中国能源利用效率综合评价与分析研究

中国能源利用效率综合评价与分析研究编者按 传统意义上的能源效率研究只是就能源论能源，忽视了能源-经济-环境之间的内在联系。为此，中国科协发展研究中心能源利用效率研究课题组，构建了一个包括能源、经济和环境3个子系统、6个一级指标、12个二级指标的能源利用效率综合评价指标体系。相对于单一的能源利用效率评价体系，这个评价指标体系的特色是将经济和环境作为能源利用效率评价中至关重要的子系统和因素。此外，课题组利用该评价指标体系对我国1985-2007年间的能源利用效率进行综合评价与分析，并提出对策建议。关键词： 能源 利用效率 评价 一、能源-经济-环境系统的能源利用效率评价指标体系能源-经济-环境系统是一个非线性的复杂系统，该系统下的能源利用效率涵盖的范围较广。因此，对其进行评价时仅仅依靠单个指标是不够的，需要采用多指标综合评价分析，即由多个具有内在联系的指标按一定的结构层次组合在一起构成评价指标体系。1、指标体系本报告构建了能源-经济-环境系统的能源利用效率评价指标体系，包含3个子系统、6个一级指标和12个二级指标，如表1所示。表1 能源-经济-环境系统的能源利用效率评价指标体系子系统一级指标二级指标能源利用效率综合评价指数A能源系统指数B1能耗结构指标C1煤炭消耗量占能源消费量的比重D1(逆向指标)天然气消耗量占能源消费量的比重D2电力消耗量占能源消费量的比重D3能源技术效率指标C2能源产品加工转换率D4经济系统指数B2能耗减量化指标C3单位工业增加值能耗D5(逆向指标)第三产业单位增加值能耗D6(逆向指标)产业结构指标C4第二产业占 GDP 比重D7(逆向指标)第三产业占 GDP 比重D8环境系统指数B3污染物减量化指标C5单位工业增加值废气排放量D9(逆向指标)工业二氧化硫去除率D10工业烟尘去除率D11废弃物再利用指标C6能源工业固体废弃物综合利用率D12在能源系统中，以能耗结构指标和能源技术效率指标来反映能源资源的利用效率，主要评价能耗结构的合理性和节能与管理技术的先进性，反映能源资源本身的有效利用程度。其中能耗结构指标分别用三种主要能源所占比重表示，即煤炭消耗量、天然气消耗量和电力消耗量占能源消费量的比重；能源技术效率指标用能源产品加工转换率来反映。在经济系统中，以能耗减量化指标和产业结构指标来反映能源利用效率，主要评价产业内部的能耗水平和产业结构的优化程度，反映与经济结构相关的能源配置效率。其中能耗减量化指标用单位工业增加值能耗和第三产业单位增加值能耗来反映；产业结构指标用第二产业和第三产业占GDP的比重来反映。在环境系统中，用污染物减量化指标和废弃物再利用指标来反映能源的环境影响，主要评价由于能源利用而对环境造成影响的程度，反映能源在满足经济和社会需求的同时所产生的负面影响。其中污染物减量化指标用单位工业增加值废气排放量、工业二氧化硫去除率和工业烟尘去除率来反映；废弃物再利用指标用能源工业固体废弃物综合利用率来反映。2、指标体系的特点一是服务性和引导性。该指标体系是在国家能源发展战略和国家长远发展目标的指导下构建的，以服务于节约型社会建设为目的，特别是为国家五年规划目标的制定和实现提供决策参考。该指标体系可用于指导相关部门、地区以及用能单位设定节能目标，制定相关规划、计划、实施方案和措施，以实现能耗结构和产业结构优化，因此具备了很好的引导性。二是全面性和系统性。可以看出，指标体系涵盖了能源系统、经济系统和环境系统。而在具体指标体系的设置上，有反映能源资源利用效率的指标，也有反映能源配置效率的指标，还有反映能源对环境影响的指标，且这些指标都具有很强的针对性和代表性，可以支撑其设定的评价目标，因此是全面和系统的。同时指标体系具有层次性，3个子系统、6个一级指标和12个二级指标被合理地分配在了相应的位置。三是实用性和可操作性。考虑到目前我国能源统计基础工作的实际情况，在进行指标的筛选时，各指标的基本资料在中国统计年鉴、中国能源统计年鉴和中华人民共和国国家统计局网站上都可直接或通过计算间接获取，具有较强的实用性和可操作性，便于为各级政府制定能源政策提供参考。二、中国能源利用效率综合评价与分析在构建的评价指标体系的基础上，我们对中国1985、1990及1995-2007年的能源-经济-环境系统的能源利用效率进行综合评价若无特别说明，本部分数据主要来自于1986、1991及1996-2008历年中国统计年鉴以及中华人民共和国国家统计局网站的统计数据。统计软件为SPSS统计分析软件。运用因子分析法，首先分别对能源系统、经济系统和环境系统的能源利用效率水平进行评价，然后再对能源-经济-环境系统的能源利用效率水平进行综合评价。（一）能源系统的能源利用效率评价1、能源系统指标值的计算及标准化由于各指标值量纲不同，无法直接进行综合比较，因此，需要对数据进行同度量处理。本报告采用相对化处理方法，用每个指标的实际值与相应的比较标准值 进行比较，对“正向指标”， 采用公式 进行处理；对“逆向指标”采用公式来处理；采用中国各年的最大值进行正向指标的标准化，采用中国各年的最小值进行逆向指标的标准化。用表示各指标值的实际值，表示各指标值的标准化值。 （1） 能耗结构指标中各指标含义煤炭消耗量占能源消费量的比重（D1）：一定时期内，一个国家或地区一次能源消费中煤炭消费量所占比重。计算公式为 天然气消耗量占能源消费量的比重（D2）：一定时期内，一个国家或地区一次能源消费中天然气消费量所占比重。计算公式为 电力消耗量占能源消费量的比重（D3）：一定时期内，一个国家或地区一次能源消费中电力消费量所占比重。计算公式为 （2） 能源技术效率指标中各指标含义反映能源技术效率的是能源产品加工转换率(D4),它是指一定时期内，一个国家或地区能源经过加工、转换后，产出的各种能源产品的数量与同期内该国家或地区投入加工转换的各种能源数量的比率。计算公式为 根据以上计算公式，得能源系统指标值和其标准化值，如表2所示。表2 能源系统指标值及其标准化值 指标年份能源系统指标（为比值，无量纲；为各指标值的标准化值）能耗结构指标能源技术效率指标198575.800.87492.200.62864.900.620368.290.9551199076.200.87032.100.60005.100.645667.200.9399199574.600.88901.800.51436.100.772271.050.9937199674.700.88781.800.51435.500.696271.501.0000199771.700.92501.700.48576.200.784869.230.9683199869.600.95292.200.62866.700.848169.440.9712199969.090.95992.140.61146.200.784869.190.9677200067.750.97892.350.67146.690.846869.040.9656200166.680.99462.550.72867.901.000069.030.9655200266.321.00002.560.73147.710.975969.040.9656200368.380.96992.580.73716.830.864669.400.9706200467.990.97542.600.74297.080.896270.710.9890200569.100.95982.800.80007.100.898771.160.9952200669.400.95563.030.86577.200.911471.240.9964200769.500.95423.501.00007.300.924171.250.99652、能源系统的能源利用效率指数的计算和分析我们采用因子分析法对能源系统综合指标进行分析。首先，判断是否适用因子分析法。表3显示，相关矩阵表明能源系统各指标存在一定的相关性，可以做因子分析。 表3 原始变量的相关矩阵煤炭消耗量占能源消费量的比重D1天然气消耗量占能源消费量的比重D2电力消耗量占能源消费量的比重D3能源产品加工转换率D4相关系数煤炭消耗量占能源消费量的比重D11.0000.5440.9100.119天然气消耗量占能源消费量的比重D20.5441.0000.6480.330电力消耗量占能源消费量的比重D30.9100.6481.0000.335能源产品加工转换率D40.1190.3300.3351.000第二，求出各公因子、因子载荷以及各因子所对应的特征值。表4 总方差分解相关矩阵特征值未旋转的因子载荷量平方和旋转后因子荷载量平方和主成分特征值方差贡献率%累计方差贡献率特征值方差贡献率%累计方差贡献率特征值方差贡献率%累计方差贡献率12.54463.61263.6122.54463.61263.6120.35158.78458.78420.93023.23886.8500.93023.23886.8501.12328.06686.85030.46611.65598.50540.0601.495100.000注：提取方法为主成分分析法表5 旋转后因子载荷阵主成分12煤炭消耗量占能源消费量的比重D10.958-0.047天然气消耗量占能源消费量的比重D20.7260.365电力消耗量占能源消费量的比重D30.9450.200能源产品加工转换率D40.1190.974注：提取方法为主成分分析法；旋转方法为正交转轴法通过表5旋转后因子载荷阵可以看到，第一公因子（F能1）主要反映能耗结构，第二公因子（F能2）主要反映能源产品加工转换率。从表4总方差分解中可以看到，前两个因子的方差贡献率分别为63.612%、23.238%，相关矩阵的两个最大特征值(2.544,0.930)共同解释了方差的86.850%(超过80%),所以我们取前两个主成份作为第一和第二主成份。第三，求出因子得分。表6 因子得分系数主成分12煤炭消耗量占能源消费量的比重D10.465-0.259天然气消耗量占能源消费量的比重D20.2640.202电力消耗量占能源消费量的比重D30.404-0.011能源产品加工转换率D4-0.1590.942根据因子得分系数（表6）得各个因子表达式为对前两个因子的方差贡献率（63.612%、23.238%）进行归一化处理，分别为73.24%和26.76%，再以每个因子的方差贡献率为权重，得到能源系统指数B1为从而得各因子得分及能源系统指数，如表7所示。表7 能源系统的各因子得分及系统指数 指标年份F能1F能2B119850.67150.52610.632619900.67450.52400.634219950.70310.52750.656119960.67090.49820.624719970.72140.52950.670119980.79730.62190.750319990.77100.59250.723220000.82100.64620.774220010.90530.73140.858820020.89880.72470.852220030.84060.68000.797620040.85450.69250.811220050.86230.71550.823020060.88270.74880.846920070.92260.81380.8935结合表2及表7中能源系统指数，得能源系统各指标的标准化值及能源系统指数折线图，如图1所示。比值年份图1 能源系统各指标的标准化值及能源系统指数折线图可以看出，我国能源系统的能源利用效率总体上呈上升趋势，但是也存在一定的波动，1996、1999和2003年的能源利用效率指数相比前一年都有所下降，且近年来，能源系统指数上升速度有所减缓。这与我国当前的能耗结构和能源加工转换效率有一定的关系。从图1可以看出，天然气和电力的比重出现了平稳较快的上升趋势，而煤炭比重依然较高，且呈现一定的上升趋势，能源资源条件决定了我国以煤为主的能源消费结构在短期内难以转变。因此，需要进一步调整和优化能耗结构，加大天然气和电力等可再生能源的开发力度。另外，能源产品加工转换效率的变动不大，需要进一步加大科技投入力度，加快技术改造和设备的更新，推动节能降耗技术与管理模式的应用步伐，从而有效提高能源产品加工转换效率。（二）经济系统的能源利用效率评价1、经济系统指标含义（1）能耗减量化指标中各指标含义 单位工业增加值能耗（D5）指一定时期内，一个国家或地区每生产一个单位的工业增加值所消耗的能源。计算公式为 第三产业单位增加值能耗（D6）指一定时期内，一个国家或地区每生产一个单位的第三产业增加值所消耗的能源。计算公式为 （2）产业结构指标中各指标含义第二产业占GDP 比重（D7）指一定时期内，一个国家或地区第二产业增加值与同期内该国家或地区生产总值的比率。计算公式为 第三产业占GDP 比重（D8）指一定时期内，一个国家或地区第三产业增加值与同期内该国家或地区生产总值的比率。计算公式为 2、经济系统的能源利用效率指数分析经济系统因子得分及经济系统能源利用效率指数（计算过程与上类似），如表8所示。 表8 经济系统各因子得分及经济系统指数 指标年份F经B219850.25670.256719900.31510.315119950.46410.464119960.47450.474519970.51490.514919980.55180.551819990.58830.588320000.61420.614220010.67350.673520020.68590.685920030.66820.668220040.62580.625820050.63330.633320060.64720.647220070.67160.6716经济系统各指标的标准化值及经济系统指数折线图，如图2所示。比值年份图2 经济系统各指标的标准化值及经济系统指数折线图可以看出，基于经济系统的能源利用效率总体上呈上升趋势，但也存在一定的波动，且近年来经济系统指数上升速度缓慢。这主要是受产业结构和产业能耗强度的影响。从图2可以看出，在产业结构方面，上世纪90年代以后，我国第二产业的比重基本上保持一个平稳状态，同时第三产业的比重也有所上升，第三产业实现了较快的发展。但是，从近几年来看，在第二产业比重上升的同时，第三产业却出现了微幅的下调，其增长速度有所减缓。在产业能耗方面，上世纪90年代以来，第二产业能耗强度和第三产业能耗强度都呈现了快速的下降趋势，这是由于中国在这一阶段加快经济建设的步伐和加大改革开放力度，经济实现了快速的发展，经济总量加快增长，同时采取技术改造和设备更新等措施，使中国二、三产业的单位增加值能耗降低。但是，从近几年来看，单位工业增加值能耗和第三产业单位增加值能耗下降幅度不大，甚至在2003和2004两年出现了反弹，从而导致整个经济系统指数在这两年都出现了下降。可见，我国当前的产业结构调整和节能减排形势依然严峻。（三）环境系统的能源利用效率评价1、环境系统指标含义（1）污染物减量化指标中各指标含义单位工业增加值废气排放量（D9）指一定时期内，一个国家或地区每生产一单位的工业增加值所排放的工业废气。计算公式为 工业二氧化硫去除率（D10）指一定时期内，一个国家或地区工业二氧化硫去除量与同期内该国家或地区工业二氧化硫排放量和去除量的和的比率。计算公式为 工业烟尘去除率（D11）指一定时期内，一个国家或地区工业烟尘去除量与同期内该国家或地区工业烟尘排放量和去除量的和的比率。计算公式为（2）废弃物再利用指标中各指标含义工业固体废弃物综合利用率（D12）指一定时期内，一个国家或地区工业固体废物综合利用量与同期内该国家或地区工业固体废物产生量的比率。计算公式为 2、环境系统的能源利用效率指数分析环境系统因子得分和环境系统能源利用效率指数如表9所示。 表9 环境系统的因子得分及环境系统能源利用效率指数 指标年份19850.47050.470519900.57770.577719950.78880.788819960.82280.822819970.86060.860619980.82430.824319990.87420.874220000.88360.883620010.90920.909220020.93860.938620030.94340.943420040.94800.948020050.95810.958120060.99550.995520071.04811.0481环境系统各指标的标准化值及环境系统指数折线图，如图3所示。比值年份图3 环境系统各指标的标准化值及环系统指数折线图可以看出，基于环境系统的能源利用效率指数总体上呈较快上升趋势，显示了中国在能源利用时对环境保护和污染物减量化及废弃物再利用等方面所做的努力和贡献。同时，工业二氧化硫和工业烟尘的去除量比例、能源工业固体废物综合利用比例等也呈现上升趋势。但也应该看到，受能耗结构的影响，近年来单位工业增加值废气排放量却呈现了上升的趋势。因此，需要加大对煤炭加工、煤炭高效燃烧及先进发电、煤炭燃烧污染控制等技术的研发，减少废弃物的排放。（四）能源-经济-环境系统的中国能源利用效率综合评价能源利用效率综合评价指数由3个二级指标来评价，分别是能源系统指数（B1）、经济系统指数（B2）和环境系统指数（B3）。各因子得分和能源利用效率综合评价指数得分如表10所示。表10 能源-经济-环境系统的因子得分及能源利用效率综合指数指标 年份19850.63260.25670.47050.46860.468619900.63420.31510.57770.52720.527219950.65610.46410.78880.66130.661319960.62470.47450.82280.66630.666319970.67010.51490.86060.70910.709119980.75030.55180.82430.73670.736719990.72320.58830.87420.75800.758020000.77420.61420.88360.78770.787720010.85880.67350.90920.84620.846220020.85220.68590.93860.85870.858720030.79760.66820.94340.83560.835620040.81120.62580.94800.82670.826720050.82300.63330.95810.83690.836920060.84690.64720.99550.86290.862920070.89350.67161.04810.90560.9056各系统指数及综合系统指数折线图，如图4所示。比值年份图4 能源、经济、环境各系统指数及综合指数折线图可以看出，能源-经济-环境系统的能源利用效率综合指数总体上呈上升趋势,同时也呈现出一定的波动。2003和2004两年的能源利用效率综合指数相比前一年有所下降，而近两年又呈现上升态势。具体来看，能源系统的能源利用效率保持了与综合能源利用效率较为一致的水平，经济系统的能源利用效率低于综合效率，而环境系统的能源利用效率高于综合效率。在整个系统中，能源系统的能源利用效率起着基础性和决定性的作用。只有能源结构得到优化，能源的加工转化率得到提高，能源资源本身才能真正得到有效利用。这与图4中能源系统的效率水平与总体效率水平相接近是一致的。但是如果仅局限于此，就是单纯地就能源论能源，忽视了能源在整个社会经济中的地位和作用，也忽视了能源利用对环境造成的影响。因此，我们还需要考虑经济系统和环境系统的能源利用效率。经济系统的能源利用效率反映了能源作为一种生产要素，参与经济活动过程中的配置效率。这种配置效率不仅与各个产业的特征相关，即不同产业的增加值能耗不尽相同，而且还与产业结构相关，即不同的产业结构组合得到的总体能源利用效率也不尽相同。该系统跳出了能源单纯作为物理要素的范围，反映的是整个经济发展过程中能源的整体利用程度，与社会生产活动密切相关，进一步扩大了能源利用效率的评价范围。图4显示，我国经济系统能源效率指数相对较低，说明我国的单位产值能耗有待降低，产业结构有待进一步优化。能源的利用一方面推动了经济的发展，另一方面也造成了对环境的影响。因此环境系统的能源效率从能源的环境效应角度出发考察了能源利用的结果，从而更加突出了能源-经济-环境系统的整体性。图4显示，环境系统的效率指数较高，说明我国当前社会经济活动对环境的负面影响程度可能在减弱，或对与能源利用相关的环境治理力度在不断加大。通过相关性分析，我们发现三个子系统的能源利用效率指数之间的相关性系数都在0.8以上，同时，三个子系统指数分别与总体能源利用效率指数的相关性系数也都达到了0.9以上，说明透过一个子系统的变化可以较为准确地反映另外两个子系统的变化，也可以反映总体的变化。可见，要想提高我国综合能源利用效率，就必须从能源、经济和环境等方面综合考虑，在重视优化能耗结构和创新能源利用技术的同时，还要十分重视产业结构的调整，重视经济结构对能源利用的影响，同时节能减排，减少能源利用对环境的负面影响，真正实现能源、经济、环境整体的可持续发展。三、评价结果的可靠性分析1、评价指标体系的科学性本报告的能源利用效率综合评价指标体系既充分考虑了能源、经济和环境三个子系统的各自特性，又深入考察了能源-经济-环境系统的内在联系。在指标的筛选过程中，一方面吸收了前人研究成果中的优良指标，同时，结合本报告基于能源-经济-环境系统的特点，运用科学方法多次对指标进行调整和替换。可见，报告所构建的指标体系具有较强的科学性和重要的实践价值。2、数据来源的可靠性和权威性评价工作所需的各指标值数据均来源于我国权威部门发行的数据，包括历年的中国统计年鉴，以及国家统计局网站，因此其数据来源具有可靠性和权威性。3、评价方法的适用性如何综合各指标的信息来得出科学、易懂的结论是评价的重要方面。本报告采用的因子分析法通过分析各指标的内在关系，抓住主要矛盾，找出主要因素，使多变量的复杂问题变得易于研究和分析。因此，本报告采用因子分析法是适宜的，其分析结果具有可靠性。4、综合评价结果和单要素评价结果的比较分析我们依照传统采用单位GDP能耗来对能源利用效率进行评价。根据1986、1991和1996-2008年中国统计年鉴，可以得到单位GDP能耗及其标准化值，并与本报告的综合系统指数A进行对比，如图5所示。比值图5 中国能源利用效率综合评价结果和单要素评价结果比较可以看出，中国能源利用效率综合评价结果和单要素评价结果呈现出较好的一致性，这也从一定程度上佐证了本报告采用指标体系进行综合评价的科学性。但是，这两种评价又具有一定的差异性。不难看出，单位GDP能耗是一个经济总量能耗指标，其不能准确地反映一个国家或地区在能源利用时对环境的冲击和所带来的生态包袱。而能源-经济-环境系统的中国能源利用效率综合评价全面地评价了能源的经济和环境效率，能较好地反映一个国家或地区能源利用的综合效率，以及能源利用对环境的冲击和所带来的生态包袱，可以引导我们从多种角度来考虑能源利用效率提高的途径。因此，和经济总量能耗指标单位GDP能耗的评价结果相比，基于能源-经济-环境系统的能源利用效率综合评价更为全面。四、结论及对策建议1、结论（1）能源-经济-环境系统的能源利用效率水平是由能源系统、经济系统和环境系统共同决定的；任一系统的能源利用效率水平的高与低、涨与跌都会影响到整体的能源利用效率水平。同时，各个系统的能源利用效率水平也不是由某单一指标决定的，而是由各系统所有指标共同决定的，任一指标的变化都会影响到各系统的能源利用效率水平，进一步影响整体能源利用效率水平。（2）我国能源利用效率水平总体上呈较快上升趋势。同时各个子系统的能源利用效率水平也呈现上升趋势，尤其是环境系统，其能源利用效率水平上升较快，显示了我国在能源利用过程中节能减排和保护环境所作出的努力和贡献。能源系统的能源利用效率水平与总体水平较为接近，而经济系统的能源利用效率水平却低于总体水平和其他两个子系统水平，说明我国通过调整和优化经济结构来提高能源利用效率的潜力是十分巨大的。2、对策建议（1）推动产业耦合优化，促进生态网络形成针对能源利用而言，调整和优化产业结构不仅要注重各自产业内部结构的优化，更重要的是要实现能源利用的产业耦合优化，促进产业生态网络的形成。能源利用的产业耦合是紧紧围绕能源的开发利用而展开的。包括对能源的减量使用、充分利用和循环再生利用。企业相互联结成产业网链，是基于能源利用上的关系，节点上的每一个企业，都是某一种(类)能源综合循环利用上的一环，而某一环节(企业)的废弃物，很可能成为下一个环节(企业)生产需要的资源，企业结网就是想把能源的利用率发挥到极至