中国制造业的能源替代研究

内容提要：本文通过ALLEN替代弹性模型对制造业分部门的投入要素的自价格弹性和相互之间的替代弹性进行了测算，发现资本、能源和劳动之间的替代关系不仅在整个制造业层面上差别很大，而且在每个分部门的内部差别也非常显著。就制造业整体而言，资本与劳动、劳动与能源之间都表现出明显的替代关系，而资本与能源之间表现出较强的互补关系。此外，能源的自价格弹性要明显地高于资本和劳动的自价格弹性，表明了利用能源价格上升进行节能具有较大的空间。在制造业内部，要素价格变化导致每个行业内部不同的要素替代。进而在此基础上，提出了中国能源政策的调整思路。

关键词：面板数据 制造业 要素替代

中图分类号：F421文献标识码：A文章编号：1003-4161(2008)04-0001-07

1.引言

近年来，随着中国居民消费结构升级、国际制造业转移以及城市化速度加快，中国经济进入了以重工业化为主要特征的产业发展阶段，产业高耗能引发的能源需求的高增长的效应在中国传统的能源政策和粗放式的经济增长模式下得到进一步放大。中国经济增长的可持续性开始遭到国内能源供给不足的瓶颈制约。另一方面，国际经济复苏和大国需求效应导致的能源价格上涨加剧了国内因能源供求失衡引发的价格上涨，进而使得中国在面临资源约束的同时，不得不面对能源价格上涨带来的冲击。中国政府和国有能源企业试图通过国际市场供给来弥补国内能源不足的“走出去”战略受困于国际经济博弈和地缘政治的不确定性。

能源供给不足以及价格上涨的双重约束决定了以“节能降耗”为重心的能源替代成为中国经济发展不可回避的选择。与此同时，依托于制造业的世界工厂地位的背后很大程度上依赖能源的消费投入，而在过去的30年间，整个制造业的能源消费成本占工业部门能源成本的70%~80%和全国能源成本50%左右

（如图1），因此，制造业的节能对工业部门以及全国的节能目标具有十分重要的战略意义。

能源替代主要指通过对能源消费内部结构的调整或者改变能源与其他非能源的投入比例，以达到节约不可再生能源、降低能源投入成本、提高能源利用效率、保护生态环境并最终实现经济可持续发展的目标。能源替代的内容主要包括能源的内部替代和外部替代。前者一般指初级能源消费结构的优化；以电能为代表的二次能源替代以煤炭为主的初级能源，新兴能源、可再生能源对煤、石油等不可再生能源的替代，后者主要基于能源价格的变化（一般指价格上升），生产投入中的资本、劳动对能源的替代，通过三者投入的优化配置，实现降低能源成本、提高产出的目的。由于能源内部替代过多地通过能源利用效率、开采效率和转化效率和研发效率（新兴能源）来实现，因而更多地带有工程技术性的特征，决定了能源内部替代往往具有周期性长的内在特性；能源外部替代由于基于能源价格的变化来影响要素投入比例、要素边际生产力而达到资源优化配置、节约能源的目的，因而更多地带有经济性的特征，决定了其替代周期较短。因而，相比较能源内部替代，可以较好地弥补能源短期缺口。

通过对中国当前能源现状的进一步研究发现，针对中国工业化进程面临的日益严峻的能源挑战形势，当前学者和政府提出的能源发展战略的思路大多集中于能源内部替代战略，即①在初级能源消费中，降低煤炭消费比重，提高石油、天然气消费比例，以减小环境污染；②提高以电力为主的二次能源的消费比重，降低初级能源的消费比重，提高能源的利用效率；③在以电力、煤炭和石油为主的传统能源之外，发展核电、生物能源为代表的新兴能源。

但是，与当前国家大力推行的一系列促进能源内部替代的战略和政策极不协调的是国内节能降耗取得的绩效不尽人意。如“十一五”规划《纲要》提出中国到2010年，单位GDP能耗必须降低20%左右，即每年能耗必须降低4.4%的目标近年来远未达到。2006年统计数据显示，全国平均能耗只比2005年下降1.23%。而2007年上半年，能耗不降反升，同比上升0.8%。

发生节能实效与能源政策目标相背离的现象主要是因为影响中国能源内部替代的因素具有复杂性、多方面的。①发达国家的历史经验表明以煤为主的能源向石油为主的能源转换，基本上遵循传统工业化的路径。在我国石油储量十分有限的情况下，缩小石油供需缺口的途径依赖于国际石油的不断输入，但随着我国国内石油对外依存度的扩大，我国的以石油为主的能源进口战略开始受到国际经济和政治的不确定性制约，在以美国、日本为代表的国家看来，世界石油供给的“零和博弈”意味着中国日益增加的石油进口剥夺了其他国家的石油消费，导致了中国海外石油开采和收购遭遇了一系列挫折。②以电力为主的二次能源对初级能源的替代，虽然有助于提高能源的利用效率，但是依然摆脱不了以煤等不可再生能源为主的中间投入，经济增长对电力的巨大需求实质上演变为对以煤为主的初级能源的二次消费，仍然沿着初级能源消费的传统模式，造成了环境污染和储量的持续递减。③以新兴能源、可再生能源对不可再生能源的替代，在目前的技术水平和价格机制下，由于其较高的开发成本难以和传统的能源形成竞争，制约了其产出的规模效应和潜在的市场需求。

相比较能源内部替代战略，能源外部替代战略不仅有利于克服能源内部替代所面临的一系列现实约束还兼有许多内部能源替代难以匹配的优势。①能源外部替代主要基于国内的资本、劳动等投入对能源的替代，可以规避依靠石油进口所遭遇的国际政治经济的不确定性；②能源外部替代打破了单纯以能源（传统能源、新兴能源或可再生能源）替代传统能源的狭隘思路，不仅避免了电力耗煤形成的对不可再生资源的耗费，还规避了新兴能源和可再生能源因成本较高而形成的市场规模约束。③劳动、资本对能源替代主要基于生产要素的边际生产力理论，通过前者对后者的替代实现整体边际生产力的提高和生产成本的降低，主要基于要素禀赋结构和价格机制形成的经济性替代，不同于以主要依托于工程性技术的能源内部替代，从而规避了后者自身具有的周期性较长的特点，具有短期应对能源短缺的灵活性。

此外，从国际经验看，许多国家尤其是后起发展国家，从初期的工业化的能耗密集型的粗放式增长逐步变为能源节约型的集约式增长，在很大程度上取决于自主创新的技术进步、产业规模效应的递增、要素价格的市场化改革、组织变革和管理方式的改变等因素的作用，但最终上述因素都通过资本、劳动和能源等生产要素有机组合的变化，提高要素的利用效率并突破资源的瓶颈约束，实现经济的持续快速增长。因而，自20世界70年代的石油冲击之后，资本、劳动对能源的合理替代逐渐成为国际能源经济研究的重点，影响着各国的能源战略政策的制定。

就当前中国的资本、劳动的供给而言，国内二元经济结构下形成的过剩劳动力使得促进就业、控制失业一直以来是中国经济发展的主要目标之一；中国资本早已摆脱改革初期短缺的状态，在国内反映为储蓄大于投资，贸易双顺差引发的流动性过剩的经济格局。在面临流量与存量双重约束、国际政治环境不确定性以及环境保护三重约束下，实现良好的能源外部替代将是中国工业化进程持续进行的必然选择。这不仅有利于解决单纯外延型增长模式引发的能源高消费的种种弊端，同时也有助于资本、劳动等生产要素的优化配置，通过提高要素的利用效率来扩大产出。此外，三者之间的良好替代还有利于促进就业、优化中国的出口结构和降低能源价格上升带来的产出冲击。因而，中国制造业部门的能源外部替代成为本文研究的重心，文中其他部分的能源替代如果没作特殊说明，一般指能源外部替代。

本文将借助于Allen模型在分析中国制造业部门及其内部行业的能源替代基础上提供符合中国国情的工业能源替代战略和政策建议。

2.分析框架和数据收集

目前测算两种以上要素之间的替代率时，往往采取的是要素之间的交叉价格弹性（CPE）（证明详见附录）。

si表示要素第j中投入要素在总成本中的分成。sij表示第i种要素对第j种要素的阿伦替代率（AES）。CPEij实际上表示随着要素j的价格变化，要素i对要素j的替代程度，也就是要素i相对于要素j的替代弹性。而CPEij表示要素i的自价格弹性，即要素i的需求变化对其自身价格变化的反应程度。

我国1985年前后执行的行业分类标准有较大差距，导致了统计口径发生了较大变化。本文综合新旧两种分类的标准，以保证数据的准确性，因而把制造业分为十大部类，即部门1（食品、饮料、烟草），部门II(纺织、服装业)，部门III（皮革业），部门IV（木材及其制品业），部门V（造纸和印刷业），部门VI（石油加工、化学工业、医药和化学纤维），部门VII（橡胶和塑料制品业），部门VIII（非金属制品业），部门IX(金属冶炼和金属制品业)，部门X（机械设备、运输设备、电气设备和电子、计算机设备业）。

迄今为止，除了就业量和职工工资从相关统计年鉴得到之外，其他的数据如资本实际使用价格、资本存量以及能源价格都无法从现有的统计资料中直接得到。即使是就业量，也没有明确的资料记录1985年之前的细分行业的就业量和实际工资。因而本文的数据收集只能在基于经济理论和现有的统计文献的基础上演算而来。

2.1 资本存量和资本价格

由于本文研究的对象是作为投入要素的资本，因而必须对资本概念作出明确的界定，即包括建筑资本和设备资本在内的物资资本。关于制造业行业的资本存量的测算，目前主要有黄勇峰，任若恩（2005），徐建荣，陈圻（2007）等人的研究。其中，任若恩（2005）主要通过永续盘存法（PIM），以旧的行业分类标准对1995年之前的制造业行业的资本存量进行了测算，排除了一些新的行业资本存量，因而资本存量存在偏小的趋势；徐建荣（2007）虽然按照新的行业分类标准对1995年之后的制造业行业的资本存量进行了测算，但只测算到2003年，因而本文根据永续盘存法iii对2004~2005年的制造业的行业资本存量进行了测算，同时，对任若恩（2005）的统计数据进行了调整，从而得出中国制造业行业资本存量的数据。测算资本使用价格比较通用的方程主要是Romer（1999）提出的，其认为影响资本的使用价格除了利率以外，还有预期通胀率、税率和资本自身价格的变化等因素，因而本文通过借鉴Romer的资本使用价格测算方程来估算中国工业部门的资本使用价格。工业部门的资本存量、资本使用价格以及资本使用成本的测算方程：

其中，Kt表示该年的工业资本存量，Kt－1表示上一年的固定资本存量，It表示当年的工业资本形成总额，δ表示资本折旧率，分别表示资本的实际使用价格，银行针对固定资产的贷款利率（取三年期贷款利率），预期的资本市场价格变化率，公司税率，真实使用成本。由于影响资本的使用价格除了利率以外，还有预期通胀率、税率和资本自身价格的变化。我国目前的公司所得税率对资本的实际价格影响非常小，故取值为ft=0。预期通胀率的选取主要基于理性预期的假设，即预期资本存量价格的变化率等于实际通胀率。因而

为了协调工资、资本存量以及能源实际价格指数，统一用GDP平减指数表示通胀率。此外，还采取了中国1978年以来的3年期固定资产贷款利率表示名义利率。

2.2 能源价格和能源消费量

关于能源消费的统计，现有的统计资料主要给出了能源总消费中的初次能源消费，但并没有具体的能源价格统计。由于电力、原煤、原油以及天然气等能源的统一价格并没有给出，国内设计能源价格主要限于燃料动力类的价格指数，因而必须求出基年的能源价格，从而可以求出各年的能源价格和消费的能源成本。由于制造业主要是能源的终端消费者，因而排除了制造业的能源中间消费。在初次的能源消费中，其中煤炭的大部分（近年来达70%以上）主要用于发电和供暖供热等中间投入，而石油、天然气也有部分用于发电。此外，上述三种初级能源用于相互之间的中间投入较小，相对于电力耗费的初级能源数量而言，可以忽略不计。此外，电力（8%~10%）iv用于初级能源的生产，因而制造业的能源消费总量主要由电力、煤炭和石油、天然气构成。

假设全社会的能源消费成本为

TC=Ci（7）

其中i=1，2，3，4，分别表示电力、原煤、石油和天然气以及其他能源。

则制造业的能源消费成本为

Cmanu＝ωiCi，ωi表示制造业消费的每种能源成本占该能源终端消费的比例。

由于制造业消费的电力成本远远大于其消费的原煤和石油成本，因而制造业消费的电力成本采取精确的直接计算方法，即Celec=pelec

Symbol@Bp Qelec，消费的其他能源成本则采取近似方法，即Cnanu，i=wi

Symbol@Bp Qi，wi为制造业消费的能源总量占消费的全部终端能源的比例。制造业消费的能源成本为CmanuωiCi+pelec

Symbol@Bp Qelec=，i=1，2，3分别表示原煤、石油和天然气以及其他能源的终端消费。从能源消费的流程图可以看出，制造业消费的能源量（除电力外）为：

Qmanll=ψi（Qi－Qm），其中Qi，Qm，ψi分别表示全社会各种能源的消费总量，中间消费量，制造业终端消费占全社会终端消费的比例系数。全社会消费的石油和原煤等能源成本可以近似于石油和原煤行业的当年产值Yi（t）。

2.3 劳动力价格和劳动力总成本劳动力价格指数可以通过平均职工工资指数表示，其相关数据可以从历年《中国统计年鉴》中得到。由于1989年前的实际平均工资指数以1952年的平均工资指数为基数，因此必须经过转换，统一换算成以1978年为基数的工资指数。由于针对分行业就业量的现有统计数据（除2005年外）基本限于国有和规模以上的非国有企业范围，不能覆盖整个制造业的就业量。因而，本文采取近似的就业测算，即假设每个行业的就业量占全国制造业总就业量的比例等于该行业国有及其规模以上非国有企业就业量占全部制造业的全部国有及规模以上非国有企业的就业量比例。假设每个行业部门具有相同的工资，因而行业部门的工资成本就等于制造业的平均职工工资与该行业就业量的乘积。

根据上述数据，最终测算出能源、资本和劳动投入占要素总投入成本的份额以及名义价格指数如附表1、2、3、4所示，结合式1，2，利用eviews 5.0求得制造业的总要素替代率和总自价格弹性以及各行业部门的要素替代弹性（交叉替代弹性）。

3.实证分析

（1）（表1）显示，从要素的自价格弹性看，制造业的能源自价格弹性为0.23，远远大于劳动自价格弹性（0.11）和资本自价格弹性（0.04），这表明制造业对能源价格的变化的反应程度远远大于对劳动价格和资本价格的反应程度，因而通过能源价格的上升来节约能源具有一定的空间。就制造业的行业部门来说，造纸印刷出版业和机械设备运输业、金属制品业（包括有色金属冶炼业）的能源自价格弹性较大，分别为1.22，0.26,0.15，说明上述行业对能源价格变化反应灵敏，而化工业（包括石油加工、）以及食品烟草业的能源自价格弹性仅为0.09和0.02，这表明食品烟草业和化工业对能源价格的反应比较小，正是后者构成的中国重工业化所形成的能耗度较高的产业特征。资本自价格弹性显著的行业主要有化工业、橡胶塑料业和设备制造业，较小的行业有食品饮料烟草业（0.03）和皮革制造业（0.03）。劳动自价格弹性较大的行业部门主要有化工业、金属制品业、设备制造业和食品饮料烟草业。

（2）从资本对能源的替代来看（见表2）所示，制造业的总替代弹性为-0.57，表明资本和能源之间存在明显的互补关系。从制造业内部的各个部门来看，资本和能源之间也基本上呈现互补的特征。其中化工业（-0.63）、金属业（-0.65）和设备制造业（-0.75）的资本和能源的互补关系尤其显著。一个可能的解释是，制造业中的化工业、金属业属于重化工业，具有资本与能源密集型的特征，因而在粗放的经济增长模式下，上述工业的资本深化伴随着能源依赖型的现象，在一定程度上加剧了资本与能源的互补性。

（3）从劳动对能源的替代来看，能源与劳动之间表现出良好的替代关系，制造业总替代率为0.41。其中非金属制品业和金属制品业的替代关系比较显著，分别为0.57和0.46；但在食品饮料和烟草业、皮革服装业等部门内，能源与劳动之间却表现出微弱的互补关系，这表明能源价格上升将会导致这些部门劳动需求的轻微下降。但就整个制造业而言，劳动对能源替代的显著性特征表明通过能源价格变动有助于缓解能源缺口的同时，还有利于减轻中国二元经济结构下劳动供给过剩形成的就业压力。

（4）从资本与劳动的替代关系看，虽然整个制造业的劳动和资本之间表现明显的替代关系，但两者之间的替代关系呈现明显的不对称性。其中，劳动对资本的替代弹性（0.04）远远小于资本对劳动的替代率（1.27），这不仅解释了过去近30年中中国制造业资本过度深化的现象，也表明试图通过资本使用价格的降低来促进就业的上升空间有限。而在制造业内部，资本对劳动替代比较明显的行业主要有化工原料业、设备制造业以及食品饮料业。

4.结论和政策建议

4.1 制造业的能源自价格弹性大于资本与劳动的自价格弹性表明中国借助于能源价格上升来实现节能降耗的目标具有较大的空间

在目前能源价格不能反映环境破坏等外部成本和其不可再生引发的稀缺性背景下，借助于以能源税为主的价格改革将有效地促进社会对能源消费的节约，从而缓解当前中国制造业发展所面临的能源缺口压力。

4.2 从制造业整体来看，劳动与能源之间存在明显的替代关系，说明中国借助于劳动替代能源空间较大，这不仅有利于缓解中国二元经济结构下的劳动过剩形成的就业压力，还有利于达到节约能源，提高产出的数量和质量

能源与资本之间呈现显著的互补关系，表明在目前中国重化工业过程中试图借助能源价格上升来实现资本对能源的替代并不可行。

4.3 就制造业内部结构而言，通过能源价格改革来促进能源替代，必须考虑到其对化工产业、金属业、设备制造业的资本存量以及对食品饮料、烟草皮革业的就业需求的负面效应

可以借助于能源差别政策，给予食品饮料、烟草皮革业的能源补贴，减少能源价格上升对该行业的就业负面影响。此外，由于占耗能绝大部分的重化工业、金属冶炼及制造业存在的较高的能源自价格弹性以及劳动与能源之间的显著替代关系，因而在上述行业实行能源价格改革，可以取得行业节能和促进就业的双重效果。

4.4 资本与劳动替代的不对称性表明中国借助于资本价格上升促进就业的效果并不明显

此外，制造业资本自价格弹性过低（0.04）说明通过提高资本价格来节约资本使用的空间也较狭小。这很大程度上源于中国金融市场改革相对滞后导致资本使用价格缺乏市场化的特征，因而中国在促进能源替代的同时，还应加快中国金融体制的市场化改革等配套改革。

注 释：

①近年来，中国每单位GDP能耗是世界平均值的3至4倍，日本的11.5倍，美国的4.3倍，德国和法国的7.7倍。

②以2005年为例，当年前11个月商务部监测的42种主要资源、能源产品进口，由于价格上涨因素，中国同比支付300亿美元。

③其基本公式为：其中，为t年的资本存量，为t年的资本形成，为折旧率，为净资本形成。

④ 历年的《中国统计年鉴》中的能源生产与消费部分都给出了电力中间消费的比例。

⑤TSE、TSK、TSL分别表示能源投入成本、固定资本使用成本和劳动成本占总成本的比例；PE、PK、PL表示能源、资本和劳动的名义价格指数。

参考文献：

［1］戴维•罗默.高级宏观经济学［M］.商务印书馆，1999..

［2］郭庆旺，贾俊雪.中国全要素生产率的估算：1979-2004［J］.经济研究，2005，（6）.

［3］黄勇峰，任若恩.中国制造业资本存量永续盘存法估计［J］.经济学季刊，2002，1，（2）.

［4］徐建荣，陈场.我国制造业资本存量计算［J］.商业时代，2007，（17）.

［5］张晓，郑玉歆，裴兰思.生产率研究中的资本投入替代度量［J］.数量经济技术经济研究，1995，（3）.

［6］郑照宁，刘德顺.中国能源资本替代的不确定性［J］.运筹与管理，2004，13，（2）.

［7］郑照宁，刘德顺.考虑资本―能源―劳动投入的中国超越对数生产函数［J］.系统工程理论与实践，2004，（5）.

［8］朱锦昌.缓解资源“瓶颈”，坚持可持续发展［J］.理论前沿，2005：（6）.

［9］邹至庄.2010年我国经济增长前景［M］.快速增长没有终结――中外专家看中国经济增长潜力，中国财政出版社，2000.

［10］Barry C. Field; Charles Grebenstein,1980, “Capital-Energy Substitution in U.S. Manufacturing”,The Review of Economics and Statistics Vol. 62, No. 2, pp. 207-212.

［11］Berndt ER,Wood Do. Engineering and Economic Interpretations of Energy-Capital Complementarity . American Economic Review 1981，1105-1110.

［12］Blackorby,C., and Russell, R.Robert, 1989,“Will the Real Elasticity of Substitution Please Stand Up?” ,The American Economics Riviews , September 1989 ,79,882-887.

［13］Berndt, Ernst and D.O. Wood, 1975, Technology, prices and the derived demand for labor, Review of Economics and Statistics 57, 376-384.

［14］Charles Blackorby; R. Robert Russell ,1981, “The Morishima elasticity of substitution: Symmetry, constancy, separability, and its relationship to the Hicks and Allen elasticities” , Review of Economic Studies 48, 147-158.

The Review of Economic StudiesVol. 48, No. 1 (Jan., 1981), pp. 147-158.

［15］David Burras Humphrey; J. R. Moroney ,1975, “Substitution among Capital, Labor, and Natural Resource Products in American Manufacturing”,The Journal of Political Economy, Vol. 83, No. 1, pp. 57-82.

［16］Edward A. Hudson; Dale W. Jorgenson,1978, “Energy Policy and U.S. Economic Growth”,The American Economic Review > Vol. 68, No. 2, Papers and Proceedings of the Ninetieth Annual Meeting of the American Economic Association (May, 1978), pp. 118-123.

［17］Ernst R.Berndt; David O.Wood,1975, “Technology ,Prices,and the Derived Demand for Energy”,The Review of Economics and Statistics ,Vol.57,No3,pp.259-268.

［18］Griffin, James and Paul Gregory, 1976, An intercountry translog model of energy substitution responses, American Economic Review 66, 845-857.

［19］John L.Solow, 1987, “The Capital-Energy Complementarity Debate Revised”,The American Economic Review,Vol.77,No.4,pp.605-614.

［20］Manuel Frondel and Christoph M. Schmidt，2001，“the capital-energy controversy: an artifact of cost shares?”,The Energy Journal, Vol. 23, No. 3,pp.53-79.

［21］Mar J.Koetse , Henri L.F.de Groot ,Raymond J.G.M. Florax,“Capital-Energy Substitution and Shifts in Factor Demand : A Meta-Anlysis”, www.tinbergen.nl.,5-6.

［22］Michael Hazilla; Raymond J. Kopp,1984,“A Factor Demand Model for Strategic Nonfuel Minerals in the Primary Metals Sector”,Land EconomicsVol. 60, No. 4 , pp. 328-339.

［23］Nguyen,S.V.;A.Reznek,1993,“Factor Substitution in small and Large U.S. Manufacturing Establisnments”,Small Business Economics,5,37-54.

［24］Michael Hazilla; Raymond J. Kopp ,1984,“A Factor Demand Model for Strategic Nonfuel Minerals in the Primary Metals Sector”, Land Economics, Vol. 60, No. 4, pp. 328-339.

［25］Pyrewes M.A , 1986,“Nested CES Approach to Capital-Energy Substitution Energy”Economics ,8:22-28.

［26］Robert Halvorsen ,1977,“Energy Substitution in U.S. Manufacturing”,The Review of Economics and Statistics ,Vol. 59, No. 4, pp. 381-388.

［27］Robin C. Sickles; Mary L. Streitwieser ,1998,“An Analysis of Technology, Productivity, and Regulatory Distortion in the Interstate Natural Gas Transmission Industry: 1977-1985”,Journal of Applied Econometrics, Vol. 13, No. 4., pp. 377-395.

［28］Uzawa, H.,“Production Function with Constant Elasticities of Substitution,”Review of Economic Studies (Oct.1962),291-299.