生产部门提高能源效率的宏观能耗回弹分析

摘要 提高能源效率已成为我国节能减排政策的重点,但是由于经济系统内在的调整机制作用，在宏观层面所能实现的节能效果可能不及微观技术层面能源效率提高的程度，甚至还会诱发更多的能源消耗，该现象被称为“宏观能耗回弹”效应。本文通过构建一个中国环境资源CGE模型，测算生产部门提高能源效率的宏观能耗回弹效应。结果显示，能源效率提高5%后，短期回弹效应为52.38%，节能效果仅达到技术层面预期的一半左右；长期回弹效应达178.61%，在高耗能部门竞争力提高、耗能产品出口扩张和经济增长的推动下，节能效果不但被完全抵消,总能耗还进一步增加。因此，生产部门提高能源效率在短期内确实能够降低我国能源消耗，但是由于回弹效应的存在，长期来看，在技术层面“产量相同投入更少”的努力反映到宏观经济层面则转变成“生产更多投入更多”，并且加剧了我国经济高耗能的偏好，提高能源效率所引发的产出增长和结构调整对能耗增加的刺激作用可能最终会抵消或者超过提高能源效率的节能效果。

关键词 能耗回弹; 能源效率; 一般均衡

中图分类号 F206文献标识码 A

文章编号 1002-2104（2011）11-0044-06doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2011.11.008

节能减排已经成为我国促进可持续发展的重要任务以及应对全球气候变化的主要政策之一，其核心就是提高能源效率。一般认为提高能源效率能够减少能耗，但是相关研究表明，在宏观经济层面所能实现的节能效果要远小于微观技术层面上能源效率提高的程度，甚至能源效率提高反而会刺激更多的能源消耗，从而导致能源环境政策失灵，这种能耗反弹现象被称为能源利用效率提高的“宏观经济层面回弹效应（economy wide rebound effects）”［1-3］。也就是说，微观层面的技术变化在经济系统中往往可能被宏观经济中生产和消费领域的要素替代、产出扩张、消费替代和收入增长等一系列效应的调整所抵消，最终反映到宏观经济层面总能源消耗的减少幅度将很难达到技术的预期。由此引发的问题是，中国政府对企业高强度的能源效率刺激政策以及企业微观层面的能源效率技术改进行为的节能减排效果可能不如一般预期的那样有效。中国在生产部门中提高能源效率的努力是否会带来整个经济系统能耗的反弹，其程度又有多大？我们是否从一般认识上过高估计了能源效率政策的节能减排效果？这些问题对于中国节能减排的成效至关重要。本文通过一个中国的环境资源可计算一般均衡（ER CGE）模型分析在生产中提高能源效率对宏观经济系统中总能耗的影响，测算中国能源效率提高的宏观经济层面能耗回弹效应的幅度。

1 文献综述

近年来国际学术界较为关注能源效率政策导致的宏观经济层面能耗回弹效应。Washida通过一个日本经济的CGE模型（EPAM）的模拟研究表明，在全部生产和消费领域中能源效率都提高1个百分点的情况下，日本能源效率提高的能耗回弹效应较为显著，达到53%，忽视这种回弹效应会造成环境政策效果的变形［4］。Allan等使用一个英国的环境经济CGE模型（UKENVI）测算英国经济的在提高能源效率后的能耗回弹效应，研究发现英国的全部生产部门提高能源效率5%，短期的回弹效应将达到50%，长期则为31%，且就长期的影响来看，GDP和就业分别增加0.17%和0.21，能源密集型的部门通过实现更低的产品价格提高竞争力，钢铁和造纸部门受益最大，产出分别增长0.67%和0.46%。模型的模拟也显示，如果能源效率的提高仅在能源生产部门之外，那么宏观回弹效应将会有所减小［5］。Hanley等采用一个苏格兰的环境经济CGE模型（AMOSENVI）模拟研究表明，能源效率政策导致了较为严重的回弹效应，全部生产部门能源效率提高5%的所引发的能耗回弹在短期为55%，而长期则达到134%，这意味着能源效率政策在长期面临失效的风险［6］。

有关中国的能耗回弹效应的研究较少，其中Glomsrd和Wei通过他们建立的中国CGE模型（CNAGE）研究洁净煤技术的发展对中国经济和环境的影响，涉及煤炭利用效率的提高所带来的回弹效应，由于煤炭是中国主要能源来源，提高煤炭利用效率导致生产能力的显著扩张，中国经济将更趋向能源密集型的方向发展，因此结果显示在工厂层面的节能预期并没能反映到宏观经济层面，洁净煤技术发展所带来的能源节约和环境收益几乎会被完全抵消，但是该研究并没有关注其他能源类型利用效率提高的影响效应［7］。王群伟、周德群则使用对数平均迪氏指数法分析技术进步对能源效率的影响作用，结果显示中国近年来宏观能源回弹效应基本在40%左右，但这一测算方法并没有考虑到能源效率变动对一个经济体所带来的系统影响和动态调整［8］。Liang等在一个基于中国2002年投入产出表构建的静态CGE模型中，将所有部门终端能源利用效率提高5%，结果中国总能耗并没有下降，反而增长了0.465%，表现出很大的回弹效应。由于该研究显示的是能源效率提高的短期影响，这一结果与前述国内外研究存在较大差异，其原因诚如作者指出的那样，主要与模型对关键弹性参数存在较大敏感性有关，模型中资本与能源的替代弹性的微小变化可能导致总能源消耗的较大波动［9］。上述研究主要是短期冲击影响和静态分析的研究，尚未关注能源效率提高对中国经济长期的影响效应，难以评估相关能源与环境政策的长期效果。

在研究方法上，由于能源效率变动导致的能源相对价格下降、将同时引发经济系统中的一系列数量巨大和复杂的影响，采用CGE模型较为适合评估全部这些变化的最终影响效果。虽然提高能源效率已经是中国环境政策的重中之重，但是国内学术界采用CGE模型评估该政策潜在的能源回弹效应的研究尚不多见。对于中国这样一个复杂的经济体来说，使用能够反映中国经济结构和特征的CGE模型来研究能源效率提高的宏观经济层面能耗回弹效应显得尤为重要。

2 模型方法

2.1 宏观回弹效应的计算

在一般均衡的框架中考察能源效率变化的影响，假设能源效率变化率为g，能源投入量E和实际利用能值ε，如公式（1）所示，对于最终实际利用的能值而言，能源效率提高1%的效果等同于能源投入量增加1%。

ε•＝g+E•

（1）

回弹效应R可表示为实际利用能值变化率与能源效率变化率的比值：

R=ε•/g=1+E•/g （2）

如公式（2）所示，为获得相同的实际利用能值，能源效率提高1%同时能源投入量减少1%，则R=0，表示不存在回弹效应，实现了预期的节能效果。然而在一般均衡的框架中，能源效率变化引发一系列生产和消费水平的变化，实际利用能值并不能由固定的产出水平所决定，从而使得能源效率和能源投入量的变化幅度不一致。若0

R=1+ETEp•E•Tg （3）

2.2 ER CGE模型基本结构

ER CGE模型是以研究能源环境问题为重点的可计算一般均衡模型（CGE），具备CGE模型的多部门、多部门和多经济主体的一般特征，能够模拟技术条件和政策措施对经济系统、能源利用和环境状况的整体影响效应。构建过程中参考了相关文献方程形式和能源投入结构的处理方法［10-12］，并对涉及能源投入的生产结构做了进一步的细化。图1简洁描绘了ER CGE模型的基本结构以及要素和商品的流动关系。模型包括30个生产部门，每个部门生产1种典型商品，以及4个市场主体，即居民、企业、政府和国外。模型中部门总产出使用中间投入、资本、劳动和能源的多层嵌套的CES（Constant Elasticity of Substitution，常替代弹性）生产函数来描述，并假设生产者追求成本最小化。所有商品的需求分为4种，即居民消费、政府消费、投资需求和出口，其中，居民消费在可支配收入的约束下最大化Stone Geary效应函数，其一阶条件即线性支出系统ELES（Extended Linear expenditure System），用以描述居民在满足最低生活需要之后根据其对每种商品的边界消费倾向进行消费选择；政府消费和投资需求则根据基期数据外生确定。模型依据阿明顿（Armington）假设将商品区分为国内和进口两种类型，两者之间存在不完全替代关系。因此，国内市场的总供给为这两类商品的CES函数加总，各部门的总产出采用CET（Constant Elasticity of Transformation）函数分配到国内市场和出口，并通过这两类函数对价格的一阶条件来调整商品在国内市场和进出口之间的比例关系以达到成本最小化的需求供给和利润最大化的产出分配。

模型的闭合条件包括商品市场、要素市场、储蓄投资、政府收支和国外收支平衡。商品市场中各商品的总需求等于总供给；要素市场中假设劳动力可在部门之间自由流动且超额供给，劳动报酬固定；资本报酬率内生。储蓄投资均衡中，投资需求外生而市场主体的边际储蓄倾向内生决定；政府收支平衡中，政府储蓄内生而税率固定。国外收支平衡中，实际汇率外生，国际盈余由内生决定。模型中采用消费者价格指数CPI作为价格基准。

模型动态递推机制主要是通过资本积累方程将上述静态模型联接起来，通过资本积累方程来更新每一期各部门的资本存量，当期的资本积累取决于上期的各部门的资本回报率和资本折旧率，同时引入一个收敛系数以避免部门资本积累增长的发散型波动。由于希望将研究重点放在能源要素效率变化的影响上，动态机制中对人口数量和技术变化不做跨时期调整，假设全部时期内除能源外的要素生产率和全要素生产率外生不变，工资率固定且劳动力供给无限。这一机制使得模型能够分析能源效率变化的短期和长期的影响效应，短期均衡中各部门资本充分利用但不能自由流动，而在长期均衡中，资本在各部门中充分调整。ER CGE模型建立在GAMS系统中，采用PATH求解器的MCP（Mixed Complementary Problem）求解策略来计算均衡解。

2.3 能源效率

通常在能源效率研究中考虑技术进步的方法是引入自发能源效率改进(Autonomous Energy Efficiency Improvement，AEEI）因子，反映外生的技术进步对能源效率的影响。而在实际的经济系统中，能源效率受到价格等诸多因素的影响，经济系统和部门层面的实际能源效率变化事实上综合了外生的AEEI和内生的各种效应的变化结果。本文只考虑能源效率外生变化的影响，因此在CGE模型的生产结构中对复合能源投入E引入AEEI因子，处理方法见公式（1）。为简单起见，模型假设外生能源技术进步是“一次完成”的，不涉及时间和资本存量的调整以及相关成本。

2.4 主要能源指标

关注回弹效应的主要目的是研究能源总消耗是否随着能源效率的提高而减少，以及减少的幅度与效率提高幅度的差异。如果能源消耗减少的幅度要小于能源效率提高的幅度，那么表明存在回弹效应，若能源消耗没有减少反而增加，则出现了回火现象。总能耗是煤、石油、天然气和电力的在生产和生活中终端能源消耗的加总。回弹效应程度计算根据公式（3），可计算生产部门能源效率提高的冲击下，经济系统总能耗的回弹效应以及不同能源类型的回弹效应大小。

3 数据处理

3.1 社会核算矩阵

社会核算矩阵（SAM）的基本数据来自国家统计局的“中国2007年42部门投入产出表基本流量表”［13］。此外，有关税收、储蓄、转移支付、贸易盈余、就业和能源等数据来自于《中国统计年鉴》、《中国税务年鉴》、《中国财政年鉴》、《中国劳动统计年鉴》、《海关统计年鉴》和《中国能源统计年鉴》等出版物。各个生产部门和城乡居民生活的各类能源终端消费量、电力部门的加工转换能源投入量来自《中国能源统计年鉴》，各类数据都以2007年为基期。

SAM中包括30个生产部门。部门划分以“42部门投入产出表”和《中国能源统计年鉴》中“能源平衡表”和“工业分行业终端能源消费量表”为基础，以能够同时获得投入产出数据和能源消费数据的最细分部门划分的方式进行合并处理，得到29部门投入产出表，其中包括1个农业部门、24个工业部门、1个建筑业部门和3个服务业部门。最后根据研究需要，将石油和天然气开采部门拆分为石油开采和天然气开采2个独立的部门，具体方式沿用Li Shantong和He Janus在GTAP模型中对中国投入产出表中这一部门的拆分方法［14］。最后形成30部门投入产出表并构建社会核算矩阵，账户的结构和基本处理方法与典型的SAM类似，采用跨熵法（Cross Entropy Methods）进行对全表进行平衡处理，得到的SAM的汇总表。

3.2 模型参数

ER CGE的模型参数，一类是储蓄率、税率、转移支付率、CES和CET函数中的份额系数和转移系数等技术参数，可直接通过基于SAM表的校准取得；另一类是各种替代弹性和需求弹性等参数，这类参数多数缺乏实证估计的基础，主要通过文献研究进行适当的选择。模型中主要弹性参数如表1所示，有关能源的参数主要在生产结构中，能源与资本复合投入和劳动之间存在一定的替代关系，这与生产过程中机器设备（资本）伴随着能源的投入替代劳动力的启示是相符合的。能源与资本的替代关系则更为复杂，存在短期互补长期替代的关系，原因在于短期内各部门资本存量不变，资本的投入往往伴随着相应的能源投入，即使替代弹性为正也是非常小的数值；而在较长的时期中资本存量的积累往往反映了能源价格的变动，呈现一定的替代性。短期替代弹性与长期替代弹性的差异往往取决于资本折旧和资本形成的速度。相比能源效率政策的短期冲击，我们更关注政策的长期影响，因此认为资本与能源存在长期的替代关系，这一处理方式与GTAP E相类似［11］。

4 结果分析

本文模拟结果显示的是中国所有生产部门能源利用效率提高5%对经济的整体影响效果，能源利用效率提高后经济指标的变化如表2所示，其中短期冲击是在资本存量不变的情况下模型一期均衡计算的结果，表中数字是相对基期（2007年）中国社会核算矩阵的变化的百分比；而

在长期中资本得以跨时期和跨部门的充分调整，显示的结果是相对没有受到能源效率提高冲击的模型长期均衡结果的变化百分比。

结果显示，由于生产部门的能源利用效率提高，导致各部门产出的实际价格下降、国内产品竞争力提高进而促进了经济的整体增长。从进出口贸易所受到的影响来看，进口在短期和长期分别增长了1.81%和6.16%，而出口分别增长了3.15%和11.8%。值得注意的是，生产部门

能效提高后进出口受到国内外相对价格的变化和经济规模增长两种效应的影响，一方面由于国内实际价格下降，出口竞争力提高，中间投入和消费需求中的进口商品比例将有所降低；另一方面由于经济增长刺激所有国内和进口商品的需求增长。其中经济增长效应对进口增长占据主导作用，而价格竞争力提高对出口增长的影响较大。因此，能源效率提高将刺激中国出口的增长，可能进一步扩大中国的贸易顺差。从就业的变化看，理论上由于中间投入和能源的相对价格下降，在生产结构中，存在对增加值（资本和劳动）的替代，并可能产生负面的就业影响。从模拟结果看，实际的替代效应并不大，经济增长效应占主导作用从而促进就业增长，虽然在短期内GDP的就业弹性明显偏小，但是这种负面影响能够在一段时期之后得到修复，长期而言得益于资本的充分调整和产出的增长，就业需求获得0.72%的增长。

在生产部门能源效率提高5%的影响下，所有类型能源的短期消费都出现下降，电力下降2.17%、煤炭下降1.94%、石油下降2.51%、天然气下降1.99%，总能耗下降2.13%，整体来看能耗下降的幅度并不大，显示出较大的回弹效应，电力、煤炭、石油和天然气的能耗回弹效应分别达到50.9%、55.77%、45.59%和48.27%。总能耗的回弹效应为52.38%。这一结果意味着能源效率提高所带来的节能效果，超过一半被抵消。长期来看，各类能源消耗

增加的幅度在2.75%到4.27%不等，总能耗的宏观经济回弹效应达到178.61%，意味着能源效率提高的节能效果不但被完全抵消，经济系统的总能耗还进一步增加。能源利用效率提高后各部门的产出变化如图2所示，虽然在短期内能源生产部门的需求受到抑制，但长期来看所有部门的产出都有不同幅度的增长。能源生产部门短期内总产出受到能效提高的负面影响，主要由于各生产部门能源投入减少。但是长期来看，由于中国经济整体产出的增长，对能源的需求快速回升。能源利用效率的提高确实在开始阶段降低了中国经济的总能耗，但从长期来看，经济增长、高耗能部门的产品竞争力提高以及耗能产品出口的增长，进一步刺激了宏观经济层面对能源的需求。总之，模拟结果显示由于在宏观经济层面的能耗回弹效应的存在，能源效率提高的冲击在长期来看能够刺激中国能源生产和消费，难以达到降低总能耗目的。

图2 中国生产部门能源效率提高5%后各部门产出变化（%）

Fig.2 Output impact of a 5% increase in energy efficiency in all production sectors（%）

5 结 论

本文通过构建一个中国的环境资源CGE模型（ER CGE），测算中国生产部门能源效率提高5%后所带来在宏观经济层面的能耗回弹效应。通过使用一般均衡方法，能够模拟中国经济受到能效提高冲击后系统性的调整以及产出效应和替代效应对能源消费的动态影响。模拟结果显示，生产部门能源效率的提高在初期确实能够降低中国的能源消费，但是这一结果在一段时期后出现了反转，能源效率提高导致能源产品相对价格下降，并通过经济系统中的一系列产出和结构调整刺激能源消费的增长。因而，在技术层面“产量相同投入更少”的努力反映到宏观经济层面则转变成了“生产更多投入更多”，并且加剧了中国经济高耗能的偏好，这种主要由于产出增长和结构调整所带动的能源消耗抵消了技术层面上提高能效所带来的节能效果。宏观经济层面的能源消费反弹是随产出增长和经济结构调整递增的，提高能源效率可能促进中国高耗能产品的消费和出口，引导经济结构向更加高耗能的方向逐渐调整，最终总能耗的增长可能完全抵消能源效率提高的效果，并且还可能进一步刺激总能耗的增加。

上述结论显然并不符合节能减排政策的初衷，但是却可以让我们对中国能源效率政策的作用机制有更进一步的理解。当前，中国政府尽管采取了严厉的节能减排措施，但随着全球金融危机之后的经济回暖和出口回升，中国高能耗高排放的经济发展模式可能仍将继续。因此，为了确保当前的节能减排政策能够有效提升中国的可持续发展能力，不能仅将政策的焦点集中在促进技术层面的能源效率提高上，而是有必要引入一个协调的政策组合来对冲由于能源效率提高所带来的能源产品相对价格下降、能源替代其他要素投入以及高耗能产业过度扩张等刺激总能耗增加的因素。

我们的分析也是一种评估政策在经济系统性影响和长期作用效果的尝试。本文分析结果显示了在微观技术层面和宏观经济层面技术效率变化效应的不同效果，一定程度上说明采用系统性的框架来评估政策作用的重要性。此外，分析结果还显示出政策的实际效果可能在初期符合预期，但是长期来看却可能发生违背并产生负面的效果，这也表明采用长期的视角对政策进行评估的重要性。

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The Economy wide Rebound Effects of Energy Efficiency Increase in Production

LI Yuan long LU Wen cong

(School of Management, Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310058, China)

Abstract Improving energy efficiency has become the focus of energy conservation and pollution reduction policies in China, but energy saving achieved at the macro level may be less than the degree of efficiency improvement at the micro level, or even more energy consumption would be induced, because of the adjustment mechanism within economic system. This phenomenon is called “economy wide rebound” effect. By constructing an environmental and resources CGE model of China, we intend to evaluate the economy wide rebound effects after an increase in energy efficiency in production sectors. The results show that in the role of a 5% increase in energy efficiency, the rebound effect is 52.38% in the short term, which means only about half of the expected energy saving could be achieved. And the long term rebound effect is 178.61%. The energy saving is completely offset and the total energy consumption increases driven by the competitiveness improvement of energy intensive sectors, exports expansion of energy consuming products and economic growth. With the increase in energy efficiency in production sectors, the total energy consumption reduces in the short term but reverses in the long term due to the economy wide rebound effects. It means that the efforts of “the less input for the same output” at the technical level are transformed into the “the more output, the more input” at the macro level. And this also exacerbates the energy intensive preference of China’s economy. The higher energy consumption stimulated by output growth and structural adjustment driven by energy efficiency increase may eventually offset or exceed the energy saving effect of energy efficiency increase.

Key words economy wide rebound effects; energy efficiency; general equilibrium