1、2009 年全国统计建模大赛能源强度的影响因素分析及基于4万亿新增投资的能源强度测算参赛单位：南京财经大学参赛队员：陈思易 奚潭 王亚民2009 年 9 月 29 日1能源强度的影响因素分析及基于4万亿新增投资的能源强度测算摘要 改革开放以来，我国在屡创经济奇迹的同时，能耗问题也逐渐突显，这引起了中央政府的高度重视。“建设节约型社会”作为科学发展观的内容之一，被纳入到指导经济发展的长期战略体系。金融危机的来袭，更使得转变经济增长方式、发展节能经济成为热议话题。本文利用中国统计年鉴和中经统计数据库，基于我国能源现状的描述性统计分析，归纳出了能源强度的几大影响因素技术水平、产业结构和能源结构；并在
2、此基础上，建立了三大统计模型，即路径分析模型、多元线性二阶自回归模型和脉冲响应函数模型，对归纳出的影响因素进行了理论上的验证和层层深入的分析。首先，本文建立了路径分析模型（模型一），并通过R语言编程，得出了影响因素间的直接和间接相关系数。计算结果表明，选择的因素能解释96.93%的能源强度变化，从而对描述性统计中的猜测进行了理论上的验证；接着，我们在模型一的基础上，从行业角度切入，对主要影响因素产业结构进行细分，利用插值法弥补了数据的缺失，同时用K-L法将年度数据转化为季度数据，建立了多元线性二阶自回归模型（模型二）并进行了Johansen协整检验。确定了变量之间的长期均衡关系。并对4万亿新增
3、投资的能源利用率影响做了定量测算，得出4万亿投资按照目前的方向投入，大致会减少4871万吨标准煤能耗的结论。然后，作为对模型二的进一步补充和发展，我们又建立了脉冲响应函数模型（模型三），从当期的行业增加值正向脉冲冲击出发，考虑当期行业调整对能源强度的后续效应。发现所选六个行业的当期增长均对能源强度存在着长期的正向推动作用。并就此分析的结果给出了相应的模型解释。最后，本文综合所有模型，并在理论及模型分析的基础上，针对我国能源现状拟写了一份对政府的建议报告。关键词：能源利用率 路径分析 R语言 脉冲响应函数 二阶自回归 2一、问题的提出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
4、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着世界经济和人类社会的发展。改革开发以来，中国作为世界上发展最快的发展中国家，经济社会发展已经取得了举世瞩目的辉煌成就；但同时也应该看到，作为世界上第二位的能源生产国和消费国，中国能源使用存在着利用率低下、污染严重等一系列问题。同时，在世界有效需求急剧下滑的外部环境影响下，我国出口导向型经济面临残酷考验。GDP增速逐季快速回落，前三季度GDP分别增长10.6%、10.1%和9%，同比增幅分别减少1.1、2.5和3.2个百分点。经济运行不确定性增加，经济下行风险增大，宏观调控面临复杂多变局面。正是在上述背景之下，20
5、08年11月5日，国务院出台了扩大内需、促进经济平稳较快增长的十项措施，两年之内的总投资达到4万亿人民币。从国外方面看，次贷危机爆发后，为规避和对冲美元贬值带来的风险，国际投机资金不断投入到原油、黄金和原材料等大宗商品市场，从而使其价格在短时间内飞速上涨，原油价格2007 年初到2008 年7 月累计上涨高达180%。目前我国正处于经济高速发展时期，对能源和原材料的需求非常旺盛，石油消费量仅次于美国，并且石油消费对进口的依赖非常大，我国2007 年石油进口依存度接近50%。由此造成了我国进口能源及原材料的价格大幅上涨，不断加大工业品出厂价格的上涨压力，虽然我国对基础类产品实行价格管制，但国家发
6、展改革委员会还是在石油、电力等企业的压力下于2008 年6 月20 日宣布提高成品油价格和电价，推高了PPI 和CPI。4 万亿蛋糕看似当前的救急方案，实际关系未来中国的发展走向和发展方式，关系我们能否走出原有的发展模式而避免重大危机，关系我们能否抓住历3史性的转折机遇，实现长期持续稳定发展，不可掉以轻心。在金融危机的背景及当前严峻的能源环境下，研究能源利用率的影响因素、提高能源利用效率、尽快实现经济方式转变，无论是对未来经济发展规划还是对制定能源政策都有重大意义。 二、研究现状及存在的问题近年来，国内外学者和决策部门采用了多种方法对能源问题进行了大量的探索，从研究方向看，目前已有的研究主要集
7、中在以下几个方面：采用描述统计的方法分析我国GDP和能源消耗的关系；从某一角度，如区域差别、能源消费结构等，对能源强度的影响因素进行探讨；利用分解模型对影响能源强度的因素进行测度和分解；采用计量经济学方法对反映能源效率的各类指标建立模型，综合评判。从国内外学者的研究内容可以看出，对能源强度的探索或集中在对某几个因素的研究上、缺乏综合考虑；或以定性分析为主、缺少统计模型的有力支撑；或仅对影响因素进行分析、没有结合当前形势的定量判断。并且，在金融危机背景之下的能源效率问题还是空白。 有鉴于此，本文决定在当前金融危机的背景之下，基于已有研究的综合考虑，根据1990-2008年的历史数据，采用新的方法
8、，研究影响能源利用率的因素，并结合当前形势，对万亿新增投资的能源强度效应进行测算。三、中国能源现状的描述性统计分析（一）数据分析列表我们首先要通过一些数据分析，来了解中国能源消耗现状。分析内容包括：4表1 中国能源消耗现状分析内容分析项目 分析目的 数据来源中国能源供需现状 从总量上了解我国能源供需现状中国能源消费结构 从结构上了解我国能源供需现状能源强度结构 从效率层面了解能源现状技术水平与能源强度 探索技术水平和能源消耗的关系产业结构与能源强度 探索产业结构与能源消耗的关系财政支出与能源消耗 探索财政支出与能源消耗的关系行业对比 探索不同行业的能源差别所有数据都出自19902008年中国统
9、计年鉴，有些项目2008年缺失，遂只能到2007年。（二）指标选取及解释 1、国内经济发展水平一 国 的 经 济 发 展 水 平 一 般 用 国 内 生 产 总 值 （ GDP） 来 表 示 。 国 内 生 产 总值 是 一 定 时 期 内 （ 一 个 季 度 或 一 年 ） ， 一 个 国 家 或 地 区 的 经 济 中 所 生 产 出 的全 部 最 终 产 品 和 提 供 劳 务 的 市 场 价 值 的 总 值 。 它 被 认 为 是 衡 量 国 民 经 济 发展 情 况 最 重 要 的 一 个 指 标 。2、能 源 利 用 效 率能 源 利 用 效 率 一 般 用 能 源 强 度 来 表
10、 示 。 能 源 强 度 也 即 单 位 国 内 生 产 总 值（ 或 总 产 值 ） 的 能 源 消 耗 量 ， 是 反 映 国 民 经 济 对 能 源 生 产 利 用 效 率 的 变 量 指标 。计 算 公 式 为 ： 能 源 强 度 =能 源 总 消 耗 /GDP总 量3、能源结构能源结构是指煤炭、石油、天然气以及水电等各 种 能源在一次能源总量 中的 构 成 及 其 比 例 关 系 。 通 常 由 生 产 结 构 和 消 费 结 构 组 成 。 为了衡量能源结5构对能源强度的的作用，本文分别选取了目前四大主要能源的比重作为描述能源结构的指标。 4、 技 术 水 平技 术 水 平 作 为
11、 一 种 无 形 的 资 本 , 无 法 去 直 观 地 统 计 和 衡 量 , 所 以 本 文选 择 用 历 年 的 R&D经 费 间 接 地 推 算 技 术 水 平 。 并 为 了 与 能 源 强 度 具 有 可 对 比性 ， 进 行 了 标 准 化 处 理 ,折 算 成 技 术 指 数 。5、产业结构产 业 结 构 是 指 国 民 经 济 各 产 业 部 门 之 间 以 及 各 产 业 部 门 内 部 的 构 成 。我 国 的 三 次 产 业 划 分 是 ： 第 一 产 业 ： 农 业 （ 包 括 种 植 业 、 林 业 、 牧 业 和 渔 业 ） 第 二 产 业 ： 工 业 （ 包 括
12、 采 掘 业 ， 制 造 业 ， 电 力 、 煤 气 、 水 的 生 产 和 供 应业 ） 和 建 筑 业 第 三 产 业 ： 除 第 一 、 第 二 产 业 以 外 的 其 他 各 业 。为了衡量产业结构对能源强度的的作用，本文分别选取了三大产业的比重作为描述产业结构的指标。如第二产业比重是第二产业增加值占GDP的比例。（三）数据的来源与预处理1、数据来源的说明20世纪90年代，我国实行了经济体制改革，逐步由计划经济迈入市场经济体制。基于这些实际情况，结合数据的可得性，我们选取了19902008年的数据进行研究，所用数据均来源于中国统计年鉴和权威数据库中经网。2、价格因素影响的剔除为使各时期
13、的数据具有可比性，我们要剔除价 格 因 素 的 影 响 。 本 文 对 数 据进 行 了 标 准 化 处 理 , 即 全 部 以 1978年 的 不 变 价 表 示 。 （四）描述性统计分析61、中国能源供需现状由图 1 可知，伴随中国经济的快速增长,能源生产与消费量也呈几何级数增长。我国能源生产量从 1990 年的 103922 万吨标准煤上升到 2007 年的 235445万吨标准煤；能源消费量从 1990 的 92997 万吨 标准煤增长到 2007 的265582.99 万吨标准煤。生产和消费之间的缺口在近年来越来越大。反映出我国能源形势越来越严峻。图1 中国能源供需现状2、中国能源消
14、费结构由图 2 可知，煤炭能源消耗量占了总能源消的 75%以上，而且极少波动；其次是石油能源；其他能源包括水电新能源，在近年来由于国家的重视，所占比例增大；天然气最少。图 2 中国能源消费结构3、能源强度结构由图3可知：我国能源强度自1990年来一直下降，但2003年出现了明显拐点，之后由于国家“科学发展观”的推行和重视，近年来能源强度稳步降低；总能源强度和煤炭能源强度相关性很高，基本上趋势一致，也再次验证了我国能源中 国 能 源 供 需 现 状050000100000150000200000250000300000198919901991199219931994199519961997199
15、81999200020012002200320042005200620072008一 次 能 源 生 产 量 (万 吨 标 准 煤 ) 能 源 消 费 总 量 （ 发 电 煤 耗 计 算 法 ） (万 吨 标 准 煤 )0204060801001201990199219941996199820002002200420062008其 他天 然 气 消 费 量 占 能 源 消 费 总 量的 比 重 (%)石 油 消 费 量 占 能 源 消 费 总 量 的比 重 (%)煤 炭 消 费 量 占 能 源 消 费 总 量 的比 重 (%)7结构的突出特征：以煤炭能源为主。012345619881989 1
16、99019911992 199319941995 1996199719981999 200020012002 200320042005 20062007总 能 源 强 度 （ 万 吨 /亿 元 ） 煤 炭 能 源 强 度 （ 万 吨 /亿 元 ）石 油 能 源 强 度 （ 万 吨 /亿 元 ） 水 电 能 源 强 度 （ 万 吨 /亿 元 ）天 然 气 能 源 强 度 （ 万 吨 /亿 元 ）图 3 能源强度结构4、技术水平与能源强度由图 4 可知，我国自 1985 年来技术进步明显，能源强度也随之降低。技 术 指 数 与 能 源 强 度0510152025303519861987198819
17、8919901991199219931994199519961997199819992000200120022003200420052006能 源 强 度 技 术 指 数图 4 技术水平与能源强度5、产业结构与能源强度在分析我国产业结构对能源消费的影响前, 我们首先要分析各产业对经济增长的贡献程度。图5是我国三次产业增加值结构从1990 2008 年的变动趋势图。8图 5 三大产业对 GDP 的贡献值由图5可知，第一产业比重从较大幅度下降到稳步下降, 由28.4%下降到10.6%, 符合库茨涅兹的产业结构理论“农业部门创造的国民收入占全部国民收入的比重处于不断下降中”的结论；第二产业比重在19
18、93年至今稳步上升, 对GDP的贡献一直在50%左右；第三产业比重自1990年一直在上升, 对GDP 的贡献在近年达到40%左右；然后再让我们看看各产业的能源消费情况。由图 5 可知，工业占所有能源消费中的 70%左右，近年来攀升到 80%，而其他行业与之相比皆低。综合以上两图可以发现，工业对 GDP 的贡献在 50%左右, 却消耗了绝大多数的能源。这不仅是因为我国处于重工业化的阶段特征, 更说明了目前我国经济高速发展较大程度上是依赖能源高投入的实现, 第二产业呈现高投入高能耗、高物耗特征和经济增长的粗放, 第三产业的发展滞后, 内部结构水平低下。 6、财政支出与能源消耗从图 6 中可以看出，
19、国家财政支出与能源消费之间的关系类似双曲线。财政支出越多，能源强度越小。图 6 财政支出与能源消耗7、行业对比由图 7 可知，在工业部门内部,能源消费明显集中于以制造业为中心的高耗能行业。能源强度排名前 10 的产业依次为:黑色金属冶炼加工业、非金属矿物制造、化学原料及制品制造、石油加工及炼焦、有色金属冶炼及压延加工业、国 家 财 政 决 算 支 出 (亿 元 )和 能 源 强 度 的 关 系0100002000030000400005000060000700000 2 4 6能 源 强 度 （ 万 吨 /亿 元 ）国家财政决算支出9电力蒸汽热水生产、煤炭采选、石油加工和天然气开采、纺织、造纸
20、等高耗能行业。自 1995 年以来,这 10 个行业能源消费占能源消费总量的 56. 7% , 从工业行业内部结构看则占能源消费量的 81.16%。它们的能源消费变动对总能耗变动起着决定性作用，而同期的增加值却只贡献了工业增加值的 44. 34% 、工业总产值的 44. 10% 、GDP 的 46. 34%。因此,研究这 10 个高耗能行业能源消费的变动特征,就变得十分重要了。051015202519941995199619971998199920002001200220032004200520062007煤 炭 采 选 业石 油 和 天 然 气 开 采 业黑 色 金 属 矿 采 选 业有 色
21、 金 属 矿 采非 金 属 矿 采 业食 品 制 造 业饮 料 制 造 业纺 织 业 工 业皮 革 、 毛 皮 、 羽 毛 (绒 )及 其 制 品 业纺 织 服 装 、 鞋 、 帽 制 造 业家 具 制 造 业造 纸 及 纸 制 品 业印 刷 业 和 记 录 媒 介 的 复 制文 教 体 育 用 品 制 造 业石 油 加 工 、 炼 焦 及 核 燃 料 加 工 业化 学 原 料 及 化 学 制 品 制 造 业医 药 制 造 业化 学 纤 维 制 造 业橡 胶 制 品 业塑 料 制 品 业非 金 属 矿 物 制 品 业黑 色 金 属 冶 炼 及 压 延 加 工 业有 色 金 属 冶 炼 及 压
22、延 加 工 业金 属 制 品 业通 用 设 备 制 造 业专 用 设 备 制 造 业交 通 运 输 设 备 制 造 业电 气 机 械 及 器 材 制 造 业电 子 及 通 信 设 备 制 造 业仪 器 仪 表 及 文 化 、 办 公 用 机 械 制 造 业自 来 水 的 生 产 和 供 应 业图 7 行业对比（五）4万亿投资分配以及受惠行业为了建模测算万亿投资所带来的能源效应，我们先要对万亿投资的去向有宏观把握。国新办2008 年11 月27 日举行的新闻发布会上，国家发展和改革委员会主任张平介绍了4 万亿经济刺激方案的有关情况，投资分配方案为：表2 4万亿投资分配方案保障性安居工程 2800 亿 灾后的恢复重建 1 万亿农村民生和农村基础设施 3700 亿 铁路公路机场城乡电网 18000 亿生态环境 3500 亿 自主创新结构调整 1600 亿医疗卫生、文化教育事业 400 亿
