能源回報趨勢對我國經濟增長的影響分析

胡 燕，馮連勇，齊 超，王宏偉，William X Wei

（1.中國石化石油勘探開發研究院，北京 100083；2.中國石油大學，北京 102249；3.北京燃氣集團第五分公司，北京 100082；4.中國社會科學院數量經濟與技術經濟研究所，北京 100732；5.Mac Ewan School of Business，Grant Mac Ewan University，Edmonton，Canada）

近10余年來，我國經濟的高速增長很大程度上是建立在大量消耗化石能源的基礎上。但是，無論是煤炭、石油還是天然氣，這些常規化石能源都是由數百萬年甚至是數億年前的生物遺體經過復雜過程演變而成的，均具有生命的周期性、資源的有限性和不可再生性。化石能源產量的緩慢增長導致我國1993年成為石油凈進口國，2009年成為煤炭凈進口國，對外依存度不斷加大。2013年，我國石油消費量已經達到4.84億噸，而產量卻只有2.08億噸。雖然可再生能源發展迅猛，但其貢獻量僅約占6.3%，加之非常規化石能源在我國尚未達到規?；a階段，常規化石能源在我國生產結構中的比例仍然達到90%以上。如果常規化石能源供應出現短缺，它必然成為制約經濟社會發展的最重要因素之一，這對于已經進入工業化中期的我國來說無疑是亟待研究與解決的重大問題。

1978年改革開放以來，我國保持了快速的經濟增長態勢，GDP增長率在1979-2012年間為平均10%左右?！笆濉逼陂g，無論是在經濟理論界，還是在社會輿論方面，無論是國內還是國外，對我國經濟形勢的分析出現了很多不同程度的預期結果。尤其是在2013年下半年，多家國際機構對我國的經濟增長前景并不看好，并發布報告警示中國的經濟風險，如：國際貨幣基金組織(IMF)發布最新的《世界經濟展望》報告，下調了今明兩年對中國的經濟增長預期，并稱中國經濟增長中期內仍將放緩；亞洲開發銀行也發布《2013年亞洲發展展望（更新版）》經濟報告，將我國內地今年的經濟增長預期由4月份預計的8.2%下調至7.6%，低于2012年7.7%的增速。那么，我國未來的經濟增速是按這些預測結果所述的即將面臨“崩潰”？還是處在合理的區間和預期目標內？以及我國未來的經濟增速將會主要受到哪種因素的制約？本文將通過一個新視角給出具體答案。

一、能源回報的概念及其重要性

在擁有大量廉價能源資源的時代，經濟發展理論均以貨幣為衡量單位，追求經濟效益的最大化，但當進入化石能源短缺的時代，能源資源或者說能源量的基礎作用就在經濟發展中逐漸凸顯。幾乎所有產品的生產均與能源有關，能源自身的生產，如勘探、開發、生產、運輸等，同樣需要能源投入，即能源是產出，也是投入。隨著能源生產設備先進程度的提高，能源生產過程中對能源的消耗也逐漸增長，所以剝離能源消耗而單純追求能源產量升高的評價方法是片面的。因此，能源回報應運而生，它以焦耳量為單位同時考慮了能源生產過程中的產出和消耗(Clevelandetal.，1984)。從相對值角度出發，能源回報具體指EROI，即能源生產過程中能源產出和能源投入（或消耗）的比值，英文全稱為Energy Returnon Investment，簡稱EROI（胡燕等，2011）；從絕對值角度來看，能源回報指凈能源，即能源生產過程中能源產出減去能源投入（或消耗）（如圖1所示）。總體上來講，能源回報改變了傳統能源“總量”的分析角度，從“凈量”角度(Cleveland，2005)研究能源生產價值及其相關問題。

圖1 能源回報概念示意圖

那么，凈量與經濟活動到底存在什么樣的關系？傳統經濟學模型以公司和家庭為兩個主體來說明兩者間的無限循環，但熱力學第一定律和第二定律的普遍適用性原則說明：經濟活動是處于自然界的開放系統中，有能量與物質的交換，既依賴于能源資源和其他資源的投入又向其排放廢棄物。在此基礎上，能源生產邊界可以理解為：來自于自然界吸取太陽能而形成的化石能源量和經濟系統提供的資本勞動力共同“流入”到能源生產過程中，形成的能源量“流出”的經濟活動。由于經濟產出需要有一部分返回能源生產過程中，所以實際上經濟系統所能夠利用的能源量是能源生產邊界下提供的“凈能源”?；茉瓷a和經濟活動的具體關系(Halletal.，1986)如圖2所示。

圖2 化石能源生產和經濟活動關系圖

經計算，我國化石能源的能源回報（EROI值）一直呈下降趨勢(Huetal.，2013)，且這種趨勢不可逆(Gagnonetal.，2009)?？梢缘弥覈茉吹纳a為經濟社會提供的凈能源量在不斷減少，這對經濟系統的影響是不可忽略的(Murphy and Hall，2011)。全面的能源評價不僅應重點分析能源資源的基礎性作用，更應當回答化石能源生產的能源回報以及凈能源貢獻大小問題，尤其是凈能源的大小對于經濟系統的影響程度。因此，本文將從凈能源這一新的視角對可用于經濟系統消費的能源量進行分析，預測相關數據并考察它對我國經濟增速的影響。其中，可用于經濟系統消費的能源量是我國國內產量與凈進口量的總和再減去化石能源生產部門的消耗量的差值，本文將其定義為“能源供應凈量”，這一概念與傳統能源供應概念不同的是加入了能源生產部門對能源的消耗。

二、能源回報-能源供應凈量的取得

1.化石能源產量和凈進口量

對于國內產量來講，Huetal.(2013)采用多循環的廣義翁氏模型計算了未來我國化石能源產量的三種可能性，本文將其單位轉換成焦耳量，并預測到2025年。對于凈進口量取凈進口量與產量的比值，并分為高中低三種情景預測到2025年。1980年至2011年間，我國煤炭凈進口量與產量之比平均為2.8%，2011年為1.75%；原油凈進口量與產量之比平均為62.5%，2011年122.5%；天然氣凈進口量與產量之比平均為7%，2011年為27.2%。根據歷史平均比值，本文設置的未來三種化石能源的凈進口量與產量比值設置如表1所示。

表1 三種化石能源的凈進口量與產量比值的情景設置

2.化石能源生產過程中的能源消耗量

能源生產過程中的投入受多種因素的影響，如開采技術、生產過程、地質和經濟條件等。Coughlin(2012)結合地質條件等因素研究了能源生產部門的消耗問題，發現如果能源部門單位產量的能源消耗在0%～20%之間，那么無論采用線性方法還是非線性方法，整個經濟消耗的能源量與除能源部門外的經濟部門的能源消耗 量 比 值 (μ)幾乎沒有差別（如圖 3），且 EROI等于 μ(μ-1)。因此，本文首先采用線性趨勢外推法對石油天然氣開采業和煤炭開采洗選業從2012-2025年在能源生產過程中的能源消耗量進行預測，并將其與三種情景下的產量做比值，發現兩個部門單位產出的能源消耗量分別在3%～11%之間，均小于20%，說明本文采用的線性方法是可行的。

圖3 能源生產部門單位產出能源消耗下線性與非線性方法下的μ值比較

3.化石能源供應凈量

產量的低中高三種情景分別與凈進口量的低中高三種情景相加，并分別減去兩個部門生產過程中的總消耗量，得到2012-2025年我國化石能源供應凈量（如表4所述）。我國“十二五”能源規劃中，將一次能源消費總量目標控制在40億噸標準，化石能源消費總量占總消費量的89.6%左右，也就是說化石能源消費量預計為35.8億噸標煤，約合120 EJ，與本文設置的中情景接近。由此，本文將中情景稱為“能源消費總量控制的基準情景”，其他兩種情況分別稱為低情景和高情景，以便與基準情景下取得的GDP增速進行比較分析。

三、能源回報趨勢對我國經濟增長的影響

我國化石能源生產EROI值的下降不僅意味著能源質量的降低、能源生產成本的提高，更意味著供給經濟系統凈能源量的大幅度減少(Murphyetal.，2011)，這將首先對我國未來的經濟增長速度產生沖擊。在此背景下，本文根據已取得的“化石能源供應凈量”利用“能源型”生產函數來預測我國未來的經濟增速潛力，并與傳統的預測角度進行比較。

1.生產函數的基本形式及其發展

生產函數是描述生產過程中投入和產出規律的模型，在生產分析、經濟增長等領域中應用廣泛，1928年首次出現生產函數概念以來就備受關注，經過長時間的分析，研究界先后提出了柯布-道格拉斯生產函數（C-D生產函數）、固定替代彈性(CES)生產函數、可變替代彈性(VES)生產函數、超越生產函數等。其中，1928年由柯布和道格拉斯提出的柯布-道格拉斯生產函數是經過大量實證研究并獲得廣泛使用的一種生產函數。研究者不斷探求影響經濟增長的內生因素，并變換函數的形式和參數，以柯布道格拉斯生產函數為基礎，引進其他因素研究經濟增長問題的變形生產函數。對于經濟增長模型而言，若想使一些模型能夠很好地解釋現實，并對現實具有一定的指導和預測作用，就需要在理論思想和研究方法上有所突破，進一步把一些重要的現實因素引進到模型中來，并根據當前面臨的約束條件和約束環境選擇恰當的經濟增長模型。

傳統的經濟學理論均適用于大量的、增長的能源供應以及不斷下降的能源開采成本的時期，在這樣的前提下無論怎樣的經濟政策或者經濟理論都是適用的，因為能源保障了經濟活動的可行性。但是，隨著后石油時代的來臨，化石能源產量增長緩慢、石油價格不斷攀升，經濟理論不能再將資源視為“自然的饋贈”，而應當是“珍貴的寶藏”(Dale，2011；2012；Heunand Wit，2012)。未來，能源的限制性作用不僅僅體現在經濟部門的消耗上，而且還體現在自身生產的消耗上。因此，經濟理論的產生和更迭均有其適用性和階段性，若忽視其發展的大背景，那么曾經可以帶來經濟增長的理論很可能成為后續增長的障礙。為了凸顯化石能源對經濟增長的約束作用以及說明能源與資本、勞動力共同對經濟產出的完全解釋(Kummeletal.，2000)，Neland Cooper(2009)建立了能源型生產函數形式，將能源加入到生產函數中。本文將我國化石能源生產過程中的消耗量加入到該生產函數模型中，模擬我國中長期經濟增長發展趨勢。

2.計算結果及分析

本文選取1980年至2011年已知參數的歷史數據，根據最小二乘法準則，利用一階殘差方程，采用Lingo語言進行編程，進行曲線擬合，使得殘差的絕對值之和最小。求得未知參數值（如表2），進而可以計算出模擬的歷史

表2 三種化石能源未知參數解

圖4 實際GDP與模擬GDP趨勢圖

GDP趨勢（如圖4所示）。

圖4顯示，實際GDP和模擬GDP整體擬合效果良好，兩者相關度達到0.997，為高度相關。但是，1992-2005年實際GDP與模擬GDP的擬合效果相對于其他時間段較差，出現這種現象的原因主要有兩大方面：一是，數據是歷史的，其可靠性、真實性有待檢驗和考證。利用歷史數據解釋并預測未來是目前無法解決的困難所在；二是，1990年以后，政策的不穩定性和多變性很大程度上決定了GDP的突變性以及自身增長的曲線形式，不可能完全形成設定的曲線。

根據上述設置的三種情景的凈能源供應量分別求解GDP，三種情景下的GDP走勢如圖5所示。

雖然實際GDP整體呈上升趨勢，但其每五年的實際GDP增速卻呈現下降趨勢，如表3所示。

圖5 至2025年我國經濟增長的三種前景

表3 1981-2010年歷史GDP平均增速以及2011-2025預測GDP平均增速

本文的預測結果與已有研究的預測區間比較后發現，2011-2015年本文預測的結果與世界銀行預測的結果最為相近，2016-2020年與Wilson amp;Stupnytska的結果最為相近（陳彥斌和姚一旻，2012）。由于本文更多考慮了化石能源供應的約束性和能源生產中消耗量的增長性，所以預測的2016-2020年的GDP平均增速比大部分國內外研究者的預測結果要低一些（邱曉華等，2006）。從預測結果來看，在目前資源狀況和技術水平狀態下，基準情景下我國經濟增長速度能夠實現“十二五”規劃中8%的既定目標。但從中長期來看，我國經濟增速放緩具有長期化趨勢，目前正處于高速增長階段過渡到中速增長階段甚至是低速增長階段的時期。

根據以上分析可知，三種情景下2012-2025年我國化石能源供應凈量，具體見表4。

四、結論

能源回報方法與我國經濟增長的研究是將能源資源的研究重心集中到物理意義上，從衡量產出和投入的焦耳量出發進行研究，并揭示了凈能源的重要性。作為評價能源生產價值的一種新方法，能源回報雖然還需要進行更多的深入研究，但其對經濟、社會的相關問題的分析提供了一個新的思路和視角，警醒我們能源生產過程中的消耗量已經不可忽視，要全面分析當前能源經濟問題，這對于提出能源經濟相關的政策措施具有重要指導意義。文中，低情景下我國十二五期間的經濟增速7.57%的結果與當前國際機構的預測比較吻合，那么在該情景下，我國在十三五和十四五期間的經濟增速將分別降到5.71%和3.66%，這一結果非常令人擔憂，或許中國經濟增長“崩潰論”的說法很有可能成為現實。目前，面對中長期潛在增長率的下降，我國出于金融穩定和轉變經濟增長方式考慮，尚未推出明顯的刺激措施，今后我國需繼續推進結構改革，拉動私人消費，實現經濟再平衡。尤其重要的是，需要加強能源生產過程中能源消費量的深入分析。雖然化石能源生產過程中的消耗量占能源生產總量的非常小，在4%～5%之間，但它對經濟增速的影響卻不可忽略。在凈進口量相同的基礎上，化石能源供應總量與供應凈量兩種情況下產生GDP增速差距大約在1.3%～1.5%之間，這對GDP增速預期影響非常大，因此應當嚴格控制能源生產部門的能源消費總量，并將凈能源以及能源供應凈量問題考慮到經濟政策的分析與制定中來，比如降低能源生產過程中所需設備工具的隱含能。

表4 三種情景下2012-2025年我國化石能源供應凈量(1018J)

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