中國能源消費的關鍵路徑研究
——基于結構路徑分析方法

鄧光耀

(蘭州財經大學 統計學院， 甘肅 蘭州 730020)

隨著經濟的高速發展，中國對能源的消費需求越來越大，而能源的供給有限，由此導致能源供求矛盾越來越尖銳。根據《能源發展“十三五規劃”》，2020年中國需要將能源消費總量控制在50億噸標準煤以內。為了實現能源消費總量的控制目標，有必要分析中國能源消費的類型差異、最終使用差異、部門差異，以及隱含能出口目的地差異，為此本文利用結構路徑分析方法，研究中國能源消費的關鍵路徑。

結合投入產出模型的結構路徑分析方法是研究碳排放和能源消費關鍵路徑的一種主流方法。謝銳等(2017)[1]結合結構分解分析和結構路徑分析方法研究了1995—2014年中國碳排放變動的影響因素和關鍵路徑，指出“非金屬礦物制品業→(中間部門)→固定資本形成”和“電力燃氣水的生產供應業→(中間部門)→固定資本形成”分別是驅動中國碳排放實現增加或減少的最關鍵路徑。SHAO L等(2018)[2]研究了2007年和2010年中國各省份的碳排放，指出碳排放最關鍵的部門是電力、燃氣和水的生產供應業。YANG X等(2018)[3]研究了2012年上海能源—水—碳排放傳輸的關鍵路徑，指出最關鍵的部門是通信設備、計算機和其他電子產品制造業。ZHEN W等(2018)[4]研究了2012年中國居民間接能源消費的關鍵路徑，指出“電力與燃氣的生產與供應”“運輸、倉儲、郵政和電信服務”和“房地產服務”等行業是中國居民間接能源消費的最關鍵路徑。FENG C等(2019)[5]研究了2007年和2012年山西省能源和水傳輸的關鍵路徑，指出金屬礦加工和制造業是能源和水供應鏈的關鍵部門。以上文獻主要對中國或者部分省份碳排放的關鍵路徑進行了研究，但是對中國各種能源消費類型、最終使用賬戶、出口目的地以及各部門能源消費關鍵路徑的研究較少。

本文在以上文獻的基礎上，利用投入產出模型和結構路徑分析方法，識別2006—2015年中國能源消費關鍵路徑，并對能源消費類型差異、最終使用差異、部門差異及隱含能出口目的地差異進行研究。

一、研究方法

根據EORA數據庫中中國投入產出表的結構(1)具體投入產出表參見https：∥www.worldmrio.com/countrywise/。，從行方向的平衡關系可得：

AdX+(Yd+Ex)=X

(1)

其中，Ad為中國國內產品的直接消耗系數矩陣，X為總產出列向量，Yd為中國對國內產品的最終使用列向量，Ex為出口列向量。定義列昂惕夫逆矩陣Ld=(I-Ad)-1，其中I為單位矩陣，可得：

X=Ld(Yd+Ex)

(2)

參考DENG G等(2018)[6]，定義直接能耗系數：

(3)

其中，Ei為第i部門的能源使用量，Xi為第i部門的總投入。結合公式(2)和公式(3)，各部門能源消費總量可表示為：

E=eX=eLd(Yd+Ex)

(4)

其中，e為直接能耗系數行向量。參考SU B等(2019)[7]對結構路徑分析的研究，列昂惕夫逆矩陣可分解為：

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項E(0)=e(Yd+Ex)可視為滿足中國最終使用和出口的能源消費量，第2項E(1)=eAd(Yd+Ex)可視為滿足中國E(0)中間需求的能源消費量(即滿足中國最終使用和出口的第一次中間需求所消耗的能源)，第3項E(2)=e(Ad)2(Yd+Ex)可視為滿足中國E(1)中間需求的能源消費量(即滿足中國最終使用和出口的第二次中間需求所消耗的能源)，第4項E(>2)=e(Ad)>2(Yd+Ex)可視為除E(0)、E(1)、E(2)之外的能源消費量(即滿足中國最終使用和出口的第三次及以上中間需求所消耗的能源)。

在EORA數據庫中，中國的投入產出表包括123個部門，能源投入種類包括天然氣、煤、石油、核能、水能、地熱能、風能、太陽和潮汐能、生物能等9種類型，最終使用包括家庭最終消費、為家庭服務的非營利機構、政府最終消費、固定資本形成總額、存貨變動、貴重物品的取得減處置等6大類核算賬戶，另外還包括對阿富汗等189個國家(地區)的出口，因此公式(6)中每一項均可按照部門、能源使用類型、最終使用核算賬戶和出口目的地做進一步分解。具體來說，在計算最終使用部分能源消費時將公式(6)改寫為：

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

(7)

類似于公式(6)，公式(7)右邊的4項可分別記為EYd(0)、EYd(1)、EYd(2)、EYd(>2)。在計算出口部分能源消費時將公式(6)改寫為：

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

(8)

類似于公式(6)，公式(8)右邊的4項可分別記為EEx(0)、EEx(1)、EEx(2)、EEx(>2)。在計算各部門能源消費時將公式(6)改寫為：

e·X=e·(Yd+Ex)+(eAd)·(Yd+Ex)+

(e(Ad)2)·(Yd+Ex)+(e(Ad)>2)·(Yd+Ex)

(9)

其中，·代表向量的點積，也即向量e和X對應元素相乘。類似于公式(6)，公式(9)右邊的4項可分別記為eX(0)、eX(1)、eX(2)、eX(>2)。

二、數據來源

文中中國投入產出表和各部門能源消費數據均來自于EORA數據庫[8-10]。EORA數據庫包括1970—2015年連續年度的進口非競爭型中國投入產出表，本文選取2006—2015年的數據進行研究。另外，由于投入產出表的編制較為繁瑣，2015年已是最新數據；中國特指中國大陸，中國的港澳臺地區單列。

三、實證分析

(一)不同能源消費類型的結構路徑分析

利用公式(6)計算可得2006—2015年中國9類能源消費的結構路徑分析結果，2006年和2015年的結果如表1所示：

表1 2006年和2015年中國9類能源消費的結構路徑分析 103TJ

從表1可以看到：(1)E(0)、E(1)、E(2)、E(>2)4項之和為中國各類能源的消費量，根據以上4項之和可知：在2006年和2015年，中國能源消費的主要種類是煤和石油，其次是水能、天然氣、核能和生物能，而對地熱能、風能、太陽和潮汐能消費較少。消費量較大的能源種類，對應的分解項也較大。(2)天然氣、煤、石油、核能、水能和風能E0值小于E1值，這說明以上6類能源中國最終使用和出口的能源消費量大于滿足中國最終使用和出口的第一次中間需求所消耗的能源。地熱能、太陽能和潮汐能、生物能則與以上6類能源的情況相反。(3)對表1中9類能源來說，均有E1值大于E2值，這說明滿足中國最終使用和出口的第一次中間需求所消耗的能源量大于滿足中國最終使用和出口的第二次中間需求所消耗的能源量。

本文進一步以9類能源消費總量為例，說明2006—2015年中國能源消費的結構路徑，如圖1所示：

圖1 2006—2015年中國能源消費的結構路徑

從圖1可以看到：2006—2015年中國能源消費的前3個分解項E(0)、E(1)和E(2)的趨勢基本一致，除最初幾年外，大部分年份保持增長的趨勢。另外，在2006—2011年，第4分解項E(>2)保持上升的趨勢，在2011—2015年大體上呈現下降的趨勢。

本文接下來以9類能源消費總量為例，說明2006—2015年中國最終使用部分、出口部分以及各部門能源消費的結構路徑。

(二)最終使用部分能源消費的結構路徑分析

2006年和2015年家庭最終消費、為家庭服務的非營利機構、政府最終消費、固定資本形成總額、存貨變動、貴重物品的取得減處置等6大類中國最終使用核算賬戶能源消費的結構路徑分析結果如表2所示：

表2 2006年和2015年最終使用部分能源消費的結構路徑分析 103TJ

從表2可以看到：(1)無論是2006年還是2015年，在6大類最終使用核算賬戶中，按照能源消費量排序，依次是固定資本形成總額、家庭最終消費、政府最終消費、存貨變動、為家庭服務的非盈利機構、貴重物品的取得減處置。(2)對家庭最終消費和為家庭服務的非營利機構來說，無論是2006年還是2015年，按能源消費量排序，依次是EYd(>2)、EYd(0)、EYd(1)、EYd(2)。對固定資本形成總額和貴重物品的取得減處置來說，無論是2006年還是2015年，按能源消費量排序，依次是EYd(>2)、EYd(1)、EYd(2)和EYd(0)。對政府最終消費來說，2006年按能源消費量排序依次是EYd(>2)、EYd(1)、EYd(2)和EYd(0)，2015年則變為EYd(>2)、EYd(1)、EYd(0)和EYd(2)。對存貨變動來說，2006年按能源消費量排序依次是EYd(>2)、EYd(2)、EYd(1)和EYd(0)，2019年則變為EYd(>2)、EYd(1)、EYd(0)和EYd(2)。(3)2015年6大類最終使用核算賬戶各分解項所對應的能源消費量均大于2006年的值。另外，2006年存貨變動的EYd(0)為負值，因此，在中國2006年投入產出表中大多數部門的存貨變動為負值。

本文進一步以4個分解項的合計值為例，說明2006—2015年6大類最終使用核算賬戶能源消費量的變化趨勢，如圖2所示：

圖2 2006—2015年6大類最終使用核算賬戶能源消費量

從圖2可以看到：2006—2015年，固定資本形成總額的能源消費量最多，其次是滿足家庭最終消費所消耗的能源，再次是滿足政府最終消費所消耗的能源，最后是存貨變動、為家庭服務的非營利機構以及貴重物品的取得減處置的能源消費量，這與投入產出表中6大類最終使用核算賬戶價值量次序是一致的。另外，6大類最終使用核算賬戶的能源消費量在2006—2015年呈現增加的趨勢，雖然部分年度出現了短暫下降。

(三)出口部分能源消費的結構路徑分析

由于EORA數據庫中中國的隱含能出口目的地多達189個，因此本文只研究中國對德國、印度、日本、韓國和美國等隱含能出口較多的國家以及中國香港地區進行結構路徑分析。另外，本部分的能源出口不是指能源的直接出口，而是指產品或者服務中隱含的能源出口，也即隱含能出口。2006年和2015年中國對世界主要國家(地區)隱含能出口的結構路徑分析結果如表3所示：

表3 2006和2015年中國對世界主要國家(地區)隱含能出口的結構路徑 103TJ

從表3可以看到：(1)在中國對世界主要國家(地區)隱含能出口各分解項和合計值中，無論是2006年還是2015年，中國對美國的隱含能出口量最大。根據隱含能出口量的計算公式(公式8)，能耗結構、直接消耗系數以及產品出口結構和出口量均會影響隱含能出口量，不過已有研究表明[11]，在以上各因素中，產品的出口量是影響隱含能出口量的最關鍵因素，因此中國對美國的隱含能出口量最大的最主要原因是中國對美國的產品或服務的出口量最大。(2)除印度的第2項EEx(1)、第3項EEx(2)和第4項EEx(>2)外，與2006年相比，2015年中國對其他5個國家(地區)的隱含能出口各分解項和合計值均下降。雖然與2006年相比，2015年中國對各國(地區)產品和服務的出口額上升，但是由于節能技術的提高，根據EORA數據庫中的數據計算得到的單位產出產品和服務所消耗的能源在下降，也即公式(6)中直接能耗系數e下降，因此，與2006年相比，2015年中國對德國等國家(地區)的隱含能出口下降。另外從圖1也可以看到，與2006年相比，2015年中國的能源消費量增加得不多，但是2015年中國各部門的總產出比2006年增加了很多，因此根據公式(6)計算得到的各部門直接能耗系數下降得較多。

本文進一步分析2006—2015年中國對世界主要國家(地區)隱含能出口(對應表3中合計值)的變化趨勢，如圖3所示：

圖3 2006—2015年中國對世界主要國家(地區)的隱含能出口量

從圖3可以看到：(1)2006—2015年，中國對世界主要國家(地區)的隱含能出口量大體上經歷了減少到增加再到減少的變化，其中2006—2009年減少，2009—2011年增加，2011—2015年再次減少。隱含能出口量減少的主要原因是節能技術的提高以及高能耗產品和服務出口量的減少，隱含能出口量增加的原因是產品和服務出口量的增加。總體來說，近年來中國經濟逐步邁入新時代，經濟增長從高速發展階段逐漸過渡到高質量發展階段，減少了高能耗產業和服務的出口，并且提高了節能技術，從而與2006年相比，2015年中國對世界主要國家(地區)的隱含能出口量下降。(2)2006—2015年，中國對美國的隱含能出口量最大，其次是中國香港和日本，再次是德國和韓國，最后是印度。

需要說明的是，本文采用的是進口非競爭型投入產出表，隱含能進口量的計算與其他國家對能源的消費有關(不同國家的直接能源消耗系數不同)，進口產品的生產不需要消耗中國的能源，因此本文未進一步對隱含能進口進行結構路徑分析。

(四)各部門能源消費的結構路徑分析

由于EOAR數據庫中中國投入產出表包括的部門多達123個，本文根據國民經濟行業分類標準(GB/T 4754-2017)，將123個部門合并為15個部門，然后對合并之后的部門進行結構路徑分析。2015年中國各部門能源消費的結構路徑如下：

從表4可以看到：(1)在農業等15個部門中，2015年能源消費最大的部門是建筑業，建筑業能源消費占全行業能源消費的1/3左右。在建筑業能源消費的4個分解項中，第4個分解項eX(>2)最大，這說明建筑業能源消費主要是為了滿足中國最終使用和出口第三次及以上的中間需求，結合建筑業能源消費占全行業能源消費的1/3左右的結果，可以得出建筑業eX(>2)是中國能源消費的最關鍵路徑。(2)在4個分解項中，非金屬制品業、電力燃氣和水的生產供應業、交通運輸業的第1項eX(0)大于其他3項；采礦業、石化業的第2項eX(1)大于其他3項；農業、食品和煙草制造業、紡織業、木材和造紙業、文體用品制造業、金屬制造業、機械制造業、其他制造業、建筑業和其他服務業均是第4項eX(>2)大于其他3項。

表4 2015年中國各部門能源消費的結構路徑 103TJ

本文進一步以建筑業為例，說明2006—2015年中國能源消費的變化趨勢，從圖4可以看到：(1)在2006—2015年中國建筑業能源消費各分解項中，按照大小排序依次是eX(>2)、eX(1)、eX(2)和eX(0)。(2)從趨勢來看，建筑業能源消費的第1項eX(0)保持增長的趨勢；第2項eX(1)和第3項eX(2)趨勢基本一致，在2006—2007年先短暫下降，之后在2007—2015年逐漸上升；第4項eX(>2)則先在2006—2011年快速增長，在2011—2013年變化幅度不大，之后在2013—2015年逐漸下降。

圖4 2006—2015年中國建筑業能源消費

四、結論與啟示

本文利用EORA數據庫中中國非競爭型投入產出表和能源消費數據，研究了2006—2015年中國能源消費的關鍵路徑，實證結果發現：(1)中國能源消費的主要種類是煤和石油，其次是水能、天然氣、核能和生物能，而對地熱能、風能、太陽和潮汐能消費較少。(2)在6大類最終使用核算賬戶中，按照能源消費量排序，依次是固定資本形成總額、家庭最終消費、政府最終消費、存貨變動、為家庭服務的非盈利機構、貴重物品的取得減處置。(3)在中國隱含能出口的189個國家(地區)中，中國對美國的隱含能出口量最大。(4)在15個行業中，建筑業對能源消費最大，建筑業能源消費占全行業能源消費的1/3左右，最關鍵的路徑是滿足中國最終使用和出口部分第三次及以上中間需求的建筑業能源消費。

根據以上研究結論，可得以下政策啟示：(1)中國現階段能源消費的主要類型仍然是會產生較高污染的化石能源，對清潔能源的消費量較少，因此為了控制環境污染，需要逐步降低化石能源消費量，擴大水能、核能、風能、太陽能等清潔能源的消費量。(2)從可持續發展角度來說，能源消費需要在投資和居民消費之間保持平衡。(3)在能源供給壓力較大時，需要適度控制對其他國家的隱含能出口，增加從其他國家的隱含能進口。(4)由于建筑業能源消費量最大，因此需要大力發展建筑節能材料，更新節能技術，并注意與上下游行業的同步發展。

需要說明的是，本文中最新的數據截至2015年，由于近年來新能源、新產業逐步涌現，2016—2020年中國的能源消費結構可能會發生較大改變，特別是歐佩克與俄羅斯之間的原油價格博弈會對2020年以及以后年度中國的能源消費結構產生較大影響，從而本文的研究結論與現實的吻合度有待商榷，這是本文以及其他利用投入產出模型來研究能源消費關鍵路徑的文獻[3-5]的不足之處。