广东省水与能源利用效率与部门使用特征分析

　　摘要　基于多尺度投入产出法，核算了广东省经济系统中各部门的水-能源资源要素强度，在此基础上，量化了广东省与中国其他地理区域间的资源流通情况，分析了广东省各部门的资源最终使用情况，以期精确量化资源利用效率，发掘资源节约的重点关注部门.结果表明：农业的水资源强度(619.25 m3·万元−1)和电力、燃气及水的生产供应业的能源强度(120.64 GJ·万元−1)显著高于其他部门，部门平均用水效率和能耗效率均高于中国平均水平，低于世界平均水平;水与能源的相互利用效率高于中国及世界平均水平.区域贸易中，由中国其他地区净流入广东省的水资源量为81.45亿m3，占广东省直接用水总量的四分之一;净流入能源量为5.53×109GJ，占直接能源消耗量的66%，地区发达的经济和众多的人口对资源形成较强的集聚效应.建筑业、电气机械及器材制造业等部门具备较大的水与能源最终使用量，是广东省水与能源节约及其双向资源调控中的重点关注部门.

　　关键词　水与能源;投入产出法;资源流通;最终使用资源;广东省

　　水资源和能源是维系经济社会可持续发展的重要因素，2种资源互为原料，相互依存和制约，其间存在错综复杂的相互交织关系，增加了资源协同管理难度.当前，水与能源同时面临需求激增和供应有限的艰巨挑战[1，2]，已成为制约社会经济发展的瓶颈[3]，其风险已被全球风险报告列为世界3大风险之一.统筹协调经济发展与水资源、能源利用之间的关系，实现资源集约利用和合理配置，关乎经济社会和谐稳定发展，关乎生态及国家安全，是可持续发展的必由之路.2011年，波恩会议首次提出水资源-能源纽带关系.至今，水-能源纽带关系研究已成为国际上的研究热点[4−5].现有研究整体上可以归纳为定性研究和定量研究2个层次.

　　其中：定性研究主要集中于Nexus框架的构建及完善[6]，包括内在机制阐明、系统边界构建、影响机制构建等[7]，实现与水和能源相关的经济、社会及环境效益是纽带关系的管理目标[8];定量研究可以归纳为定量评价[9]、预测评估[10]以及整合优化[11]3个层次，研究内容涉及水资源-能源消耗的双向核算[12]、水与能源网络特征评价[13]、水与能源生态足迹核算[14]、资源可持续发展分析[15]等众多方面.随着研究的不断深入，现有研究已实现在量化水与能源之间关系的基础上，进一步扩展系统外延，将环境、经济和社会等因素纳入评价范围[16].

　　广东省经济社会高度发展，随着国家发展粤港澳大湾区重大倡议的推进，人口和产业进一步集聚，区域发展将对各类资源形成更大需求和依赖.广东省水资源总量丰沛，但人均水资源量低，2019年仅为1 795 m3，低于全国人均水平(2075m3)[17]，不足世界平均值的三分之一.水资源时空分布不均，与生产力布局不相匹配，水环境压力较大，水质型缺水和工程型缺水问题仍旧严峻[18].

　　广东省能源直接消耗强度位于全国第3低位[19]，能源消费结构日渐合理，但快速的经济发展和城市化进程仍旧带来了大量的能源消耗，随之而来的是大量温室气体的排放.2019年，广东省一次能源消费量达3.11亿t标准煤，能源消费量年增长率(3.21%)高于我国平均水平(3.09%)，力争于2060年实现碳中和的目标对广东省能源的生产及消费方式，以及清洁能源的开发利用提出了更为严格的要求.

　　基于此，本项目以广东省国民经济系统中各部门为研究对象，基于2种资源之间的纽带关系，在精确核算水与能源利用效率的基础上，梳理2类资源的区域贸易流通关系，精确量化并分析资源最终消耗量，进而提出资源节约对策建议，以期优化资源管理，破解资源困境.

　　1 研究方法与数据来源

　　1.1 研究方法

　　1.1.1 资源强度核算

　　经济系统中，资源强度代表产品或服务在生产或加工过程中消耗的资源量，表征着资源利用效率.多尺度投入产出法可以区分来源于本省其他部门、国内其他省份和世界其他国家等不同尺度经济体的资源强度，更为精确地评估资源利用效率.基于此，本研究拟选用该方法，核算广东省各部门的水-能源相关要素的资源强度，方法详细计算过程详见文献[20].

　　本研究中水-能源相关要素的资源强度定义如下：水资源强度：产品或服务在生产及制造过程中直接和间接消耗的水资源量.能源强度：产品或服务在生产及制造过程中直接和间接消耗的能源量.能源耗水强度：产品或服务在生产及制造过程中直接和间接消耗的能源在其开采加工过程中消耗的水资源量. 水耗能源强度：产品或服务在生产及制造过程中直接和间接消耗的水资源在其取、供、用、排等过程中消耗的能源量.

　　1.1.2 体现于地区间流通和最终使用中的资源量

　　水资源和能源可以借助于产品或服务而流通于不同部门之间，假定任意2个部门之间存在经济流通，实质上即存在资源流通.将任意部门的资源强度与相应的经济流通量相乘，即可获得部门之间的资源流通量，将地区中所有部门的资源流通量汇总，即可获得地区之间的资源流通量.同一地区各部门之间的经济流通量可从省级尺度投入产出表获取，不同地区部门之间的经济流通量可从地区间投入产出表获取。

　　1.2 数据来源

　　本研究计算所需数据主要包括4个方面：

　　1)水资源数据，来源于世界银行统计数据、中国及广东省水资源公报，用水类型包括农业用水、工业用水、生活用水和生态用水4类，分部门工业用水核算方法参考文献[21].2)能源数据，来源于BP能源统计数据、中国及广东省能源统计年鉴，为了避免贸易视角下能源流通的重复计算，本研究仅核算一次能源，包括原煤、原油、天然气、水电、核电、风电6类.

　　3)投入产出数据，来源于Eora世界投入产出数据库、统计局颁布的中国及广东省2012年投入产出表，以及2012年中国地区间投入产出表.值得注意的是，2012年中国地区间投入产出表是目前可获取的最新版本数据，后续研究可根据数据发布情况及时更新.

　　4)水-能源相互消耗量，能源耗水考虑一次能源生产加工过程中的耗水量，详细计算方法参考文献[22];水耗能源则考虑社会水循环中的能耗，包括水的抽取、供应、使用和回收利用等环节，详细计算方法参考文献[23].

　　2 结果分析

　　2.1 广东省各部门资源强度分析

　　2.1.1 水资源与能源耗水强度 为了便于省级尺度资源强度与中国及世界尺度数据的比较，将投入产出表中的42个部门合并为农业、矿业、制造业、电力、燃气及水的生产供应业、建筑业、服务及运输业6大部门，各部门的水资源强度和能源耗水强度。

　　水资源强度在不同部门之间的差异较大.其中农业的强度值最大，为619.25 m3·(万元)−1，高于我国平均水平(531.09 m3·(万元)−1)，其水资源消耗主要体现于农作物种植的直接灌溉需求，相比于其他部门，水资源以实体水的形式由农业进入社会经济系统，且以粮食等水资源密集型产品为主要产出.此外，广东省农业生产易受水资源时空分布不均影响，水资源高效利用水平相对有限.电力、燃气及水的生产供应业的水资源强度次之，为320.69m3·(万元)−1。

　　其中，水的生产供应业涉及自来水的生产供应、污水处理、再生水回用等环节，提供了社会经济发展所需的大部分水资源，因而具有较高的资源强度.制造业(86.10 m3·(万元)−1)、建筑业(72.41m3·(万元)−1)、矿业(44.75 m3·(万元)−1)、服务及运输业(44.27 m3·(万元)−1)的水资源强度相对较低，其中，又以服务及运输业的数值最低，地区服务业发达且用水效率较高，产业发展与资源协调度较高.整体上看，广东省区域经济系统整体的水资源利用效率高于我国平均水平，二者数值分别为97.87和128.18m3·(万元)−1，但水资源利用效率仍距世界平均水平具有一定差距(58.81 m3·(万元)−1)，水资源高效利用仍具有一定提升空间.

　　能源耗水强度与水资源呈现较大的部门差异，其数值主要表征了能源在开采加工过程中对水资源的使用效率.广东省各部门的能源耗水强度值均低于中国平均水平，表征着较高的能源用水效率.各部门中：

　　以矿业和电力、燃气及水的生产供应业的数值较大，分别为24.50和61.82 m3·(万元)−1，两部门为能源开采及其下游部门，分别对应原煤、原油、天然气等一次能源的开采、洗选和加工，以及电力的生产加工等，各环节对水资源的依赖性较强;农业的数值最小，仅为2.97 m3·(万元)−1，其能源耗水主要体现于农业灌溉用水消耗的电力在其生产加工过程中消耗的水资源量，体现了水资源与能源的双向消耗关系.整体上看，广东省能源对水资源的利用效率(9.88 m3·(万元)−1)高于中国平均水平(13.45 m3·(万元)−1)，且与世界平均水平(9.16 m3·(万元)−1)相差无几.

　　2.1.2 能源与水耗能源强度

　　能源强度的部门差异较大.其中，广东省的电力、燃气及水的生产供应业的数值居于首位，为120.64 GJ·(万元)−1，该部门属于能源开采下游加工部门，消耗大量能源原材料，同时产出大量能源密集型产品，因此具有较大的资源强度.矿业的能源强度位居第二，为109.90 GJ·(万元)−1，该部门属于一次能源的直接开采部门，较高的能源强度源于较高的能源直接投入量，即以自然形态的能源进入经济系统之中，其中又以原油及天然气为主，2类资源的生产量分别占一次能源生产总量的27.02%和16.64%.

　　农业和服务及运输业的能源强度值较低，分别为10.92和13.57 GJ·(万元)−1，属低能耗型部门.整体上看，广东省各部门的能源利用效率均高于中国平均水平，其中又以矿业强度值的差异较大，中国平均水平(360.05 GJ·(万元)−1)的数值达广东省的3倍以上，原因在于广东省原煤热值较低，煤炭开采部门相继退出经济系统，原煤生产量几近为0，消费的原煤多源于省外调入，因此数值较低.以部门平均视角看，广东省区域经济系统整体的能源利用效率高于全国平均水平，二者数值分别为27.09 GJ·(万元)−1和37.91 GJ·(万元)−1，但低于世界平均水平(9.16 GJ·(万元)−1).

　　水耗能源强度与能源强度呈现较大的部门差异，其能耗主要体现在水的生产加工与回收利用等环节，电力、燃气及水的生产供应业的强度值显著高于其他部门，为6.12 GJ·万元−1，其能耗主要体现在火力发电的冷却环节，以及生活用水的消毒、软化及终端运输等一系列过程之中，因此水耗能源强度显著高于其他部门;制造业的强度值次之，为0.94 GJ·(万元)−1;其余部门的强度值相对较低，占据相应部门能源强度的比重极小，几乎可以忽略不计.

　　整体上看，广东省全行业中水资源对能源的利用效率(0.95 GJ·(万元)−1)高于中国平均水平(1.22GJ·(万元)−1)和世界平均水平(1.18 GJ·(万元)−1).相比于能源耗水强度，水耗能源强度占据能源强度的比重较低，侧面反映水资源与能源的纽带关系中，以能源耗水占据主导，资源利用效率调控侧重于以能源为主.

　　2.2 资源流通分析

　　如前所述，将地区中所有部门的资源流通量汇总，即可获得地区间的资源流通量. 展示了广东省与东北、华北、华东、华中、华南、西南、西北7大地理分区之间的双向资源流通情况，其中华南地区不包括广东省的自流.可以看出：华东(79.43亿m3)、华南(39.83亿m3)和华中地区(31.51亿m3)流入广东省的水资源量相对较大，三者之和占省外调入总量的六成以上;而由广东省流向以上3个地区的水资源量分别为35.88亿、15.12亿和18.32亿m3，即从三地区净流入81.45亿m3的水资源.2012年，广东省用水总量为451亿m3。

　　在全国名列前茅，省外净流入广东省的水资源总量为110.51亿m3，占据直接用水总量的四分之一;对于水资源丰沛的广东省而言，水资源借助于产品或服务并经由贸易进一步集聚至省内，一定程度上加剧了水资源的空间分布不均.能源的区域贸易特征与水资源呈现一定差异，以华北(3.07×109GJ)、华东(2.62×109GJ)和西北(1.73×109GJ)地区为主，三者之和占省外调入能源总量的七成，原因在于我国能源分布呈现“北富南贫”的特征，且以煤炭资源空间分布差异最为显著;依托于能源密集型产品的输入(华北、西北地区)或沿海经济发达地区活跃的区域贸易(华东地区)，能源以原材料、能源密集型中间品或最终消费品的形式源源不断地流入广东省，缓解了广东省能源匮乏的现状.

　　广东省流向华北、华东和西北地区的能源量分别为5.28×108GJ、1.66×109GJ和4.01×108GJ，受限于广东省的能源禀赋条件，以上能源多以中间品或最终消费品的形式流出.2012年，广东省的直接能源消耗量为8.34×109GJ，区域贸易净流入省内的能源量为5.53×109GJ，净流入量占直接消耗量的66%.由以上分析可知，对于水资源丰沛而能源匮乏的广东省而言，国内贸易使得水资源和能源均呈现净流入状态，且净流入量的占比不容忽视，地区发达的经济和众多的人口对资源形成较大依赖，贸易视角下的资源流通呈现集聚状态.

　　可以看出，能源耗水与能源的区域流通特征较为相似，水耗能源则与水资源的区域流通特征相似.能源耗水以华东、华北和西南地区为主要流入，华东、西南和华中地区为主要流出，各地区净流入广东省15.99亿m3，占据水资源净流入量的19.63%.水耗能源以华东、西南和华中地区为主要流入地和流出地，各地区净流入8.04×107GJ，占据能源净流入量的1.45%.说明区域水资源贸易和能源贸易分别对地区用能和用水压力有所缓解，但能源贸易对用水压力的缓解作用显著高于水资源贸易对能耗压力的缓解作用.

　　2.3 各部门最终使用资源分析

　　为了进一步探究各部门对资源的最终使用情况，本研究分别列举了农村生活消费、城镇生活消费、政府消费、固定资本形成、存货增加、省外调出和国外出口中排名前十位的部门，水资源方面，在农村居民消费中，农林牧渔业(29.93亿m3)的数值最大，原因是农村居民的饮食及生活用品主要来源于农业;作为农业的重要下游产业，食品和烟草业(10.17亿m3)排名第二.

　　此外，排名靠前的部门还包括住宿和餐饮、水的生产和供应及电力、热力的生产和供应等与生活息息相关的部门.在城镇居民消费中，农林牧渔(109.88亿m3)和食品和烟草(31.42亿m3)仍位居前两位，原因是广东省城镇人口数量高于农村人口，且对精加工食品的依赖程度更高;其次是住宿和餐饮(20.52亿m3)和水的生产和供应(15.02亿m3)，显著高于农村居民消费中两项的对应数值(2.23亿m3和1.80亿m3)，相比于基本饮用及卫生需求，城镇居民对水资源休闲娱乐方面的要求更高.

　　在政府消费支出中，数值排名靠前的大多为第三产业相关部门，政府消费水资源主要指政府部门向社会提供的公共服务、免费或低价的货物及服务中的水资源，因此具有较高的数值.对于固定资本形成而言，建筑业的数值远高于其他部门，占据经济系统总量的62.98%，原因是随着广东省城镇化率的提高和基础设施的完善，建筑业发展迅速且发展空间巨大，对固定资产投资规模起到了较大的促进作用.由于建筑业数值较大，不便于其他部门的比较。

　　可以看出，电气机械和器材、交通运输设备、房地产等部门也消费了较多的水资源，以上部门多以设备购置等形式投入到固定资本形成之中.对于存货增加而言，纺织服装业(1.30亿m3)和食品烟草业(1.27亿m3)的数值较高，服装业是广东省几大支柱产业之一，且食品烟草业发达，2个部门的存货增加经济量合计占存货增加总量的21.82%，因此水资源最终使用量较大.对于出口而言，通信设备、计算机和其他电子设备具备最大数值，为41.01亿m3，该部门是广东省出口贸易值最大的部门，占出口总额的33.08%，省际贸易和国际贸易均较活跃.对于国内省外调出而言。

　　食品和烟草(22.33亿m3)和化学产品业(13.76亿m3)的最终使用水资源量较大，前者源自较高的水资源强度，后者源自较大的国内省外调出量.整体上看，农林牧渔、食品烟草和通信设备业体现于最终使用的水资源量较大，3个部门水资源量占整个经济系统的36.26%.由此可见，农业及其下游加工部门，以及高端制造业是广东省水资源最终使用的主要途径.

　　3 结论与讨论

　　本文基于多尺度系统核算方法，在计算广东省区域经济系统中各部门的水-能源资源要素强度的基础上，量化了中国各地理分区与广东省的水-能源资源流通情况，按照不同类别分析了广东省各部门的资源最终使用情况，以期精确量化资源使用效率，发掘资源节约的重点关注对象.主要结论如下：

　　1)由三尺度资源强度核算结果可知，农业的水资源强度(619.25 m3·万元−1)和电力、燃气及水的生产供应业(120.64 GJ·万元−1)的能源强度显著高于其他部门.广东省部门平均水资源强度(97.87 m3·万元−1)低于中国平均水平(128.18 m3·万元−1)，高于世界平均水平(58.81 m3·万元−1);部门平均能源强度(27.09GJ·万元−1)低于中国平均水平(37.91 GJ·万元−1)，高于世界平均水平(9.16 GJ·万元−1);水-能源相互利用效率高于中国及世界平均水平.

　　2)2012年，由中国其他省份净流入广东省的水资源量为81.45亿m3，占直接用水总量的25%;净流入能源量为5.53×109GJ，占直接能源消耗量的66%，贸易视角下的资源流通呈现集聚状态.区域水资源贸易和能源贸易分别缓解了地区的能耗压力和用水压力，后者的缓解作用显著高于前者.

　　3)农业及其下游加工部门，以及高端制造业是广东省水资源最终使用的主要部门;建筑业、电气机械和器材、石油炼焦业是能源最终使用的主要部门.建筑业、电气机械及器材制造业、通讯、计算机及其他电子设备制造业因具备较高的水-能源双向消耗量，是水与能源双向资源调控中的重点关注部门.

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　　作者：洪思扬1)　王红瑞2)†　程　涛3，4)