一种能源消耗强度影响因素分解的新方法

一种能源消耗强度影响因素分解的新方法・137・

一种能源消耗强度

影响因素分解的新方法

韩　颖　马　萍　刘　璐

(东北大学工商管理学院)

【摘要】研究能源消费各影响因素对能源消费的影响程度是降低能耗节约能源

的基础。能源消耗强度影响因素分解是测度能源消耗强度影响程度的一类方法, 对这类方法的研究和应用有极其重要的现实意义。本文提出了一种能源消耗强度影响因素分解的新方法, 该方法分别利用对数平均迪氏指数法和投入产出法的优势, 在完全分解交互项的同时, 充分考虑部门之间的消耗及产品结构变化等特点。通过将此方法用于中国能源强度影响因素分解的结果证明, 该方法是一种行之有效的分解方法。

关键词　能源消耗强度　影响因素分解　　中图分类号　F06211　　Method of Influential

F actors on E nergy Consumption Intensity

　　Abstract :To st udy t he influential degree of energy consumption influential factors impacting on energy consumption is t he foundation of reducing energy con 2sumption and saving energy 1Energy consumption intensity influential factors de 2compo sition is a class met hod of measuring t he influential degree of energy con 2sumption intensity influential factors impacting on energy consumption intensity 1So t he research and application of t hese met hods are ext remely important and practical significance 1This paper present s a new app roach on energy consumption intensity influential factors decompo sition 1This met hod , which takes advantage of L MDI and inp ut -outp ut t heory , makes t he alternative item decomposed completely and f ully considers t he character of t he consumption and t he st ruct ural change of prod 2uct between sectors 1The met hod is used for energy consumption intensity influen 2tial factors decomposition in China 1The result shows t hat t he met hod is very effec 2tive 1

K ey w ords :Energy Consumption Intensity ; Influential Factors Decompo si 2

tion ; L MDI ; Inp ut -Outp ut Theory

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一、问题的提出

能源是人类生存和进行生产的重要物质基础, 是经济增长和社会发展所必需的生产要素, 是实现经济可持续发展的先决条件。随着经济发展, 能源供求矛盾日益激化。在保证经济发展的前提下, 减少能源消费, 既是缓解能源供求矛盾的要求, 也是减少污染排放、保护生存环境的需要。目前世界各国在寻求能源可持续发展道路的同时, 都把提高能源利用效率、降低能源消耗强度成为能源发展战略的关键环节。

能源消耗强度是能源利用效率的经济指标, 指一个国家或地区或部门或行业, 一定时间内单位产出的能源消耗量, 是能源利用的度量指标。

改革开放以来, 中国经济实现了持续快速增长。现阶段中国已是世界能源消耗大国, 能源已经成为制约经济增长的瓶颈。2002～2004年随着经济增长的加速, 能源消耗强度开始上升; 2006年能源消耗强度才由升转降, 主要能源的平均消耗强度比世界平均水平高出90%, 能源消耗强度远远高于世界平均水平。为扭转日益严峻的能源形势, 缓和经济发展和能源紧张的矛盾, 提升经济发展质量, “十一五”发展规划提出了实现降低能源消耗强度20%的目标。但2006年、2007年的实际情况不容乐观, 能源消耗强度虽有所下降, 但未完成降低4%的年度目标, 加大了“十一五”降低能源消耗强度目标的实现难度、, 。

研究能源消耗强度影响因素, 度的基础和前提。, 具有重要的理论意义和:指数分解法、结构分解法。指数分解法主要分为拉氏指数法和迪氏指数法。拉氏指数法(Laspeyres Index Decomposition ) 是假定其他因素不变, 直接对各个因素进行微分, 从而求出某一因素的变化对被分解变量的影响, 这是最为常见的一种分解方法, 在20世纪70年代末、80年代初被广泛应用。迪氏指数法(Divisia Index Decomposition ) , 由法国数学家Divisia 于1924年提出, 这种方法的宗旨是把分解出的各个因素都看成是时间t 的连续可微函数, 对时间进行微分, 然后分解出各个因素的变化对被分解变量的影响。与迪氏指数法相比, 拉氏指数法的乘数分解关系很难割裂, 因此迪氏指数法被广泛应用。随着迪氏指数法的不断发展, 更加完善的对数平均迪氏指数法(Logarithmic Mean Divisia Index , L MDI ) 被提出, 是目前各种方法中相对更为合理的一种。在计算中, LMDI 可以将余项完全分解, 不会出现不可解释的余项。除了剩余问题之外, Ang B 1W 1等(2007) 对分解中存在着0值和负值的问题进行了深入研究, 使L MDI 能够很好的处理0值和负值的情况, 使得该分解方法可以适用于任何情形的分析。Chunbo Ma 等(2008) 利用L MDI 对1980～2003年中国能源消耗强度影响因素进行分解。高振宇、王益(2007) 采用L MDI 对中国“六五”以来的能源消费情况进行分解分析, 探讨产业结构变动和产业内效率提高对能源消费和总体单位能耗的影响。施凤丹(2008) 通过L MDI 将1997～2002年中国工业能源消费及煤炭消费、石油消费分别分解为产量效应、结构效应和强度效应。王伟群、周德群等(2008) 利用L MDI 分三阶段对中国能源强度变化进行了分析, 研究中国能源强度变化的原因。周鹏等(2007) 利用L MDI 对1995～2005年中国五部门的综合能源效率的变化进行了实际测算。欧育辉、刘

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轶芳(2007) 等利用L MDI 对中国各个行业在一年的能耗增长进行研究, 将总能耗增长量分解为部分生产效应、结构效应和强度效应。L MDI 在分解过程中可将交互项完全分解, 结果唯一, 但只考虑直接需求变化, 并未考虑中间需求变化, 忽略了部门间消耗数量或消耗结构变化对能源消耗的影响。

结构分解法(St ruct ural Decompo sition Analysis , SDA ) , 基本思想是把经济变量按照一定的经济联系和数学规则, 将分解的因素再细化, 进而拓宽了分析的功能, 使经济分析更加透彻、方便、系统。投入产出分析基于投入产出表, 揭示了部门之间完全联系, 其考虑的因素更多, 分析的结论也更为精确。近年来, SDA 与投入产出分析相结合, 常被称为基于SDA 的投入产出法(以下简称结合法) 。结合法已经用于研究经济增长因素、劳动力、价格、能源和环境等问题, 是投入产出分析领域的一个新热点。目前, 结合法在能源研究中被广泛应用。Rose (1996) 通过K L EM (资本、劳动力、能源和原材料) 生产函数和结合法, 分析了1972～1982年美国能耗变化情况。王海建(1999) 在中国1987年和1992年18部门投入产出表的基础上, 用结合法研究了技术结构变化、最终需求结构变化和能源消费之间的关系。刘起运、彭春燕(2002) 利用投入产出分析方法从能源消耗角度研究了中国结构转变中的产业关联变动。王火根、沈利生(2008) 利用结合法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。梁进社、郑蔚等(2007) 、中间需求效应、最终产品结构与中国能源消费的关系。、(出表的基础上, 利用结构分解分析, 、经济增长方式和节能技术变化4, (2006) 利用结合法分析了中国。SDA 法本身的原因, 使结合法在分解过程中会产, 、因素权重的可比性不强、交互影响分解难等问题。虽然为解决结合法的上述问题, 提出了如两极分解法、中点权分解法、加权平均分解法等多种方法。但是这些方法不能将交互项完全分解, 从而产生下列现象:一是分解结果与实际结果有误差; 二是由于交互项归到非交互项的方式不一样, 表现形式不同, 导致分解结果不同。

从上述分析可以看出, 无论是使用SDA (包括结合法) 还是L MDI 都有其优势, 也存在某些方面的不足。

本文将能源消耗强度作为被分解变量, 设计了一种能源消耗强度影响因素分解新方法。该方法充分利用L MDI 、投入产出分析的优势, 解决了交互项的问题(即交互项不能完全分解) , 并在能源消耗强度影响因素分解中, 能够反映部门间消耗数量或消耗结构变化对能源消耗强度变化的影响。用该方法对中国能源消耗强度影响因素进行分解, 得到各影响因素对能源消耗强度影响程度, 以验证所设计方法的有效性。

二、能源消耗强度影响因素分解新方法的设计

部门间消耗数量或消耗结构影响能源消耗强度, L MDI 不能反映这种影响。基于此, 设计了一种能源消耗强度影响因素分解的新方法(以下简称新方法) 很有意义。

新方法设计的基本思想:在能源消耗强度影响因素分解时, 能够反映部门间消耗数量或消耗结构变化对能源消耗强度变化的影响, 交互项能够完全分解, 分解结果唯一且精确。

实现新方法设计思想的基本思路:因L MDI 具有在分解过程中将交互项完全分解, 分

・140・《数量经济技术经济研究》2010年第4期

解结果唯一且精确的优势, 投入产出分析方法具有能够反应部门之间消耗数量、消耗结构的特点, 因此综合运用L MDI 与投入产出分析方法, 就可以实现新方法的设计思想。

新方法的实现步骤:首先根据能源消耗强度定义, 运用投入产出分析方法, 推导出能源消耗强度与其影响因素的关系式(简称能源消耗强度模型) , 即构建能源消耗强度模型; 然后, 以能源消耗强度为被分解变量, 根据能源消耗强度模型, 采用L MDI 方法, 构建基于L MDI 的能源消耗强度模型(简称能源消耗强度综合模型) , 通过能源消耗强度综合模型, 得到能源消耗强度影响因素的分解结果; 最后, 根据分解结果计算各影响因素变动对能源消耗强度变动的影响程度。

新方法的具体步骤如下。

1. 构建能源消耗强度模型

构建能源消耗强度模型就是要寻找能源消耗强度与部门间消耗结构之间的数量关系, 并将这种数量关系用数学手段描述出来, 为能源消耗强度影响因素分解提供基本条件。

能源消耗强度模型的构建过程如下。

若国民经济由n 个部门构成, 有关符号及含义如下:

e 为单位最终产品能源消耗(即能源消耗强度) , E i 为i 部门生产中消耗的能源总量(i =1, 2, …, n ) , X i 为i 部门的总产出(i =1, 2, …, n ) , X =(X 1, X 2, X n ) ′表示国民经济各部门总产出向量, b i 为i (, , n ) , 代表部门能源利用率, B =(b 1, b 2, …, b n ) i 为i 部门的最终产品(i =1, 2, …, n ) , Y Y 1, , n ) , W =(w 1, w , n ) , 各分量之和等于1, A =(a ij ) n n Z (z ij n ×n 表示中间需求矩阵, 反映国民经济各部门间的完全消耗n 则有:

i =1×Y =W i (1) ∑Y (I -A ) -1=Z (2)

由能源消耗强度的定义, 可将能源消耗强度表示为:

e =n ∑E

∑Y X i i (3) i i =1第i (i =1, 2, …, n ) 部门能源利用率用可表示为:b i =(4)

由式(4) 得到:

E i =b i ・X i 　(i =1, 2, …, n ) (5)

将式(5) 代入式(3) , 得:

一种能源消耗强度影响因素分解的新方法・141・

(6) e =n

i =1・B ・X i ∑Y 投入产出的行平衡关系式为:

X =(I -A ) -1Y (7)

将式(7) 代入式(6) , 得:

e =n

i =1n ・B (I -A ) i -1Y =B (I -A ) -1Y/∑Y i =1∑Y i (8)

将式(1) 和式(2) 代入式(8) , 得:

e =B ZW (9)

在式(9) 中:B 表示部门能源利用率, 是一种综合反映行业能源技术水平的大小的指标, 表示技术效应; Z 表示中间需求, 可反映各部门在分析时期相互间投入与产出的情况; W 表示最终产品结构, 反映了各部门最终产品占最终产品合计的情况。

2. 构建能源消耗强度综合模型

构建能源消耗强度综合模型就是要通过数学方法, 系, , 将能源, 确定能源消耗源消耗强度综合模型的具体构建过程如下。

利用L MDI 对式(9) 进行分解, 得:

de =dB +d Z +d W B Z W (10)

对式(10) 两边进行积分, 得:

∫de =dB +B d Z +Z d W W (11)

能源消耗强度变动可表示为:

Δe =Δe (B ) +Δe (Z ) +Δe (W )

式(12) 中:

Δe (B ) =

Δe (Z ) =

Δe (W ) =(12) dB B d Z 5Z (13) (14) (15) d W W

・142・《数量经济技术经济研究》2010年第4期

由矩阵全微分定理, 式(13) 、式(14) 、式(15) 分别表示为式(16) 、式(17) 、式(18) :

Δe (B ) =

n l =1n ∑5b db 0b l b l T l l (16)

(17)

(18) Δe (Z ) =p =1q =1n ∑∑∫z pq 0z pq T dz pq z pq k Δe (W ) =k =1∑w w k 0w k T dw k

式(16) 、式(17) 、式(18) 中:T 和0分别表示分析期和基期(下同) 。

对式(16) 、式(17) 、式(18) 进一步整理, 分别得到式(19) 、式(20) 、式(21) :

n n i ij T

Δe (B ) =

=l =1b l T ∑0b l b l db l =b l n n q =1∑0b l b l T 5(∑∑b z b l w j ) db l ∫∑∑0b l n b l z lj w j l =1j =1b l

i (19) n n

Δe (Z ) =

p 1=1z pq

0T z z pq T z pq z pq n p 1q =z pq z (∑b w j pq z pq p =1=1

n w k

w k

n 0T p z pq w (20) n n i ij Δe (W ) =

=k =1w k T ∑w n

w k i =1k =10k dw k =w k k =1∑w k 0n w k T 5(∑∑b z w k w j ) dw k ∫∑∑b z i ik w k (21)

由积分中值定理, 式(19) 、式(20) 、式(21) 可分别表示为式(22) 、式(23) 、式(24) :

n n T Δe (B ) =

Δe (Z ) =

Δe (w ) =l =1j =1n n ∑∑b l z lj w j () ln 0b l (22) (23) (24) p =1q =1n n ∑∑

i =1k =1b p z pq w q () ln 0z pq b i z ik w k () ln 0w k T T ∑∑

由对数平均式, 式(22) 、式(23) 、式(24) 可分别表示为式(25) 、式(26) 、式(27) :

n n

Δe (B ) =

l =1j =1∑ln (b l z lj w j ) T T 0T 0ln 0-ln (b l z lj w j ) b l (25)

一种能源消耗强度影响因素分解的新方法

n n ・143・

Δe (Z ) =

Δe (W ) =p =1q =1n n ∑i =1k =1ln (b p z pq w q ) ln (b i z ik w k ) T T 0T 0ln 0-ln (b p z pq w q ) z pq 0T 0ln 0-ln (b i z ik w k ) w k (26) (27) ∑T T

3. 计算各影响因素对能源消耗强度的影响程度

根据各影响因素变动与能源消耗强度变动的关系式, 计算各影响因素变动对能源消耗强度变动的影响程度, 确定各影响因素的重要性, 为有关部门制定能源节约政策或措施提供可靠的基础资料。

各影响因素变动对能源消耗强度变动的影响程度计算过程如下:

由式(25～27) 可以得到各影响因素变动情况, 式(12) 表示能源消耗强度变动与其影响因素变动的数量关系, 从而得到源消耗强度影响因素分解结果; 根据分解结果, 计算各影响因素变动对能源消耗强度变动的影响程度。

由式(25) 和式(12) 可以得到, B 的变动对能源消耗强度变动的影响程度为:

×100Δe

由式(26) 和式(12) 可以得到, Z Δ() Δ×

由式(27) 和式(, W :

100Δe ×(30) (29) (28)

由此可见, 新方法可将能源消耗强度变动分解为部门能源利用率变动、中间需求变动、最终产品结构变动等3个影响因素, 且分解结果唯一、精确, 并可以得到每个影响因素变动对能源消耗强度变动的影响程度, 实现了新方法的基本思想设计。

三、新方法应用的实证检验

用新方法对中国能源消耗强度影响因素进行分解, 实证检验新方法的有效性。

自1997年, 中国的节能工作取得了显著的成效, 能源消耗强度曾一度持续下降。2002年以后, 随着经济增长的加速, 能源消耗强度开始上升。2006年能源消耗强度才由升转降。根据获得资料的可能性, 选择中国1997年、2002年、2005年的实际数据, 用新方法对中国1997～2005年8年间的能源消耗强度影响因素进行分解。

1. 原始资料来源与资料整理

本文所用原始数据主要有:1997年124个部门的价值型投入产出表、2002年42个部门的价值型投入产出表、2005年17个部门的价值型投入产出表; 1997年、2002年和2005年44个部门的能源消费量(折成标准煤) 。资料基本来源于《中国能源统计年鉴》、《中国统计年鉴》。

根据原始数据涉及的部门情况, 选择其中15个部门, 分别是农业、采掘业、食品制造业、纺织缝纫及皮革产品制造业、其他制造业、电力及蒸汽水生产和供应业、炼焦煤气及石油加工业、化学工业、建筑材料及其他非金属矿物制品业、金属产品制造业、机械设备制造

・144・《数量经济技术经济研究》2010年第4期

业、建筑业、运输邮电业、商业饮食业、其他服务业。

将1997年124个部门、2002年42个部门、2005年17个部门的价值型投入产出表整理合并为同年的15个部门的投入产出表; 以各年15个部门的投入产出表为基础, 计算各年的有关系数; 再将1997年、2002年、2005年44个部门能源消费量合并为各年15个部门能源消费量。

2. 中国能源消耗强度影响因素分解

中国能源消耗强度影响因素分解步骤:将分析期和基期的有关数据代入式(25～27) 和式(12) 中; 再将得到的结果代入式(28～30) 中。从而得到部门能源利用率变动、中间需求变动、最终产品结构变动对能源消耗强度变动的影响状况。

将中国能源消耗强度影响因素分解分为两个阶段:第一阶段1997～2002年, 第二阶段2002～2005年。

(1) 1997～2002年能源消耗强度影响因素分解。1997年、2002年分别作为基期和分析期, 按上述步骤对1997～2002年的能源消耗强度影响因素进行分解, 有关分解结果见表1。表1

影响因素

部门能源利用率

中间需求

1997～2002年中国能源消耗强度影响因素分解的有关结果分解结果(吨标准煤/万元) -0162401147--01801(%) [1**********]00

　　由1997～2002年的分解的有关结果, 可以得到, 在此期间中国能源消耗强度总体呈现下降趋势, 能源消耗强度变化与其影响因素变化的关系主要有以下三点:

第一, 部门能源利用率变动对能源消耗强度总变化的影响为负。表明如果其他因素保持不变, 由于部门能源利用率的变动使得能源消耗强度减少了01624吨标准煤/万元, 部门能源利用率变动对能源消耗强度减少的贡献为77191%, 贡献最大, 说明表示技术水平的部门能源利用率的变动对能源消耗强度减少的影响最为显著。也说明1997～2002年间中国通过引进先进设备和加强各行业技术改造, 对能源消耗强度下降起到了绝对的作用。

第二, 中间需求变动对能源消耗强度总变化的影响为负。表明如果其他因素保持不变, 由于中间需求的变动使得能源消耗强度减少了01147吨标准煤/万元, 中间需求的变动对能源消耗强度减少的贡献为18135%, 中间需求变动对能源消耗强度减少的影响也较为显著。

第三, 最终产品结构变动对能源消耗强度总变化的影响为负。表明如果其他因素保持不变, 由于最终产品结构的变动使得能源消耗强度减少了01030吨标准煤/万元, 最终产品结构的变动对能源消耗强度减少的贡献为3174%, 最终产品结构变动对能源消耗强度减少的影响最小。

(2) 2002～2005年能源消耗强度影响因素分解。2002年、2005年分别作为基期和分析期, 按步骤对2002～2005年的能源消耗强度影响因素进行分解, 有关分解结果见表2。

一种能源消耗强度影响因素分解的新方法

表2

影响因素

部门能源利用率

中间需求

最终产品结构

能源消耗强度2002～2005年中国能源消耗强度影响因素分解的有关结果・145・分解结果(吨标准煤/万元) -[***********]75各因素对能源消耗强度总变化的影响程度(%) -[***********]0100

　　由2002～2005年的分解结果, 可以得到, 在此期间中国能源消耗强度总体呈现上升趋势, 能源消耗强度变化与其影响因素变化的关系主要有以下三点:

第一, 部门能源利用率变动对能源消耗强度总变化的影响为负。表明如果其他因素保持不变, 由于部门能源利用率的变动使得能源消耗强度减少了01264吨标准煤/万元, 部门能源利用率的变动对能源消耗强度增加的贡献为-95186%, 表示部门能源利用率变化抑制能源消耗强度增加, 说明中国通过引进先进设备和加强各行业技术改造, 对降低能源消耗强度起到了绝对的作用。

第二, 中间需求变动对能源消耗强度总变化的影响为正, 由于中间需求的变动使得能源消耗强度增加了01470万元, 源消耗强度增加的贡献为170171%, 。

第三, 变, 0/万元, 最终产品结构251。

3. 对中国能源消耗强度影响因素分解结果说明, 中国在两个阶段的能源消耗强度呈现如下特点:

第一, 能源消耗强度的总体趋势呈现第一阶段下降, 第二阶段上升的特点。

第二, 部门能源利用率变动或有助于能源强度的降低或抑制能源强度的增加。说明降低部门能源率是降低能源消耗强度的主要途径。

第三, 第一阶段中间需求变动对能源消耗强度的降低起较大的促进作用; 第二阶段中间需求变动对能源消耗强度的增加有很强的促进作用。中间需求变动主要是技术因素和结构因素二者共同作用的结果。2002～2005年结构变动对于中间需求的影响大于技术因素。因此2002～2005年中间需求变动使能源消耗强度增加主要是受经济结构变化的影响。2002～2005年中国进入工业化中期发展阶段, 工业结构重型化, 城市化进程加快, 大规模城市基础设施建设和住房供给增加了高耗能产品的需求, 钢铁行业、化工行业、建筑材料行业等重化工行业得到快速的发展, 由于高耗能部门的扩张, 并带来能源在中间联系中的相互推动和扩张, 使得能源消耗强度呈现上升趋势。

第四, 第一阶段最终产品结构变动对能源消耗强度的降低有一定的促进作用, 第二阶段最终产品结构变动对能源消耗强度的增加有一定的促进作用。因此需要对产品结构进行调整。

用新方法实现了对中国能源消耗强度影响因素的分解, 分解结果与实际情况基本一致。

・146・《数量经济技术经济研究》2010年第4期

四、结　　论

节能减排是倍受世界关注的问题, 节能是减排的有效手段, 研究节能具有更重要的意义。能源消耗影响因素对能源消耗影响程度的研究成果, 对节能政策、措施的提出及实施具有重要的指导意义。

本文以L MDI 与投入产出分析方法为基础, 充分利用投入产出分析法和L MDI 的优势, 设计了一种能源强度影响因素分解的新方法。用新方法能够得到部门能源利用率、中间需求、最终产品结构变动对能源消耗强度变动之间的数量关系, 达到能源消耗强度影响因素分解的目的, 获得各影响因素对能源消耗强度影响程度的具体结果。新方法考虑了部门结构变化对能源消耗强度变动的影响, 所得到的分解结果是唯一且精确的。新方法的结果可为有关机构制定能源节约政策或采取节能措施提供可靠、明确、有效的依据。将新方法用于中国1997～2005年能源消耗强度影响因素分解, 实证检验了新方法, 得到的结果与实际情况比较吻合, 说明该方法具有可操作性和实用性, 是一种能源消耗强度影响因素有效的分解方法。

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(责任编辑:陈卫宾; 校对:吕小玲)