第一节 最终需求间接能耗核算模型的改进研究[1]
——基于投入产出法的变形与转换
一 居民生活用能表现
居民消费通过两种方式引发能源需求：一是通过取暖、供热、烹饪、制冷、照明等直接消耗能源；二是消费各种产品与服务，影响经济活动，形成对能源的间接消耗，换句话说，居民消费对能源的间接能耗是产品与服务生产、分配、运输与废物处理等阶段的能耗引起的。居民生活直接能源消耗与居民消费直接相关，间接能耗是居民消费的产品与服务对能源的消耗，与产品部门的生产技术和能源利用率有关。与居民直接能耗相对应的居民消费项目为居住与交通消费支出，其中交通能耗不包括居民乘坐公共交通消耗的能源。这一点不同于以往文献，笔者认为，居民乘坐公共交通工具消耗的能源源于居民间接消耗，属于交通部门能源消费的统计范畴，根据影响的方向与避免重复，本书中交通能耗只是针对私人交通方式能源消耗[2]。
居民生活的间接能耗与居民消费方式密切相关，取决于居民消费支出项目，与居民间接能耗相对应的消费项目是居民购买的非能源产品与服务的支出，分别是食品类支出、衣着类支出、家庭设备用品及服务类支出、医疗保健类支出、交通和通信类支出、娱乐教育文化用品及服务类支出、居住类支出与杂项支出。
二 居民间接能耗核算方法比较
随着工业化与城镇化的发展，生产部门能源消耗占终端能源消耗总量的比重逐年上升，1985年为83%左右，2010年高达89%，由此可见，生产部门能耗是中国能源消耗总量增加的重要因素。生产取决于需求，需求决定生产，其中最终需求间接能耗是通过生产部门完全能源消耗实现的（高敏雪，2004）。可以说，最终需求间接能耗是当前中国能源消耗快速增加的重要影响因素，随着其规模的扩大，人们逐渐意识到最终需求已经或将成为节能减排重要的突破口（Weidman，Thomas，et al.，2007；樊纲、苏铭、曹静，2010；汪臻、赵定涛、余文涛，2012）。在中国内需拉动经济政策逐步实施的背景下，从最终需求的角度考察如何促进中国节能减排工作顺利进行非常重要，而明确最终需求间接能耗尤为必要，因此最终需求间接能耗的核算方法显得至关重要。
核算方法上，估算最终需求间接能耗的方法主要有三种，分别是过程分析法（Process Analysis）、投入产出法（Input-Output Analysis）与生命周期分析法（Life-Cycle Analysis）。过程分析法基于微观角度针对产品的物理变化过程，涉及产品生产的每个过程对能源的消耗（Engelenburg，B.C.W.，Rossum，T.F.M.，1994），计算结果较为精确；但这个方法考虑所有相关过程，要求过于精细，导致实施上存在很大难度，有时不得不进行取舍，存在不可避免的截断误差（Vringer，K.，Blok，K.，1995），因此实际应用并不多。投入产出法基于宏观角度分析最终需求的产品与服务生产过程中的能源消耗（Munksgaard，J.，et al.，2001）；基于部门能源消耗，而不是具体的产品，适用于估算国家或区域最终需求部门的能源消耗；部门整合在计算结果上的精确性低于过程分析法，但部门划分越细，结果越精确。由于该方法拥有计算方便、对数据要求低等优点，实际应用很普遍（Peet，N.J.，Carter，A.J.，Baines，J.T.，1985；Peet，N.J.，1993）。生命周期分析法基于过程分析法与投入产出法的混合，集合了过程分析法的精确性与投入产出法的快速性，Bullard（1975）、Engelenburg（1994）等人对其进行发展，提出“一步一步的实证分析法”。生命周期分析法基于产品“从摇篮到坟墓”的过程，要求产品与服务的生命周期列表清单，清单数据是生命周期评价理论的重要数据，实际应用中往往由于缺乏这一核心数据，方法的应用受到限制。中国学者很少采用该方法，主要是由于中国生产技术和能耗强度与国外存在很大差异，研究最终需求间接能耗若沿用国外的生命周期清单（智静、高吉喜，2009），结果会出现较大误差。理论上，三种方法在同等的信息下，“一步一步的实证分析法”结果的精确性介于投入产出法与过程分析法之间。
通过比较发现，三种方法理论上是一致的，考察对象相同，只是研究角度、适用场合以及结果的精确性不同，其中应用最广的是投入产出法。由于不同行业存在于整个国民经济过程，体现生产、分配、交换等过程，所以理论上投入产出法基于产品的生命周期过程，适用于宏观角度最终需求间接能耗的估算。但该方法要求投入产出表与之相对应，由于数据限制，应用时往往存在无法连续估计的局限性，这就对核算方法提出了新挑战。鉴于此，基于弥补最终需求间接能耗核算模型存在的主要不足，笔者主要对其进行一次变形与二次转换，完成对最终需求间接能耗改进核算模型的推导，满足对最终需求间接能耗连续性估算的要求（向书坚、柴士改，2014）。为了便于比较，基于投入产出法的最终需求间接能耗核算模型称为“初始核算模型”，在其基础上进行变形与转换的模型为改进核算模型。
三 最终需求间接能耗初始核算模型的基础
（一）最终需求不同项目间接能耗的初始核算模型
生产部门生产最终产品的完全能耗反映最终需求对能源的间接消耗，由生产部门生产技术与能耗强度决定，这是最终需求间接能耗的初始核算模型推导的基础，具体涉及生产部门直接能耗系数与完全能耗系数以及投入产出表中重要的平衡关系，如式（1-1）所示。
其中，ERX为各行业的直接能耗系数，由各行业直接能源消耗量与总产出相比得到，ER（I-A）-1为各部门的完全能耗系数，（I-A）-1为列昂剔夫逆矩阵，Y为最终产品或最终使用。式（1-1）左边与右边两项表示生产部门直接能耗，中间一项表示生产部门生产最终产品通过完全消耗对能源的消耗量，由最终需求对各行业产品与服务的需求引起，因此可推导出最终需求（居民消费、政府消费、资本形成、出口与进口）间接能耗的核算模型。
1.居民消费间接能耗的初始核算模型
居民消费间接能耗体现在居民消费各行业的产品与服务对能源的消耗，或者称为产品与服务隐含的能源消耗（Bullard，C.W.，1975）。20世纪70年代初，列昂剔夫教授与哈佛小组合作将各种资源消耗与环境污染加入投入产出表，以混合能源投入产出表为基础（周平，2011），居民消费间接能耗的核算模型为：
ER为生产部门直接能耗系数的（n×n）对角阵，YH为各生产部门提供给居民部门的最终消费即居民消费在各行业的分配额，计算时列矩阵转换为（n×n）的对角阵。
2.资本形成、出口间接能耗的初始核算模型
类似的，资本形成与出口间接能耗的核算模型分别为：
YS、YC分别为资本形成与出口，皆为（n×n）对角矩阵。
3.进口间接能耗的初始核算模型
对于进口来说，产品与服务来源于国外，进口产品与服务间接能耗主要由国外生产技术与能耗强度决定。对于本国而言，进口来源国众多，进口的产品数量数以万计，种类也千差万别，从宏观的角度出发与研究的需要，很多文献计算进口间接能耗时，皆假定对进口的产品与服务来说，国外与国内的综合能耗强度一致（高敏雪、许健、周景博，2007）。本书亦如此，对于进口产品与服务间接能耗而言，假定国外与中国的能耗强度一致。由此进口需求对能源间接消耗的计算公式如下：
其中YI为进口额，是（n×n）对角矩阵。
4.政府消费间接能耗的初始核算模型
政府消费通过两种方式实现，一是提供公共服务，二是以免费或无经济意义的价格将产品与服务提供给居民。因此，虽然政府消费的支出主体与受益主体不一致，但政府消费是由政府部门生产公共服务或购买产品与服务完成的。为了生产满足政府消费需求的产品与服务，需要与政府消费有关的部门通过完全消耗一定的能源来实现，因此以式（1-1）为基础推导政府消费间接能耗的初始核算模型为：
（二）终端能源消费量的两个平衡关系
1.生产的角度
为避免一次能源与二次能源的重复计算，本书的能源消耗是指各部门的终端能源消费量，是一定时期内国家（或地区）各行业生产和居民生活消耗的各种能源在剔除了用于加工转换二次能源消耗量与损失量后的总量，对于各部门直接能耗与终端能源消费量来说，存在以下的能源消费平衡关系：
E为全社会终端能源消费总量，EPd为各行业直接能源消耗量，EHd为居民消费直接能耗量。式（1-7）从生产或供给的角度反映终端能源消费总量的平衡关系，即全社会终端能源消费总量等于各部门直接能耗总量合计。
2.需求的角度
由式（1-2）、式（1-3）、式（1-4）与式（1-6）左边与右边分别相加，然后减去式（1-5）可得到式（1-8）：
最终需求由居民消费、政府消费、资本形成与净出口组成，即：
把式（1-9）代入式（1-8）得到：
由式（1-1）、式（1-10）可以进一步转换为：
式（1-11）左侧从需求的角度表示最终需求间接能耗总量，中间与右侧两项从供给的角度表示各行业直接用能，式（1-11）表示最终需求间接能源消耗总量等于生产部门直接能源消耗总量。
式（1-11）左右两边同时加上居民部门直接能源消耗，分别从最终需求与生产（或供给）角度出发，得到终端能源消费的两个平衡关系：
由式（1-12）可知，对于终端能源消费量来说，存在两个平衡关系，即全社会终端能源消费总量从生产的角度而言等于各生产部门与居民部门直接能耗的合计，同时从最终需求的角度而言等于最终需求间接能耗总量与居民生活直接能耗总量。
（三）最终需求间接能耗初始核算模型的不足
最终需求间接能耗的初始计算方法主要的不足在于两方面。一是由于投入产出表的有限性与间隔性，在没有相应投入产出表的情况下，无法完成对最终需求间接能耗的连续性估算，因为该模型主要依托于投入产出表，但投入产出表并不是每年都有，中国仅在逢2、逢7年份编制投入产出表，在逢0、逢5年份编制延长表。二是无法进行最终需求间接能耗的后续分析，因为数据估算是后续分析的基础，没有对应的数据，无疑是“巧妇难为无米之炊”。
四 最终需求间接能耗的改进核算模型
由于最终需求间接能耗初始核算模型存在两点主要不足，这就对核算模型提出了新要求，下文试图在初始核算模型的基础上进行变形与转换，推导出最终需求间接能耗的改进核算模型，尝试在没有投入产出表的支撑下完成对最终需求间接能耗的估算，以便进行后续分析。以居民消费为例，推导出其改进核算模型，主要通过对原始核算模型进行一次变形与二次转换实现。
（一）居民消费间接能耗初始核算模型的变形与转换
1.一次变形
由于居民消费间接能耗的初始核算模型对数据要求较高，无法对其进行连续性估算，更无法谈及对其进行后续分析，为了对其进行连续性估算，有必要对初始核算模型进行变形与转换。一次变形方法如下。
将式（1-2）右侧乘以最终使用Y与最终使用的逆矩阵Y-1对角阵，得到式（1-13）：
矩阵的乘积满足结合律，把式（1-1）代入上式，得到式（1-14）：
Y-1YH为居民消费占最终使用的比例，则居民消费间接能耗可由生产部门直接能耗与居民消费占最终使用的比例相乘得到。在没有投入产出表的情况下，只要知道各行业的直接能耗、各行业的居民消费额以及最终使用就可计算居民间接能耗。
式（1-14）相对于式（1-2）来说，数据要求有一定程度的降低，但也有无法获得的部分。其中居民消费在各行业的分配额可来源于居民家计调查的数据，同时与投入产出表中行业对应，但各行业的最终使用额不是那么容易得到的；并且式（1-2）与式（1-14）必须同时适用于最终需求其他项目间接能耗的核算，在没有投入产出表的情况下，运用式（1-14），以个人的力量得到政府消费、资本形成与净出口在各行业的分配额的困难程度不亚于运用式（1-2）。所以式（1-14）与式（1-2）理论上是等同的，计算结果一致，尤其是在无投入产出表的年份，运用两式估算居民消费与其他最终需求项目间接能耗的计算难度相当，所以必须对其做进一步变换。
2.二次转换
对式（1-14）进行二次转换的基本思想如下。首先，Y是部门的最终产品，既可按照投入产出表中使用去向等于最终消费、资本形成与净出口的合计，又可根据部门增加值生产法等于总产品减去中间产品。因此在中国GDP核算以生产法为主，统计年鉴中行业生产法增加值数据相对完备的支持下，根据指标替代原则，可由行业生产法增加值YM替换上式中的Y，在无Y数据的情况下对最终需求间接能耗进行估算。其次，投入产出表与统计年鉴的统计口径存在差异，因此需要根据现有投入产出表的年份中YM与Y的相对误差对前者进行调整，尽可能减少误差，提高估算的精确性，得到调整后的YM。最后由于转换的原则为指标替代，并且涉及数据调整，所以上式转换过程中运用的符号是“”，而不是“=”。具体转换过程如式（1-15）所示，该式可以满足在无投入产出表的年份完成对最终需求间接能耗估算的要求，是在投入产出表不完备的情况下较为可行、有效的选择。
居民消费间接能耗源于对各行业产品与服务的需求，取决于各部门的生产技术与能耗强度，居民消费对能源的间接能耗强度与各部门生产产品和服务的能耗强度一致，由式（1-15）则可得到式（1-16）：
（二）最终需求其他项目间接能耗的改进核算模型
1.政府消费间接能耗的改进核算模型
与居民消费间接能耗的核算模型相似，式（1-6）对数据要求较高，需要以投入产出表为基础进行核算，有必要在此基础上做进一步转换，满足在没有投入产出表的年份的计算需求。采取与居民消费间接能耗核算变换公式同样的推导步骤：
变换后的公式表明政府消费间接能耗可以由各部门生产的直接能耗与政府消费占最终使用的比例相乘或万元增加值能耗乘以政府消费额得到。数据基础包括各行业能源消费量、行业生产法增加值以及政府消费在各行业的分配额，计算工作大大简化。
2.资本形成、出口、进口间接能耗的改进核算模型
类似的，资本形成、出口与进口间接能耗新核算模型的变形与转换过程分别为：
（三）改进核算模型的特点
改进核算模型与初始模型相比，保证在没有投入产出表支撑的情况下，完成对最终需求间接能耗连续性的估算。在计算难度、操作性、结果精确性与数据收集以及应用拓展方面具有以下四个特点。
1.计算难度有所降低，操作性更强
以居民消费间接能耗估算方法为例，不难看出，变换后公式（1-16）与式（1-2）、式（1-14）相比，计算难度大大降低；在行业分类充分与保证精确度的前提下，大大地减少了工作量，提高了计算效率；从操作性方面考虑，转换后的方法应用性更强，不仅可以实现最终需求间接能耗的连续性，而且便于最终需求间接能耗的后续分析。因此，计算最终需求间接能耗时可以将两种方法结合运用，有投入产出表时，应用初始公式计算；在没有相应的投入产出表的情况下，利用改进核算模型进行计算。
2.对于不同最终需求项目来说，数据收集的难易程度有异
改进核算模型对于最终需求在各行业的分配额的数据收集存在不同程度的难度。对于居民消费来说，数据收集相对容易。政府消费在各行业的分配额，一方面，可根据其比例变动趋势，借助统计年鉴中相近指标，根据总量控制、指标相近替代与分项核对的原则以及一定的估算方法取得。比如，政府部门在教育方面的消费，可以采用统计年鉴教育经费中“国家财政性教育经费项目”为基础，根据政府消费在教育方面的比例与当年同期相关政策，对其进行调整，调整的理由主要是这个指标中包括政府在教育方面的投资支出，有必要从中剔除，以免造成数据的高估；政府对卫生、社会保障和社会福利业的消费额，借助统计年鉴卫生费用中“政府卫生支出”与投入产出表中的政府消费对其消费比例进行调整估算；其他消费项目可以根据类似的方法进行估算。另一方面，对政府消费结构和相应部门增加值与能源消费量进行二次核对，减少误差，在没有投入产出表，只有政府消费总量的情况下，可以推算政府消费间接能耗总量。相对而言，计算结果会比在行业分类详细的情况下粗糙，但在数据不具备的情况下，也不失为一种估算政府间接能耗总量的适用方法。对于资本形成与净出口在各行业的分配额只能依据总量数据进行估算。
3.对于不同最终需求项目来说，结果精确性存在差异
在投入产出表与行业分类相同的情况下，三个公式计算结果一致；在没有投入产出表的情况下，行业分类越细致，转换后公式的结果越精确，越接近初始与变形的公式结果。由于转换后公式对不同最终需求项目的数据要求以及数据获得性不同，所以相应结果的精确性有所差别。对于居民消费，在各行业的分配额较容易获得，所以其计算的精确性较高；政府消费在各行业的分配额可以通过直接与间接的方法进行收集和估算，其精确性略低于前者；对于出口与进口在各行业的分配额，可以根据贸易年鉴与产品的行业分类进行收集和估算，由于产品与行业分类存在差异，所以其计算结果的精确性低于政府消费间接能耗；对于资本形成在各行业的分配额，在没有投入产出表的年份，很难获得，只能得到资本形成总量，所以其间接能耗的计算结果都比较粗糙，存在一定程度的高估，与其他最终需求项目相比，其相应的精确性最低。
4.改进核算模型的适用性可以进一步推广
最终需求间接能耗的改进核算模型亦适用于最终需求对能源消耗产生的其他污染排放、水资源消耗以及相应污水排放等与各个产业部门密切相关的资源消耗与污染排放的间接影响。