（管理科学与工程专业论文）双重结构对单位GDP能耗的影响研究.pdf

中文摘要 中文摘要 根据因素分解公式，单位g d p 能耗受到产业结构和各产业的单位增加值能耗 的影响：根据国内外经验，单位g d p 能耗和各产业单位增加值能耗又受到能源消 费结构的影响。因而单位g d p 能耗受到了产业结构和能源消费结构这双重结构的 影响，基于这一思路，论文着重定量研究双重结构对单位g d p 能耗的影响，并对 历来颇受诟病的中国能源消费结构进行合理性判断研究。 论文在分析相关研究文献的基础上，归纳出因素分解分析的框架流程，并应 用于产业结构对单位g d p 能耗的定量影响研究。利用l m d i1 分解方法对单位g d p 能耗从6 类产业分解角度进行实证分析，对工业从9 大类行业和3 9 类行业两种分 解角度实证研究行业结构对工业单位增加值能耗的影响，从总体到各分项对计算 结果进行较为全面地分析。同时，还根据对工业两种分解的计算结果实证分析了 计算结构影响与分解粒度的关系。 由于产业结构影响研究的局限性，论文将基于经济能源单耗指标体系的产业 结构扩展到基于经济和物理能源单耗指标体系、以能源消费活动为基础的结构对 单位g d p 能耗影响的研究。深入分析该研究的基础综合经济和物理能源单耗 指标体系的金字塔结构，研究了该体系的指标内涵以及各层次间指标的逻辑关系。 建立基于能源消费活动的单位g d p 能耗分解公式，详细分析了其逻辑关系和实际 意义，从理论上研究了两种用于该分解应用的计算方法一分部门计算法和两阶 段估算法。 论文对双重结构的另一端能源消费结构对单位g d p 能耗的影响进行研 究，并深入分析了能源消费结构的发展规律及其定量评价问题。构建了能源消费 结构与单位g d p 能耗的多元回归模型，根据回归结果分析能源消费结构对单位 g d p 能耗的定量影响。由于能源消费结构发展规律的复杂性，论文又利用熵理论 研究考虑影响因素的能源消费结构理想状态，在此基础上，引入能源消费结构信 息熵的概念和计算方法，构建了均衡度和优势度等指标对能源消费结构合理性进 行定量评价，实证表明该方法能够做出较为客观的定量判断。论文还分析了可再 生能源与单位g d p 能耗关系的六种情景，研究利用可再生能源优化能源消费结构 的模式，提出其对优化能源消费结构的作用、方式和措施。 论文根据因素分解思想，建立综合双重结构的单位g d p 能耗分解公式，同时 计算双重结构对单位g d p 能耗的影响，并利用l m d i1 分解方法进行实证研究。 结论是产业结构的影响要远大于能源消费结构的影响，虽然总体上能源消费结构 对单位g d p 能耗的影响非常小，但通过对具体分项的分析发现，一些产业具体品 种能源消费比例变化所起的作用很大，且对具体分项值的分析有助于把握各类能 北京交通人学博士学位论文 源消费比例变化对单位g d p 能耗的影响机制。由于双重结构的重要意义，论文根 据分解原则利用几何平均数思想构建结构单位g d p 能耗和结构能源系数两指标， 对基于单位g d p 能耗的双重结构协调度进行评价，通过实证分析发现中国双重结 构虽向协调方向发展但目前协调度仍较低、有较大的优化空间，并根据实证分析 提出相应建议。 关键词： 熵 分类号： 双重结构：单位g d p 能耗；因素分解方法：l m d ii ：汇总一致性；信息 f 2 0 6 ；c 9 4 a b s t r a c t a bs t r a c t e n e r g yc o n s u m p t i o np e ru n i tg d p ( e c p u g d p ) i sa f f e c t e db yi n d u s t r ys t r u c t u r e a n de n e r g yi n t e n s i t yo f e a c hi n d u s t r yb yi t sc a l c u l a t i o nf o r m u l a ri sa f f e c t e db ye n e r g y c o n s u m p t i o ns t r u c t u r e ( e c s ) b yw o r l de x p e r i e n c e s s o ，e c p u g d pi sa f f e c t e db y d u a l s t r u c t u r e , i n d u s t r ya n de n e r g yc o n s u m p t i o ns n l 舳胍b a s e do nt h 如t h ep a p e rd o e s r e s e a r c ho nt h ei m p a c to fd u a l - s t r u c t u r eo ne c p u g d pa n do ne v a l u a t i o no fc h i n ae c s b e i n gu n d e r e s t i m a t e d b a s e do nm u c hl i t e r a t u r eo fd e c o m p o s i t i o na n a l y s i s ( d a ) ，t h ep a p e rr e s e a r c h e st h e f r a m e w o r ko fd a , a n da p p l i e si tt ot h es t u d yo fi n d u s t r ys t r u c t u r ea f f e c t i n ge c p u g d p i td e c o m p o s e se c p u g d pf r o ms i xi n d u s t r i e s ，a n di ta l s od e c o m p o s e si n d u s t r yf r o m n i n ea n dt h i r t y - n i n et y p e s b yd e m o n s t r a t i o n , i th a sa n a l y z e st h er e s u l t sf r o mt o t a la n d e a c hs u b e n t r i e si nd e t a i l i ta l s oc o m p a r e st h ec a l c u l a t i o nr e s u l t so ft w od e c o m p o s i t i o n s i n i n d u s t r yt or e v e a lt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t r u c t u r a le f f e c tc a l c u l a t i o na n d d e c o m p o s i t i o nl e v e l s i n c et h el i m i t a t i o no fi n d u s t r ys t r u c t u r er e s e a r c h , t h ep a p e rs t u d i e st h ee n e r g y c o n s u m p t i o na c t i v i t ys t r u c t u r ee f f e c t so ne c p u g d pb a s e do ne c o n o m i ca n dp h y s i c a l e n e r g yi n t e n s i t yi n d i c a t o r sf r o mt h es t u d yo fi n d u s t r ys t r u c t u r eb a s e do ne c o n o m i c e n e r g yi n t e n s i t yi n d i c a t o r s i ta n a l y z e st h ef o u n d a t i o no ft h i sr e s e a r c h ，t h ep y r a m i d a l s t r u c t u r eo ft h ei n t e g r a t i o no fe c o n o m i ca n dp h y s i c a le n e r g yi n t e n s i t yi n d i c a t o r , a n d s t u d i e st h ei n d i c a t o ra n dt h e i rl o g i s t i cr e l a t i o n s h i pi nt h es y s t e m t h ep a p e rc r e a t e s d e c o m p o s i t i o nf o r m u l ab a s eo ne n e r g yc o n s u m p t i o na c t i v i t y , a n da n a l y z e si t sl o g i ca n d r e a l i t ym e a n i n g i ts t u d i e st w oc a l c u l a t i o nm e t h o d sa p p l y i n gt ot h a td e c o m p o s i t i o n , c a l c u l a t i o na c c o r d i n gt od e p a r t m e n ta n dt w o - p h a s ec a l c u l a t i o n a sf o re c s ，t h eo t h e ro ft h ed u a l - s t r u c t u r e ，t h ep a p e rr e s e a r c h e si t se f f e c to n e c p u g d p ，i t sd e v e l o p m e n tr u l ea n do p t i m i z a t i o n i td e s i g n sr e g r e s s i o nm o d e lt o a n a l y z et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne c sa n de c p u g d p , a n di tc a l c u l a t e st h ev a l u eo f i m p a c to fe c so ne c p u g d pb yt h er e g r e s s i o ns i m u l a t i o nr e s u l t a se c sh a si t so w n d e v e l o p m e n tr u l e , t h ep a p e ra n a l y z e st h ei d e a ls t a t et a k i n gi n f l u e n t i a lf a c t o r so fe c sb y e n t r o p yt h e o r y t h e n ， i ti n t r o d u c e s t h ei n f o r m a t i o ne n t r o p yc o n c e p t i o na n di t s c a l c u l a t i o nf o r m u l ao fe c s ，a n dd e s i g n st h ei n d i c a t o r so fe q u i l i b r i u ma n dd o m i n a n c e d e g r e et og i v eo b j e c t i v ej u d g m e n to fe c s b y t h i sm e t h o d ，t h ep a p e ra l s og i v e sas i m p l e d e m o n s t r a t i o n ，a n di tp r o v e st h ev a l i do ft h em e t h o db ya n a l y z i n gt h ed e m o n s t r a t i o n v 北京交通大学博十学位论文 r e s u l t t h e n ，t h ep a p e rs t u d i e sr e n e w a b l ee n e r g y , s i xr e l a t i o n s h i p sb e t w e e ni ta n d e c p u g d p , a n d i t sf u n c t i o n s ，w a y sa n dm e a s u r e st oo p t i m i z ee c s t h e r ei sn oaq u a n t i t a t i v em o d e lt oc a l c u l a t eb o t hs t r u c t u r e se f f e c t s a c c o r d i n gt o d a , t h ep a p e rb u i l d s t h e d e c o m p o s i t i o nf o r m u l a o fe c p u g d pt oc a l c u l a t e d u a l s t r u c t u r ee f f e c t l m d i1w a su s e di nt h ed e m o n s t r a t i o nt oc a l c u l a t et h ei m p a c to f d u a l - s t r u c t u r eo ne c p u g d p t h er e s u l ti st h a tt h ei m p a c to fi n d u s t r ys t r u c t u r eo n e c p u g d pi sm u c h l a r g e rt h a ne c s b ya n a l y z i n gp a r t i c u l a ri t e m s ，i tf i n d st h a ti ns o m e i n d u s t r y , s o m ek i n d so fe n e r g y se f f e c t sa r el a r g e s o ，i ti sh e l p f u lt om a s t e rt h em o d eo f e a c ht y p eo fe n e r g y se f f e c to ne c p u g d pb ya n a l y z i n ge v e r yi t e n a a st h ei m p o r t a n t m e a n i n go fd u a l - s t r u c t u r e ，t h ep a p e rd e s i g n ss t r u c t u r a le c p u g d p a n ds t r u c t u r a le n e r g y c o e f f i c i e n ti n d i c a t o r b yg e o m e t r i c m e a nt om e a s u r et h e h a r m o n yd e g r e e o f d u a l s t r u c t u r e b yd e m o n s t r a t i o n ，i t f i n d st h a tc h i n ad u a l s t r u c t u r eh a r m o n yh a s e v o l v e db u tt h ed e g r e ei ss t i l ll o w a c c o r d i n gt h ea n a l y s e s ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r ds o m e a d v i c e st oo p t i m i z ee c s k e y w o r d ：d u a l s t r u c t u r e ；e n e r g yc o n s u m p t i o np e r u n i tg d p ；d e c o m p o s i t i o n a n a l y s i sm e t h o d ；l m d ii ；c o n s i s t e n c yi na g g r e g a t i o n ；i n f o r m a t i o ne n t r o p y c l a s s n 0 ：f 2 0 6 ：c 9 4 图目录 图目录 图1 1 论文研究结构图1 3 图3 1 能源消费端因素分解分析框图3 7 图3 2 能源消费端研究目标的三种类型3 7 图3 3 各产业结构演变图4 9 图3 4 各产业生产用单位增加值能耗5 0 图3 5 各产业结构影响图。5 1 图3 - 6 各产业单位增加值能耗影响图5 2 图3 79 大类行业的单位增加值能耗影响5 5 图3 89 大类行业的结构影响5 5 图3 - 99 大类行业的总影响5 6 图3 1 03 9 类行业的单位增加值能耗影响5 7 图3 1 l3 9 类行业的结构影响5 8 图3 1 23 9 类行业的总影响5 8 图4 1e e l 体系金字塔结构6 5 图4 _ 2 两阶段计算法的部门分解7 5 图5 1 过去1 0 0 多年世界能源消费结构变化8 0 图5 - 2 过去1 0 0 多年世界能源消费量变化8 0 图5 3 全球能源替代过程趋势图8 l 图5 4 全球能源替代过程图8 2 图5 51 9 7 1 2 0 0 5 世界各类一次能源供应演变图8 3 图5 - 61 9 7 1 - - 2 0 0 5 世界各类终端能源消费演变图8 5 图5 71 9 6 5 2 0 0 6 我国能源消费量变化曲线图8 6 图5 81 9 6 5 - 2 0 0 6 我国能源消费结构变化曲线图8 7 图5 9 中国四类能源消费结构演变图9 6 图5 1 0 回归结果拟合图9 7 图5 1 l 能源消费结构对单位g d p 能耗影响9 9 图5 1 2 系统熵值曲线1 0 3 图5 1 3 中国能源消费结构熵值变化图1 1 l 北京交通大学博十学位论文 表目录 表1 1 能源系统中的双重结构一6 表3 12 0 0 3 2 0 0 6 年中国g d p 和6 类产业增加值4 8 表3 22 0 0 3 2 0 0 6 年6 类产业能源消费量4 9 表3 32 0 0 3 2 0 0 6 年6 类产业单位增加值能耗4 9 表3 _ 4 各产业结构的影响5l 表3 5 各产业单位增加值能耗的影响5 1 表3 - 69 大类行业的单位增加值能耗影响5 4 表3 79 大类行业的结构影响5 4 表3 89 大类行业的总影响。5 5 表3 - 9 两种分解方法计算结果比较6 0 表4 - 1 能源消费部门活动分解表7 0 表4 - 2 部门分解和活动衡量表7 2 表5 11 9 7 1 、2 0 0 5 年世界一次能源供应结构对比表( ) 8 4 表5 2 世界一次能源结构( ) 8 4 表5 31 9 7 3 、2 0 0 5 年世界终端能源消费结构对比表( ) 8 5 表5 - 4 世界终端能源消费结构( ) 。8 6 表5 5 各类影响因素对单位g d p 能耗的影响( ) 9 8 表5 - 6 中国能源消费结构信息熵、均衡度和优势度变化表l l0 表6 1 八类零值情况及处理一1 2 2 表6 2 综合双重结构的因素分解计算结果( 绝对值) 1 2 4 表6 3 综合双重结构的因素分解计算结果( 百分比) 1 2 4 表6 4 各产业结构变化的影响1 2 5 表6 5 各产业能源消费结构变化的影响1 2 6 表6 6 各能源消费比例变化的影响1 2 6 表6 7 我国经济产业结构基本参数表1 3 1 表6 8 我国各类能源对分产业的经济贡献率q o 13 1 表6 9 我国能源消费结构基本参数表一1 3 2 表6 1 0 结构单位g d p 能耗计算结果1 3 2 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 涸老勇 导师签名： 芝缸 ， 签字日期： 口穸年莎月) 日 签字日期： 矽年占月痧日 北京交通人学博士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：告勇签字日期： 秒弓年莎月 日 致谢 本论文的工作是在我的导师关忠良教授的悉心指导下完成的，关忠良教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。导师渊博的知识、严 谨的治学作风和孜孜不倦的诲人态度，使我受益匪浅，在此衷心感谢关忠良老师 对我的关心和指导。 感谢徐寿波院士在论文的选题、思路和逻辑安排上所做的指导，徐院士在百 忙之中多次对我进行了耐心、细致地指导，使我深受感动。特别感谢张文杰教授， 从我步入交大求学到论文的完成都给予了极大地帮助。感谢黄磊教授对论文的选 题和开题所给的宝贵意见，感谢经管学院所有对我指导和帮助的老师。 感谢国家发改委的王思强副司长，在能源预测预警系统项目课题研究共同度 过了近两年的岁月，这期间无论是工作还是生活都给了我很大的帮助。在项目科 研和论文写作过程中宏观院王家诚研究员、能源所胡秀莲研究员、姜克隽研究员 等专家也给予了热情地指导和极大地帮助，在此向他们表示衷心地感谢。 在撰写论文期问，张涛、郑丰、肖正再等同学对我论文中所涉及的研究工作 给予了热情帮助，与他们以及其他博士同学的交流使我受益良多，对论文的写作 有着直接或间接地帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也要感谢我的家人，他们的理解使我能够在学校专心完成我的学业，没 有他们的支持，完成论文是难以想象的。 在论文写作中，参考了大量的文献资料，并与一些文献的作者进行邮件等形 式的交流，他们给予了热情地支持，使我深受鼓舞，向所有文献的作者表示感谢。 引言 1 引言 1 1 研究背景 能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，纵观人类社会发展的历史， 人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替，能源的开发利用极大地 推进了世界经济和人类社会的发展。 我国的能源发展经历了曲折的道路，能源事业自建国后特别是从改革开放以 来取得了巨大的成就【l 】：能源产量位居世界前列、以较少的能源增长保障经济迅速 发展、摆脱了长期困扰经济社会的能源“瓶颈 制约、单位g d p 能耗大幅下降等 等。尤其在1 9 9 7 年后，中国能源供需关系发生转折性变化，使得能源问题甚至退 出“首要问题 的位置，几乎要从公众关注的中心消失。但是，不论从能源的人 均储量、消费水平还是消费方式及其结果来看，中国能源对经济发展的支持都不 具有乐观性。因此，能源“供应相对过剩 没有持续多长时间，国内能源局势又 发生了转折性的变化：虽然经济仍然保持平稳增长，但能源消费增长却强劲反弹， 能源供需再次紧张，并且能源重现紧张之势非常之快。该阶段被认为是我国改革 开放以来能源发展的第三个变化阶段【2 】，始于2 0 0 0 年，能源发展同时面临数量和 质量的双重挑战，能源安全问题再次引起广泛关注。 同时，能源消费的副作用环境问题也己凸显。2 0 0 6 年6 月，中国政府发 布的中国的环境保护白皮书【3 】指出，近年来随着中国经济持续快速发展，发达 国家上百年工业化过程中分阶段出现的环境问题在中国集中出现，环境与发展的 矛盾同益突出。能源资源相对短缺、生态环境脆弱、环境容量不足，逐渐成为中 国发展中的重大问题。 面对危机，理想的解决方法是：针对能源资源相对短缺，力争少用能源；针 对环境压力，力争少用对环境污染严重的能源。但减少能源消费量并不是绝对的， 而是在保证经济发展的前提下相对地减少，其关键在于提高能源经济效率。为此， 党的十六届五中全会在“十一五发展规划建议中提出：“在优化结构、提高效益 和降低消耗的基础上，实现2 0 1 0 年人均国内生产总值比2 0 0 0 年翻一番；资源利 用效率显著提高，单位国内生产总值能源消耗比十五期末( 即2 0 0 5 年末) 降 低2 0 左右。 把单位g d p 能耗降低2 0 左右作为建议的重要约束性节能指 标在历史上是从未有过的，是一项影响深远的重大决策。 “十一五 规划所要求的到2 0 1 0 年底单位g d p 能耗降低2 0 ，其总体目标 北京交通人学博士学位论文 是2 0 2 0 年相比2 0 0 0 年g d p 翻两番、能源消费只翻一番【4 】在我国是有成功经验的。 即在2 0 世纪最后2 0 年，中国g d p 翻两番、能源生产( 消费) 只翻了番“一 番保两番 的成功为“十一五 规划降低单位g d p 能耗的目标提供了宝贵经验。 不过经过2 0 多年改革开放，中国经济形势发生了重大变化，从传统工业到现代工 业的过渡己基本完成，且由于投资推动型增长模式和城市化带来的大规模基础设 施建设刺激了耗能工业的发展，进一步降低单位g d p 能耗会变得更加困难，这一 点已被近年来( 2 0 0 2 至2 0 0 5 年) 能耗呈上升的趋势所证明。因此，到2 0 2 0 年中 国g d p 翻两番、能源消费只翻一番，相比2 0 世纪最后2 0 年甚至更为困难，但又 是一个必须实现的目标。 1 2 问题的提出和研究意义 1 2 1 问题的提出 单位g d p 能耗是一个综合性指标，在一定程度上反映了一国的能源利用水平， 经常被用来评价和衡量一个国家的能源有效利用状况。该指标说明一个国家经济 活动中能源的利用程度，反映经济结构和能源经济效率的变化。随着“十一五 规划将其定为约束性指标，如何降低单位g d p 能耗已成为社会各界关注的焦点。 不同的经济发展阶段，单位g d p 能耗呈现一定的变化规律。国际经验表明， 一个国家的单位g d p 能耗变化曲线一般表现为倒u 型。对照世界主要发达国家的 工业化历史发现，单位g d p 能耗显著上升的爬坡阶段基本都出现在工业化初期与 中期之间，过了这个特定的历史阶段，经济发展的内在规律可以促使一国的单位 g d p 能耗曲线转为下降。按照经济发展水平，我国仍然处于该曲线的上升阶段。 降低单位g d p 能耗2 0 的目标，就是要打破该曲线的变化规律。那么，如何实现 这一目标呢? 社会各界普遍认为，调整经济产业结构和优化能源消费结构是实现降低单位 g d p 能耗2 0 的重要手段之一。郭小哲等【5 6 】将经济产业结构和能源消费结构称为 能源的双重结构，本文将沿用这一简称。能源辞典【7 】在对能源强度定义时指出， 一个国家或地区的能源强度通常以单位国内生产总值耗能量来表示，它反映经济 对能源的依赖程度，受一系列因素的影响，包括经济结构、经济体制、技术水平、 能源结构、人口等。可见，双重结构是影响单位g d p 能耗的重要因素。要降低单 位g d p 能耗，结构节能是一项重要措旋【8 】，而结构节能范围比较广，包括产业、 行业、产品结构、企业结构、地区结构、贸易结构、能源结构等变化引起的单位 g d p 能耗的变化，可见双重结构是其中重要的组成部分。就能源结构而言，优化 2 引言 能源结构是提高我国能源经济效率的有效手段，能源结构优化对我国经济发展具 有积极影响作用、能够促使单位g d p 能耗大幅下降1 9 , 1 0 。国际上如日本，其能源 结构从以煤为主转向以石油为主后，终端能源利用效率提高1 0 以上【1 1 1 。有关研 究认为引3 1 ，不同品种的能源对经济产出的支持能力不同，所以能源结构的变化 肯定会对能源经济效率产生影响。因此，需要对双重结构对单位g d p 能耗的影响 做出定量判断，定量分析双重结构对节能降耗所起的作用，形成一套宏观层面研 究的理论和工具，以期为达到提高能源效率、节能降耗、促进经济发展、环境和 谐的目的服务。 1 2 2 论文选题的意义 根据单位g d p 能耗的含义及其计算方法，产业部门的能源消费对单位g d p 能耗具有重要影响且起主导作用。产业部门是由若干子行业、子系统构成，影响 产业部门单位增加值能耗的因素可归纳为两方面：一是各子行业、子系统增加值 在整个产业部门增加值中的构成，即所谓的结构因素：二是各行业自身的单位增 加值能耗，即所谓的广义技术或效率因素。第一个方面的结构因素就是论文所研 究的双重结构之一产业结构，是基于经济产出的结构，论文又对这一概念进： 行扩展基于产业或部门的能源消费活动的结构，如产品结构、生产结构、生 活方式等，则是从物理角度、涉及面更广的研究思路，也是对能源单耗和效率的 研究从物理角度到经济角度再到综合物理和经济角度的螺旋式上升的过程。 ，。 能源结构优质化是经济发展、人民生活水平提高、促进社会经济和环境之间 协调发展的必然要求，也是我国能源战略的发展方向【2 】。能源消费结构是评价能源 优质化的一个重要指标，一直以来都是有关专家、学者评论能源现状的重点之一， 我国的许多政策也把改善能源消费结构作为提高能源效率、促进能源环境和谐发 展的一项重要措施。但这些研究和政策的依据大都集中在基于能源消费结构众多 影响因素的定性分析上，缺乏定量分析能源消费结构对单位g d p 能耗影响的研究， 难以用数据直观地描述出我国实际情况与能源消费结构的匹配程度，也难以用数 据量化能源消费结构优化和改善的可行方向。而在定量方面，大都以常规数据即 能源消费量统计中各类一次能源所占的比例描述，对影响能源消费结构的诸因素 如国内资源状况、社会发展状况等多以定性的形式加以论述，缺乏综合考虑各种 影响因素的能源消费结构合理性定量评价方法，对能源消费结构难以形成定量数 据方面的认识，也难以评估其优化空间。 如何实现单位g d p 能耗降低2 0 的目标，是目前国内高度关注的热点政策问 题。能源双重结构是影响单位g d p 能耗的重要因素，无论是中国的能源状况与 3 北京交通大学博士学位论文 政策白皮书还是能源发展“十一五规划都将优化双重结构作为一项重要 措施，有的评论【1 4 】甚至认为调整和优化产业结构是实现单位g d p 能耗降低2 0 的 根本。现代管理理论之父巴纳德描述组织中的“归因 时认为“过去发挥作用的 各种因素，会对当前的行动产生综合影响。因此，依据历史统计资料定量研究双 重结构对单位g d p 能耗的影响对近期完成“十一五 规划提出的单位g d p 能耗 下降2 0 的任务、远期节能降耗、提高能源效率等都具有重要的现实意义。 1 3 双重结构分析的系统工程理论及研究范畴界定 能源问题涉及面广、影响因素众多，是一项复杂的系统工程，优化能源结构 和调整产业结构仅是这个庞大系统中的一个环节和问题，但只有从系统全局考虑 和研究，才有可能找到合适的解决方案和途径，因此必须用系统的观点、系统工 程的方法对其进行研究。下面从系统工程理论的角度，在系统工程的庞大体系中 对能源结构和产业结构进行定位，明确研究范畴，并寻求其研究的理论基础和分 析方法上的支持。 1 3 1 系统与系统结构 系统科学大辞典定义系统为由相互联系、相互作用的要素( 部分) 组成 的具有一定结构和功能的有机整体。这一定义指出构成系统必须具备三个条件： 一是要有两个以上的要素( 部分、环节) ，二是要有系统的结构，反映要素和要素、 要素与整体、整体与环境之间的相互联系、相互作用，三是要有整体功能。从这 三个条件看，系统的结构处于中心位置，起连接各要素形成系统整体功能的核心 作用。 系统结构是指系统内部各个组成要素之间相对稳定的联系方式、组织秩序及 其时空关系的内在表现形式。可见，结构反映系统的内部关系，是系统的一种内 在的规定性【l5 1 。 从一般意义上，系统的结构可以用以下式子表示f 1 6 】： s = c e , 彤 ( 1 - 1 ) 式( 1 一1 ) 中，s 表示系统( s y s t e m ) ，e 表示要素的集合( e l e m e n t s ) ，r 表示建立在 集合e 上的各种关系的集合( r e l a t i o n s ) 。由上式可知，作为一个系统，必须包括其 要素的集合与关系的集合，两者缺一不可。两者结合起来，才能决定一个系统的 具体结构与特定功能。要素集合e 可以分为若干子集蜀，如能源系统，其要素集 4 引言 合e 可以分为煤炭子集西，石油子集局，天然气子集历，电力子集历等，电力 子集西又可以分为水电子集函，核电子集e , e 2 ，风电子集翰等等。即有 e = 巨u eu 弓u 巨u e u 。 臣= 臣。u u 瓦u 。 ( 1 - 2 ) ( 1 3 ) 系统的结构与系统的质密切相关。系统的结构不同，系统的质不同，系统就 有质的区别。在这个意义上，甚至可以认为系统的结构与系统的质属于同一范畴。 系统结构具有整体性、层次性、开放性、稳定性、相似性、相对性、结构与功能 相关性七个方面的基本特性。需要指出的是，结构反映了系统中要素之间的相对 稳定的联系方式、组织秩序及其时空表现形式，系统的结构具有相对稳定性。但 这种稳定性仅仅是一种平衡结构，是动态稳定性，是变化发展之中的稳定性，是 相对的。现实的系统都是非平衡的开放系统，总是处于演化之中，可以发生系统 的自组织，这是进行结构调整的理论基础。结构调整的目的就是寻求构筑系统合 理结构的规律和途径，所谓合理结构是指在对应系统总目标和环境因素的约束条 件下，系统的组成要素、要素问的相互关系集以及它们在阶层分布上的最优结合， 并使得系统有最优的或最满意的输出。 1 3 2 能源经济系统与双重结构 徐寿波院士将能源系统分为三类【1 7 】：一是能源一元结构系统，通常简称能源 系统；二是能源、经济二元结构系统；三是能源、经济、环境、资源、人口多元 结构系统。能源经济系统指的就是能源、经济二元结构系统，但在当前国内面i 隘 巨大环境压力和国际社会对全球气候变化异常关注的情况下，无论是一元结构系 统还是二元结构系统都必须面对该问题，环境污染和温室气体排放都必须作为研 究的一项重要约束条件。 在能源和经济二元结构系统中，需要研究能源与经济之间的关系。而单位g d p 能耗指标是反映能源与经济发展关系的最核心、最为有用的指标，因为该指标或 其倒数真实地反映了能源消费和经济发展最本质的关系。这也是我国“十一五 规划针对该指标提出具体要求、将其作为约束性指标的重要意义。 根据系统结构的定义，对能源经济系统这个二元结构的系统分别以能源品种 和产业为系统单元( 要素) 可以分为能源系统结构和经济系统结构两类结构。具 体如表1 1 所示： 5 北京交通人学博士学位论文 表1 1 能源系统中的双重结构 t a b l e1 - 1d u a l - s t r u c t u r ei ne n e r g ys y s t e m 系统结构系统单元单元之间的联系 能源系统结构 煤炭、电力、石油、天然气等比例关系，平衡关系，开发、输送、利用等关系 经济系统结构 第一、二、三产业比例关系，平衡关系，供、产、销等关系 表1 1 系统结构栏标明为能源系统结构和经济系统结构，而不是能源结构和经 济结构，因为它们之间有着显著差别。作为系统结构，能源系统结构和经济系统 结构除了系统单元煤炭、石油、天然气等、第一、二、三产业等之间的比例关系 这一量的规定外，还包括了系统单元间的平衡关系及其它关系等标志系统的质的 规定。由于系统结构中这些复杂的关系，如果在国家层面既要研究能源系统结构 和经济系统结构中量的规定又要研究这两类结构中的质的规定，研究会过于复杂， 因此论文只将这两类系统结构中的比例关系即量的规定作为研究对象，研究这些 系统单元如能源种类、产业部门等间的比例关系在能源经济系统中的作用。由于 单位g d p 能耗在该系统中的重要地位，具体地就是研究这些系统单元间的比例关 系与单位g d p 能耗之间的关系。 1 3 3 基本概念与研究范围界定 有关以能源效率、能源经济效率和单位g d p 能耗等为核心的节能降耗研究已 有大量文献和成果，但就目前为止，研究中相关概念、名词的使用比较随意、混 乱，还没有形成明确、统一的规范，容易造成研究间交流的困难。因此，本节对 论文研究对象的概念和范围进行界定，其目的是在已有研究的基础上对基本概念 进行辨析，明确论文所使用的名词及内涵，虽然不一定能够给出准确无误的概念 定义，但籍此在论文中的使用能够做到前后一致、表意清晰，并确定论文的研究 范围和研究重点。 ( 1 ) 基本概念 1 ) 单位能耗 含义广泛的一系列概念的总称，由徐寿波院士在上世纪七十年代研究中提出。 也称为能源消费系数或能源投入系数，是反映能源与经济发展关系最核心的指标。 单位能耗包括产品能耗、产值能耗、纯收入能耗、国民收入能耗( 净产值能耗) 和国内生产总值能耗( 增加值能耗) 等。 6 引言 单位能耗与目前研究中应用较多、从国外直译而来的能源强度( e n e r g yi n t e n s i t y ) 或能源密度的含义相一致，但与其相比，单位能耗又具有以下特点：一是可以根 据不同研究对象采用相应的指标，表意比较直观、准确，如对于经济增加值，国 家级采用单位g d p 能耗、部门( 产业) 级采用单位增加值能耗，对于产品或服务 可以用单位产品能耗或单位活动( 服务) 能耗等；二是从字面上该概念及其含义 更容易理解一单位能耗是“能源消耗 ，从直观认识上，既然是能源消耗那肯定 是越低越好即单位能耗的值越小越好，而能源强度则没有那么直观。而且，中国 “十一五一规划中使用的就是单位g d p 能耗。可见，单位能耗是中国专家总结出 的具有中国特色的概念。因此，论文采用这一概念系列，不过在文献综述或涉及 文献研究内容时，为了与原文献一致，有些还是保持了原文的描述。 此外，单位能耗与世界能源委员会定义的“能源效率 概念意义相似。世界 能源委员会在1 9 9 5 年出版的“应用高技术提高能效 中，把“能源效率 定义为 “减少提供同等能源服务的能源投入 。并指出，一个国家的综合能源效率指标是 单位g d p 能耗；部门能源效率指标分为经济指标和物理指标，前者为单位产值能 耗，物理指标工业部门为单位产品能耗，服务业和建筑物为单位面积能耗和人均 能耗等等。因此，单位g d p ( 增加值) 能耗是经济指标论文第3 章研究的基 础：而单位产品( 服务) 能耗是物理指标论文第4 章研究的基础。 而能源效率这一概念在我国的研究中应用比较混乱，大多表示能量、热量的 利用情况，即物理能源效率或能源利用效率；也有的表示经济产出效率，即能源 经济效率。论文中没有特殊说明，指的是能源经济效率。 2 ) 物理能源效率 通常用热效率来表示。联合国欧洲经济委员会的定义是：在使用能源( 开采、 加工转换、储运和终端利用) 的活动中所得到的起作用的能源量与实际消耗的能 源量之比，包括了开采效率、加工和转换效率、储运效率、终端利用效率、能源 系统总效率等。 3 ) 能源经济效率 徐寿波院士又称为能源经济效果系数，是经济发展数量与能源消费数量的比 值，是经济产出与能源投入之比。经济发展数量可以是国家、地区、部门和企业 的产量、产值、纯收入( 利税) 国民收入( 净产值) 、国内生产总值( 增加值) 等 的数量。能源经济效率是相应单位能耗的倒数。 7 北京交通大学博十学位论文 4