天津市能源結構與產業結構的協調演進研究

◎文/吳愛東　李奕男　呂明元

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天津市能源結構與產業結構的協調演進研究

◎文/吳愛東李奕男呂明元

摘要：產業結構與能源結構有著密不可分的關系，產業結構與能源結構協調演進，有利于發展低碳經濟，實現產業結構的高級化、生態化。文章利用天津市數據，運用灰色關聯模型，分別選取GDP和能源消費總量作為參考序列，評價產業結構的能耗狀況和能源結構的經濟效率，并用能源消費彈性系數作為媒介，分析了產業結構與能源結構之間的關聯性及協調性，結論表明：天津市產業結構中，第二產業對經濟增長帶動作用最為明顯，同時對能源的依賴度也最高，其次是第三產業；能源結構中，天然氣的經濟效率最高。

關鍵詞：產業結構；能源結構；灰色關聯

李奕男（1991—），天津商業大學經濟學院。郵編：300134

呂明元（1966—），天津商業大學經濟學院。郵編：300134

一、問題的提出

能源結構與產業結構聯系緊密。能源是經濟發展必不可少的要素，能源結構，尤其是能源的消費直接受到經濟增長的影響，更進一步說，是為產業需求所帶動。反過來，通過對能源消費結構的觀察和分析，也能在一定程度上了解產業結構的狀況，能源消費結構的轉變也能帶動產業結構的轉變。分析二者在演進過程中的協調度趨勢，能夠把握二者的發展變化規律及在此過程中二者的協調程度，以便于對產業結構和能源結構的協調發展制定科學的規劃，以達到優化產業結構，提高經濟效率和改善生態環境的目的。

關于產業結構調整和能源結構優化方面，呂明元、陳維宣（2015）從經濟學的角度概括了產業結構生態化的內涵和演進機理、路徑，闡述了產業結構生態化調整路徑中能源結構調整和發展環保產業的重要性，進一步完善了產業結構和能源結構的協調發展的理論依據；趙西三（2010）基于生態文明的視角，論述了生態文明對產業結構的基本要求及產業結構調整的發展路徑、資源路徑、環保路徑和政策路徑上的轉型；賀丹、田立新（2015）提出了低碳經濟轉型的背景下，以產業結構高級化、生態化和合理化為軸心的產業結構優化水平的評價指標體系；E.A.Abdelaziz，R.Saidur（2011）基于產業的視角，評估了HEMs、VSDs等相關能源節約技術的效果，并總結和比較了各個國家的節能政策，提出了優化產業結構和節能減排的措施。

關于產業結構和能源結構二者的協調性以及二者與經濟增長關系的分析，已經有以下研究成果：徐麗娜，趙濤等（2013）采用SVAR模型和方差分解法，以能源強度為媒介，分析了能源結構與產業結構之間的關系，認為降低煤炭消費比重，可提高能源效率，優化能源結構；王韶華（2013）對基于低碳經濟的能源結構和產業結構協調關系進行了闡述，綜合運用粗糙集理論和層次分析法進行指標約簡和權值計算，運用灰色關聯分析法構建能源結構和產業結構協調度定量評價模型；劉小軍、涂俊（2011）通過時間序列分析來驗證天津市經濟增長與能源消費的關系，并通過各產業能源消耗強度、結構效應與強度效應等指標考察天津市產業結構對能源消費的影響。

本文通過灰色關聯分析法，結合天津市具體數據，首先選取產業結構與能源結構子系統中代表性的指標——GDP和能源消費總量，然后分別做出能源結構子系統與GDP、產業結構子系統與能源消費總量的灰色關聯模型，最后通過觀察產業結構和能源結構與兩個代表性指標的關聯度，分析天津市產業結構與能源結構兩個系統之間的協調度，并評價影響二者協調度的因素，以及協調度對經濟發展的影響。

二、天津市產業結構與能源結構的特點

（一）天津能源消費結構分析

表1　天津市主要能源消費狀況

本文僅選取幾種具有代表性的能源：煤炭、石油、天然氣和電力，分析天津市能源的消費結構。天津市2005—2012年的主要能源消費情況如下表1：

由數據可知，2005年以后天津市各能源消費大體呈增長趨勢。能源消費總量在2010年時增速較快，達到15.1%；其他年份增速大體均勻，平均速度為每年7.6%。煤炭消費在2010年增長較快，達到15.3%；原油消費在2010年增長迅速，幅度達59.2%，；天然氣在2010年后增長速度稍快，平均為20%；電力于2013年增長較快，增速為16.8%；由此可以看出，天津市第一產業比重很小，能源消費產業占了主要比重，表中產業的產值增漲大致能反映天津市的國民經濟增長。2005—2009年，能源消費彈性系數大體呈緩慢下降的趨勢，說明這段時間能源效率逐漸提升，在2010年上升至0.93，從2010年能源消費總量來看，增速是前些年的兩倍，其中電力消費彈性系數達0.98，說明2010年天津市能源消費有著大幅增長。

（二）天津產業結構的現狀

天津市作為我國北方工業和經濟中心，其第二產業和部分相關第三產業對經濟的拉動作用較大，關于天津市產業結構的數據如下表2：

從產值指標方面來看，國民生產總值逐年增加且增長速度加快，2005—2007年，增長速度平均約為8.5%；2008—2012年，增長速度明顯比以往加快，平均每年約19.2%；2012年和2013年增長速度再次加快，分別為18.4%和31.5%。第一產業增加值占GDP比重相對于第二，三產業來說很小，對能源消費的影響也很微弱，因此，本文實證部分將其作為一項比較序列分析。第二產業增加值占GDP比重從2005—2008年間緩慢上升，2008年之后緩慢下降，而第三產業剛好與其相反，在2005—2008年之前緩慢下降，2008年之后又緩慢上升。從能耗指標方面看，第一產業能耗相比第二、三產業來說較小，第一產業各部門生產對能源依賴很小，并且天津市第一產業的占比少。第二產業能耗在2005—2009平均增長速度約為6%；2010年增速明顯加快，約為18.7%；之后每年平均增速放緩，約為12.3%。第三產業能耗在2008年之前平均增長速度約4.5%，在2008年之后增長速度加快，平均每年約9%。

表2　天津市產業結構狀況

綜上可看出，2008年天津經濟實現了第一次快速增長，而2008年正是第二產業增加值占GDP比重開始下降，第三產業增加值占GDP比重開始上升的一年，也就是說，2008年是產業結構優化調整的一年，說明產業結構的調整優化促進了經濟增長速度的加快，但這段時間能源消耗速度沒有明顯加快；第二產業能耗在2010年之后增長速度明顯加快，到2010年，“十二五”規劃中提出壯大發展包括航空航天產業、石油化工產業、裝備制造產業等支柱產業的發展，這些會加快第二產業能源消耗；第三產業能源消耗速度在2008年之后加快，不僅因為產業結構調整、第三產業比重上升，也和第三產業中運輸業等生產性服務業的發展有關，由于天津市第三產業中，能耗較高的流通類部門比重大于服務類，第三產業的發展主要也是因為生產性服務業發展比較迅速，因此，第三產業的發展結果是使自身能耗速度增加。

三、模型設定與數據說明

灰色系統理論是鄧聚龍教授于1982年創立的。其中，灰色關聯分析方法是將“灰色關聯度”作為衡量因素間關聯程度的一種方法，其基本思路是根據各因素之間發展趨勢，或者說各因素的時間序列曲線走勢的相似程度，來判斷因素之間聯系緊密度。如果在整個系統發展演進的過程中，兩個因素變化的趨勢較為接近，則說明兩個因素的關聯程度較高；反之，則較低。灰色關聯分析法與本文分析主體較為切合，并且天津市產業結構與能源結構的時間序列數據已知。因此，本文運用灰色關聯分析方法來研究產業結構、能源結構兩個子系統之間的函數關系和變化趨勢的相似程度，結合中國經濟數據網和《天津能源統計年鑒2013》上的數據，研究天津市產業結構與能源結構的協調演進規律。

灰色關聯模型通常分以下幾個步驟進行：

（1）確定參考序列和比較序列。參考序列是反映系統行為特征的數列，相當于因變量，通常記作X0= [X0（k）]=[X0（1），X0（2），…X0（k）]；比較序列是影響系統行為的因素組成的數列，相當于自變量，通常記為Xi=[Xi（1），Xi（2），…Xi（k）]。

（2）數據的無量綱化。原始數據的單位往往不一樣，直接比較會影響對結果的判斷。因此本文采用初值法對其進行無量綱化處理，即Xi=Xi（k）/Xi（1）。其中，i=1，2…m（本文m=13，即13個數列種類），k=1，2 …n（本文n=9，即每個數列由2005年到2013年9年的數據組成）。

（3）關聯度的計算。關聯度計算公式為

△0i（k）+ρ△（max）

其中，ρ為分辨系數，一般取ρ=0.5，△（min）為所有時點中參考序列與比較序列兩級最小二階差的絕對值，△（max）為所有時點中參考序列與比較序列最大二階差的絕對值，△0i（k）為參考序列在同一時點k差的絕對值。

（4）求關聯度。關聯度系數只表示各時間點數據之間的關聯程度，是一個時間序列的數據。由于關聯系數涉及的數很多，且均為序列數據，為了方便比較，本文將各個關聯系數通過求平均數來進行集中比較，即∑nXi

能源結構與產業結構的協調系統包括1個協調媒介和12個協調點，具體關系如下表：

表3　能源結構子系統與產業結構子系統

第1個協調點：國民生產總值（GDP）。

第2～4個協調點：第i產業增加值占GDP比重（i=1，2，3）。第i產業增加值占GDP比重作為產業結構子系統中的協調點，反映第i產業在國民經濟中的地位，或者說對國民經濟增加的貢獻大小。之所以選取增加值占GDP比重而不是產值或產值占GDP比重，是因為后兩者是相對靜態的指標，而增加值占比更能反映產業結構變化的動態過程。

第5～7個協調點：第i產業能耗（i=1，2，3）。之所以把這三個指標歸為產業結構子系統而非能源結構子系統，是因為這些指標是以產業來分類的，反映的是各產業的能源消耗，是衡量產業結構的指標。而能源結構主要指的是各能源的消費狀況，是以能源種類來分類的。

第8個協調點：能源消費總量。能源消費總量總體反映能源結構的狀況，也直接影響產業結構。產業結構高級化、生態化要求在保持產業產值增長的情況下盡可能降低能源消耗，即提高能源利用效率。

第9～12個協調點：各個能源的消費總量（包括煤、原油、天然氣、電力）。能源結構直接影響國民經濟各部門的最終用能方式，是以能源種類進行分類的，而煤炭、原油、天然氣、電力四種能源在生產中較為常見，應用歷史較為悠久，范圍也較廣，因此它們最具有代表性。

協調媒介：能源消費彈性系數（能源消費彈性系數體現能源耗費速度與經濟增長速度的比例關系，計算公式為其中，C表示能源消費量。）。

四、實證分析

（一）產業結構經濟效益評價

選取能源結構子系統中具有代表性的指標——能源消費總量，計算產業結構子系統與其的灰色關聯度，進行無量綱化和初值化處理后的相關數據如下表4：

表4　處理后的產業結構子系統指標

計算出關聯度序列：

X1=（1，0.93，0.86，0.71，0.62，0.55，0.46，0.41，0.33）

X2=（1，0.90，0.74，0.65，0.55，0.48，0.43，0.40，0.42）

X3=（1，0.93，0.85，0.82，0.68，0.59，0.53，0.49，0.45）

X4=（1，0.89，0.81，0.72，0.74，0.64，0.58，0.54，0.50）

X5=（1，0.95，0.88，0.80，0.76，0.70，0.68，0.66，0.62）

X6=（1，0.97，0.95，0.94，0.95，0.89，0.85，0.84，0.81）

X7=（1，0.96，0.92，0.94，0.93，0.87，0.80，0.80，0.78）

取算數平均之后得出X1，X2，X3，X4，X10與X5的灰色關聯度

W（X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7）=（0.65，0.62，0.70，0.71，0.78，0.91，0.89）

結果顯示，從產業結構產值增加值方面（X2，X3，X4）看，關聯度從高到低依次是的是X4、X3、X2，但從與能源消費總量（X8）的關系上來看，在2008年及其以前，X3的關聯度較X4高，在2009年及其以后相反，說明天津市產業結構中第二產業比重下降，第三產業比重上升，并且第三產業產值的增加主要依靠能耗相對較高的交通運輸業帶動。

（二）能源結構的經濟效益評價

選取產業結構系統中具有代表性的指標——GDP，計算能源結構子系統與其的灰色關聯度，進行無量綱化和初值化后的數據如下表5：

表5　處理后的能源結構子系統指標

根據公式計算出灰色關聯度系數為：

X8=（1，0.95，0.89，0.77，0.69，0.63，0.53，0.48，0.40）

X9=（1，0.89，0.80，0.67，0.59，0.53，0.45，0.40，0.33）

X10=（1，0.91，0.83，0.63，0.56，0.67，0.57，0.45，0.39）

X11=（1，0.96，0.88，0.92，0.95，0.98，0.88，0.93，0.93）

X12=（1，0.97，0.94，0.78，0.70，0.63，0.53，0.45，0.40）

各序列取平均值后算出關聯度：

W（X8，X9，X10，X11，X12）=（0.70，0.63，0.67，0.94，0.74）

結果顯示，天然氣消費量（X8）與GDP增長關聯度最高，說明天然氣的使用和GDP的增長聯系較為密切，一定程度上說明天然氣的生產效率較其他能源高。其次是電力消費量（X12），電力的構成較為復雜，包括火電、水電、風電等。這些來源的分類也不同，其中水電、風電屬于清潔能源，而火電主要靠煤炭發電，屬于傳統能源。而從結果看出，煤炭消費量（X6）與GDP增長趨勢沒有其他能源強，說明靠煤炭的投入帶動經濟增長相對其他能源的投入來說，效率是最低的。綜上，能源消費種類對國民經濟增長影響大小依次為天然氣、電力、石油、煤炭。可以看出，總體上清潔能源對國民經濟增長的促進作用大于傳統能源。

（三）產業結構與能源結構協調演進分析

能源消費彈性系數是產業結構與能源結構的協調媒介，可以作為衡量能源經濟效率的指標，從能源消費彈性系數計算公式可看出，能源消費彈性系數越低，說明能源結構的經濟效率越高。產業結構與能源結構協調演進分析，可以以能源消費彈性系數作為參考序列，計算產業結構子系統和能源結構子系統中的指標與其灰色關聯度，得關聯序列：

X2=（1，0.96，0.94，0.97，0.85，0.67，0.75，0.79，0.93）

X3=（1，0.98，0.97，0.87，0.98，0.77，0.92，0.99，0.85）

X4=（1，0.95，0.99，0.95，0.91，0.84，0.99，0.90，0.76）

X5=（1，0.99，0.95，0.88，0.90，0.89，0.86，0.77，0.65）

X6=（1，0.96，0.86，0.76，0.75，0.84，0.65，0.59，0.49）

X7=（1，0.99，0.92，0.80，0.79，0.97，0.78，0.69，0.58）

X9=（1，0.97，0.97，0.89，0.91，0.91，0.86，0.80，0.68）

X10=（1，0.99，0.93，0.94，0.96，0.83，0.65，0.68，0.55）

X11=（1，0.91，0.74，0.63，0.62，0.62，0.50，0.40，0.33）

X12=（1，0.96，0.85，0.77，0.76，0.87，0.70，0.67，0.54）

求平均值后可得關聯度系數為：

W（X2，X3，X4，X5，X6，X7，X9，X10，X11，X12）=（0.87，0.93，0.92，0.88，0.77，0.84，0.89，0.84，0.64，0.79）

結果顯示，從產業結構子系統來看，X3與X4與能源消費彈性系數關聯度較高，但是從前面分析看出，X3和X4與國民生產總值的關聯度分別為0.70 和0.71，低于二者與能源消費彈性系數的關聯度（分別為0.93和0.92），說明天津市產業結構中，二、三產業的能源利用效率還不夠高。第二產業能耗（X6）與能源消費彈性系數關聯度較低，前面結果也顯示第二產業能耗與國民經濟關聯度較高（0.91），說明第二產業的發展需要依靠能源的投入，如果簡單的降低第二產業能源投入，將放緩經濟增長速度，其效應將大于帶動能源消費彈性系數下降的效應。關聯度次低的第三產業能耗（X7）為0.84，前面結果顯示第三產業能耗與國民經濟的關聯度（0.89）較第二產業低，說明能源投入第三產業對加速經濟增長的作用不如第二產業明顯。第一產業能耗（X4）與能源消費彈性系數的關聯度高而與國民經濟的關聯度低，說明能源投入第一產業帶來的經濟效益并不高。從能源結構子系統中來看，煤炭消費總量（X9）與能源消費彈性系數灰色關聯度最高，二者的變化趨勢最為一致，說明煤炭使用越多，能源消費彈性系數越大，或者反過來，能源消費彈性系數越大，說明煤炭使用越多，也就是說，煤炭的使用對能源消費彈性系數的影響較大，并且煤炭使用越多，能源結構的經濟效率越低。其次是原油消費總量（X10）、電力消費總量（X12）。關聯度最低的是天然氣消費總量（X11），說明天然氣消費總量與能源消費彈性系數的變化趨勢相似程度最弱，也就是說，天然氣的使用較其他能源對能源消費彈性系數的影響最小，天然氣的經濟效率較其他能源高。

五、政策建議

目前，雖然天津市的第三產業比重開始超過第二產業，但天津市經濟增長長期依賴第二產業，經濟發展的路徑依賴在短期內無法改變。再者，工業化過程中，天津市處于重工業化階段，重工業作為需求方價值鏈長，對中間產品的需求較大；作為供給方其產品附加值高，市場需求彈性低。可以看出，重化工業產業前后關聯度大，對經濟的帶動作用強，因此，重工業化常常伴隨較高的工業增長速度和經濟增長速度。短期內“去重工業化”可能導致破壞產業鏈、產業結構失衡、減緩經濟增長等后果，代價較大。故天津市產業結構的升級以及產業結構與能源結構協調演進，并不能簡單的“去工業化”或者“反工業化”，應該是保持經濟增長的同時，在不斷優化能源結構、提高能源利用效率的基礎上，使產業結構“減工業化”。針對此，本文提出如下政策建議：

（一）合理調整產業結構

第二產業保持合理比重，發展第三產業。第二產業增加值占比與經濟增長關聯度較其他產業高，第二產業能耗與能源消費彈性系數的關聯度較其他產業低。因此，就天津市來說，第二產業對經濟增長的帶動作用較強，從能源結構與產業結構協調方面看，能源投入第二產業的經濟效率較高。因此，天津市在產業結構與能源結構協調演進過程中，不應盲目遵循產業結構升級規律，為了提高第三產業占比而犧牲發展第二產業，應該保持傳統第二產業的優勢，同時大力發展生產性服務業，為第二產業服務。

（二）發展低碳經濟

打造低碳產業鏈。低碳產業包括火電減排、新能源汽車、工業節能與減排、循環經濟等，都是具有很好的效益與前景的朝陽產業。天津市低碳產業的發展初期需要政府的引導和扶植，但不能以政府主導為主，而是要實現以產業化為主的自我循環，制定行業低碳標準和行業規模。同時，產業結構逐步向低碳、生態型產業結構轉變，第二產業要進行技術創新，加大對節能的研發投入，逐步改變能源供應結構，減少對煤炭等化石資源的依賴，大力推廣天然氣，核能、風能等清潔能源的使用；第三產業應大力發展以現代物流、金融保險和信息服務業為主的生產性服務業，這些產業都具有低能耗、低排放和就業帶動能力強的特點。

（三）優化能源結構

促進新能源的開發和運用，鼓勵使用天然氣、清潔能源代替傳統能源。發展天然氣等清潔能源是實現減排目標的有效手段之一，近年來，天然氣等清潔能源在能源結構中越來越受到重視，已在生產、生活中得到廣泛應用，從能源結構的分析中也可以看出，天然氣的使用與經濟增長關聯度最高。使用清潔能源代替傳統能源，已經成為城市優化能源結構，實現節能減排行之有效的手段。因此，天津市可以通過加強政府引導，提供政策支持，具體表現在通過補貼等方式鼓勵企業研發，培養新能源方面的人才；完善市場機制，通過政策的調控，減輕新能源產業的融資和市場進入壁壘，鼓勵企業進入和競爭等，從根本上實現在保持經濟增長的同時節能減排，保護環境的目標。

參考文獻：

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[4]呂明元等.基于線性規劃模型的天津市產業結構低碳化轉型研究[J].技管理研究，2014（19）：55-58.

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[6]劉思峰，蔡華等.灰色關聯分析模型研究進展[J].系統工程理論與實踐，2013（33）：2041-2046.

責任編輯：孟力

作者簡介：吳愛東（1965—），天津商業大學經濟學院。郵編：300134

基金項目：國家社會科學基金一般項目“生態型產業結構評價體系構建與測度：對我國典型區域的實證分析”（13BJY007），天津市教委社科重大項目“京津冀協同構建生態互補型產業結構推進天津市能源結構調整研究”（2014ZD30）

中圖分類號：F061

文獻標識碼：A

文章編號：1006－1255－（2016）01－0008-06