015年中国对世界主要国家(地区)的隐含能出口量下降。(2)2006—2015年，中国对美国的隐含能出口量最大，其次是中国香港和日本，再次是德国和韩国，最后是印度。

需要说明的是，本文采用的是进口非竞争型投入产出表，隐含能进口量的计算与其他国家对能源的消费有关(不同国家的直接能源消耗系数不同)，进口产品的生产不需要消耗中国的能源，因此本文未进一步对隐含能进口进行结构路径分析。

(四)各部门能源消费的结构路径分析

由于EOAR数据库中中国投入产出表包括的部门多达123个，本文根据国民经济行业分类标准(GB/T 4754-2017)，将123个部门合并为15个部门，然后对合并之后的部门进行结构路径分析。2015年中国各部门能源消费的结构路径如下：

从表4可以看到：(1)在农业等15个部门中，2015年能源消费最大的部门是建筑业，建筑业能源消费占全行业能源消费的1/3左右。在建筑业能源消费的4个分解项中，第4个分解项eX(>2)最大，这说明建筑业能源消费主要是为了满足中国最终使用和出口第三次及以上的中间需求，结合建筑业能源消费占全行业能源消费的1/3左右的结果，可以得出建筑业eX(>2)是中国能源消费的最关键路径。(2)在4个分解项中，非金属制品业、电力燃气和水的生产供应业、交通运输业的第1项eX(0)大于其他3项；采矿业、石化业的第2项eX(1)大于其他3项；农业、食品和烟草制造业、纺织业、木材和造纸业、文体用品制造业、金属制造业、机械制造业、其他制造业、建筑业和其他服务业均是第4项eX(>2)大于其他3项。

表4 2015年中国各部门能源消费的结构路径 103TJ

本文进一步以建筑业为例，说明2006—2015年中国能源消费的变化趋势，从图4可以看到：(1)在2006—2015年中国建筑业能源消费各分解项中，按照大小排序依次是eX(>2)、eX(1)、eX(2)和eX(0)。(2)从趋势来看，建筑业能源消费的第1项eX(0)保持增长的趋势；第2项eX(1)和第3项eX(2)趋势基本一致，在2006—2007年先短暂下降，之后在2007—2015年逐渐上升；第4项eX(>2)则先在2006—2011年快速增长，在2011—2013年变化幅度不大，之后在2013—2015年逐渐下降。

图4 2006—2015年中国建筑业能源消费

四、结论与启示

本文利用EORA数据库中中国非竞争型投入产出表和能源消费数据，研究了2006—2015年中国能源消费的关键路径，实证结果发现：(1)中国能源消费的主要种类是煤和石油，其次是水能、天然气、核能和生物能，而对地热能、风能、太阳和潮汐能消费较少。(2)在6大类最终使用核算账户中，按照能源消费量排序，依次是固定资本形成总额、家庭最终消费、政府最终消费、存货变动、为家庭服务的非盈利机构、贵重物品的取得减处置。(3)在中国隐含能出口的189个国家(地区)中，中国对美国的隐含能出口量最大。(4)在15个行业中，建筑业对能源消费最大，建筑业能源消费占全行业能源消费的1/3左右，最关键的路径是满足中国最终使用和出口部分第三次及以上中间需求的建筑业能源消费。

根据以上研究结论，可得以下政策启示：(1)中国现阶段能源消费的主要类型仍然是会产生较高污染的化石能源，对清洁能源的消费量较少，因此为了控制环境污染，需要逐步降低化石能源消费量，扩大水能、核能、风能、太阳能等清洁能源的消费量。(2)从可持续发展角度来说，能源消费需要在投资和居民消费之间保持平衡。(3)在能源供给压力较大时，需要适度控制对其他国家的隐含能出口，增加从其他国家的隐含能进口。(4)由于建筑业能源消费量最大，因此需要大力发展建筑节能材料，更新节能技术，并注意与上下游行业的同步发展。

需要说明的是，本文中最新的数据截至2015年，由于近年来新能源、新产业逐步涌现，2016—2020年中国的能源消费结构可能会发生较大改变，特别是欧佩克与俄罗斯之间的原油价格博弈会对2020年以及以后年度中国的能源消费结构产生较大影响，从而本文的研究结论与现实的吻合度有待商榷，这是本文以及其他利用投入产出模型来研究能源消费关键路径的文献[3-5]的不足之处。