能源经济学(第三版)课件第4章

1、能源经济学第四章能源效率能源效率的内涵4.2能源效率的测度4.3能源效率的测度指标与方法4.4能源强度的分解3能源效率的内涵4.2能源效率的测度4.3能源效率的测度指标与方法4.4能源强度的分解4.1能源效率的内涵所谓效率“,通常指产出量与投入量的比值。世界能源理事会认为,能源效率是能源的服务产出量与能源使用量（或投入量）的比值。实际工作中,有时采用相对效率概念,评价对象之间逬行横向比较,或者评价对象自身进行历史比较;有时也采用目标能源消费量与实际能源消费量的比值该比值越接近于,则表明效率越大。改善能源效率就是要以尽可能少的能源投入来获得尽可能多的服务产出量。目前各界对能源效率概念的认识基本上

2、是一致的。但是,能源效率的内涵，仍然是值得深入讨论的问题。能源效率不是一个孤立地度量结果,它与经济.社会.环境.技术等密切相关。环境能源效率分析的原则成本或利润原则支出或效用原则供应保障原则可持续利用原则能源效率的内涵在于所消耗的能源量对于维持或促进整个经济.社会和环境系统可持续发展的贡献量。5口在不同的发展阶段，对”贡献量”的理解和度量也会有所不同(1)(2)(3)在宏观层面上能源效率的涵义不仅于它的工程技术或热力学方面的效率涵义。更在于它的经济.社会和环境系统可持续发展涵义。改善能源效率.不仅可以体现在用能设备的改进方面。还可以体现在其他诸多方面即便在一些常用的能源效率统计指标中未能体现出

3、来。有些能源活动尽管直接带来的服务产出量没有变化.消耗的能源量也没有变化但是对于维持或促进可持续发展做出了更多贡献也可以视为改善了能源效率。能源效率的内涵4.2能源效率的测度4.3能源效率的测度指标与方法4.4能源强度的分解#4.2能源效率的测度口能源效率指标在能源效率政策制定和评估中扮演着重要角色o在实践中,通常力图采用一个一维指标来刻画能源效率。口该指标应该力求达到以下三点:台匕冋壬+立自冃匕unK口P刃冃忌不会出现较大偏误能满足通常的应用需求满足上述三点的能源效率指标,在有的情况下是不可接受的Z因为：采用不同的测度方法或指标,对能源效率的度量值可能不同,特别是在进行国际或区域比较时；在很

4、多情况下,采用单位产值能耗或单位增加值能耗等指标,只是从统计核算上得到能耗水平结果,所获取的信息量也很有限,并不具有决策支持的功能。采用不恰当的测度指标,还可能会导致不同的用能行为每种能源效率测度指标都是隐含了一定的假设条件,都有其优缺点和适应范围。(2)从能源效率的内涵来看，服务产出不仅要核算有用量(+),也要核算有害量(-),关犍是看对于维持或促进整个经济.社会和环境系统可持续发展的贡献量。能源投入是异质的,各类能源还是不完全替代的。各国的资源禀赋.基础条件和发展阶段不同,很难准确地.定量地判断我国的单位GDP能耗是发达国家的多少倍。(1) 每种能源效率测度指标都隐含了一定的假设条件,都有

5、其优缺点和适应范围不同的应用领域有不同的核算方法,由此会有不同的能源效率测度指标。每种指标都是基于一定的假设条件，都有其优点，也有其局限性。如果这些假设条件远未满足f则可能对能源效率测度造成较大偏差,形成错误或者有偏误的判断.从而可能造成决策失误。在实躅中，具体采用什么方法,还依赖于数据的可获得性。目前常用的能源效率指标有单位GDP能耗.单位总产值能耗.单位增加值能耗.单位产品能耗.工摩能耗等,这些指标也都基于了一定的假设。(2) 从能源效率的内涵来看,服务产出不仅要核算有用量(+),也要核算有害量(-),关键看对于维持或促进整个经济社会和环境系统可持续发展的贡献量在一国或地区的宏观测度中,服

6、务产出一般用国内(地区)生产总值指标；对于一个行业或部门,一般采用总产值或增加值指标；对于一个具体的产品，一般采用产量指标。由于各国的服务产出结构不同，即使总产值或增加值数值相同技术发展水平相同,对能源的消耗量也会大不相同。在很多情况下由于客观条件的制约也可能导致服务产出量差别较(3) 能源投入是异质的，各类能源是不完全替代的从能源投入的角度来看能源效率的大小或者优劣取决于如何度量能源投入量。要提供同样能源服务量可以有不同的能源投入结构。在市场经济环境下,各类能源的差异在一定程度上可以通过相对价格来体现；各类能源存在一定的替代弹性,这种替代弹性往往也不是恒定的。在核算能源投入量时,更加科学的方

7、法是不仅要考虑各类能源所蕴含的“能量”，还要考虑它们的相对价格成本和不主全替代性。(4) 各国的资源禀赋、基础条件和发展阶段不同，很难准确、定量地判断我国的单位GDP能耗是发达国家的多少倍目前在单位产出能耗的国际比较方面,结论存在较多差异o按照世界银行(WorldBank2009)和国际能源署(IEA,2009)的数据#依据汇率法,2007年我国的单位GDP能耗是美国的4倍多；而依据购买力平价法(PPP)则仅比美国高出70%(采用新调整的购买力平价系数)o现有研究结论的差异有基础数据质量.统计口径.能源及原材料质量.数据可获得性等方面的原因,也有研究方法不尽科学合理的原因。15LX能源效率的内

8、涵4.2能源效率的测度能源效率的测度指标与方法4.4能源强度的分解爭华占辱非羽阀够*冷敬第£中4.3能源效率的测度指标与方肉 4.3.1能源宏观效率 4.3.2能源实物效率 4.3.3能源物理效率 4.3.4能源价值效率4.3.1能源宏观效率口在测度一个国家.地区或行业的总体能源效率水平时,目前最常用的是单位GDP能耗这一宏观指标f通常也定义为能源强度",这里将其倒数定义为能源宏观效率(energymacro-efficiency)o口单位增加值能耗越低，能源宏观效率就越高。21在有些文献中，有时把单位GDP能耗的倒数定义为"能源生产率"。严格来讲，二者

9、是略有区别的。在计算单位GDP能耗时f包含了居民生活直接用能；在计算能源生产率时,从生产法GDP核算的角度来看f不包括居民生活直接用能。在我,由于居民生活直接用能所占比重较小,能源生产率与单位GDP能耗倒数的差别很小,在地区的横向或纵向比较中,通常不会造成较大偏误。431能源宏观效率能源宏观效率是一个有偏的测度指标,没有考虑到能源与其他要素的替代弹性。为了克服或减少上述局限性,有时需要采用其他能源效率指标。从微观经济学的视角来看,有的文献把能源宏观效率称为"能源经济效率"有些不恰当。234.3.1能源宏观效率口从生产法GDP的核算视角来看，GDP是各行业增加值的累计值,能源

10、消耗总量也是各行业能耗的累计值,而且各行业还可以进一步分解,直至到产品层次。只要数据可获得，能源宏观效率的变化必然可以分解为产业结构的变化和各行业内部宏观能源效率的变化,即通常所指的结构份额和效率份额。Divisia方法是迄今为止最好的一种的指数分解方法。Tornqvist指数法是其离散化的处理形式之Diewert(1976)在研究指数理论时已严格证明,对于线性齐次超对数生产函数和单位成本函数,TOmqvist数量指数和价格指数均是准确的(exact)o根据定义,在只考虑生产用能时,能源宏观效率满足线性齐次性假设。22口在国际比较中,由于国际货币体系的原因,经济产出量要换算成同_货币单位逬行度

11、量。通常的转换方法有市场汇率法(MER)和购买力平价系数法(PPP)等。口理想地讲,PPP法更合适，但是其测算比较困难。简单地直接把国内外数据放在一起进行比较,得到的结论有时并不科学或者全面。27001234单位GDP能耗（吨标准油仍关元,购买力平价法）金砖五国和部分OECD家2016年单位5J321(41锭W慣毅E昱krs越dcloM*GDP能耗(IEA,2018b)431能源宏观效率简单地直接把国内外数据放在一起进行比较,得到的结论有时并不科学或者全面。例如,依据汇率法,2007年我国的单位GDP能耗为578吨标准油/干美元（当年价格）,是OECD国家的3.8倍；如果依据世界银行的PPP数

12、据,则为275吨标准万美元,是OECD国家的1.7倍。口右图是两种不同货币转换方法下的"金砖五国"和部分OECD国家单位GDP能耗,发达国家多数是在45。对角线附近，但中国.印度等发展中国家离对角线距离较远。耶鲁大学的Nordhaus(2007)针对汇率法和基于世界价格的PPP法存在的问题,提出了一种介于二者之间的Superlative-PPPJz用于全球能源经济环境建模。431能源宏观效率际比较项目（口2007年12月#世界银行发布了2005年全球ICP）的研究结果,对之前的PPP系数进行了修订。发达家市场的一体化程度较高.统计体系相对主善,使用PPP系数对发达国家的单位

13、GDP能耗进行比较#结果相对可靠。在使用世界银行的PPP数据对中国与发达国家的单位GDP能耗进行比较时f得到的序数值相对有意义f而基数值的意义相对较小。4.3能源效率的测度指标与方肉4.3.1能源宏观效4.3.2能源实物效率4.3.3能源物理效率口434能源价值效率39432能源卖畅效率定义:通常把所采用的单位产品能耗.工序能耗定义为能源实物效率(energyphysicalefficiency)例如吨钢综合能耗.吨钢可比能耗.吨炼铁能耗.发电煤耗.吨水泥能耗等。432能源实畅效率能源实物效率比较适合用于具有相同生产结构的企业间进行比较,反映微观经济组织的技术装备和管理水平。目前我国很多企业或

14、行业协会推广的标杆能效法"即以单位产品能耗为基础。在十五"期间,我国能源宏观效率出现了下降局面（发电煤耗法），但主要耗能产品的能源实物效率仍然在下降,特别是钢铁.铜.水泥.平板玻璃等产品。432能源卖畅效率在进行单位产品能耗.工序能耗的国际或企业比较时，仍然需要统一口径。例如,我国与发达国家的工序吨钢能耗计算口径存在较大差别。按照热当量法,我国主要耗能产品单耗较高,除了技术装备水平的原因以外,原材料质量.能源消费结构也是重要原因。如果不考虑到这些因素,可能会高估我国的节能潜力。4.3能源效率的测度指标与方肉4.3.1能源宏观效4.3.2能源实物效率4.3.3能源物理效率口4

15、34能源价值效率433能源肠理效率口能源物理效率是指能源的热效率(energythermodynamicsefficiency)z其计算的锂论基础是热力学定律。口根据能源流的不同环节,通常可以分解为能源开采.加工转换.贮运.终端利用效率。433能源肠理效率口能源物理效率还可划分为热力学第一定律效率.热力学第二定律效率。口依据热力学第一定律（能量转换和守恒定律）,过去二十多年来我国的能源物理效率有了显著提高,2005年能源开采效率.中间环节利用效率.终端利用效率分别为33.2%,68.4%和52.9%，总的物理效率为13.0%o2007年我国发电及电站供热效率为4024%#炼焦效率为97.78%

16、f炼油效率为97.17%O433能源肠理效率热力学第二定律指出，能量转换是有方向的。根据卡诺走理，由两个等温过程和两个绝热过程所构成的循环称为卡诺循环效率，记为显%=爸-T$T由于现实中高温热源的绝对温度1不可能为无穷大，低温厶热源的绝对温度不可能为0，因此久1，热能不可能全部转换为机械功，依据第二定律计算的热效率要更低（通常用"有效能"来计算）。4.3能源效率的测度指标与方肉4.3.1能源宏观效4.3.2能源实物效率4.3.3能源物理效率口434能源价值效率434能源价值效率口由于各类能源的异质性或品质差异，即使是相同热当量的能源，其功效也会不同。有的地区或企业，虽然耗能

17、量较低，但消耗的大多为优质能源（如夭然气.净调入的电力），其能源成本并不低。口为了对各类能源进行加总，除了可以采用热当量系数作为权重，还可以采用价格作为权重，由此可以计算能源的价值效率(energyvalueefficiency)0434能源价值效率口如果能源服务产出量也用价值量测度，那么把能源价格效率与其他效率指标结合起来进行国际比较，可以发现各国能源宏观效率或实物效率存在差异的部分原因。在计算不同国家或地区的能源消费价值量时，需要统一价格口径。在对能源价值效率进行纵向比较时，由于能源价格变化,有时效率值变化会很大。因此,能源价值效率更适用于横向比较。能源价值效率的优势还在于其国际比较不受各

18、国汇率或PPP的影响。434能源价值效率从动态性来看,能源价值效率有时也可以定义为设备全生命周期内的服务产出与能源成本比值。例如，购置节能灯，虽然在短期内需要一次性支付较多成本，但在灯泡的长期使用中节约了更多能源，实际上也提高了能源价值效率。6£爭华占辱非羽阀够*冷敬第£中能源效率的内涵4.2能源效率的测度4.3能源效率的测度指标与方法4.4能源强度的分解474.4能源務度的分解口近年来，有关能源宏观效率的研究文献中，相当一部分是能源强度的分解研究，即把能源强度的变化分解为部门结构的变化和各部门能源强度的变化。在各类分解方法中，Divisia方法最符合经济学涵义。4.4能源

19、務度的分解假设国民经济划分为个部门/表示时期ZE,A分别表示整个国民经济的增加值.能源消费量和单位GDP能耗Jt=Et/Yt；口纭£沪人分另蟻示部门i的增加值.能源消费量和部门强度Jit=Eit/Yit；口S”表示部门Z的增加值占GDP的比重几=Yit/Y。口Iit反映技术水平.Sit反映部门结构或产业结构。4.4能源强度的分解口单位GDP能耗等于各部门能源强度的加权平均值,权重就是各部门増加值占GDP的比重：两边对时间t求微分:CIA=工4=工s”仏才+工s”仏亍iiid/7ilil4-yiL丄+，血Ll=，I如.i+y；/Yt5,-Ytlit一1Et5,一1EtIit4.4能源强

20、度的分解求线积分,得到fi=I土刍+j令ESnJrJ-4为积分路径，表示在时间区间(0,T)内的曲线段。上式的线积分与积分路径无关。4.4能源務度的分解采用Sato-Vartiafg数法，单位GDP能耗的绝对变化AZ可以分解为结构效应卫才和强度效应諒:AZ=IT-為=Af力+AZ血+其中，也=2>,仏=2>,AZy是余值部分，一般情况下接«近于零。其中#E.tE“ '（ln'没InS汐） =1（In心山心）5字In字45JrJn4.4能源强度的分解口部门划分的细化程度会对结果造成影响,按行业门类.大类中类小类划分,结果均有所不同,这也是当前大多数文献的研究

21、结果存在较大差异的重要原因之一。口一般而言,划分得越细,各部门的单位增加值能耗就越可以反映技术水平,得到结果也越精确，但是所需要的数据量也越大。554.4能源務度的分解口从产业结构视角分析能源宏观效率或能源强度变化的原因,在一定程度上只是对统计数据的另一种表述，仅仅回答了“是什么“，未能回答为什么“，得到改善能效的政策启示自然是优化产业结构和加强技术进步。口但是,这对于宏观决策的支持作用并不是很大>因为产业结构变化.技术进步在很大程度上是内生的，仍然需要研究引导产业结构变化的内在原因。本章小结有关能源效率问题的研究仍在不断推进，为力求研究成果更具科学性和实用性，还可从多个方面进一步深化。在能源经济总量关系研究方面，需要注意结构异质性问题，特别是能源结构变化造成的影响。能源结构不仅仅可以采用物理量（热当量）来测度，还可以采用经济量（成本）来测度。如果采用后者，则我的能源消费是以石油为主的，而非煤炭。-针对不同的具体