基于“能源-经济-环境模型”的能源结构合理度分析

2012 年第 4 期 经济经纬 ECONOMIC SURVEY No． 4 2012

基于“能源-经济-环境模型”的能源结构合理度分析

许 珊，范德成，王韶华，张 伟

（ 哈尔滨工程大学 经济管理学院，黑龙江 哈尔滨 150001

櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐

）

摘 要：我国的能源瓶颈突出表现为结构性矛盾。笔者以能源经济学为理论支撑，从低碳经济发展对能源结构的要求角度，

提出了社会经济发展、能源发展规划、环境等 3 个维度，分析了各个维度的构成要素，运用 SPSS16． 0 对每个要素进行单样本 T 检验，确定了 15 个测评指标。运用层次分析法确定了各个指标的权重，构建了能源 － 经济 － 环境模型，并以此模型对 2002 年

～ 2008 年我国能源结构合理度进行了实证分析，发现此阶段我国能源结构合理度变化趋势呈“U”状，即先降后升； 能源结构 在满足社会经济发展需求上的得分呈上升趋势，而在能源发展规划执行力度、环境改善等方面的得分呈下降趋势。

关键词：能源结构； “能源 － 经济 － 环境模型”；能源结构合理度； 测度指标

基金项目：国家自然科学基金（ 70773027） ，国家软科学研究计划项目（ 2010GXQ5D327） 。

作者简介：许珊（ 1980 － ） ，女，河北井陉人，哈尔滨工程大学经济管理学院博士研究生，主要从事管理系统工程研究； 范德成

（ 1964 － ） ，男，山东平原人，博士，哈尔滨工程大学经济管理学院教授、博士生导师，主要从事管理系统工程和产业结构与优化 研究； 王韶华（ 1986 － ） ，男，河北邢台人，哈尔滨工程大学经济管理学院博士研究生，主要从事管理系统工程研究； 张伟（ 1983

－） ，女，河北滦南人，博士研究生，主要从事管理系统工程研究。

中图分类号：F206 文献标识码：A 文章编号：1006 － 1096（2012）04 － 0131 － 05 收稿日期：

櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐 2011 － 05 － 26

随着世界范围内工业化进程的加快，经济发展 与能源、环境之间的矛盾也日益突出。环境的恶化 带来了一系列的负面影响，尤其是温室效应导致的 全球气候变暖等对自然生态系统和人类生存环境产 生了严重影响。在此背景下，低碳经济这一经济发 展模式被提出，其实质是利用技术和制度措施对能 源的利用方式进行创新，其实现的重点措施就是能 源结构的调整（ 庄贵阳，2005； 邢继俊 等，2007） 。

国内外对能源结构进行了一系列研究。张冀强 等（ 1998） 、陈淮（ 2000） 等认为我国能源发展瓶颈突 出在结构问题，包括能源供需品种结构问题、能源的 地区性结构问题、结构性污染问题等，因此应从供需 平衡、环 境 改 善 等 方 面 调 整 能 源 结 构。 刘 戒 骄

（ 2003） 从能源效率、产业结构及城市化、环境、能源 供需矛盾等方面分析了我国能源结构调整的必然 性。Toshihiko Nakata（ 2004） 认为具有环境意识的时 代已经到来，能源结构除了要满足经济对能源的需 求之外，还应考虑其对环境的影响。陶冶等（ 2009）

从 GDP、产业结构、能源消费结构、产业能源强度、

能源消费弹性系数、能源加工转换效率等方面构建

了评价指标体系，利用熵值法确定各指标权重，建立 灰色关联模型，评价能源结构与产业结构的协调度。

林伯强等（ 2010） 构建了能源结构战略调整模型，认 为最优一次能源结构应该考虑节能和碳排放约束以 及由此造成的经济成本对宏观经济系统，包括 GDP 增长、就业、进出口等的影响。

各国研究者已经意识到经济发展、环境、能源之 间存在着密切联系，并集中于在环境和能源双条件 约束下经济持续发展之路，其中重要战略之一就是 能源结构调整，并针对此构建了各种计量模型预测 能源的供给和需求（ Mar et al，1981； Gabriel et al，

2001； Tol，2007； 刘殿海 等，2006） 。虽然各国学者 对合理的能源结构应该满足的条件，即经济发展和 环境，具有较统一的认识，但对能源结构的相关研究 只是局限于经济发展或环境的一个或几个方面，比 较片面。尤其是我国学者认为我国的能源结构极其 不合理，并提出了调整能源结构的基本战略，但大多 仅限于定性分析，没有对能源结构的合理性进行定 量测度，即并没有对能源结构是否改善有科学合理 的表示。因此，本文在识别能源结构测度指标的基

础上，构建了涵盖社会经济发展、能源发展规划、环 境等全方面的能源结构合理性测度指标体系，建立

“能源 － 经济 － 环境（ 3E） 模型”，量化了能源结构合 理度，对能源结构的调整具有重要的指导意义。

一、能源结构合理性测度指标

能源是国民经济的基本支撑，是经济发展的重 要保障，是人类赖以生存的基础。随着我国经济发 展进入工业化中期，即重化工业阶段，经济发展、能 源和环境之间的矛盾日益突出。能源结构的调整涉 及社会经济生活的方方面面，合理的能源结构既要 满足社会经济发展的需求，也要有利于改善日益恶 化的环境。本文以能源结构为切入点，采用专家访 谈与实际调研相结合的方式，参考国内外相关研究 成果（ 付加锋 等，2010； Toshihiko Nakata，2004； 李慧 明 等，2010； 赵媛 等，2001； 赵进文 等，2007； 霍宗杰 等，2010） ，构建了能源结构合理性测度指标体系，

包括社会经济发展、能源发展规划、环境等 3 个准则 层。在运用 SPSS16． 0 软件对每个指标进行测评后，

最终选取了 15 个最主要的能源结构合理性测度指 标。其中，社会经济发展包括 GDP、就业率、进出口 贸易总额、产业结构、城市化进程、总人口等 6 个测 度指标； 能源发展规划包括能源安全、能源效率、能 源价格、能源供需形势、可再生能源规划等 5 个测度 指标； 环境包括二氧化碳排放、二氧化硫排放、烟尘 排放、污染治理费用等 4 个测度指标。

运用 SPSS16． 0 软件对每个指标进行测评，从而 选取合理指标。本次调查采用五标度打分法，对能 源结构合理性测度指标的合理性进行打分，“1”表 示该测度指标“不合理”，即该指标不能有效反映能 源结构是否合理； “5”表示该测度指标“非常合理”，

即该指标可以有效反映能源结构是否合理，以此类 推。运用 SPSS16． 0 软件对每个测度指标合理性的 得分进行单样本 T 检验，将检验值定位为 3． 0，显著 性水平 α = 0． 05，并设定只有当 t ＞ 1． 96 且均值大 于 3 时，即只有当被调查者认为该测度指标对测度 能源结构合理性的合理性明显大于一般水平时，才 认为该测度指标可以接受。本次调查，调查对象主 要面向 2010 年 12 月 17 日发改委组织的“碳排放培 训班”的学员，涉及政府、科研院所（ 林业、农业等） 、 企业单位等； 调查时间为 2010 年 12 月至 2011 年 3 月，问 卷 发 放 160 份，收 回 143 份，回 收 率 为 89． 38%，其 中 有 效 问 卷 138 份，问 卷 的 有 效 率 为 96． 5% 。由于本次调查覆盖面较广，因此能保证调 查结果的有效性。

根据样本数据对社会经济发展、能源发展规划、

环境的各指标合理性得分排序结果如表 1 到表 3 所 示，所有指标全部达标，各指标的具体说明如表 8 所示。

表 1 能源结构合理性测度（ 社会经济发展测评）

排序 二级指标 自由度 均值 P 值 t 值

1 GDP 735 3． 9722 0 28． 375

2 就业率 735 3． 9653 0 28． 326

3 产业结构 735 3． 6382 0 16． 286

4 城市化进程 735 3． 4924 0 13． 482

5 总人口 735 3． 323 0 11． 496

6 进出口贸易 735 3． 2358 0 8． 372

表 2 能源结构合理性测度（ 能源发展规划测评）

排序 二级指标 自由度 均值 P 值 t 值

1 能源安全 735 3． 7233 0 24． 561

2 能源效率 735 3． 4111 0 12． 782

3 能源供需形势 735 3． 3924 0 11． 264

4 能源价格 735 3． 2535 0 10． 965

5 可再生能源规划 735 3． 0122 0 8． 021

表 3 能源结构合理性测度（ 环境测评）

排序 二级指标 自由度 均值 P 值 t 值

1 二氧化碳排放 735 3． 8901 0 25． 377

2 二氧化硫排放 735 3． 5529 0 14． 782

3 烟尘排放 735 3． 3894 0 11． 311

4 污染治理费用 735 3． 3689 0 9． 884

二、“3E 模型”构建

1． 能源结构合理性测度指标权重分析

本文采取层次分析法（ AHP） 确定能源结构合 理性测度指标的权重。根据前面对能源结构合理性 测度指标的选取与分析，确定本文的总目标为能源 结构合理性测度，准则层包括社会经济发展、能源发 展规划、环境等，各准则层又各自有很多具体的测度 指标构成，其构成的层次结构关系可由表 7 表示

（ 吕燕 等，2007） 。

本文根据能源结构合理性测度指标的层次结构 表设计了 AHP 判断矩阵专家咨询表。通过电子调 查表的形式发放给 2010 年 12 月 17 日发改委组织 的“碳排放培训班”的学员； 并通过纸质调查表的形 式发放给熟悉能源结构等相关领域的能源专家学 者。问卷 共 计 发 放 86 份，收 回 73 份，回 收 率 为 84． 88%，其 中 有 效 问 卷 72 份，问 卷 的 有 效 率 为 98． 63% 。通过对调查结果的整理分析，对其取众数 处理，得到了能源结构合理性测度指标体系各层次 的判断 矩 阵。并利用 Excel 通过和法求 解 判 断 矩 阵，并进行一致性检验，结果如表 4 到表 8 所示。最 后，得到了能源结构合理性测度指标的综合权重结 果，如表 8 所示。

表 4 A － B 判断矩阵

A － B B₁ B₂ B₃

B₁ 1 3 2

B2 1 /3 1 1 /2

B3 1 /2 2 1

Wi = （ 0． 5389，0． 1638，0． 2973 ） ，λmax = 3． 009209，CI = 0． 004604，RI = 0． 58，CR = 0． 007939

＜ 0． 1，该矩阵具有可以接受的一致性。

表 5 相对于 B1，各测度指标的重要性比较 B_{1 1} B_{1 2} B_{1 3} B_{1 4} B_{1 5} B_{1 6}

B₁₁ 1 1 4 2 3 5

B₁₂ 1 1 5 2 4 3

B₁₃ 1 /4 1 /5 1 1 /5 1 /3 1 /3

B₁₄ 1 /2 1 /2 5 1 2 2

B15 1 /3 1 /4 3 1 /2 1 3

B16 1 /5 1 /3 3 1 /2 1 /3 1

W_i=（ 0． 2920，0． 2924，0． 0452，0． 1718，0． 1174，

0． 0812） ，λmax = 6． 297356，CI = 0． 059471，RI = 1． 24，

CR = 0． 047961 ＜ 0． 1，该 矩 阵 具 有 可 以 接 受 的 一 致性。

表 6 相对于 B2，各测度指标的重要性比较

B₂₁ B₂₂ B₂₃ B₂₄ B₂₅

B₂₁ 1 3 5 4 5

B22 1 /3 1 3 2 3

B23 1 /5 1 /3 1 1 /3 1 /2

B24 1 /4 1 /2 3 1 3

B25 1 /5 1 /3 2 1 /3 1

Wi = （ 0． 4727，0． 2154，0． 0641，0． 1615，

0． 0863） ，λmax = 5． 197515，CI = 0． 049379，RI = 1． 12，

CR = 0． 044088 ＜ 0． 1，该 矩 阵 具 有 可 以 接 受 的 一 致性。

表 7 相对于 B₃，各测度指标的重要性比较

B31 B32 B33 B34

B31 1 2 2 3

B32 1 /2 1 2 3

B₃₃ 1 /2 1 /2 1 3

B₃₄ 1 /3 1 /3 1 /3 1

Wi =（ 0． 4063，0． 2875，0． 2081，0． 0981） ，λmax = 4． 121885，CI = 0． 040628，RI = 0． 90，CR = 0． 045143

＜ 0． 1，该矩阵具有可以接受的一致性。

表 8 能源结构合理性测度指标权值

一级指标 二级指标

指标名称 权值

三级指标

指标名称 计算说明 综合权值

能源结构合理性

（ A）

社会经济发展

（ B₁）

0． 5389

GDP（ B11） （ + ） 《中国统计年鉴》 0． 1574

就业率（ B12） （ + ） 就业人口 / 经济活动人口 0． 1576

进出口贸易总额（ B13） （ + ） 《中国统计年鉴》 0． 0244

产业结构（ B14） （ + ） 第三产业产值 / GDP 0． 0926

城市化进程（ B₁₅） （ + ） 城市人口 / 总人口 0． 0633

总人口（ B₁₆） 《中国统计年鉴》 0． 0438

能源发展规划

（ B2）

0． 1638

能源安全（ B₂₁） （ － ） 石油净进口量 / 石油消费总量 0． 0774

能源效率（ B₂₂） （ － ） 能源消耗量 / GDP 0． 0353

能源价格（ B23） 以 2000 年为基年的能源价格指数 0． 0105

能源供需形势（ B24） （ － ） 能源缺口 0． 0265

可再生能源规划（ B25） （ + ） 可再生能源的消费比重 0． 0141

环境

（ B₃）

0． 2973

二氧化碳排放（ B31） （ － ） 各种一次能源消费量 × 相应碳排放系数 0． 1208

二氧化硫排放（ B32） （ － ） 《中国能源统计年鉴》 0． 0855

烟尘排放（ B33） （ － ） 《中国能源统计年鉴》 0． 0619

污染治理费用（ B34） （ － ） 《中国能源统计年鉴》 0． 0292

注： 其中（ + ） 表示该指标为正向指标，（ － ） 表示该指标为负向指标，无符号的表示该指标为适度指标（ 双向指标）

2．“3 E 模型”及实证分析

设第 i 个（ i = 1，2，3） 准则的得分为 Si，Fj 表示 该准则下第 j 个（ j = 1，2，…） 测度指标实际观察值，

相应权重为 W_ij，则 Si =

∑

j = 1

Fj·Wij， i = 1，2，3

设我国能源结构合理度为 SD，Fij表示第 i 个准 则的第 j 个测度指标的实际观察值，其相应的权值 为 W_ij，则能源结构合理度为

SD =

∑

3

i = 1

∑

j = 1

Fij·Wij j = 1，2，…

通过中国统计年鉴等资料来源收集得到 2002 年 ～ 2008 年能源结构合理性测度指标的数据，为消 除各个指标量纲不同造成的影响，首先对各指标数 据进行标准化处理。本文利用理想值法对数据进行 标准化处理，对于正向指标采用极大值法，即 Xi = ai/ Ai； 对于负向指标采用极小值法，即 Xi = Ai/ ai； 对 于适度 指 标（ 双项指标） 采用差值法，即 Xi = 1 －

Ai － ai / Ai。以上式中 Xi 为标准化后的数据，ai 为 指标的初始实际值，Ai 为指标数列的均值。利用公 式计算得到的历年能源结构在满足社会经济发展需 求、能源发展规划、环境方面的得分以及合理度综合

得分如 9 表所示。

表 9 2002 年 ～ 2008 年我国能源结构合理性测度指标数据及综合得分

年份 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

B1

B₁₁（ 万亿元） 12． 03 13． 58 15． 99 18． 49 21． 63 26． 58 31． 40

B₁₂（ % ） 97． 85 97． 84 97． 89 97． 37 97． 64 97． 90 97． 78

B₁₃（ 万亿元） 5． 14 7． 05 9． 55 11． 69 14． 10 16． 67 17． 99

B₁₄（ % ） 41． 50 41． 20 40． 40 40． 50 40． 90 41． 90 41． 80

B15（ % ） 39． 09 40． 53 41． 76 42． 99 43． 90 44． 94 45． 68

B16（ 亿人） 12． 85 12． 92 13． 00 13． 08 13． 14 13． 21 13． 28

B1得分 0． 4577 0． 4755 0． 5001 0． 5257 0． 5579 0． 6063 0． 6475 测

度 指标

B₂

B21（ % ） 32． 81 39． 26 47． 48 43． 87 48． 25 50． 52 53． 8

B₂₂（ 吨标准煤 / 万元） 1． 32 1． 35 1． 34 1． 28 1． 2 1． 06 0． 93

B₂₃（ 2000 年 = 100） 91． 3 92． 5 103． 1 107． 3 109． 6 108． 8 101． 7

B₂₄（ 亿吨标准煤） 0． 88 1． 19 1． 68 1． 98 2． 65 3． 32 3． 09

B₂₅（ % ） 7． 30 6． 50 6． 70 6． 80 6． 70 6． 80 7． 70

B₂得分 0． 2268 0． 1905 0． 1629 0． 1651 0． 1525 0． 1500 0． 1553

B3

B₃₁（ 亿吨碳） 10． 35 12． 06 13． 98 15． 49 16． 99 18． 39 18． 90

B32（ 万吨） 1012． 7 1048． 5 1095 1182． 5 1088． 8 986． 6 901． 6

B33（ 万吨） 1926． 6 2158． 5 2254． 9 2549． 4 2588． 8 2468． 1 2321． 2

B34（ 万亿元） 0． 14 0． 16 0． 19 0． 24 0． 26 0． 34 0． 45

B3得分 0． 3929 0． 3502 0． 3155 0． 2812 0． 2741 0． 2703 0． 2745

综合得分 1． 0774 1． 0162 0． 9785 0． 9720 0． 9845 1． 0266 1． 0773

三、结果分析

社会 经 济 发 展 和 环 境 的 综 合 权 值 达 到 了 80． 62%，尤其是社会经济发展的综合权值已经占了 一半以上。可见，合理的能源结构既要满足社会经 济发展的需求，又要有利于环境的改善，从而实现

“经济 － 环境 － 能源”的和谐发展。而在社会经济 发展方面，就业率的重要性略高于 GDP，可见“保就 业”的重要性已不亚于“保增长”； 环境方面，主要用 二氧化碳排放量、二氧化硫排放量、烟尘排放等来衡 量其好坏，与全社会的减排内容一致； 能源发展规划 主要针对能源安全、能源效率等。从具体的测度指 标来看，就业率、GDP 和二氧化碳排放明显重于其 他指标，说明合理的能源结构应该是在满足社会经 济发展目 标 的 前 提 下，实现降低二氧化碳排放的 目的。

我国能源结构在满足社会经济发展方面的得分 从 2002 年 0． 4577 增加至 2008 年0． 6475，一直呈上 升趋势且增长幅度较大，平均增速达 5． 96% 。一方 面说明了能源是经济发展的保障，现代化建设和经 济快速发展需要充足、稳定的能源支撑； 另一方面证 实了能源结构在保证社会经济发展需求方面是较合 理的。

能源结构在能源发展规划执行力度方面的得分 自 2002 年以来一直呈下降趋势，但下降幅度趋缓，

且 2008 年开始有上升迹象，比 2007 年得分增长了 3． 53% 。可见，近年来我国的能源结构与国家既定 的能源发展规划目标差距越来越大。一方面，由于

能源对于国家的重要战略地位，出于能源安全等方 面的考虑，我国的能源体制改革还不彻底，能源市场 尚未建立，能源价格、能源供需等主要由政府宏观调 控，因此能源结构很难在能源效率、能源供需形势等 方面有大的突破； 另一方面也说明由于我国在过去 几年中经济波动较大，经济形势不明朗，国家在制定 能源发展规划时缺少科学、合理的指导，缺乏预见 性，很难满足社会发展需求。但随着我国经济开始 走上快速、稳定、健康的发展道路，能源发展规划指 导性作用加强，能源结构合理度提升。

我国正处于工业化中期阶段，即重化工业阶段，

对能源需求较大，对经济发展所造成的环境问题重 视程度不够，致使 2002 年以来，我国能源结构在环 境改善方面的得分一直处于下降趋势，但下降幅度 有所减缓。2008 年开始有上升趋势，也可以说明近 年来，国家在重视经济发展的同时，开始兼顾环境问 题，寻求经济的可持续发展之路，2009 年哥本哈根 世界气候 会 议 上，我 国 承 诺，在 2005 年 基 础 上 到 2020 年单位 GDP 的碳排放减少 40% ～ 45%，也预 示着我国发展低碳经济的迫切性。但由于国家既定 发展战略、所处经济发展阶段以及技术等方面的限 制，能源结构在环境改善方面的进步较小。

我国能源结构合理度在 2002 年 ～ 2008 年之间 经历了先降后升的走势，呈“U”状。其中 2002 年 ～ 2005 年处于下降趋势，自 2006 年以来有上升趋势，

年平均增长率为 3． 5%，且增速也在加快。也说明 了我国已经认识到能源结构的不合理，并致力于调 整能源结构，虽略有改善，但幅度较小。

由以上分析可知，我国能源结构的不合理性主 要表现在能源发展规划执行力度较差，包括石油对 外依存度较高导致能源安全存在隐患、能源价格不 合理、能源效率较低、能源供需失衡、可再生能源发 展较慢等。因此，除科学合理制定能源发展规划外，

我国要加强能源管理体制改革，引入市场机制，促进 各种能源的合理配置，提高能源效率。同时，应致力 于改善环境，转变经济增长方式，大力发展低碳经 济，实现经济的可持续发展。总之，我国应根据社会 经济发展需求增强能源结构调整的力度，使得能源 结构能够促进 GDP、就业率、城市化进程、进出口贸 易等的有利发展； 兼顾环境，通过加强能源发展规划 的建设力度，在保障能源安全的基础上，提高能源效 率，重视水电、核电等可再生能源的发展，从而能够 降低二氧化碳、二氧化硫、烟尘等的排放，减少环境 污染治理费用。

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（ 编校： 育 川）

An Analysis of the Sanity Degree of Energy Structure Based on 3E Model

XU Shan，Fan De-cheng，WANG Shao-hua，ZHANG Wei

（ School of Economics and Management，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China）

Abstract： The structural contradictions are mainly shown as the energy bottleneck in China． Based on theory of energy economics，this paper puts forward three dimensions which are social and economic development，energy development planning as well as environment，

from the perspective of requirements of low-carbon economy to energy structure． By analyzing elements of the various dimensions，it i- dentifies fifteen measurement indexes by one-sample T test with SPSS16． 0，and calculates the weight of each index with Analytical Hi- erarchy Process（ AHP） ． Based on this，Energy-Economy-Environment （ 3E） model is built to empirically analyze sanity degree of en- ergy structure from 2002 to 2008，in China． It is found that the changing trend of sanity degree of energy structure shows“U”shape，

first decreasing and then rising． The energy structure plays more and more important role in meeting social and economic development while the enforcement of energy development planning and environmental improvements is to be improved．

Key words： Energy Structure； Sanity Degree； Measurement Index；