能源消耗与产业结构调整_基于投入产出模型的研究

1、2012年1月第1期南京师大学报(社会科学版Journal of Nanjing Normal University(Social ScienceJan,2012No1能源消耗与产业结构调整:基于投入产出模型的研究徐盈之,张全振摘要:基于我国2007年投入产出表构建投入产出模型,通过计算国民经济各部门的影响力系数和感应度系数,对各部门能源消耗的波及效应进行分析。结果表明,不同产业部门在能源消耗方面其波及效应是不同的,有些部门在其中扮演了“关键部门”的角色。从总体来看,第二产业能源消耗的波及效应最大,第一和第三产业的波及效应相对较小,但服务业有些部门的波及效应也较显著。这对于我国产业结构的调整和

2、节能政策的制定具有很好的导向性。关键词:投入产出模型;能源消耗;波及效应;产业结构中图分类号:F26文献标识码:A文章编号:1001-4608(201201-0066-06收稿日期:2011-09-18基金项目:国家社科基金(11BJY066;国家重大科技专项子课题(2009ZX07101-009-01-03;教育部人文社科基金(10YJA790212;江苏省哲学社科研究基地重点课题(10JD011作者简介:徐盈之,博士,东南大学经济管理学院教授,博士生导师;张全振,东南大学经济管理学院研究生210096一、引言本世纪初以来,我国的能源供需矛盾愈演愈烈,能源形势不容乐观。国家统计局统计公报显示

3、,2009年我国国内生产总值比上年增长87%。能源消费总量比上年增长63%。其中,煤炭消费量增长92%,原油消费量增长71%,天然气消费量增长91%,电力消费量增长62%。对能源的大量消费引致了一系列严峻问题,首先,能源的相对短缺对经济发展所产生的制约作用日益显著,成为我国未来经济增长的瓶颈;其次,以煤为主的能源消费结构产生了严重的环境污染问题。因此,在保证经济增长的前提下,如何节能减排、实现低碳经济已成为我国经济发展面临的最迫切问题之一。伴随着我国能源供求矛盾加剧的同时,2002年以来,我国产业结构重型化趋势越发明显。有学者(齐志新等,2007;周勇等,2006认为这是引发我国能源供需矛盾加

4、剧的主要原因。然而,对“重型化”的产业结构是如何引致我国能源消耗大幅度增加的、各个产业部门在此过程中分别扮演了什么样的角色、各自的能耗波及效应如何等问题尚未有过深入研究。而充分了解各产业部门能源消耗的特征及其波及效应,并认清哪些部门在能源消耗中扮演了“关键部门”的角色,对于产业结构的调整和节能政策的制定具有很好的导向作用。因此,本文拟深入研究国民经济各部门能源消耗的波及效应,并给出相应的产业结构调整的建议。二、文献综述自Leontief和Ford(1972最先引用投入产出方法计算美国能源消耗和污染排放并提出能源控制政策以来,投入产出方法在能源和环境问题研究中为国内外的学者广泛应用。投入产出分析

5、建立了经济系统各部分(中间消耗、最终需求、原始投入之间的数量依存关系,因此成为行业间能源消耗计算的有效方法。Bert和Kelly(2006运用我国能源消耗的省级数据,对影响我国能源利用的因素进行了分解研究,认为产业内部门间能源的节约是能源强度降低的主要原因。Alcantara 和Padilla(2009利用投入产出子系统分析法对影响西班牙服务业部门能源消耗和碳排放的因素进行了分解,结果发现,由于部门之间的相互需求关系所造成的能源消耗及碳排放量部分,远远大于其本身为满足自我需求所造成的能耗和碳排放66量部分。国内学者也进行了大量研究。如王玉潜(2005从生产的角度运用产业结构和能源直接消耗系数,

6、从使用的角度运用需求结构和能源完全消耗系数建立能源消耗因素分解模型,对能源消耗进行了因素分解,结果发现产业结构的变动和部门间相互需求关系的变化会对能源消耗产生显著影响。梁进社等(2007利用投入产出表将19901995年以及19972002年中国能源消费增长分解为中间需求效应、技术效应和最终需求效应,结果表明技术效应是减少能源消费的关键因素。王火根等(2008采用结构分解技术来研究消费需求结构变化、进出口以及技术进步对能源消耗的影响,结果发现我国消费需求结构变化对能源效率提高影响甚微,进口有利于能源效率的提高,出口不利于能源效率的提高,技术进步对能源效率的提高贡献很大。于珍等(2010运用能源

7、消耗变动系数法,分析了19952007年产业结构的演变和技术水平的提高对工业能源消耗的影响,认为产业结构重型化对能耗增长有正向作用,而技术水平则是负向作用。赵红梅等(2011从三次产业角度,对内蒙古能源消费量进行了分解,得到了内蒙古能源消费量与各产业之间的关系。目前多数学者利用投入产出法对影响能源消耗的因素进行了结构分解,这种结构分解方法固然能对影响能源消耗的因素进行明确的、针对性的分析,但从某种意义上说,这也将各产业部门的内部联系、相互作用割裂开来,无法从整体的、联系的角度对能源消耗的影响因素进行分析。而且在经济系统中,由于各部门能源消耗存在波及效应,某部门最终需求量的变动必然会对其上游产业

8、的能耗产生影响,并受下游产业最终需求变化的作用从而改变本部门的能源消耗,进而引发整个国民经济整体能源消耗的变动。然而,目前国内学者尚未从该视角来考察我国产业结构调整与能源消耗之间的关系。本文将在已有研究成果的基础上,通过构造投入产出模型,计算并分析各部门的影响力系数和感应度系数,进而考察各部门能源消耗的波及效应,并深入分析各产业部门在我国能耗过程中所扮演的角色。三、投入产出模型的构建本文将在Alcantara和Padilla(2003提出的能源消耗投入产出模型分析的基础上,构建各部门能源消耗的需求弹性投入产出模型。定义E 为国民经济各部门所消耗的能源总量,e为各部门单位产值所消耗的能源,x为各

9、部门的增加值, I为单位矩阵,A为直接消耗系数矩阵,y为最终需求列向量。由列昂惕夫模型可知,各部门所消耗的能源总量可以表示为:E=ex=e(IA1y(1这样,可以将由最终需求变化所引起的各部门消耗的能源总量的变化表示如下:E=ex=e(IA1y a(2其中,x为各部门增加值的变化量,a为最终需求的变化率。接着,定义列向量s为各部门总产出中用于最终需求的量占其总产出的比重:s=x1y(3在此,表示将相应的列向量对角化。这样, (2式可重新表达为:E=e(IA1xsa(4等式两边同时左乘E1,可得:E1E=E1e(IA1xs a(5这即为相对于最终需求增长的能源消耗的变化率,即为相对于最终需求变化

10、的能源消耗的弹性。但是由于该模型的线性本质,仍需对表达式(5做进一步的变换。定义,f=(f1,f2,f i,f n表示为各个部门所消费的能源占总能源消耗的比重,因此ni=1fi= 1。各部门单位产值的能源消耗系数e可表示为: e=Efx1(6代入(5式,得:E1E=fx1(IA1xs a(7又由于x1(IA1x=(ID1(8其中,D为由投入产出表计算所得的分配系数矩阵。将(8式代入(7式,并且将s对角化后可得:=f(ID1xa(9进一步将f对角化,并且略掉a,可将上式最终变换为:E y=f(ID1x(10其中,E y ij表示相对于j部门最终需求1%的变化,i部门能源消耗的增长率,即i部门的能

11、源消耗76关于j部门最终需求变化的弹性。因此,j部门的列和表示相对于j部门最终需求1%的变化,整个经济系统所消耗的能源的变化率,为叙述方便,在此将其命名为影响力系数,体现了该部门影响力的大小。矩阵的行和表示为当所有部门的最终需求增长1%时,i部门能源消耗的增长率,在此将其命名为感应度系数,表示受其他部门的作用所产生的能源消耗。影响力系数和感应度系数体现了某部门与其他部门能源消耗的相关性,从影响力系数和感应度系数两方面进行考察,可以全面了解某部门在经济系统中能源消耗的波及效应。四、实证结果分析(一数据的来源及整理本文能源消耗数据选自2008年中国能源统计年鉴,同时选用了2007年中国投入产出表,

12、之所以选择2008年中国能源统计年鉴主要是考虑与2007年42部门的投入产出表数据年份相一致。为使两者在行业部门方面协调统一起来,本文对投入产出表中的部分行业进行了归并,最终确定为29个部门,其中将交通运输及仓储业、邮政业合并为交通运输及仓储邮政业,将批发及零售业、住宿及餐饮业合并为批发零售及住宿餐饮业,将金融业、房地产业、租赁和商务服务业、研究与试验发展业、综合技术服务业、水利、环境和公共设施管理业、居民服务和其他服务业、教育、卫生及社会保障和社会福利业、文化及体育和娱乐业、公共管理和社会组织合并为其他服务行业。需要作出说明的是,在交通运输部门中由于多种原因并没有将私有车辆考虑在内,因此交通

13、运输部门只包括厂商生产性交通运输的能源消耗和公共交通部门的能源消耗。这可能会从总体上低估交通运输部门的能源消耗,从而引起一定的偏差。(二计算结果及分析应用公式(10可计算国民经济各部门的感应度系数和影响力系数,如表1所示:表1国民经济各部门影响力系数及感应度系数序号行业感应度系数(行和影响力系数(列和 1农林牧渔业00270021 2煤炭开采和洗选业00330003 3石油和天然气开采业00270001 4金属矿采选业00220001 5非金属矿及其他矿采选业00060001 6食品制造及烟草加工业00220039 7纺织业00200025 8纺织服装鞋帽皮革羽绒及其制品业00050025 9

14、木材加工及家具制造业0005001510造纸印刷及文教体育用品制造业0021001311石油加工、炼焦及核燃料加工业0052000912化学工业0121005013非金属矿物制品业0079001514金属冶炼及压延加工业0201004515金属制品业0016003216通用及专用设备制造业0020007417交通运输设备制造业0012007518电气机械及器材制造业0009007819通信设备、计算机及其他电子设备制造业0017006920仪器仪表及文化办公用机械制造业0002001821工艺品及其他制造业0006001722废品废料0001000023电力、热力的生产和供应业01010016

15、24燃气生产和供应业0003000225水的生产和供应业0004000226建筑业0017018627交通运输及仓储邮政业0086003428批发零售及住宿餐饮业0028003429其他服务行业00360102数据来源:2008年中国能源统计年鉴、2007年中国投入产出表。86由表1可知,金属冶炼及压延加工业、化学工业、电力、热力的生产和供应业、交通运输及仓储邮政业和非金属矿物制品业在感应度系数中排前五位。从这些行业的性质可以看出它们均是国民经济中的基础性行业,国民经济的整体发展必然会带动这些行业能耗的大幅增长,从另一个方面看,若这些行业发展滞后,必然成为国民经济进一步发展的桎梏。比如,其他部

16、门的最终需求增长1%,则会带动金属冶炼及压延加工业、化学工业、电力、热力的生产和供应业能源消耗分别增长201%、121%和101%。对于这些基础性部门,要实现经济增长与能源消耗的“脱钩”,节能政策的制定应该倾向于通过技术改进来提高其能源使用效率,并使其生产规模保持在既能满足国民经济长足发展的需要、又不会由于其过度发展造成能源浪费的合理水平上。在影响力系数中,建筑业、其他服务行业、电气机械及器材制造业、交通运输设备制造业、通信设备、计算机及其他电子设备制造业分别占据前五位。这些行业最终需求的增长将会大幅度拉动国民经济其他部门能源消耗的增长,从某种意义上来说,这些部门往往具有拉动经济增长的“火车头

17、”作用。例如,建筑业、其他服务行业、电气机械及器材制造业、交通运输设备制造业的最终需求增长1%,则会拉动整个国民经济能源消耗分别增长186%、102%、78%和75%。在此,让人颇感意外的是其他服务行业的影响力系数竟然排名第二,这似乎与服务业部门绿色节能的传统观念有所违背。需要注意的是,近年来服务业部门也日益分化为传统服务业部门和现代服务业部门,而传统服务业部门能源消耗的拉动作用不容小觑。因此,节能政策的制定不仅要激励这些部门提高能源效率,而且必要时也可以控制这些行业规模的过度增长,以减轻能源的供给压力。为进一步分析各部门能源消耗的波及效应,并找出所谓的“关键部门”,接下来对这29个部门进行分

18、类。由于影响力系数及感应度系数的中间值分别为EL=0021和ES=0020,故以EL、ES为界点,将29个部门分为以下四类,如表2所示。为使分类状况更形象直观,将其在坐标平面上表示,如图1所示,图中横轴表示影响力系数,纵轴表示感应度系数。表2国民经济各部门分类iE yijELi E y ijE LjE yijES A类部门B类部门jE yijES C类部门D 类部门图1国民经济各部门分类A类部门包括煤炭开采和洗选业、石油和天然气开采业、金属矿采选业、造纸印刷及文教体育用品制造业、石油加工、炼焦及核燃料加工业、非金属矿物制品业和电力、热力的生产和供应业等行业。该类行业感应度系数比较显著,而影响力

19、系数相对较小。这些行业的感应度系数之和占总感应度系数的335%,而影响力系数只占57%。因此,当国民经济其他部门的最终需求增长1%时,该类行业的能源消耗将大幅增长;然而,当该部门的最终需求增长1%时,其他行业的能源消耗增长较为缓慢。可以看出,该类行业在国民经济中起“瓶颈”作用,其发展的快慢将直接影响其他行业的发展,如其中的电力、热力的生产和供应业、煤炭开采和洗选业、石油和天然气开采业等能源行业。因此控制该类部门生产规模的节能政策将会对其他部门的生产造成约束性的影响,并且在产业结构调整过程中要充分保障该类产业在国民经济中所占的比重。B类部门包括农林牧渔业、食品制造及烟草加工业、化学工业、金属冶炼

20、及压延加工业、通用及专用设备制造业、交通运输及仓储邮政业、批发零售及住宿餐饮业和其他服务行业等部门。该类行业的感应度系数和影响力系数均较显著。这些行业的感应度系数之和占总的感应度系数的542%,影响力系数占398%。这类行业就是经96济系统中所谓的“关键部门”,它们的发展会带动其他部门能源消耗的大幅增长,同时,其他部门最终需求的增长也会大幅度带动该类产业的能耗增长。2002年以来我国能源供求形势急剧紧张,其根源就在于金属冶炼及压延加工业、化学工业和通用及专用设备制造业等“关键部门”的大幅扩张。可以通过进一步计算,按照其对自身影响力系数占其总影响力系数的比例将B类部门分为两大类:一类是该比例大于

21、50%的部门,包括化学工业和金属冶炼及压延加工业,其比例分别达到83%和85%,这说明该类部门对自身的拉动作用非常强。例如,化学工业的最终需求增长1%,则会拉动其他产业部门的能源消耗增长5%,这其中会拉动自身部门能耗增长41%;另一类为该比例显著低于50%的部门,包括交通运输及仓储邮政业、批发零售及住宿餐饮业和其他服务行业等部门。尤其值得注意的是,在所谓的“关键部门”中,批发零售及住宿餐饮业、其他服务行业等传统服务类行业并非如我们想象中的那样绿色节能,它们也成为能源消耗中的关键部门,但我国的节能政策却鲜有对这些部门的能耗进行约束的,于是这些部门就成为了我国节能政策的“盲点”,因此今后在制定节能

22、减排政策时需对这类部门加以重视。C类部门包括非金属矿及其他矿采选业、木材加工及家具制造业、仪器仪表及文化办公用机械制造业、工艺品及其他制造业、废品废料、燃气生产和供应业和水的生产和供应业等行业。该类行业的感应度系数和影响力系数均比较小,它们的感应度系数之和只占总感应度系数的28%,影响力系数也只占55%。因此,该类行业对我国能源消耗的影响是不明显的。在制定节能减排及产业结构调整政策时,无需对该类部门予以特别的关注。D类部门包括纺织业、纺织服装鞋帽皮革羽绒及其制品业、金属制品业、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和建筑业等部门。其中,纺织业、金属制品业

23、和通信设备、计算机及其他电子设备制造业位于B类部门与D类部门之间,其所属的类别并不绝对。该类行业感应度系数相对较小,而影响力系数比较显著。它们的感应度系数之和只占总感应度系数的95%,而影响力系数却占到49%。这些行业的发展会带动其他行业部门能耗的大幅增长,最明显的如建筑业和金属制品业等。通信设备、计算机及其他电子设备制造业等高技术产业也并非是传统意义上的绿色节能产业,它的发展同样会带动其他产业部门能耗的大幅增长。因此,虽然这些产业的感应度系数相对较小,但也应从这些产业需求规模的角度加以重视。从理论上讲,该类部门的最终需求量极易受节能政策的影响。然而应当注意的是,其影响力作用也包含了对本部门的

24、影响。因此,从能源政策的角度而言,当其对本部门的影响作用在总影响力系数中占有很大比例时,旨在于刺激本部门节能的政策是可以考虑的,并且这不会对最终需求产生过大影响。从中国的实际来看,如果纺织业部门的最终需求增长1%,则会拉动其他部门能源消耗增长25%,拉动本部门能耗增长15%,这样本部门的能耗增长将占总能耗增长的60%。因此,对这些部门来说,节能政策应定位于提高本部门的能源效率,而非控制本部门的最终需求量。五、结论与对策建议本文通过构建投入产出模型,计算了国民经济各部门的影响力系数和感应度系数,并对各部门能源消耗的波及效应进行了分析。结果表明,不同部门的能耗波及效应有很大差异,有些部门在其中扮演

25、了“关键部门”的角色,总体上讲,第二产业能源消耗的波及效应最大,第一和第三产业的波及效应相对较小。这对于产业结构的调整及节能政策的制定具有很好的导向性。本文据此提出以下几点主要对策建议:第一,有效控制并逐步降低第二产业在国民经济中的比重。第二产业部门的波及效应是非常强的,并且其能源强度也大大高于其他产业。第二产业的快速发展是以大量的能源消耗为基础的,在未来能源供应趋势日益紧张的情况下,这种发展战略的可持续性难以保证。虽然在一定意义上产业结构重型化是一国工业化过程中不可避免的发展阶段,但可以通过一方面加大节能技术研发及推广力度,另一方面逐步淘汰落后产能、提高生产效率来有效缓解能耗过快增长所带来的

26、压力。第二,加紧培育第三产业,提高服务业在产业结构中的比重,从而以更低的能源消耗来支撑我国07的经济增长。鉴于服务业部门的影响力系数和感 应度系数总体上是大大低于工业部门的， 因此大力 发展第三产业对于我国实现节能降耗具有重要意 但也应该注意到， 个别服务业部门的波及效应 义， 也较显著， 因此， 对这些部门也需要制定相关的节 能政策， 以避免节能“盲点” 的出现。大力发展第 三产业与促进第三产业节能降耗之间并非是矛盾 对立的， 相反， 从长远来看， 提高第三产业的能源效 “锁 率、 促进其节能降耗不仅可以避免节能技术的 ， 定效应” 也更有利于其健康持续的发展。 第三， 由各部门能源消耗的波

27、及效应可知 ， 国 民经济各产业部门能源消耗是相互影响、 相互制 约的， 具有较强的相关性， 节能政策的实施往往具 参考文献： “牵一发而动全身 ” 的效应。 因此， 政策的制定 有 ， 需要考虑不同部门的实际情况 从整体出发， 避免 顾此失彼。比如， 对感应度系数显著的 以偏概全、 可以考虑从改进节能技术、 提高能源效率等 产业， 方面做出努力， 而若实施严格控制其最终产量的 政策， 则会限制其他需求产业的增长， 这也不利于 国民经济的发展。 总之， 鉴于目前能源供给的紧张局面和实现 我国发展战略目标的紧迫性， 只有依据各产业能 源消耗的特点， 并充分考虑在能源消耗方面各产 业的波及效应，

28、实现产业结构的优化升级， 才能为 我国经济的可持续发展奠定坚实的基础 。 2007 ： 中国能源消费增长的分解 基于投入产出方法 ， 自然资源学报 梁进社， 第 6 期。 2007 ： 工业轻重结构变化对能源消费的影响 ， 中国工业经济 齐志新、 陈文颖、 吴宗鑫， 第 2 期。 2011 ： 产业结构与节能减排关系的实证分析 以内蒙古为例 ， 工业技术经济 赵红梅、 陈相果， 第 7 期。 2006 ： 中国能源强度变化的结构与效率因素贡献 基于 AWD 的实证分析 ， 产业经济研究 周勇、 李廉水， 第4 期。 2010 ： 中国工业能源消耗结构演变实证研究 ， 中国人口、 于珍、 李保明

29、、 施祖麟， 资源与环境 第 11 期。 2008 ： 能耗降低的主要影响因素分析 基于结构分解技术的投入产出法实证检验 ， 科技进步与 王火根、 沈利生， 对策 第 2 期。 2005 ： 基于投入产出方法的能源消耗强度因素模型 ， 中南财经政法大学学报 王玉潜， 第 6 期。 Alcantara，V and E Padilla，2003 ，“Key Sectors in Final Energy Consumption： An Inputoutput Application to the ，Energy Policy ， vol 31 ，no 2 ，pp 16731678 Spanish

30、Case” Alcantara，V and E Padilla，2009 ，“Inputoutput Subsystems and Pollution： An Application to the Service Sector and CO2 Emissions in Spain” ，Ecological Economics，vol 68 ，no 1 ，pp 905914 Hofman，B and L Kelly， 2006 ，“Structural Change and Energy Use： Evidence from Chinas Provinces” ，China Working Paper Series，vol 7 ，no 3 ，pp 138157 （ 责任编辑： 赵仁康） Energy