能源经济学(第三版)课件第3章

1、能源经济学第三章 能源需求1能源经济学第三章 能源需求1目录3.1 能源需求的基本概念3.2 能源需求的主要影响因素3.3 能源要素替代3.4 能源需求预测建模2目录3.1 能源需求的基本概念2目录3.1 能源需求的基本概念3.2 能源需求的主要影响因素3.3 能源要素替代3.4 能源需求预测建模3目录3.1 能源需求的基本概念33.1 能源需求的基本概念3.1.1能源需求含义3.1.2能源需求总量和能源需求结构3.1.3能源强度3.1.4能源需求弹性3.1 能源需求的基本概念3.1.1能源需求含义3.1.1能源需求含义能源需求指消费者在各种可能的价格下，对能源资源愿意并且能够购买的数量。与一

2、般产品的需求一样，能源需求必须满足：购买欲望购买能力3.1.1能源需求含义能源需求指消费者在各种可能的价格下，对3.1.1能源需求含义能源需求具有派生性绝对需求：人们对社会产品和服务的需求派生需求：由绝对需求派生能源可以转化为现代化生产过程中所必需的燃料和动力，或直接作为最基本的生产原料，为市场提供产品和服务在其他条件不变时，能源需求水平会随产品需求水平变动而变动3.1.1能源需求含义能源需求具有派生性3.1.1能源需求含义能源需求量：能源经济学基本概念，实际中很难准确测度能源消费量：有效能源需求的反映当能源供给充足，且无库存时 能源消费量=能源需求量能源需求量与能源消费量3.1.1能源需求含

3、义能源需求量与能源消费量3.1.2能源需求总量和能源需求结构能源需求总量 指所研究的一定范围内各品种能源需求量之和。如一次能源需求量，化石能源需求量等，通常能源需求量指的是一次能源需求量。一国的能源需求总量由终端能源需求量、能源加工转换损失量和损失量三部分构成。3.1.2能源需求总量和能源需求结构能源需求总量 指所研究的3.1.2能源需求总量和能源需求结构按照OECD/IEA的定义，终端能源需求是终端用能设备入口得到的能源。终端能源需求量等于一次能源消费量减去能源加工、转化和储运这三个中间环节的损失和能源工业所用能源后的能源量。 中间环节损失包括选煤和型煤加工损失，炼油损失，油气田损失，发电、

4、电厂供热、炼焦、制气损失，输电损失，煤炭储运损失，油气运输损失。 中国能源平衡表计算得出的终端能源需求量远高于按照国际通行准则计算得出的数量。3.1.2能源需求总量和能源需求结构按照OECD/IEA的定3.1.2能源需求总量和能源需求结构能源加工转换损失量：指一定时期内全国投入加工转换的各种能源数量之和与产出各种能源产品之和的差额，是观察能源在加工转换过程中损失量变化的指标。能源损失量：指一定时期内能源在输送、分配、储存过程中发生的损失和由客观原因造成的各种损失量，不包括各种气体能源放空、放散量。 3.1.2能源需求总量和能源需求结构能源加工转换损失量：指一3.1.2能源需求总量和能源需求结构

5、能源需求结构：能源需求总量中各能源品种所占比例主要发达国家已实现以煤为主向油气为主的能源需求结构转换世界平均能源需求结构中，以石油为主的液体能源比重约38%中国“富煤贫油少气”，煤炭占比70%左右，是少数几个以煤为主的国家3.1.2能源需求总量和能源需求结构能源需求结构：能源需求总3.1.2能源需求总量和能源需求结构2018年世界主要国家一次能源消费结构（）引自BP（2019）国家石油天然气煤炭核能水电可再生能源美国39.9830.5413.788.362.844.51日本40.1621.9125.872.454.045.59德国34.9523.4420.505.321.1814.61英国40

6、.0635.283.937.660.6412.43法国32.5115.143.4638.545.994.37加拿大31.9328.894.196.5725.442.98俄罗斯21.1354.2212.216.425.970.04印度29.546.1755.891.093.913.40巴西45.6710.375.351.1929.487.95中国19.597.4358.252.038.314.38世界平均33.6223.8727.214.416.844.053.1.2能源需求总量和能源需求结构2018年世界主要国家一3.1.3能源强度能源强度也称单位产值能耗或能源密集度（Energy Inten

7、sity），是指一段时间内，某一经济行为体单位产值消耗的能源量。单位：吨（或公斤）油当量（或煤当量）美元（或其它货币单位）反映经济对能源依赖程度反映经济行为体利用能源效率的状况 3.1.3能源强度能源强度也称单位产值能耗或能源密集度（En3.1.3能源强度与能源强度相近似的还有一些反映能源技术效率的指标能源强度的编制较容易，在实际中得到广泛应用 国家能效比较时，注意剔除汇率对能源强度的影响 能源加工转换效率储运效率终端利用效率在使用能源（加工、转换、储运和终端利用）的活动中所得到的有效能与实际输入的能源量之比3.1.3能源强度与能源强度相近似的还有一些反映能源技术效率3.1.4能源需求弹性能源

8、需求价格弹性 能源需求价格弹性：在其他条件不变时，能源价格的相对变动所引起的能源需求量的相对变动比率，即能源需求量的变化率与能源价格变化率之比。 其中 为能源需求绝对量 为能源需求变动量 为能源价格绝对量 为能源价格变动量当 时，3.1.4能源需求弹性能源需求价格弹性 3.1.4能源需求弹性能源需求价格弹性与一般产品需求价格弹性一样，一般为负值 短期能源需求总量和结构难以随价格的变化做出大的调整，能源需求价格弹性一般较小 长期能源需求总量和结构随价格调整的幅度会增加，即长期能源需求价格弹性相对较大 能源需求价格弹性与收入水平有关，在收入较低阶段，对价格相对不敏感，随着生活水平的提高，对价格敏感

9、度随之提高3.1.4能源需求弹性能源需求价格弹性与一般产品需求价格弹性3.1.4能源需求弹性Cooper(2003)利用计量经济学模型和1979-2000年数据，对23个国家长期和短期石油需求收入弹性进行了估计。他建立的计量经济学模型如下：其中 为人均原油消费量序列； 为实际原油价格序列 为实际人均收入序列 为残差序列 为短期价格需求弹性 为长期需求价格弹性3.1.4能源需求弹性Cooper(2003)利用计量经济学3.1.4能源需求弹性原油需求价格弹性人均石油消费增长率人均实际GDP增长率能源需求价格弹性短期长期澳大利亚加拿大中国丹麦法国德国希腊意大利日本韩国葡萄牙西班牙英国美国-0.3-1

10、.33.6-2.5-1.5-1.42.2-0.4-1.08.33.01.3-1.1.-0.71.71.68.61.51.71.21.52.28.16.42.92.12.02.0-0.034-0.0410.001-0.026-0.069-0.024-0.055-0.035-0.071-0.0940.023-0.087-0.068-0.061-0.068-0.3520.005-0.191-0.568-0.279-0.126-0.208-0.357-0.1780.038-0.146-0.182-0.453来源：Cooper, 2003 3.1.4能源需求弹性原油需求价格弹性人均石油人均实际能源需3.

11、1.4能源需求弹性Cooper研究结果显示：第一，无论长期还是短期石油价格弹性都是负数，除中国和葡萄牙除外；第二，长期价格弹性明显大于短期价格弹性，第三，能源需求对价格来说，总体是缺乏弹性的，但发达国家需求价格弹性相对较大。 3.1.4能源需求弹性Cooper研究结果显示：第一，无论长3.1.4能源需求弹性能源需求交叉价格弹性：一种能源产品价格的相对变动所引起的有关能源品种需求量的相对变动，其数学表达式为：其中 为能源品种j的需求绝对量 为能源品种j的需求变动量 为能源品种i的价格绝对量 为能源品种i的价格变动量当 时，能源需求交叉价格弹性3.1.4能源需求弹性能源需求交叉价格弹性3.1.4能

12、源需求弹性能源需求收入弹性 能源需求收入弹性：在其他条件不变时，能源消费者收入的相对变动所引起的能源需求量的相对变动。数学计算公式为：其中 为能源消费者收入的变动量 为能源消费者收入的绝对量当 时， 能源需求收入弹性系数与一国的经济技术发展水平，产业结构、能源需求结构和消费习惯等有密切关系。3.1.4能源需求弹性能源需求收入弹性 3.1.4能源需求弹性 1，表明能源需求增长率快于经济增长率，经济增长为一种粗放式增长； =1，能源需求增长与经济增长同步；0 1，能源需求增长率低于经济增长率; 1，表明能源需求增长率快于经3.1.4能源需求弹性能源需求弹性系数与能源强度 能源需求弹性系数大于1，能

13、源强度上升，能源需求弹性系数等于1，能源强度不变，能源需求弹性系数小于1，能源强度下降。例如，由能源需求弹性系数=1，根据定义可得其中 为t-1和t时期能源需求量， 为t-1和t时期的经济总量。 化简得， 即t-1时期能源强度等于t时期能源强度。3.1.4能源需求弹性能源需求弹性系数与能源强度 3.1.4能源需求弹性长期弹性设 为煤炭需求量序列， 为收入变量序列，通常用人均实际收入反映， ， 和 分别为煤炭，石油，天然气价格序列，建立如下计量模型：检验残差序列的单位根：可获得如下关系：模型中的系数 与前文定义的有关弹性概念一致，故它们分别表示煤炭需求的长期收入弹性、价格弹性以及煤炭关于石油、天

14、然气的交叉价格弹性。3.1.4能源需求弹性长期弹性设 为煤炭需求量序列3.1.4能源需求弹性短期弹性Engle and Granger (1987)提出的协整关系的误差修正模型可用下式估计： 与长期协整关系类似的是，误差修正模型中的系数 分别表示煤炭需求的短期收入弹性、价格弹性和煤炭需求关于石油、天然气价格的交叉弹性。误差修正项的系数 表示任意波动所导致的煤炭需求对长期均衡偏离的调整速度3.1.4能源需求弹性短期弹性Engle and Gran案例分析利用弹性的计算方法估计我国煤炭需求的长期、短期弹性 名义人均GDP 人均实际GDP26变量含义LTC年人均煤炭消费量的对数LRG年人均实际国内生

15、产总值（按1995 年不变价格计算）的对数LPC煤炭价格指数 (1990=100) 的对数LPO石油价格指数 (1990=100) 的对数案例分析利用弹性的计算方法估计我国煤炭需求的长期、短期弹性平稳性检验结果协整性检验结果27案例分析序列检验变量水平值一阶差分LTCt -2.3514 -4.1771*LRGt -1.3431-3.7475*LPCt -0.3380-3.0722 *LPOt -0.3260 -3.0508*协整方程个数特征值似然比统计量5%临界值1%临界值 r =0 * 0.9724 179.2155 68.52 76.07 r =1 * 0.9109 96.6883 47.

16、21 54.46 r =2 * 0.6762 41.0724 29.68 35.65 r =3 0.4160 15.1305 15.41 20.04 r =4 0.1131 2.7592 3.76 6.65平稳性检验结果27案例分析序列检验变量水平值一阶差分LTC长期协整方程煤炭收入的长期弹性为正（ 0.519 ），价格弹性为负 (-0.960) ，石油与煤炭的交叉价格弹性为正 (0.574) 煤炭需求关于收入、价格和石油价格变化从长期来看都是缺乏弹性的煤炭需求关于煤炭价格变化近似于同比例变化收入增加和石油价格上涨所导致的煤炭需求增加的相对比例小于收入和石油价格变化的比例。煤炭需求结构突变也导

17、致了这种长期协整关系的调整28长期协整方程28短期误差修正模型因变量 D(LTC)变量系数t- 统计量概率D(LRG)0.60141.95380.0656D(LPC)0.06100.50110.6221D(LPO)-0.0215-0.29940.7679VECM(-1)-0.3061-8.20430.0000C-0.0234-0.88250.3885R- 平方0.8404调整后的 R- 平方0.8068D.W. 统计量2.475329短期误差修正模型因变量 D(LTC)变量系数t- 统计量概率目录3.1 能源需求的基本概念3.2 能源需求的主要影响因素3.3 能源要素替代3.4 能源需求预测建

18、模30目录3.1 能源需求的基本概念303.2 能源需求的主要影响因素3.2.1 经济增长 3.2.2 社会发展 3.2.3 产业结构及部门能源强度3.2.4 能源价格 3.2.5 能源技术与管理3.2 能源需求的主要影响因素3.2.1 经济增长 3.2.3.2.1经济增长经济增长是推动能源需求总量增加的首要因素当世界经济稳步增长时，随着生产规模的扩大，能源要素的需求量会增加；生产导致的劳动量增加使居民的收入增加，生活能源使用量必然相应增加当世界经济发展不景气时，各行业相对缩小生产规模，导致作为原材料的能源需求量减少；由于各部门生产规模缩小，或减少了雇佣劳动力，或缩短了工作时间，或降低了工作强

19、度，这些变化使得居民收入也随之减少，减少了居民对生活能源的使用。 3.2.1经济增长经济增长是推动能源需求总量增加的首要因素工业革命以来的世界经济和能源消费部分国家GDP和能源消费量 单位：千亿美元（2010年不变价），亿吨油当量引自BP（2019），联合国网站统计数据库（联合国，2019）。国家年份1985199520052010201520162017美国GDP76.42 102.17 143.32 149.92 167.10 169.72 173.49 能源消费量17.24 20.69 22.97 22.23 22.13 22.13 22.22 日本GDP37.01 50.64 56.7

20、2 57.00 59.96 60.53 61.58 能源消费量3.77 5.01 5.31 5.05 4.53 4.51 4.55 德国GDP21.84 28.41 32.14 34.17 37.18 38.02 38.84 能源消费量3.66 3.38 3.38 3.28 3.23 3.28 3.34 英国GDP13.58 17.71 24.03 24.53 27.20 27.68 28.16 能源消费量2.04 2.18 2.32 2.15 1.95 1.93 1.93 法国GDP16.04 20.20 25.37 26.43 27.81 28.14 28.75 能源消费量2.01 2.3

21、9 2.65 2.56 2.42 2.38 2.37 意大利GDP15.00 18.66 21.59 21.25 20.62 20.86 21.19 能源消费量1.39 1.64 1.88 1.74 1.53 1.55 1.56 印度GDP3.71 6.49 11.90 16.70 22.90 24.53 26.17 能源消费量1.35 2.52 3.95 5.39 6.90 7.19 7.50 中国GDP5.66 14.79 35.70 61.01 89.08 95.07 101.59 能源消费量5.30 8.91 18.03 24.92 30.10 30.47 31.39 世界GDP318

22、.26 422.47 582.58 661.46 758.40 776.69 800.50 能源消费量71.54 85.66 108.88 121.00 130.46 132.29 134.75 工业革命以来的世界经济和能源消费部分国家GDP和能源消费量 3.2.1经济增长不同国家或同一国家不同经济发展阶段，经济增长对能源需求的影响是不同的，一般可以用能源需求的弹性系数定量反映经济增长对能源需求总量的影响程度。通常情况下，发达国家能源需求的弹性系数较小，而发展中国家能源需求弹性系数相对较大(王文平等, 2007)。能源需求和经济增长之间的定量关系，可用扩展CobbDouglas生产函数描述R：

23、能源投入量r：产出对能源的弹性系数3.2.1经济增长不同国家或同一国家不同经济发展阶段，经济增3.2.2社会发展 人口总量 直接需求（炊事，照明，取暖等用燃料）间接需求（购买的小汽车，衣服，食品等消耗的能源）1860-2010年世界人均一次能源消费水平变化趋势资料来源：张雷，蔡国田，2005；BP (2019)。1750-1850年，人均能源消费年均增速为1.4%；1860-1960年，人均能源消费年均增速为2.56%；1960-2010年，人均能源消费年均增速为1.15%；3.2.2社会发展 人口总量 1860-2010年世界人均一3.2.2社会发展 社会人口结构变化 城市居民和农村居民的能

24、源利用方式和消费水平有很大差异城市化会增加人口对能源的需求 3.2.2社会发展 社会人口结构变化 3.2.3产业结构及部门能源强度不同的产业结构，其能源需求不同，甚至差别很大在现有技术水平下， 产业结构的变动决定了能源利用效率的高低，无论长期还是短期，产业结构的调整都会影响能源需求量和需求结构的变化； 例如，19932005年期间，我国工业部门内部轻工业和重工业结构变化对能源需求的影响大致为，重工业比例每增加一个百分点，能源需求量增加约1000万吨标准煤（齐志新等，2007）。3.2.3产业结构及部门能源强度不同的产业结构，其能源需求不3.2.3产业结构及部门能源强度产业结构对能源需求产生重要

25、影响的主要原因：不同产业部门单位产值需求的能源数量，即部门能源强度相差较大。一般来说，第二产业属于高耗能产业，能源强度相对较高；第三产业能源强度相对较低。按照产业结构升级理论，在经济水平发展到一定程度以后，第二产业的主导地位应该逐渐向第三产业过渡，从而整个经济的能源强度趋于下降。 3.2.3产业结构及部门能源强度产业结构对能源需求产生重要影3.2.3产业结构及部门能源强度若干国家三次产业GDP结构变动趋势（%）资料来源：根据国际统计年鉴(1995)、国际统计年鉴(2011)、国际统计年鉴20162017年整理所得。国别产业19902000201020152016印度第一产业第二产业第三产业31

26、.029.040.023.026.051.016.228.455.417.4 30.0 52.617.428.853.8日本第一产业第二产业第三产业2.542.055.51.530.068.51.528.0 70.51.2 26.9 72.01.128.970.0韩国第一产业第二产业第三产业8.743.447.94.438.157.52.636.461.02.3 38.0 59.72.2 38.6 59.2英国第一产业第二产业第三产业0.925.373.80.7 21.1 78.20.7 20.2 79.20.6 19.2 80.2中国第一产业第二产业第三产业27.141.631.314.74

27、5.539.89.5 44.6 45.99.0 40.5 50.58.6 39.8 51.63.2.3产业结构及部门能源强度若干国家三次产业GDP结构变中国各产业部门的能源需求比重（）引自国家统计局能源统计司（2017）。工业部门能源需求比重很高交通部门用能显著增长行业1995年2000年2005年2009年2010年2011年2012年2013年2014年2015年2016年农、林、牧、渔、水利业4.2 2.9 2.6 2.1 2.0 2.0 1.9 1.9 1.9 1.9 2.0 工业 73.3 70.1 71.9 72.5 72.5 71.8 70.8 69.8 69.4 68.0 66

28、.6 采掘业7.6 7.0 4.8 4.9 5.8 6.1 6.1 5.7 5.4 4.5 4.0 制造业59.7 55.1 60.5 61.5 60.3 59.2 58.3 57.3 57.5 57.0 55.6 其中：石油加工、炼焦及核燃料加工业4.25.44.85.25.04.74.74.64.75.45.2化学原料及化学制品制造业12.1 9.6 11.0 10.0 10.2 10.5 10.6 10.6 11.2 11.4 11.2 黑色金属冶炼及压延加工业14.1 14.0 17.1 19.4 18.5 16.7 16.8 16.5 16.3 14.9 14.2 非金属矿物制品业1

29、0.0 7.8 10.0 9.1 9.0 9.9 9.4 8.8 8.6 8.0 7.5 电力、煤气及水生产和供应业6.0 8.0 6.6 6.1 6.4 6.6 6.4 6.8 6.5 6.5 7.0 建筑业1.0 1.5 1.3 1.4 1.5 1.6 1.6 1.7 1.8 1.8 1.8 交通运输、仓储和邮政业4.5 7.8 7.3 7.3 7.5 7.7 8.1 8.4 8.5 8.9 9.1 批发、零售业和住宿、餐饮业1.5 2.2 2.3 2.2 2.2 2.4 2.5 2.5 2.6 2.7 2.8 其他行业3.4 4.2 4.0 4.1 4.2 4.4 4.6 4.7 4.7

30、 5.1 5.3 生活消费12.0 11.4 10.5 10.5 10.1 10.2 10.5 10.9 11.1 11.7 12.4 中国各产业部门的能源需求比重（）引自国家统计局能源统计司（3.2.4能源价格 能源市场的市场化程度越高，能源价格对能源需求的影响也越大 一般情况下，能源价格与能源需求二者之间呈反向关系，即能源价格上涨，能源需求减少；反之，能源价格下跌，能源需求增加。3.2.4能源价格 能源市场的市场化程度越高，能源价格对能源3.2.4能源价格除对能源需求总量产生影响外，能源价格波动还会对单位产出能耗产生影响，能源价格上升引致众多高耗能产业的成本大幅度上升，促使节能设备的研发和

31、投入使用，单位产出的耗能量（能源强度）将不断下降。由于能源需求与机器设备（技术水平）有关，能源价格波动对当期能源需求的影响有限，这种影响通常有一个滞后期。3.2.4能源价格除对能源需求总量产生影响外，能源价格波动还3.2.4能源价格与能源资源的独特性相匹配，能源价格的不确定性较一般经济产品价格不确定性大 能源价格的不确定性除来自未来能源市场的不可预期性外，还体现在能源价值的不稳定性上 能源价格较高的不确定性，使得能源价格波动剧烈而频繁，一有风吹草动就会闻风而动，甚至完全脱离供需基本面，这也使得能源价格对能源供需的调节作用大大减弱。3.2.4能源价格与能源资源的独特性相匹配，能源价格的不确定3.

32、2.5能源技术与管理 能源技术进步和管理创新对能源需求和供给均会产生积极的影响 如勘探开发领域内的能源技术进步化石能源的可耗竭性的抑制作用更多地体现在需求结构优化、能源使用效率的提高以及开发可再生能源上。能源技术进步是能源需求结构优化调整的支撑 两次重大的能源需求结构转换 碳捕获与封存技术（CCS）以及交通运输用能模式系统技术 3.2.5能源技术与管理 能源技术进步和管理创新对能源需求和3.2.5能源技术与管理能源技术进步是提高能源使用效率的核心和关键通过直接减少能源需求，提高能源使用效率。如超超临界火力发电技术，机组热效率能够达到45%左右，据测算，如果我国燃煤发电厂热效率都达到45%的水平

33、，按2006年全国火电发电量计算，相当于全年可以少烧约2亿吨标准煤，减少二氧化碳排放约5. 4亿吨。节能灯的使用，建筑中的保温外墙等由新技术生产的新材料，新产品也可以达到节约能源的目的 3.2.5能源技术与管理能源技术进步是提高能源使用效率的核心3.2.5能源技术与管理管理制度创新通过对耗能产品制定科学的耗能标准；办公场所、营业场所耗能设施的管理制度建设等，规范企业生产行为，降低能耗；引导顾客树立节能意识，主动使用高能效产品，节约能源。例：美国“能源之星”计划 3.2.5能源技术与管理管理制度创新通过对耗能产品制定科学的其他因素季节与气温变化能源政策消费者的主观偏好消费习惯替代产品的价格 其他

34、因素季节与气温变化目录2.1 能源需求的基本概念3.2 能源需求的主要影响因素3.3 能源要素替代3.4 能源需求预测建模48目录2.1 能源需求的基本概念483.3.1 要素替代与能源需求为此，本章从全要素生产率核算的视角给出经济系统的分析框架，用于分析要素替代、能源需求、经济增长、经济结构、技术进步的关系。49经济增长的源泉要素投入增长资本劳动自然资源等全要素生产率增长人力资本积累等3.3.1 要素替代与能源需求49经济增长的源泉要素投入增长3.3.1 要素替代与能源需求在有关经济增长质量的理论讨论或者经济增长源泉的核算实践中，大多应用产出-资本-劳动的研究范式，即全要素生产率增速等于经济

35、增速减去资本和劳动力投入增速的加权和 。这类核算方法一般较少考虑产业结构，投入要素中只包括资本和劳动，并隐含假设自然资源或能源对经济增长没有影响。503.3.1 要素替代与能源需求在有关经济增长质量的理论讨论或3.3.1 要素替代与能源需求经济增长的过程也是部门结构演进的过程，它植根于现代技术所提供的生产函数的积累扩散中；这些发生在技术和组织中的变化只能从部门角度加以研究；离开了部门分析，就无法解释增长为什么会发生(Rostow, 1959)。研究能源需求，离不开经济总量，更离不开经济结构；总量是形式，结构是内容。513.3.1 要素替代与能源需求经济增长的过程也是部门结构演进3.3.1 要素

36、替代与能源需求为便于同时从技术进步和产业结构变化来讨论经济增长与对能源需求的关系，与总和生产率核算方法不同，这里采用部门生产率核算方法： Y-KLEM（产出资本、劳动、能源、原材料）523.3.1 要素替代与能源需求为便于同时从技术进步和产业结构3.3.1 要素替代与能源需求53对于一定时期的某生产部门 ，总产出为 ， 需要投入四大类生产要素：资本（ ）、劳动（ ）、各类能源 、原材料（ ），该部门的生产函数可以表示为：其中 表示部门 的技术水平，这里认为技术进步是希克斯中性的（对于其他有偏型的技术进步，可以做类似地推导）。 函数 满足正则条件（正的、有限的、二次连续可微、严格单调、严格拟凹）

37、和一次齐次条件。可以认为能源与其它生产要素是弱可分离的。3.3.1 要素替代与能源需求53对于一定时期的某生产部门 3.3.1 要素替代与能源需求54 ，有于是生产函数可以表述为：3.3.1 要素替代与能源需求54 3.3.1 要素替代与能源需求55设函数 也满足正则条件。对上式求全微分，其中， 为要素 的价格。则上式可以变换为3.3.1 要素替代与能源需求55设3.3.1 要素替代与能源需求56这四个权系数为各类要素的成本份额3.3.1 要素替代与能源需求56这四个权系数为各类要素的成3.3.1 要素替代与能源需求57可以得到该生产部门 的增长核算方程： 表示部门 全要素生产率增长对该部门总

38、产出增长的贡献。整个国民经济全要素生产率 的增长率等于各部门全要素生产率增长率的加权总和：3.3.1 要素替代与能源需求57可以得到该生产部门 的3.3.1 要素替代与能源需求58对于一个具体的生产部门 ，能否降低单位产出能耗，取决于在实现一定产出增长的同时，能否尽可能多地用全要素生产率增长、资本增长、劳动增长和原材料增长去替代能源增长。而能否实现这种替代以及替代量有多大，除了该部门本身的技术约束以外（边际技术替代率），还取决于能源与其它要素的相对价格水平变化和替代弹性。如果能源价格上涨，其它要素价格相对下降，则有利于降低单位产出能耗，即节约能源优先于节约资本、劳动和原材料。3.3.1 要素替

39、代与能源需求58对于一个具体的生产部门 ，3.3.1 要素替代与能源需求例如，在生铁生产中，需要同时消耗铁矿石和能源两类要素，这两类要素存在一定的替代关系（替代弹性大于零）。生产相同的一吨生铁，分别使用高品位和低品位的铁矿石作原料所消耗的能源是不同的。如果铁矿石的价格偏高，钢铁企业可能倾向于多消耗能源，少消耗铁矿石；如果铁矿石价格偏低，则可能倾向于少消耗能源，多消耗铁矿石。不仅能源与其它要素存在替代弹性，各类能源之间也存在一定的替代弹性，不同能源的产出弹性也是不同的。从能源效率的内涵来看，我们并不能简单地判断哪一种生产方案孰优孰劣。593.3.1 要素替代与能源需求例如，在生铁生产中，需要同时

40、消3.3.1 要素替代与能源需求在一定的发展阶段内，由于各部门客观的技术经济约束，能源与资本、原材料等生产要素替代性比较弱。对于一些部门，能源与资本甚至可能是互补关系，资本深化的过程就是能源消费迅速增长的过程（例如工业化初期或中期阶段）。因此，对于一个具体的生产部门 ，要实现该部门单位产出能源消耗量下降，则应该更多地依靠全要素生产率增长对产出增长的贡献，更多地依靠 去代替 ，这也体现了经济增长质量的转变。各部门全要素生产率（ ）增长速度既包括具体的科技进步速度，也包括资源配置效率改善情况、政府职能定位情况等软因素。603.3.1 要素替代与能源需求在一定的发展阶段内，由于各部门3.3.1 要素

41、替代与能源需求需要指出的是，在不同的发展阶段，对于不同的部门，全要素生产率增长可能具有不同的有偏性。例如，生产同样数量和质量的产品，企业通过引进一项新的生产工艺，可以节约大量劳动力和原材料，但节约能源较少，甚至不节约能源。在这种情况下，可以通过相关的政策激励措施鼓励企业加强节能方面的技术引进或者研发力度。在工业化进程中，技术进步往往是能源消耗型的。613.3.1 要素替代与能源需求需要指出的是，在不同的发展阶段3.3.2能源与其他要素的替代性能源与资本、劳动等要素的替代弹性、能源价格弹性对能源效率有重要影响。在不同的发展阶段、经济体制环境下，其弹性值也有所不同；甚至基于不同的假设，采用不同的模

42、型与方法，得到的具体结果也有所不同。623.3.2能源与其他要素的替代性能源与资本、劳动等要素的替代3.3.2能源与其他要素的替代性63假设总产出为 ，有三种生产要素：资本 、有效劳动 和一次能源 ，其价格分别为 ； 为时间趋势变量，表示技术进步，可以是有偏的。成本是产量、价格和技术水平的函数： 。Translog成本函数可以表示为：3.3.2能源与其他要素的替代性63假设总产出为 ，有3.3.2能源与其他要素的替代性64成本函数满足以下条件：（1）对价格线性齐次，即 ， 有于是，对于所有 ，有（2）海赛矩阵 是对称的，即 3.3.2能源与其他要素的替代性64成本函数满足以下条件：3.3.2能

43、源与其他要素的替代性65Translog函数可以视为任意函数的二次对数近似。假设 分别为资本、有效劳动、能源的投入量； 分别为资本、有效劳动、能源在总成本中所占的份额。由Shephard引理 ， ， 可以得到各种要素的成本份额方程：3.3.2能源与其他要素的替代性65Translog函数可以3.3.2能源与其他要素的替代性66由于 ，上式可以变换为：由于 ， 所以联立方程的自由度为2，有一个是冗余的。给定资本、有效劳动、能源的价格和成本份额，以及技术水平，就可以根据任意两个方程组成的联立方程组估计出所有参数。3.3.2能源与其他要素的替代性66由于 3.3.2能源与其他要素的替代性在计算两种要

44、素间的替代弹性时，通常采用Allen 偏替代弹性(Allen Partial Elasticity of Substitution, AES)。其中， 和 分别为成本对价格的一阶和二阶偏导数。 替代弹性是对称的，即 。如果 则表示要素 i和j是AES替代的，如果 则表示要素i 和 j是AES互补的。除了Allen 偏替代弹性以外，还有Morishima替代弹性。673.3.2能源与其他要素的替代性在计算两种要素间的替代弹性时3.3.2能源与其他要素的替代性在研究要素替代弹性时，成本函数要比生产函数更具优势(Binswanger, 1974)：68（1）对于生产者而言，要素价格是外生的，而要素投

45、入量是可以决策的；（2）使用生产函数法求替代弹性时需要求解逆矩阵，成本函数法则不需要；（3）使用生产函数时，要素投入量往往有较强的共线性，而成本函数以价格为自变量，一般不会出现严重的共线性问题；（4）生产函数中的线性齐次假设（对要素投入量）过于严格，而成本函数中的线性齐次假设（对价格）比较贴近实际；（5）Translog成本函数还可以很好的处理技术进步的有偏性。3.3.2能源与其他要素的替代性在研究要素替代弹性时，成本函3.3.2能源与其他要素的替代性除了能源与资本、劳动、原材料等其他生产要素存在替代性以外，各类能源品种之间也存在替代性。其替代弹性的推导与上述类似。近年来，国际能源价格巨幅波动

46、，但与上世纪70年代相比，它对宏观经济的负面冲击较小。其主要原因之一在于能源与其他要素间的替代弹性增大了，整个经济系统的自适应能力或者灵活性增强了。要素替代弹性和价格弹性上升，表明经济系统的灵活性和自由度增强，能源价格上涨更有助于减少能源消耗。693.3.2能源与其他要素的替代性除了能源与资本、劳动、原材料目录2.1 能源需求的基本概念3.2 能源需求的主要影响因素3.3 能源要素替代3.4 能源需求预测建模70目录2.1 能源需求的基本概念703.4能源需求预测建模3.4.1能源需求预测概述通过能源供需的历史和现状， 预测未来的能源需求状况。能源需求预测建模方法部门分析法传统时间序列趋势法能

47、源需求弹性系数法投入产出法BP人工神经网络模型法情景分析法灰色模型法713.4能源需求预测建模3.4.1能源需求预测概述通过能源供需3.4.2中长期能源需求预测中长期能源需求建模预测（以情景分析法与投入产出法相结合）情景分析法不是要预报未来,而是设想哪些类型的未来是可能的，通过描述在不同的发展路线下各种“可能的未来”，从而可以考虑能源需求的各驱动因素的不确定性(Silberglitt, et al., 2003)基本的投入产出模型Wassily Leontief教授于20世纪30年代末开发的一个分析框架。它的主要内容是编制棋盘式的投入产出表和建立相应的线性代数方程体系。投入产出表展示了各经济部

48、门之间的货币往来及其相互作用关系。表中的各行描述了各部门的产出在整个经济中的分配情况；而表中的各列描述了各部门的生产所需的投入情况 (Miller and Blair,1985) 。723.4.2中长期能源需求预测中长期能源需求建模预测（以情景分3.4.2中长期能源需求预测投入产出表的基本结构：733.4.2中长期能源需求预测投入产出表的基本结构：733.4.2中长期能源需求预测模型中的线性代数方程体系同样从数学上描述了部门产出在经济中的 分配情况，其矩阵表示形式如下所示：其中（设国民经济有个 部门）： 维向量，其元素 表示第 部门的总产出； 维向量，其元素 表示第 部门的最终使用（包括居民和

49、政府消费、固定资本形成总额、存货增加以及出口）； 维直接消耗系数矩阵，其元素 表示第 个部门生产单位产品对第 个部门产品的直接消耗量。 也被称为技术系数矩阵。 的计算方法为： 其中： 表示第 个部门对第 个部门产品的直接消耗量；743.4.2中长期能源需求预测模型中的线性代数方程体系同样从数3.4.2中长期能源需求预测上述方程可被改写为： 其中： 维单位矩阵 完全需求系数矩阵（又称列昂剔夫逆矩阵），其元素 ( ， =1,2,n)称为完全需求系数，表示第 个部门生产单位最终使用产品对第 个部门产品的完全需求量。由上式可见，投入产出模型是由最终需求驱动的，通过完全需求系数矩阵将最终需求的变化传导到

50、总产出的变化。753.4.2中长期能源需求预测上述方程可被改写为：753.4.2中长期能源需求预测面向多个地区的投入产出模型 面向多个地区的投入产出模型包括基本的地区间投入产出模型（inter-regional input-output model，IRIO）及一系列简化模型。由于数据来源的限制，直接运用基本的地区间投入产出模型是非常困难和复杂的，因而出现了一系列简化模型，主要包括：多地区投入产出模型（multiregional input-output model，MRIO，亦称列系数模型），Leontief模型和Pool-Approach模型。 本节选择MRIO模型作为核心模型。 假设研究

51、对象为m 个地区，则在MRIO模型中，投入产出模型的基本方程变为： 763.4.2中长期能源需求预测面向多个地区的投入产出模型763.4.2中长期能源需求预测其中： ， 为 维第 个地区的总产出矩阵，其元素 表示第 个地区第 部门的总产出。 描述了各区域各部门中间投入的来源和中间使用的去向。 ， 为 维第 个地区的技术系数矩阵。元素 表示第 个地区第 部门生产单位产品对第 个部门产品的直接消耗量773.4.2中长期能源需求预测其中： 773.4.2中长期能源需求预测 为区域间贸易系数矩阵 ，其中 ， 为第 个地区使用 的所有第 部门产品中来自第 个地区的比例。 ， 为 维第 个地区的最终使用矩

52、阵，其元素 表示 第 个地区对第 部门产品的最终需求量。 783.4.2中长期能源需求预测 为区域间贸易系数矩阵78能源需求模型能源需求量 其中： 维矩阵，一次化石能源需求总量，其元素 表示对第 种化石能源（煤炭、原油、天然气）的需求量 维矩阵，生产过程一次化石能源需求量，其元素 表示生产过程对第 种化石能源的需求总量 维矩阵，居民生活一次化石能源需求量，其元素 表示居民生活对第 种化石能源的需求总量79能源需求模型能源需求量79能源需求模型 和 的求法分别如下所示： 其中： 第 个地区的生产活动对一次化石能源的需求总量。 第 个地区第 部门单位产出对第 种能源的需求量（实物量）。 第 个地区

53、的居民生活对一次化石能源的需求总量。 第 个地区城镇居民对第 种能源的人均生活用能需求量。 第 个地区农村居民对第 种能源的人均生活用能需求量。 第 个地区的人口数。 第 个地区的城市化率，即城镇人口占全国总人口数的比例。 80能源需求模型 和 的求法分能源需求模型设 为化石能源占一次能源比重，则一次能源需求量 为 能源强度由能源强度的定义可得到其计算方法如下所示： 其中： 能源强度 第 个部门的增加值81能源需求模型设 为化石能源占一次能源比重，则一次能源需求将驱动因素的影响结合进模型终端年份 的最终需求 计算终端年份居民对各部门产品的人均消费量 通过收入弹性系数求出，收入弹性系数度量的是收

54、入每变化一个百分点时，居民对各种商品需求量的变化， 其中： 收入弹性系数 终端 年份的居民人均消费量 基年 的居民人均消费量 终端 年份的居民人均收入 基年 的居民人均收入82将驱动因素的影响结合进模型终端年份 的最终需求 82 改写方程就可得到终端年份的居民人均消费量，如方程： 按类似的方法可获得终端年份 的城市居民人均消费量和终端年份 的农村居民人均消费量 。83 改写方程就可得到终端年份的居民人均消费量，如方程：83计算终端年份居民消费总量。居民消费总量可通过将人均消费量和人口总数相乘得到。 其中： 终端年份 的居民消费总量 终端年份 的城镇居民消费总量 终端年份 的农村居民消费总量 终

55、端年份 的人口数 终端年份 的城市化率估计终端年份最终需求利用相应年份的居民消费总量的结果估计得到： 其中： 居民消费总额占最终使用的比例84计算终端年份居民消费总量。居民消费总量可通过将人均消费量和人终端年份 的直接消耗系数矩阵 终端年份的直接消耗系数矩阵运用RAS直接消耗系数调整法确定 RAS方法是在更新投入产出系数矩阵中普遍使用的一种工具，它旨在通过所研究年份的三组数据获取该年份的 个技术系数。这三组所需的信息为：终端年份第 部门的总产出 ；终端年份第 部门的中间使用合计 ，它等于 ，也等于该部门的总产出 减去部门的最终需求 ；终端年份第 部门的中间投入合计 ，它等于 ，也等于 减去部门

56、增加值 RAS法的基本目的是：根据技术变化的代用假定和制造假定，利用 、 、 等控制数据，找出一套行乘数（ ）和一套列乘数（ ），分别用于调整基年直接消耗系数矩阵 各行和各列元素。这两套乘数可以通过图3-2所示的迭代算法获得。获得两套乘数之后，利用下式可得到未来的直接消耗系数矩阵： 85终端年份 的直接消耗系数矩阵8586 RAS迭代算法86 RAS迭代算法 和 终端年份的单位产出能耗矩阵 和人均生活能耗矩阵 通过对基年相应的能耗系数调整得到：根据相应的能源规划可以设定能源效率进步情景，假设 维矩阵 为技术进步矩阵，其元素 （ ）表示第 个部门单位产出对第 种能源的耗用量的年变化率， 为与第

57、种能源的人均生活耗用量的年变化率，则有 87 和87相关软件的开发运用Visual Basic 6.0，开发了基于上述模型的用于预测中国中长期能源需求量、能源强度软件系统，并命名为CEDAS 1.0。梁巧梅(2007)数据库及数据库管理子系统对基年数据、各影响因素情景以及模型结果进行输入、存储、查询等维护和管理工作。用户接口提供图形化的用户界面，使用户能方便的输入参数及查询结果。情景生成子系统将各要素情景进行组合，形成综合情景。模型库子系统利用能源需求模型分析各综合情景下终端年份的各项能源需求指标。相关软件的开发运用Visual Basic 6.0，开发了基89CEDAS系统设计框图89CEDAS系统设计框图数据库和数据库管理子系统1) 数据库 数据库由基年数据库、要素情景数据库和结果数据库组成。基年数据库包括基年的投入产出表，社会经济数据以及技术数据。要素情景数据库：经济数据库存储各阶段的GDP增长速度，人均收入增长速度，收入弹性系数，产业结构变化等数据信息；人口数据库存储历年人口总数；城市化情景库存储历年城市化率；技术情景库存储单位产出能源消耗变化率，人均生活用能耗用量变化率等数据信息。结果数据库用于分情景存储能源需求量以及其他结果。2) 数据库管理子系统 该系统为用户提供方便的对要素情景数据库和结果数据库进行添加、修改和显示的功能。对于