《一、前言》

一、前言

能耗分类是节能领域的重要议题。不同性质的 能源消费对社会与经济发展和居民生活的影响不同, 需要采取的节能政策也很不相同。因此对能耗进行 科学分类是分析能源消费的特点和确定节能减排途径的基础。目前已有大量研究从供应或需求侧出发, 对能耗进行各类划分。不同的用能分类方式体现了 不同的研究视角,可得出不同的节能理念与路径。

随着节能工作的不断深入,更需要对用能过程 的特征进行深入分析,针对不同使用过程的特点采 取相应措施。不同类型的用能目的不同,从而有不同的节能路径与政策。出于不同的研究目的,应当 对用能行为有不同的分类方式。本研究根据使用过 程的特点,将能耗划分为生产领域能耗与消费领域 能耗 [1],并针对消费领域能耗的用能特点,提出我 国消费领域的节能理念。

《二、已有能耗分类方法综述》

二、已有能耗分类方法综述

能源统计年鉴中,对能耗主要是根据能源种类、 地区、来源、用能部门等进行划分 [2~7]。此外,从 能源使用侧出发,不同学者也提出了进一步的用能 分类方式。

《( 一 ) 根据地域划分》

( 一 ) 根据地域划分

根据地域划分的能耗情况可反映不同国家与地 区的能耗差别,体现能源使用上的空间差异,并为 进行相关宏观分析与比较、提出区域性的能源战略 规划提供了可能,是目前最为常用的能源指标之 一 [8~10]。但是,这一种划分方法仅能从宏观层面对 能耗情况进行分析比较,难以反映能源利用中的实 际问题。

《( 二 ) 根据能源种类划分》

( 二 ) 根据能源种类划分

依据不同能源种类,可将能源分为煤、天然气、 核能等。同时可进一步将能源分为可再生与不可再 生能源、化石燃料与非化石燃料、一次能源与二次 能源等。不同种类的能源选择可直接影响能源的生 产与运输,碳排放量等 [11,12]。但这种划分方式也存 在不足,比如在使用电力时,发电来源对消费者没 有直接影响,不论是燃煤还是风能得到的一度电在 需求侧没有实际差异。

《( 三 ) 根据能源来源划分》

( 三 ) 根据能源来源划分

依据不同的来源,可将能源分为本土产能、进 口和出口能源与其他能源。这种分类方式也从供给 侧出发,对消费者而言没有直接的差异。通过这种 能源划分方式得到的进口能源占比是衡量国家能源 安全的重要指标,也是制定能源政策与规划的重要 参考 [13]

《( 四 ) 根据用能部门划分》

( 四 ) 根据用能部门划分

依据能源使用部门的差异,不同的国家与机构 依据不同的统计方法等有不同的区分方式。如国际能源署(IEA)将用能部门分为工业、交通、其他(住 宅、公共设施建设、农业、渔业、其他)与非能源 使用 [2],目前我国能源统计是按照工业生产领域进 行报送并据此划分耗能部门 [7]。这种分类方式主要 从用能部门入手,易于统计管理,同时可针对不同 用能部门进行能耗管理与开展节能工作 [14 ~ 16]。但 在实际用能中,同一部门的能源消耗行为可能存在 极大的差异,比如在交通部门,客运交通与货运交 通的性质就完全不同。因此,仅针对不同用能部门 制订的节能方式依然存在一定的问题。

《( 五 ) 基于投入产出表(I-O 表)的能耗划分》

( 五 ) 基于投入产出表(I-O 表)的能耗划分

基于投入产出表,可将能耗在不同用能部门的 基础上分为消费耗能(个人消费、政府消费)、投 资耗能与进出口耗能 [17 ~ 19]。这种能耗分类方式可 较准确地得到各地区的实际用能情况,基于更全面、 更公平的方式对各地区或各领域的能耗使用进行评 价分析。这种划分方式对能源的划分较细,不易提 取不同用能过程中的共通之处,在分析实际情况时 难以直接抓住主要问题。

《( 六 ) 根据消费与能耗关系的划分》

( 六 ) 根据消费与能耗关系的划分

仅针对居民消费能耗,可根据能源的使用关 系将其分为直接能源消费与间接能源消费 [20, 21]。 这种分类方式从居民消费行为出发,可以充分考 虑居民的消费行为对能耗的影响,能够更全面科 学地反映消费行为的用能强度,并从宏观层面对 居民消费模式的引导提供依据,但不能反映不同 消费行为的差异。

综上可得,已有分类方式主要依据能源自身的 特点与使用,而对用能行为的关注较少。但在节能 工作中,不同的用能行为是各项政策措施的直接对 象,需要具有针对性的研究。因此,本研究从用能 特征出发,提出基于使用过程特点的能耗分类方式。

《三、消费领域能耗的定义及特点》

三、消费领域能耗的定义及特点

《( 一 ) 根据使用过程特点进行能耗分类》

( 一 ) 根据使用过程特点进行能耗分类

基于使用特征的差异,可以将能源消耗分为生 产领域用能与消费领域用能。

生产领域能耗指的是物质与信息产品生产过程 的能耗。产品的生产,包括制造产品、货物运输能 耗均属于该领域用能,比如钢铁生产、农业机具使用、计算机与通信设备运行、厂房基于生产要求的 室内环境控制、货物运输相关的公路、铁路、航空 过程等。

消费领域能耗指的是民用建筑运行用能与客运 交通用能,即服务业与日常生活消费领域中的直接 能源消耗。民用建筑运行用能是指在住宅、办公建 筑、学校、商场、宾馆、交通设施、文体娱乐设施 等非工业建筑内,为居住者或使用者提供采暖、通 风、空调、照明、炊事、生活热水,以及其他为了 实现建筑的各项服务功能所使用的能源 [22]。客运交 通用能指以乘客为对象的各类运输活动用能。

生产领域能耗是用以制造产品,是不可或缺的 生产要素,其价值会在制造出来的产品中得到体现, 产品的产出可用产量或产值来衡量。而消费领域能 耗不直接影响产品,以服务的形式消耗,其效果直 接作用于消费者,产出为消费者舒适度的提升,与 产值无关。比如钢铁的生产用能是为了钢铁的制造, 可以用单位产量或产值的能耗来评价钢铁生产的情 况;而建筑中空调的能耗是为了改善室内热环境, 提升消费者的舒适度。

人均国内生产总值(GDP)往往与能耗同步增 长。但是在生产领域,能耗越多,产出越高,能耗 的提高增加了国内生产总值;在消费领域,经济发 展带动居民消费水平提升,伴随消费领域能耗的上 涨,即能耗的提高是国内生产总值增加导致的。比 如对于钢铁生产,产量与能耗的多少成正比,能耗 越多,产值也越高;而对于建筑中的空调使用,由 于居民生活水平提升、对室内环境要求提高,空调 使用量增加,能耗因此上涨。

《( 二 ) 消费领域能耗的用能特征》

( 二 ) 消费领域能耗的用能特征

1. 产出不可转移性

生产领域与消费领域能耗的另一显著差异体现 在其产品的可转移性。不论是生产领域还是消费领 域,其产出最终都会被消费者直接或间接消费。对 于生产领域,产品的流通会导致消费效用的转移, 从而带来能耗的转移,即能耗不由消费地区、而由 生产地区承担;而对于消费领域,其能耗的产出都 即时被消费者消费了,不会发生转移,即生产地区 与消费地区承担的能耗一致。例如,建筑为了采暖、 空调、照明所消耗的能源都直接转换成为在场的建 筑使用者所享受到的服务,既不能服务于其他任何产品的生产,也不能为不在场的人员提供服务。

2. 度量与评价指标的不同

由于产出不可转移这一特性差异,评价生产与 消费领域能耗就应该完全不同。对于生产领域耗能, 应该用单位产品能耗来识别和评价,这就是我们目 前常用的“单位国内生产总值能耗”,因为能源消 耗产生了产品,创造了国内生产总值。 而消费领域 能耗并不与任何国内生产总值直接联系。例如住宅 建筑能耗,仅仅是消耗能源,并不产生产品,更不 能产生国内生产总值。同样,个人出行乘车耗油, 也与国内生产总值无关。即不论是乘高能耗的私人 轿车还是低能耗的公交工具,其差异不体现在国内 生产总值,而仅仅体现在出行者的舒适性。所以衡 量消费领域的能耗就不能再看单位国内生产总值能 耗。宏观的分析,应该是以为多少人提高服务为指 标,因此应该是“人均能耗”;微观地看,则是应 该以提供了每件服务项目所消耗的能源来度量和评 价,例如每平米建筑的运行能耗和每人千米出行所 消耗的交通能耗。

3. 目标可变性

对于生产领域用能,能源消耗的产出来源于实 际产品的生产。一定条件下,产品产量可维持在一 相对稳定的范围内,因而要减少这一部分的能耗, 需要减少生产单个产品的能耗,即提高用能效率。 因此,在生产领域中,实行节能的主要工作在于提 高能效。我国自“十一五”以来发布大量政策控制 该领域能耗,其中技术改造、设备更新与淘汰落后 产能等提升能效的措施起到了重要作用 [23]

对于消费领域用能,能源消耗的产出在于对 人员提供的服务。以建筑运行能耗为例,该部分的 能耗产出在于室内环境的营造(如空调、采暖、照 明、通风能耗)和对室内活动的需求(如生活热水、 电器能耗等)。不同人对服务的需求存在较大差异, 且个体对服务水平存在一定的可接受区间,这些差 别都会对能耗产生极大的影响。因此,要减少这一 部分的用能,一方面要提高设备效率,另一方面要 将需求控制在合理范围内。已有研究表明,对于建 筑运行能耗,与建筑使用者相关的需求侧可引起 5~10 倍的能耗差异,而与建筑和系统性能相关的供 应侧可引起的差异一般不超过 3 倍 [24]。因此,在消 费领域中,实行节能除了需要提升技术以外,更需 要对需求侧的合理引导。

《四、我国消费领域能耗现状与发展》

四、我国消费领域能耗现状与发展

《( 一 ) 我国消费领域能耗现状与国际比较》

( 一 ) 我国消费领域能耗现状与国际比较

自 2000 年起,我国各项能耗迅速增长,涨幅均在 2 倍以上,三部分用能比例基本稳定(见图 1)。 2011 年,我国终端能源消耗总量达到 2.22×109 tce (tce 为吨标准煤)其中生产领域约占 74 %,客运交通约占 8 %,建筑领域约占 18 %。

《图 1》

图 1 我国不同领域能耗变化

注:数据来源于《2013 能源数据》。

通过与其他国家的横向比较可以发现,我国的 人均终端能源消耗量与世界平均水平相当,但远低于发达国家水平。同时我国消费领域(建筑、交通) 能耗占总能耗的比例较低(见图 2)。

《图 2》

图 2 2011 年世界主要国家和地区人均终端能耗与消费领域能耗占比

注:数据来源于国际能源署数据库。此处数据计算方法与图 1 不同,故中国的数据存在差异。

对比我国与其他国家在客运交通、建筑领域的 人均终端能耗,可得出我国目前低于世界的平均水 平,并远落后于发达国家(见图 3)。具体而言,在 客运交通领域我国人均能耗约为美国的 1/16,日本 的近 1/3,不足世界平均水平的 1/2 ;在建筑领域我 国人均能耗约为美国的 1/5,日本的近 1/4,略低于 世界平均水平;考虑消费领域的总能耗,我国人均 能耗约为美国、日本与世界平均水平的 1/7、1/3 和2/3。这一差异的主要原因在于我国消费理念与生活 模式的不同。

《图 3》

图 3 2011 年世界主要国家和地区人均建筑、客运交通领域能耗

注:数据来源于国际能源署数据库。

生活模式的选择可直接影响能耗。以交通出行 为例,选择不同的交通工具个人在相同距离下的出 行能耗差异可在 10 倍以上 [1]。建筑领域能耗的巨 大差异也在于生活模式的不同。图 4 所示为北京市 某大学与美国相近气候区大学的建筑能耗对比。从 图中可以发现,在相近的气候环境下,我国建筑平 均能耗约为美国的 1/4( 两个校园建筑能耗仅为电 耗 )。我国校园建筑的空调系统仅在需要时使用, 大量使用自然采光,并且依靠开窗实现换气通风; 美国的校园建筑则往往全天 24 h 运行空调系统,较少采用自然采光,依靠机械系统进行换气通风:就 是这些差异导致了巨大的能耗差别。

《图 4》

图 4 中美校园建筑能耗对比 [26]

住宅建筑的情况也是如此。根据五个城市的大 规模调研,将个人居住能耗高低排序,各取 10 % 的样本作为平均值,可将各城市的样本分为十类人 群。图 5 所示为不同城市这十类人群城市居住能耗 与发达国家的比较。从图中可得,我国居住能耗约 为日本的一半,远低于美国,目前我国能耗最高的 一类人群用能水平已与日本平均水平相当。进一步 研究发现,不同生活模式的差别是能耗差异的主要 原因 [1, 25]

《图 5》

图 5 调研城市居住能耗与发达国家比较(不包括北方城市集中采暖)

进一步地,生活模式的不同也会影响技术的使用效果。以住宅中集中空调系统为例。目前,分体 空调热能效比(COP)为 2.5~3,集中空调的机组热 能效比可超过 5,系统热能效比约为 3~4。从系统 能效上看,集中空调的能效应该总体高于分体空调。 但实测结果表明,采用中央空调的居住建筑单位面 积空调能耗一般为分体空调能耗的 5~10 倍,如图 6 所示。进一步分析发现,造成这一差异的主要原因 在于空调的实际使用情况:中央空调提供“全部空 间、全部时间”的运行模式,即建筑物内任何空间 (走廊、卫生间、厨房)全天 24 h 都使用空调;而 分体空调则采用“部分空间、部分时间”的运行模式, 即人在房间且觉得温度不合适时才会开启所在房间 的空调。图中分体空调的案例实测结果显示,整个 夏季住宅中单台分体空调器的平均开启率不超过 10 %。正是这样的运行模式差别导致了巨大的能耗差异 [27]

《图 6》

图 6 住宅建筑中分散式空调及集中式空调的能耗结果对比 [27]

《( 二 ) 我国消费领域节能路径选择》

( 二 ) 我国消费领域节能路径选择

考察发达国家的能耗历史可以发现,随着经济 的增长,生产领域耗能比例下降,消费领域所占能 耗比例上升。图 7 所示为美国、日本近几十年来的 消费领域能耗占全国能耗的比例变化以及与中国现 状的比较。从图中可得,美国与日本的消费领域能 耗占比都远高于我国水平。

《图 7》

图 7 美国、日本与中国各部门能耗比例

注:美国数据来源于美国能源信息署数据库,日本数据来源于《日本能源经 济统计手册》[28]

目前,我国消费领域人均用能与日本 20 世纪 60 年代末相当,远低于美国 1949 年的能耗水平(见图 8)。考虑到发达国家能耗增长的客观规律以及我 国的实际发展状况,消费领域能耗正是我国下一阶 段能耗增长的主要部分,其增长情况直接影响我国 未来的能源状况,需引起足够的重视。

《图 8》

图 8 人均能耗对比分析

若我国人均消费领域能耗持续增长至日本现水 平,即使人均生产领域能耗与人口数不变,我国总 能耗将接近现在的 2 倍;若增长至美国现水平,则相同情景下我国消费领域能耗将超过 2011 年经合 组织国家的全部用能总和,约为当年全球能耗的 1/2。若全部非经合组织成员国的人均消费能耗均达 到日本水平,则在这些国家人口保持 57 亿(2011 年水平)的情况下,仅消费领域能耗将几乎为 2011 年全球总能耗;达到美国水平,则将为 2011 年全 球总能耗的近 2 倍。即发展中国家不可能复制目前 发达国家的发展模式,必须走新的发展道路。

已有研究表明,按照我国目前的发展趋势,我 国能耗水平可能会发展为介于日本与美国水平之 间。但上述分析显示,这样的增长不可支付。因此, 我国必须高度注重消费领域的用能情况,并探索出 消费领域能耗新的发展道路。

探索新的发展道路需要对消费领域节能路径的 进一步认识。由于用能特征的差异,消费领域用能 的节能途径与生产领域不同。生产领域节能主要需 关注技术水平,而消费领域则需兼顾技术水平与服 务需求的关系,且服务水平的引导将是节能的关键。

1. 消费领域用能与服务水平之间的关系

已有研究表明,随着服务水平的提高,单位服 务水平提升所需的能耗增加,且增长速度与增长基 数近似成正比,即对于能耗 E 和服务水平 S 有如下 函数关系:。求解可得 ,其 函数图像如图 9 所示。

《图 9》

图 9 能耗与服务水平的关系

这一能耗和服务水平之间的指数关系表明,在较高的服务水平下,能耗的增加并不能带来服务 水平的显著提高,同时相近的服务水平的能耗差异极大。

宏观统计数据支持能耗与服务水平的指数对应 关系。图10所示为幸福指数与人均消费能耗的关系, 两者呈现出了明显的指数相关水平,同时也可发现, 在相近的幸福指数下,不同国家的人均消费能耗有接近 5 倍的差异。

《图 10》

图 10 2009 年幸福指数与人均消费能耗的关系

注:数据来源如下,幸福指数 http://www.thedailybeast.com/ newsweek/2010/08/15/interactive-infographic- of-the-worlds-best-countries.html; 人均消费能耗:http://www.iea.org/stats/prodresult.asp。

微观调研数据也支持能耗与服务水平的这一关 系。图 11 所示为我国夏热冬冷地区不同居民采暖 模式的采暖能耗与用户满意度均值。数据来源为该 地区近 1 000 份问卷调研。从图中可以看出,不同采暖模式有着不同的采暖能耗与满意度水平,能耗 较高的采暖方式总体满意度有所提高,但能耗提高 的速度明显高于满意度。

《图 11》

图 11 不同采暖模式的采暖能耗与满意度

注:数据来源于清华大学建筑节能研究中心 2012 年冬季调研结果。

2.我国消费领域用能的路径选择

目前,我国总体尚处在能耗较低、服务水平也 较低的水平。我国消费领域能耗正处在选择不同路 径的关键点。有两种路线可供选择:一种是保证服 务水平,在确定的服务水平下提高能效、降低能耗; 另外一种是确定能耗,在能耗定额下发展技术、提 升服务水平。不同的节能途径示意如图 12 所示。

《图 12》

图 12 不同的节能途径示意图

这两种节能途径代表了两种截然不同的节能理 念,进而言之,是代表了两种不同的对待自然的理 念。目前,人类不断膨胀的需求已与地球有限的资 源产生矛盾。若以保证服务水平为前提,则仍是以 人的需求为主;若以确定能耗水平为前提,则是以 自然环境的容量为主。前者即发达国家主要采用的 节能路径。从目前的用能情况来看,如果发展中国家单纯复制这一发展路径,能耗达到发达国家的现 用能平均水平,全球资源难以为继。

人欲望的无限性与物质资源的有限性存在不可 调和的矛盾,要持续发展必须选择其一为出发点。 工业文明以来,人类发展主要以前者为主,已经不 断触碰了物质环境底线。要进一步发展,不能继续 以难以逆转的物质资源破坏为代价,且这一代价将 随发展水平的提高不断增加。若以自然容量为出发 点,可能会产生服务水平下降的问题,但如果能够 保证服务水平达到一定标准,进一步的服务水平提 升需要与资源代价进行权衡。

我国自中国共产党第十八次全国代表大会以来 提出生态文明建设,旨在构建与自然和谐共处的发 展模式,指出要进行能耗总量控制,且“在资源开 发与节约中,把节约放在优先位置”[29],即在持续 发展过程中充分重视资源环境容量,在合理的用能 范围内提升生活水平 [30~33]。这样的路径即确定能耗、 提升服务水平的发展方式。

因此,从全球可持续发展以及我国进一步的建 设方向来看,以环境容量为优先考虑,在确定能耗 的前提下提升服务水平的发展路径将成为我国乃至 发展中国家的选择。因此,我国应当走“确定能耗, 在能耗定额下发展技术、提升服务水平”的节能途 径,在此理念下控制消费领域用能。

《( 三 ) 我国消费领域节能发展建议》

( 三 ) 我国消费领域节能发展建议

综上可得,我国消费领域能耗可能是未来我国 能耗主要增长的部分,也应是我国节能工作的重点。尽管目前我国人均消费领域能耗较低,但考虑到我 国人口众多,若不进行适宜规划,可能会对我国能 耗情况产生极大的影响。因此,该领域能耗应引起 足够的重视,并在各项政策制定中得以充分体现。

消费领域的节能工作不能仅考量能效高低,而 应当从能耗总量出发进行约束。目前我国“总量控 制”工作中所考核的指标主要包括单位国内生产总 值能耗与总能耗,但对于消费领域能耗而言,由于 其本身并不产生新的国内生产总值,以单位国内生 产总值能耗来衡量并不合理,而应该采用以每人、 每户等能耗指标来进行评价与约束。同时,该领域 能耗与居民生活模式密切相关,也需重视个人和家 庭合理用能方式的引导。

此外,我国统计体系中尚无针对消费领域用能 的统计。完善的统计数据是了解实际情况、反映现 实问题、规划下一步工作的重要依据。应当建立针 对消费领域用能情况的能耗数据平台,为政策制定 与相关研究提供足够的数据支持。也只有给出各部 门的实际用能情况,才能将总量控制落到实处,切 实开展相关工作。

《五、结语》

五、结语

本文从能耗使用过程特点出发,将用能分为生 产领域与消费领域用能,前者生产产品,后者提供 服务。两者存在巨大的特征差异,需要在节能工作 中区分对待。与生产领域能耗相比,消费领域能耗 因国内生产总值上升而上升,产出不可转移且目标 可变,应当以实际能耗作为评价指标。目前,我国 消费领域能耗相对较低,但可能将成为下一阶段的 能耗主要增长点。能耗的差异主要是生活模式的不 同造成的。消费领域能耗的控制应当以能耗总量为 前提,在此基础上发展技术、提升服务水平。建议 我国节能工作中提升对消费领域能耗的重视程度, 建立完善用能统计与评价体系。