参天水利资源工程研考会《工作通报》No.2007-21
2007年5月14日
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节能潜力知多少？
— 能源经济概观之一
柯堤
自20世纪以来，全球范围的能源消费量大幅增长。它从1900年的7.75亿吨标煤增至1950年的26.64亿吨。50年时间增长了2.44倍，年均增速为2.5％；而后又在1975年增至85.7亿吨标煤， 25年时间增长了2.22倍，年均增速为4.8％。同期中，占全球人口不到20％的西方国家完成了工业化和现代化，而其能源消费量却超过了全球能源消费总量的60％以上（即发达国家人均能源消费量是其他80％人口的六倍以上）。因而可以说，现代化的经济建基于巨大的能源消费基础之上，而人均年消费能源的多少，通常被看为一个国家富裕或贫困程度的表征。
到2000年，全球能源消费总量约在130亿吨标煤。 同年我国人口近13亿，约占世界人口的20％，能源消费量约13亿吨标煤，人均一吨稍多，这是世界平均水平的二分之一，是发达国家的六分之一。到2050年前后，我国将基本实现现代化，作为其基本标志之一的人均能源消费水平，应接近西方发达国家的平均水平，即从人均一吨标煤增至四吨以上，即要翻二番以上。这样一个状况说明，对于我国今后的经济发展而言，在能源的利用方面，开源是主导方面；当然，我们也要在不断提高能源消费水平的过程中持续提高能源的利用效率。
一、节能是根本出路吗？
从一些矛盾的数据说起
下面是一些到处都可以看到和听到的代表性描述。如：2002年我国一万美元（现行汇率）GDP的能源消耗为11.8吨标煤，这一能源消耗水平为美国的三倍、德国的五倍、日本的六倍；2003年，中国消耗了占全世界总消费量30％的煤，却只创造了全球4％的GDP。 又如：2000年按现行汇率计算的每百万美元GDP能耗，我国为1247吨标煤，比世界平均水平高2.4倍，比美国、欧盟、日本和印度分别高2.5倍、4.9倍、8.7倍和0.43倍。
与上述类似的描述在各种报刊上比比皆是、不胜枚举。言下之意是，我们只要搞好了节能，中国经济的发展和增长就不会有能源短缺的制约。例如根据上述数据可做如下推算：2000年我国每百万美元GDP的能源消耗是欧盟的5.9倍，则要使未来20年（2001~2020年）GDP翻二番，只需达到欧盟的能耗水平，就可在比现有全国能耗总量减少的情况下实现之。现在已有人将这一结论明示出来，即根本出路在节能：我国当前的单位国内生产总值的能源消耗量是日本的20多倍，有专家测算，我国如能具有日本目前的节能技术水平，那么我国在今后60年内不必增加能源的需求量。 果真如此，则中国幸甚，天下幸甚。
上述以现行汇率计算的中国节能潜力是如此的巨大，很难与下述按实物计算的数据吻合起来。在国家《节能中长期专项规划》一文中，作出了如下的描述。
单位产品能耗：我国2000年电力、钢铁、有色、石化、建材、化工、轻工、纺织八个行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高40％，如火电供电煤耗高22.5％，大中型钢铁企业吨钢可比能耗高21.4％，铜冶炼综合能耗高65％，水泥综合能耗高45.3％，大型合成氨综合能耗高31.2％，纸和纸板综合能耗高120％。主要耗能设备能源效率：2000年，我国燃煤工业锅炉平均运行效率65％左右，比国际先进水平低15~20个百分点；中小型电动机平均效率87％，风机、水泵平均设计效率75％，均比国际先进水平低五个百分点，系统运行效率低近20个百分点；机动车燃油经济性水平比欧洲低25％，比日本低20％，比美国整体水平低10％；载货汽车百吨公里消耗油料7.6升，比国外先进水平高一倍以上；内河运输船舶油耗比国外先进水平高10~20％。单位建筑面积能耗：目前我国单位面积采暖能耗相当于气候相近的发达国家的2~3倍；据专家分析，我国公共建筑和居住建筑全面执行节能50％的标准是现实可行的；与发达国家相比，即使在达到了节能50％的目标以后仍有约50％的节能潜力。能源效率：2000年我国能源效率为33％，比国际先进水平低十个百分点，如火电机组平均效率33.8％，比国际先进水平低6~7个百分点；在能源利用系统中，我国能源加工、转换、贮运效率为67.8％，终端能源利用效率为49.2％；在我国能源利用中间环节（加工、转换和贮运）损失量大、浪费严重。
由上述实物类型的数据不难看出，除极个别的指标外，我国能耗水平与国际先进水平的差距均在不到一倍的范围之内。由此可见，以现行汇率计算的我国单位GDP能耗水平的数据，极大地夸张了我国经济增长过程中的节能潜力。那么，我国的节能潜力到底有多大？
由上文可知，2000年我国钢铁、电力、有色、石化、建材、化工、轻工、纺织八个行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高40％，即相当于后者的1.4倍（其中电力、钢铁、建材、化工四个行业所耗煤炭占全国总量的80％左右）。又及，2000年我国能源效率为33％，国际先进水平为43％，前者比后者低23％。综合这两个数据可知，在我国未来的经济增长中，即使达到国际先进的能耗水平，节能所提供的增长潜力大约在23~40％之间，其它60~80％要来自于能源使用总量的提高，即开源居于主导，并辅之以节流。
若干重要因素的影响
在上文中我们已经看到，运用现行汇率计算的我国GDP单位能耗水平和以实物指标计算的结果相差极为悬殊，并由此产生了一种不切实际的节能幻觉。在本节中我们将对这类现象做进一步的剖析。
购买力平价与能耗水平的度量。根据世行以购买力平价所做的计算，我国2003年人均GDP为4900美元（当年价格，下同），而以现行汇率计算则为1100美元， 前者为后者的4.46倍。前文提到按现行汇率计算，我国每百万美元GDP的能耗水平比美国、欧盟和日本分别高2.5倍（即相当于美国的3.5倍，下同）、4.9倍（5.9倍）和8.7倍（9.7倍），如以括号中的数字除以4.46倍，得到的值是0.78、1.32倍和2.17倍，即以购买力平价计算，我国GDP单位能耗水平比美国低22％，比欧盟和日本分别高32％和1.17倍。这就凸显出节能幻觉的基本来源。
当然，有人会说世行的数据有高估的倾向，但近来的一些研究表明， 根据一些最重要的实物指标，2003年我国人均GDP约在3000~3600美元之间；取其中值为3300美元，再将其与4900美元相加除以二，其值为4100美元，我们认为这个数字具有较高的稳健性。以4100美元除以1100美元，得数为3.73倍，以此修正上述括号中的数字，得到下述相应的数据：以购买力平价计算，2003年我国单位GDP的能耗水平比美国低6％，比欧盟和日本分别高58％和1.6倍。
等卡能源和等值能源的重大区别。在上述比较中，我们看到以稳健的购买力平价计算，2003年我国单位GDP能耗水平与美国基本相当，但与欧盟和日本相比，仍有较大的差别。在发达国家中，同等GDP的生产，日本所耗能源是最低的，它只相当于美国的一半；如以日本来比较，我国的节能潜力还是相当大的。例如以上述1.6倍这一数值来计算，在人均能耗不增加的情况下，可使我国人均GDP比目前水平提高1.6倍，即相当于目前水平的2.6倍。然而，下面的分析将表明，这在今后相当长的一段时间里（如20年），以可能设想的技术和生产体系为前提，上述节能潜力基本上也是不能实现的，且看下文。
目前日本的人均能耗水平约为4.5吨标煤，人均GDP约为35000美元；同期我国人均GDP为4100美元（购买力平价），人均能耗约1.4吨标煤。日本人均能耗相当于我国的三倍稍多，但其人均GDP相当于我国的8.5倍，反差相当不小。然而，在日本人均能耗4.5吨标煤中有两吨左右的石油（如加上天然气，约为三吨石油当量），而在我国人均能耗1.4吨标煤中仅有0.2吨左右的石油（天然气可忽略不计），这一差别非同小可。据笔者有限的见闻，在国内外，只有费仲虎先生于80年代中期就提出了这一重要区别。
根据一般的标准，两吨原煤的热值与一吨石油的热值大体相当， 这就是所谓的等卡能源标准。但若从等值能源的角度看问题，二者则大有分别。目前国际上动力煤价格约为每吨50美元，两吨则为100美元；一吨原油的价格约为300美元。 两者热值相等，但后者的价值相当于前者的三倍。这就是说，即使两个国家的人均能耗水平和能源效率完全相同，如果一个国家是油基（含天然气等）原料为主（西方发达国家油气占能源消费总量的70％），另一个国家是以煤基原料为主（我国煤炭占能源的70％），则前者所生产出的人均GDP将系统地高于后者，即所谓能源类型利用结构使然。如展望今后50年，我国人均能耗可望达到四吨标煤以上的水平，但其中的油气含量不太可能超过0.5吨这一水平（如以届时16亿人计算，人均消费0.5吨油气，则总量将为八亿吨）。也就是说，上述能源类型利用结构中的系统差距，将会在我国经济发展过程中持续地存在下去。它的具体表现就是：我国的等卡能源所生产出的GDP将系统地低于西方发达国家，即使二者的能源效率相等。
当然，有人会说，我们可以新的技术和工艺大幅度地提高煤炭的利用价值，使一吨原煤所生产出的附加价值成倍增加；对此，我们深表赞同。但这里要强调指出，这将是一个全新的技术工艺体系，而不是若干单项技术设备的突破；另外，其投资将数倍于以油气为主的能源利用体系。例如，以间接液化法形成一吨成品油的生产能力，需耗用4~4.5吨煤炭，投资上万元；如欲替代一亿吨石油进口，投资总额将达上万亿元。再如，直接燃煤，其能源效率仅为10％稍多；而直接燃烧天然气，其能源效率可达57％， 但我们要把燃煤变成燃气，则需在开采、贮运、气化等环节追加额外的投资，方能达到与燃气同等的能源效率。
食品生产和交通运输方面的系统差距。在日本的食品生产系统中，稻谷作为口粮是自给的，其它80％左右的谷物都是从国外进口的，肉类也基本如此。这些产品从生产、收获、贮运、加工、调制直至餐桌，耗用了美国能源总量的17％左右，而日本没有付出这部分能耗，仅此一项就使日本人均能耗降低了一吨标煤左右，如加上此项，日本的人均能耗将达5.5吨标煤，这与欧盟平均六吨左右的人均能耗大体相当。显然，中国永远也无法以日本为榜样，因为无法设想中国从国外进口70％以上的谷物来消费。
另外，日本的绝大部分原材料来自于国外，而其人口绝大部分集中于沿海数万平方公里的平原，如东京圈就居住了日本五分之一以上的人口。水运的能源效率约为卡车的四倍，而交通运输系统的能耗通常占一个国家总能耗的四分之一左右。 这样，日本的交通运输格局（长途的海上运输和短距的陆路运输）又可使日本的人均能耗降低一吨标煤左右。在这方面，中国也无法与日本相比，欧盟、美国也是如此。
小结
由上述分析可见，用日本的能源效率作标准，对于我国来讲并不恰当，其中有很多不可比因素，这会强化我们的节能幻觉，对实际工作产生不利的影响。如果消除等值能源、食品、交通运输等方面的系统差别，则以购买力平价计算的我国单位GDP能耗水平大约比日本高出30~50％。
二、未来15年的能源消费与经济增长
一种相对乐观的分析
目前我国已确定要在2020年使经济总量比2000年再翻两番，即在2001~2020年的20年间，年均GDP增长率要达到7.2％。从近几年的情况看，经过努力，上述目标是有可能实现的。困难的问题在于：我们为此准备付出的能源代价有多大？
从国家《节能中长期专项规划》中，我们看到如下的一些分析：党的16大提出，到2020年我国将实现全面建设小康目标。随着人口的增加、工业化和城镇化进程加快，特别是重化工业和交通运输的快速发展，能源需求量将大幅度上升，经济发展面临的能源约束矛盾和能源使用带来的环境污染问题更加突出。实现GDP到2020年比2000年翻两番的目标，我国钢铁、有色、石化、化工、水泥等高耗能重工业将加速发展；随着生活水平的提高，消费结构升级，汽车和家用电器大量进入家庭；城镇化进程加快，建筑和生活用能大幅度上升。如按近三年能源消费增长趋势发展，到2020年能源需求量将高达40多亿吨标煤。如此巨大的需求，在煤炭、石油和电力供应以及能源安全等方面都会带来严重的问题。按照能源中长期发展规划，在充分考虑节能因素的情况下，到2020年能源消费总量需要30亿吨标煤。
2000年我国能源消费总量13亿吨标煤，如到2020年我国能源消费总量达到30亿吨标煤，则在20年的时间里，增长1.31倍，年均增速为4.27％，以GDP年均增长7.2％相比，能源弹性系数为0.593，2000年我国GDP为89468亿元（2000年价格），同年能源消费总量为13亿吨标煤，每吨标煤生产的GDP为6882元；如到2020年我国GDP再翻两番，则以2000年价格计，其值为357872亿元，将其除以30亿吨标煤，则届时每吨标煤生产出的GDP为11929元（2000年不变价），这比2000年提高73％。
我们认为这个判断对于我国未来经济增长过程中的节能潜力偏于乐观。在前文中已经提到我国电力、钢铁等八个行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高40％，我国能源效率比国际先进水平低23％（或说后者比前者高30％）。这两个综合指标与上述73％这个指标相比，之间的差距十分明显（这里顺便说一句，美国在20世纪70年代初的能源效率也就在百分之30几 ）。
更为重要的是，目前我国经济社会已跨入了工业化的中后期和城市化加速阶段，致使生产用能和生活用能大幅增加重叠在一起。例如，近几年我国每年新增发电装机容量3000~5000万千瓦，但2003年拉闸限电的省份已有十几个，到2004年已扩大到20几个，2005年预计电力缺口最高可达2500万千瓦；在用电高峰时段，华东、南方、华中电网空调制冷负荷已超过全网负荷的30％，导致用电高峰时段电力供应严重不足（这也是我国能源效率低的一个重要原因之一）。
据此，我们认为，到2020年，如果我国GDP要再翻两番，则能源消费总量限制在30亿吨标煤内的这个目标不太可能实现。如果以第二个目标能否实现为主，那么大体有以下几种方式可以考虑。
其一，适当降低GDP年均增长率，例如前十年为7.2％（即在前十年翻一番），后十年为5％；则到2020年，GDP相当于2000年的3.26倍，能源消费总量30亿吨标煤，每吨标煤生产GDP9722元（2000年不变价），比2000年提高41.3％。
其二，利用等值能源与等卡能源在GDP增值上的差别，在能源类型的利用结构上做出较大的调整，例如到2020年使我国人均油气消费达到0.5吨石油当量，总量约为七亿吨（2020年人口估计在14亿人左右），届时进口油气约在3~4亿吨；则有可能使上述两个目标同时实现。
其三，适当降低城市化的速度和质量，例如用行政、法律等手段限制生活用能和用电的增长速度；再如，使拟城镇人口由现在的一亿左右增至两亿左右。 如此，也有可能使上述两个目标（GDP增长和能源消费）同时实现。
当然，上述三种方式都有各自的问题，也要在别的方面付出相应的代价，这里不拟多言。但有一点应该强调指出，在90年代后期，由于我国能源、电力供应出现暂时的缓解，当时曾做出以后五年不再建新电厂的决定，后来的实践证明这是一个重大的决策失误。它提示我们注意：在我国今后的经济发展和能源消费这一重要关系上，对于节能而言，与其失之于相对乐观，不如失之于相对审慎。这是因为我们已经进入了一个全新的发展阶段。
一种相对现实的选择
综观1949年以来的中国经济社会发展过程，她大体上走完了两个相对完整的阶段，现已进入第三个阶段。第一个阶段为1950~1978年，这是一个几乎从无至有建立完整工业体系的阶段。其间我国城镇化率由10.6％增至17.9％，年增仅0.25个百分点；工业占工农业总产值的比重由30.0％增至72.2％，其中重工业占工业总产值的比重由26.4％增至56.9％；同期，国民收入年增7.3％， 能源消费总量由两亿吨左右标煤增至7.7亿吨左右， 年均增长4.8％，人均能源消费总量由1949年的0.37吨标煤增至0.8吨左右（其中商品性能源增加了约五亿吨标煤），能源弹性系数为0.66。在这个阶段里，主要的消费品是农副产品、日用品和传统的轻工产品，它们都是低能耗产品；能源重化工产品作为主要的生产资料，基本上是在工业生产体系内部循环中使用，很少进入消费领域。因此，本阶段具有生产用能高增长和生活用能低增长的特征。
第二阶段为1979~1998年（城镇房改是从1998年开始的）。其间，城镇化率由17.9％增至33.3％，年增0.77个百分点；工业占GDP的比重由1978年的44.4％降至42.6％，重工业占工业总产值的比重由56.9％降至50.7％，相对收缩。同期内，GDP年增9.7％，能源消费总量由7.7亿吨增至15.2亿吨标煤， 年增3.5％，人均能源消费总量约1.22吨标煤，能源弹性系数0.36，比前一阶段明显下降。这与两个主要因素相关联：其一，技术进步和技术改造明显加强，能源效率有所提高；其二，完整的工业体系基本形成，工业生产体系的内部循环强度明显弱化，生产消费品的比重持续增加。同期内主要的消费品已从农副产品、轻工产品拓广到耐用消费品，已有少部分能源重化工产品进入消费领域。因此，本阶段具有生产用能和生活用能中度增长的特征。
第三阶段由1999年开始（估计要延续到2020年），到2004年，其间城镇化率由33.3％增至41.8％，年增1.42个百分点，这表明我国已进入城镇化的加速阶段；工业占GDP的比重回升到46％，重工业所占比重估计也是回升的，例如我国粗钢产量在这六年里增加了1.5亿吨，而前20年只增加8300万吨；同期GDP年均增8.2％，能源消费总量由15.2亿吨增至22亿吨， 年增6.4％，能源弹性系数0.78，不仅高于第二阶段，也高于第一阶段。很明显，自1999年以来，我国经济社会已进入了工业化的中后期和城市化的加速阶段。其特点是能源重化工产品不仅仍是重要的生产资料，而且日益成为重要的消费资料。例如，城镇住宅这种商品所消耗的原料 — 钢材、水泥、玻璃、铝材、塑钢型材，无一不是高用能产品（其面积已由1996年的三亿多平米增至2004年的6.3亿平米左右 ）。而为使用城镇住宅所提供的各种服务及公用设施 — 水、电、气、热、冷，也同样如此；家用轿车自不待多言。与此同时，为加速城镇化进程服务的基础设施（交通、公路、通信、输变电等）正在大规模展开，它们同样是高用能的。所以，这个阶段具有生活用能和生产用能同时高增长的特征。因此，在三个阶段中，它具有最高的能源弹性系数是非常自然的、合理的。
根据对我国目前所处发展阶段的认识，如果我们在未来20年既要实现GDP再翻两番的目标，并把节能率保持在合理的范围内，又要控制石油的进口量（如限制在两亿吨以内），同时还要加速城市化进程和提高城市化质量，那就应该适当放宽能源消费总量的限制。下面是一个可供参考的选择。
在2001~2020年，若使GDP再翻二番，即在2020年达到357872亿元（2000年不变价，下同），使每吨标煤生产的GDP比2000年提高45％，达到约10000元，则届时能源消费总量为35.8亿吨标煤，比原方案的30亿吨标煤多出近六亿吨标煤。同期内，能源消费由2000年的13亿吨标煤增至35.8亿吨，年均增长5.2％，能源弹性系数为0.722，比原方案的0.593高出22％。 届时，我国人均能源消费量将达2.56吨标煤（人口以14亿计），比2000年的一吨提高1.56倍。但这与现代化标准的人均能源消费水平的下限还有不小距离。
上述调整，对于我国的能源储量而言，不算是一个多大的变动。但如考虑到进口石油的限制，仅靠开发煤炭资源来应对，则六亿吨标煤相对于原方案的原煤开采水平要增加八亿多吨，其中的环境成本问题不容忽视。对此，我们提出一种补偿办法，即充分利用五亿吨谷物生产过程的共生物品 — 农作物秸秆，即可形成六亿吨原煤当量的生物能源。在此基础上，利用现有的压缩成型技术和超临界燃烧技术，不仅可以满足调整方案的能源需求增量，而且可以缓解环境问题的约束。
三、结语
经过消除现行汇率、等卡能源、食品生产和交通运输格局等系统偏差的影响，我国目前单位GDP的能耗水平约比国际先进水平高出30~50％（如日本），节能潜力远比原来设想的要小得多。
在未来20年，我国经济社会进入了一个全新的发展阶段 — 工业化的中后期和城市化的加速阶段，它具有生活、生产用能同时大幅增长的特征。据此，至2020年，要实现GDP再翻两番，每吨标煤生产的GDP比2000年提高45％，则届时能源消费总量约需36亿吨标煤，人均能源消费水平约2.56吨标煤，同期能源弹性系数为0.722。在这一阶段里，过度地限制能源的消费（生产和生活），不利于我国社会经济的进一步发展；合理可行的应对办法是开发低污染的、不增加碳排放的生物能源。
