北京市能源和环境中隐含能的动态变化分析

北京市能源和环境中隐含能的动态变化分析

随着人口和经济规模的不断扩大，城镇居民的消费水平不断提高，自2000年第2709.7万t标准煤炭已达2009年第6570.3万吨标准煤炭。随着能源消费的增加，不仅使北京面临着更严重的能源安全压力，而且导致能源消费产生的大量大气污染物和温室气体也直接或间接地影响着居民健康和世界气候变化。控制能源消费的过度增长是确保北京能源安全和环境健康的重要基础。影响区域能源强度的因素很多，包括产业结构和技术是最重要的两个因素。调整产业结构，促进高能耗产业转移，提高重点行业的技术水平，减少北京的能源强度，控制能源消费过快增长的重要道路。投入产出模型是分析经济各部门生产活动及国内外贸易对当地资源消耗和污染物排放的影响的有效工具。在[7、8、9、10、11、12、13、14、15、16和17]中，这项研究对特定国家的国际贸易具有很强的重要性，但在特定地区，对国际贸易和国内产品的输入和输出具有很少的隐藏能力。事实上，在一些地区，一些部门产品的国内转移和转移对该地区能源消耗的影响更大。因此，有必要将其与国际贸易分开进行比较。在此基础上，本研究采用投资生产模型，分析北京不同行业能源的直接和完全消耗特点，以及不同行业产品的国际贸易和国内转移对当地能源消费的影响。为北京节能减排、发展循环经济主要行业的筛选提供了支持，以及了产业结构和国内外贸易结构的调整。1学习方法1.1逆矩阵及完全需求分析现行的一般价值投入产出模型的矩阵表示法为:式中,X=(xi)为国民经济各部门总产出列向量;Y=(yi)为社会的最终需求列向量;A=(aij)为直接消耗系数矩阵;I为单位矩阵;(I-A)-1为Leontief逆矩阵.矩阵A中的元素aij为直接消耗系数,是指生产单位第j部门总产出对第i部门产品的直接消耗量,其计算公式为:式中,Zij为第j部门对第i部门的直接消耗量,xj为第j部门总产出.另外2个反映国民经济各部门间相互消耗产品的关系的指标是完全消耗系数bij和完全需求系数完全消耗系数bij是指生产单位第j部门总产出对第i部门产品的直接消耗量与全部间接消耗价值量.如果用B=(bij)表示完全消耗系数矩阵,则有:完全需求系数是指当第j部门最终需求增加一个单位时,引起的第i部门总产出的增加量.如果用完全需求系数矩阵,则有:1.2能源经济投入产出模型在一般经济投入产出表的主栏中增加“能源利用”部门,便构成了能源经济投入产出表.根据能源经济投入产出表中的各种平衡关系,可建立能源经济投入产出模型:式中,F=(fj)为国民经济各部门能源消费总量行向量;E=(ej)为各部门单位产值直接能耗系数行向量.1.3单位如何实现单位能源结合能源经济投入产出模型,采用单位增加值直接能耗、单位增加值完全能耗、增加单位最终使用累计增加能耗、能耗乘数4个指标分析北京市分行业的能源消耗强度特征.单位增加值直接能耗(aev)j表示第j部门实现单位增加值所直接消耗的能源量,计算公式为:式中,ej为第j部门能耗;vj为第j部门增加值.单位增加值完全能耗(bev)j表示第j部门实现单位增加值所直接消耗的和全部间接消耗的能源量,其计算式的矩阵表达形式为:式中,为国民经济各部门总产出的对角矩阵;为国民经济各部门增加值的对角矩阵.单位最终消费完全能耗表示第j部门每增加万元最终消费所引起整个经济系统累计增加的能源消耗量,其计算式的矩阵表达形式为:能耗乘数(me)j是指第j部门增加单位能耗,所引起的整个经济系统增加的能耗量,它反映了部门能耗的乘数效应.式中,(ae)j是指第j部门单位产值能耗.1.4北京市输出产品隐蔽能计算由于生产每种产品都需要消耗一定的能量,因此产品的输入或输出就意味着伴随着包含在产品中的隐含能的输入或输出.产品的隐含能是指产品从原材料生产、加工、制造、运输等全过程中所消耗的能源总量.输入产品包括进口产品和从国内其他地区调入产品.第j部门输入产品的隐含能计算式为:式中,pjkimport表示第j部门从第k国进口或第k地区调入产品的价值量;表示第j部门在第k进口来源国或第k调入产品来源地区的单位最终消费完全能耗.由于缺乏各部门从各国进口和从国内各地区调入的产品量以及这些产品在原产地单位最终消费完全能耗数据,因此,无法准确估算进口和调入的各部门产品中真实包含的隐含能量.实际上,在分析某一部门产品的进口和调入对北京市本地能源消耗的影响时,在式(10)中,用本地各部门单位最终消费完全能耗系数代替各原产地单位最终消费完全能耗系数即可.这样计算得到的输入产品隐含能可以反映如果不通过进口和调入,完全由本地生产这些产品额外需要消费的能量,实质上,更能有效地反映国内外贸易对本地能源消费的影响.输出产品包括出口产品和向国内其他地区调出产品.第j部门输出产品的隐含能计算式为:式中,pjexport表示第j部门出口或调出产品的价值量,表示北京市第j部门单位最终消费完全能耗系数.值得注意的是,式(11)计算得到的输出产品隐含能中包括了作为中间投入的那一部分输入产品的贡献,对实际输出隐含能有所高估.但是由于缺乏各部门中间投入产品中,输入产品所占比重的准确数据,被高估的那一部分隐含能无法准确计算,因此在本研究中有所忽略.实际上,在分析国内外贸易对北京市本地能源消费的影响时,对各行业输出隐含能的高估反倒更能引起管理部门对这些高能耗或者高资源消耗行业的重视.输入产品的隐含能与输出产品的隐含能之差即为隐含能净输入量,第j部门隐含能净输入量计算式为:伴随着国内外贸易,北京市隐含能净输入总量计算式为:1.5分行业能源消费总量表与投入产出表的对应性对应性将42部门的投入产出表中第一产业、第三产业和建筑业分别作为独立的部门,加上原表中工业行业24个部门,共组成包含27个部门的新的投入产出表.将《北京统计年鉴-2008》中分行业能源消费总量表中的行业进行整理和归并,使其与投入产出表中的行业分类一致.这样,分行业能源消费量表和投入产出表之间建立起了一一对应的关系(表1).2结果与讨论2.1设备制造业通过投入产出分析,得到2007年北京市各行业单位增加值直接能耗、单位增加值完全能耗、单位最终消费完全能耗以及能耗乘数,如表2所示.2007年,北京市单位增加值直接能耗相对较大的行业包括:石油加工和炼焦业,非金属矿及其他矿采选业,金属冶炼及压延加工业,非金属矿物制品业等;以资源开采和加工型行业为主,而且这些行业的用能结构中以煤炭和石油等化石燃料为主,因此,伴随能源消耗而排放到大气中的环境污染物量也较大,需要作为重点控制的行业.单位增加值直接能耗相对较小的行业包括:仪器仪表及文化、办公用机械制造业,石油和天然气开采业,通信设备、计算机及其他电子设备制造业,燃气生产和供应业,电气机械及器材制造业,建筑业,通用、专用设备制造业,煤炭开采和洗选业等;以各类机械、器材和设备制造为主业.单位增加值完全能耗相对较大的行业包括:石油加工和炼焦业,金属冶炼及压延加工业,非金属矿及其他矿采选业,非金属矿物制品业,金属制品业,工艺品及其他制造业,建筑业,木材加工及家具制造业.其中,除工艺品及其他制造业,建筑业,木材加工和家具制造业外,其他各行业均为资源开采或加工型行业.资源开采或加工型行业创造的增加值较小,但消耗的能源和其他资源的量却相当大,提高其对能源和其他资源利用效率,是实现北京市节能减排的重要保障.单位最终消费完全能耗较大的行业包括:非金属矿及其他矿采选业,金属冶炼及压延加工业,非金属矿物制品业,石油加工和炼焦业,金属制品业,工艺品及其他制造业,建筑业,金属矿采选业.其中,除工艺品及其他制造业,建筑业外,均为资源开采和加工型行业.社会经济发展对资源型产品的旺盛需求,推动了资源型及其上游高耗能行业的发展,也使北京市工业行业在能源利用效率不断提高的情况下,能源消耗总量却一直居高不下.能耗乘数最大的行业是通信设备、计算机及其他电子设备制造业,其次为建筑业,仪器仪表及文化、办公用机械制造业,金属制品业,通用、专用设备制造业,交通运输设备制造业等,以各类机械和设备制造业为主.这些行业直接耗能量较小,但在生产过程中对其他资源型产品的中间消耗较大,使其间接和完全耗能量较大,需要重点提高产品生产过程中资源集约和回收利用水平.特别是建筑业,尽管单位增加值直接能耗较小,但是由于其对非金属矿物制品业和金属冶炼及压延加工业等高能耗行业的中间使用较大,使其单位增加值完全能耗相对较大.已有研究也指出建筑业是隐含能较大的行业.快速城市化对住房和其他公共基础设施的需求推动了建筑业的快速发展,也带动了其上游相关高耗能行业的发展,推高了行业完全能耗水平.值得注意的是,目前城市建筑和基础设施使用寿命偏短,不仅产生了大量建筑垃圾、浪费了大量资源,而且间接提高了区域能耗和污染物排放量.推动集约型城市建设、减小大拆大建对资源的浪费和环境的影响已刻不容缓.2.2北京市中小企业节能减排的主要行业2007年北京市第二产业能源消耗总量排在前8位的行业如表3所示.2007年,这8大行业增加值占GDP的比重为15.98%,而行业能耗占全社会总能耗的39.31%,占第二产业总能耗的88.4%,是北京市第二产业节能减排的重点行业.其中,石油加工和炼焦业,电力、蒸汽、热水的生产和供应业,建筑业是北京市社会经济发展的重要支柱性行业,重点在于提高行业技术水平,推动技术节能.特别是石油加工及炼焦业是北京市工业行业中能耗最多的行业,也是单位增加值直接、间接能耗最高的行业,需要加强炼化、输送过程中节能降耗水平.金属冶炼及压延加工业,非金属矿物制品业,化学工业对北京市社会经济发展贡献相对较小,但能耗及污染物排放量较大,重点在于淘汰中小企业、压缩产能,促进结构减排.2.3北京市融合煤调湿行业应用情况根据计算得到,2007年北京市进口产品中的隐含能为3942.77万t标准煤,出口产品中的隐含能为3519.76万t标准煤,隐含能净进口量为423.01万t标准煤.也就是说,如果没有国际贸易,北京市不生产出口的那一部分行业产品,而又由本地完全生产(包括对产品生产所需原材料的生产)进口的那一部分行业产品以满足消费和中间投入需求,那么国民经济用能将比实际多423.01万t标准煤.分行业看,2007年北京市隐含能净进口量相对较大的行业为:金属冶炼和压延加工业,石油加工、炼焦及核燃料加工业,化学工业,通用、专用设备制造业和金属制品业;隐含能净出口量相对较大的行业为:第三产业,通信设备、计算机及其他电子设备制造业(表4).同样,计算得到2007年北京市调入产品中的隐含能为11092.12万t标准煤,调出产品中的隐含能为7077.42万t标准煤,隐含能净调入量为4014.70万t标准煤.也就是说,如果没有国内贸易,北京市不生产调出的那一部分行业产品,而又由本地完全生产调入的那一部分行业产品以满足消费和中间投入需求,那么国民经济用能将比实际多4014.70万t标准煤.分行业看,2007年,北京市隐含能净调入量相对较大的行业为:金属冶炼及压延加工业,建筑业,通信设备、计算机及其他电子设备制造业,非金属矿物制品业,石油加工、炼焦及核燃料加工业,非金属矿及其他矿采选业,金属制品业;隐含能净调出量相对较大的行业为:第三产业,交通运输设备制造业和通用、专用设备制造业等(表4).综合考虑隐含能的净进口和净调入量,2007年北京市隐含能的净输入量为4437.70万t标准煤.也就是说,如果北京市是一个封闭的经济系统,无产品的出口和调出,但又需要完全生产进口和调入的那一部分产品,按照当时的技术水平,2007年能源消耗总量将比实际多出4437.70万t标准煤.值得注意的是,此处估算的隐含能净输入量并不包括煤炭、石油、电力、天然气等显性能源的调入量.而北京市对这些显性能源的调入也具有高度的依赖性.可见,国际、国内贸易显著降低了北京市自身的能源和环境压力.宋豫秦等运用能值分析法比较了京津唐城市生态系统能值,结果也表明,1991-2005年,由于本地资源能值对经济发展的驱动力不足,北京城市发展对外部输入能值的依赖程度越来越高.分行业看,隐含能净输入行业大部分为单位最终消费完全能耗系数相对较高,也即单位产品隐含能含量较高的原材料及加工型行业,如金属冶炼和压延加工业、金属制品业、非金属矿及其他矿采选业、非金属矿物制品业等;而净输出行业大部分为完全能耗系数相对较低的装备制造和服务型行业,如第三产业和交通运输设备制造业等.相对于国内贸易中隐含能净调入量,国际贸易中隐含能净进口量几乎可以忽略不计,表明国内贸易在减轻北京市能源和环境压力中发挥了更为重要的作用.从另一个角度看,北京市社会经济发展所产生的能源和环境压力主要转移到了国内其他地区,而向国外转移的压力较小.发达国家往往把资源密集型行业转移到发展中国家,发展附加值更高的行业,再从发展中国家进口这些行业产品,从而降低了本国的资源强度和环境压力.区域间也存在类似的产业转移.近年来,北京市推动了高能耗、高排放行业向周边省市的转移,再从周边省市调入这些行业产品以满足经济发展和社会消费需求,从而减轻了自身的能源和环境压力.“十一五”期间,北京市能源利用效率的不断提高,节能减排成效显著,除了能源利用结构的优化、产业技术水平的提高外,产业结构调整、资源密集型产业向周边区域的转移也是主要原因.但是,资源密集型产业的转移在降低本地资源环境压力的同时,也加剧了周边区域的资源环境压力.特别是产业承接地的资源环境效率往往更低,其实际单位最终消费完全能耗系数也大于在北京市本地的单位最终消费完全能耗耗系数.本研究采用北京市单位最终消费完全能耗系数代替产品产地的完全能耗系数计算调入产品中的隐含能,显然有所低估,隐含能的实际净调入量有可能远高于本研究所计算的4014.70万t标准煤,给周边地区带来了巨大的能源和环境压力.在市场机制下,产业从发达地区转移到落后地区往往忽视产业技术水平的提高,造成产业的资源效率下降、污染物排放量增加,而这对于整个区域来讲无疑是不可持续的模式.因此,有必要进一步调整资源开采和加工型行业产品的进出口税率和贸易战略,减少出口量,增加进口量,提高国际贸易隐含能净输入量在隐含能输入总量中所占的份额;另一方面,政府部门在促进产业向周边省市转移时,也需要制定相关政策,促进相关技术转移和扩散,提高周边省市的产业技术水平和资源环境绩效,减轻区域性资源环境压力.3结论3.1非金属矿物