中国能源利用效率综合评价与分析研究.docx
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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，中国科协进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判指标体系。
相关于单一的能源利用效率评判体系，那个评判指标体系的特色是将经济和环境作为能源利用效率评判中至关重要的子系统和因素。
此外，课题组利用该评判指标体系对我国1985-2007年间的能源利用效率进行综合评判与分析，并提出计策建议。
关键词：
能源利用效率评判
一、能源-经济-环境系统的能源利用效率评判指标体系
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畴较广。
因此，对其进行评判时仅仅依靠单个指标是不够的，需要采纳多指标综合评判分析，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判指标体系。
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判指标体系，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判指标体系
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，要紧评判能耗结构的合理性和节能与治理技术的先进性，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要紧能源所占比重表示，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，要紧评判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阻碍，要紧评判由于能源利用而对环境造成阻碍的程度，反映能源在满足经济和社会需求的同时所产生的负面阻碍。
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进展战略和国家长远进展目标的指导下构建的，以服务于节约型社会建设为目的，专门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、打算、实施方案和措施，以实现能耗结构和产业结构优化，因此具备了专门好的引导性。
二是全面性和系统性。
能够看出，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阻碍的指标，且这些指标都具有专门强的针对性和代表性，能够支撑其设定的评判目标，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。
三是有用性和可操作性。
考虑到目前我国能源统计基础工作的实际情形，在进行指标的选择时，各指标的差不多资料在«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截了当或通过运算间接猎取，具有较强的有用性和可操作性，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判与分析
在构建的评判指标体系的基础上，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判。
运用因子分析法，第一分别对能源系统、经济系统和环境系统的能源利用效率水平进行评判，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判。
〔一〕能源系统的能源利用效率评判
1、能源系统指标值的运算及标准化
由于各指标值量纲不同，无法直截了当进行综合比较，因此，需要对数据进行同度量处理。
本报告采纳相对化处理方法，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〞，采纳公式
进行处理；对〝逆向指标〞采纳公式
来处理；采纳中国各年的最大值进行正向指标的标准化，采纳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。
运算公式为
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。
运算公式为
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。
运算公式为
（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通过加工、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。
运算公式为
依照以上运算公式，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
1985
75.80
0.8749
2.20
0.6286
4.90
0.6203
68.29
0.9551
1990
76.20
0.8703
2.10
0.6000
5.10
0.6456
67.20
0.9399
1995
74.60
0.8890
1.80
0.5143
6.10
0.7722
71.05
0.9937
1996
74.70
0.8878
1.80
0.5143
5.50
0.6962
71.50
1.0000
1997
71.70
0.9250
1.70
0.4857
6.20
0.7848
69.23
0.9683
1998
69.60
0.9529
2.20
0.6286
6.70
0.8481
69.44
0.9712
1999
69.09
0.9599
2.14
0.6114
6.20
0.7848
69.19
0.9677
2000
67.75
0.9789
2.35
0.6714
6.69
0.8468
69.04
0.9656
2001
66.68
0.9946
2.55
0.7286
7.90
1.0000
69.03
0.9655
2002
66.32
1.0000
2.56
0.7314
7.71
0.9759
69.04
0.9656
2003
68.38
0.9699
2.58
0.7371
6.83
0.8646
69.40
0.9706
2004
67.99
0.9754
2.60
0.7429
7.08
0.8962
70.71
0.9890
2005
69.10
0.9598
2.80
0.8000
7.10
0.8987
71.16
0.9952
2006
69.40
0.9556
3.03
0.8657
7.20
0.9114
71.24
0.9964
2007
69.50
0.9542
3.50
1.0000
7.30
0.9241
71.25
0.9965
2、能源系统的能源利用效率指数的运算和分析
我们采纳因子分析法对能源系统综合指标进行分析。
第一，判定是否适用因子分析法。
表3显示，相关矩阵说明能源系统各指标存在一定的相关性，能够做因子分析。
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D1
1.000
0.544
0.910
0.119
天然气消耗量占能源消费量的比重D2
0.544
1.000
0.648
0.330
电力消耗量占能源消费量的比重D3
0.910
0.648
1.000
0.335
能源产品加工转换率D4
0.119
0.330
0.335
1.000
第二，求出各公因子、因子载荷以及各因子所对应的特点值。
表4总方差分解
相关矩阵特点值
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
特点值
方差奉献率%
累计方差奉献率
特点值
方差奉献率%
累计方差奉献率
特点值
方差奉献率%
累计方差奉献率
1
2.544
63.612
63.612
2.544
63.612
63.612
0.351
58.784
58.784
2
0.930
23.238
86.850
0.930
23.238
86.850
1.123
28.066
86.850
3
0.466
11.655
98.505
4
0.060
1.495
100.000
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
1
2
煤炭消耗量占能源消费量的比重D1
0.958
-0.047
天然气消耗量占能源消费量的比重D2
0.726
0.365
电力消耗量占能源消费量的比重D3
0.945
0.200
能源产品加工转换率D4
0.119
0.974
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旋转后因子载荷阵能够看到，第一公因子〔F能1〕要紧反映能耗结构，第二公因子〔F能2〕要紧反映能源产品加工转换率。
从表4总方差分解中能够看到，前两个因子的方差奉献率分别为63.612%、23.238%，相关矩阵的两个最大特点值（2.544,0.930）共同说明了方差的86.850%（超过80%）,因此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
1
2
煤炭消耗量占能源消费量的比重D1
0.465
-0.259
天然气消耗量占能源消费量的比重D2
0.264
0.202
电力消耗量占能源消费量的比重D3
0.404
-0.011
能源产品加工转换率D4
-0.159
0.942
依照因子得分系数〔表6〕得各个因子表达式为
对前两个因子的方差奉献率〔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奉献率为权重，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1
F能2
B1
1985
0.6715
0.5261
0.6326
1990
0.6745
0.5240
0.6342
1995
0.7031
0.5275
0.6561
1996
0.6709
0.4982
0.6247
1997
0.7214
0.5295
0.6701
1998
0.7973
0.6219
0.7503
1999
0.7710
0.5925
0.7232
2000
0.8210
0.6462
0.7742
2001
0.9053
0.7314
0.8588
2002
0.8988
0.7247
0.8522
2003
0.8406
0.6800
0.7976
2004
0.8545
0.6925
0.8112
2005
0.8623
0.7155
0.8230
2006
0.8827
0.7488
0.8469
2007
0.9226
0.8138
0.8935
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
能够看出，我国能源系统的能源利用效率总体上呈上升趋势，然而也存在一定的波动，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能够看出，天然气和电力的比重显现了平稳较快的上升趋势，而煤炭比重依旧较高，且出现一定的上升趋势，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治理模式的应用步伐，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判
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。
运算公式为
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。
运算公式为
〔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。
运算公式为
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。
运算公式为
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〔运算过程与上类似〕，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
B2
1985
0.2567
0.2567
1990
0.3151
0.3151
1995
0.4641
0.4641
1996
0.4745
0.4745
1997
0.5149
0.5149
1998
0.5518
0.5518
1999
0.5883
0.5883
2000
0.6142
0.6142
2001
0.6735
0.6735
2002
0.6859
0.6859
2003
0.6682
0.6682
2004
0.6258
0.6258
2005
0.6333
0.6333
2006
0.6472
0.6472
2007
0.6716
0.6716
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
能够看出，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。
这要紧是受产业结构和产业能耗强度的阻碍。
从图2能够看出，在产业结构方面，上世纪90年代以后，我国第二产业的比重差不多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进展。
然而，从近几年来看，在第二产业比重上升的同时，第三产业却显现了微幅的下调，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出现了快速的下降趋势，这是由于中国在这一时期加快经济建设的步伐和加大改革开放力度，经济实现了快速的进展，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。
然而，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2004两年显现了反弹，从而导致整个经济系统指数在这两年都显现了下降。
可见，我国当前的产业结构调整和节能减排形势依旧严肃。
〔三〕环境系统的能源利用效率评判
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。
运算公式为
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。
运算公式为
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。
运算公式为
〔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。
运算公式为
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
1985
0.4705
0.4705
1990
0.5777
0.5777
1995
0.7888
0.7888
1996
0.8228
0.8228
1997
0.8606
0.8606
1998
0.8243
0.8243
1999
0.8742
0.8742
2000
0.8836
0.8836
2001
0.9092
0.9092
2002
0.9386
0.9386
2003
0.9434
0.9434
2004
0.9480
0.9480
2005
0.9581
0.9581
2006
0.9955
0.9955
2007
1.0481
1.0481
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
能够看出，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爱护和污染物减量化及废弃物再利用等方面所做的努力和奉献。
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出现上升趋势。
但也应该看到，受能耗结构的阻碍，近年来单位工业增加值废气排放量却出现了上升的趋势。
因此，需要加大对煤炭加工、煤炭高效燃烧及先进发电、煤炭燃烧污染操纵等技术的研发，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判
能源利用效率综合评判指数由3个二级指标来评判，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判指数得分如表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
1985
0.6326
0.2567
0.4705
0.4686
0.4686
1990
0.6342
0.3151
0.5777
0.5272
0.5272
1995
0.6561
0.4641
0.7888
0.6613
0.6613
1996
0.6247
0.4745
0.8228
0.6663
0.6663
1997
0.6701
0.5149
0.8606
0.7091
0.7091
1998
0.7503
0.5518
0.8243
0.7367
0.7367
1999
0.7232
0.5883
0.8742
0.7580
0.7580
2000
0.7742
0.6142
0.8836
0.7877
0.7877
2001
0.8588
0.6735
0.9092
0.8462
0.8462
2002
0.8522
0.6859
0.9386
0.8587
0.8587
2003
0.7976
0.6682
0.9434
0.8356
0.8356
2004
0.8112
0.6258
0.9480
0.8267
0.8267
2005
0.8230
0.6333
0.9581
0.8369
0.8369
2006
0.8469
0.6472
0.9955
0.8629
0.8629
2007
0.8935
0.6716
1.0481
0.9056
0.9056
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
能够看出，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,同时也出现出一定的波动。
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，而近两年又出现上升态势。
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。
然而假如仅局限于此，确实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阻碍。
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点相关，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畴，反映的是整个经济进展过程中能源的整体利用程度，与社会生产活动紧密相关，进一步扩大了能源利用效率的评判范畴。
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进展，另一方面也造成了对环境的阻碍。
因此环境系统的能源效率从能源的环境效应角度动身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
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