量化中国供应链中化石能源相关部门的脆弱性及影响路径

《Geoscience Frontiers》：Quantifying the fossil energy-related sectoral vulnerability and the impact paths along China’s supply chains

　　

中国各产业部门高度依赖化石能源。如何在适应性调整后准确量化产业部门脆弱性及风险影响路径，是能源供应链安全的关键课题。因此，本研究采用结合投入产出模型（Input-output model）、线性规划模型（Linear programming model）和结构路径分析（Structural Path Analysis, SPA）的综合分析框架（Integrated Analytical Framework, IAF），从生产侧和生产侧两个视角量化中国各部门对化石能源（原油、天然气和煤炭）跨部门流动的经济脆弱性。此外，研究模拟了资源受限情景下通过最优配置策略缓解负面冲击的效果，从而识别跨部门的影响路径。结果表明，从生产侧视角看，原油、天然气和煤炭最脆弱的部门分别是石油加工及核燃料加工业、其他社会服务业以及电力和热力的生产和供应业。然而，从消费侧视角看，某些服务业（如公共管理、社会组织及商务服务）的最终使用更易受供应中断的影响。此外，资本形成和居民消费是最优配置策略框架下驱动化石能源使用的关键因素。这些发现为资源稀缺背景下的经济政策制定提供了宝贵的战略见解。

《Geoscience Frontiers》发表的这篇论文针对中国各经济部门高度依赖化石能源的现状，探讨了在全球能源资源逐渐枯竭、环境限制日益严格以及国际地缘政治紧张的背景下，如何准确量化产业部门脆弱性及风险影响路径这一关键科学问题。研究旨在揭示化石能源供应中断对中国经济系统的潜在宏观经济冲击及其在产业网络中的级联效应，为能源供应链安全和政策制定提供理论依据。

为实现上述目标，研究人员采用了三个主要关键技术方法。首先，基于2020年中国投入产出表（涵盖153个经济部门）与《中国能源统计年鉴》的能源消耗数据，构建了环境影响扩展的投入产出（Environmentally Extended Input-Output, EEIO）模型，以测算各部门的生产侧和消费侧能源足迹。其次，引入短期线性规划（Linear Programming, LP）框架，设定以最大化国内生产总值（GDP）为目标函数，并加入最低最终需求约束和总能源使用上限约束，模拟资源受限情景下的最优资源配置策略。最后，运用结构路径分析（SPA）技术，通过对Leontief逆矩阵进行泰勒级数近似分解，追踪不同生产层级上的资源流动路径变化，识别关键的影响传导链条。

论文主体部分的研究结果如下：

5.1. 经济部门的化石能源使用：生产侧与消费侧视角

通过量化分析发现，从生产侧看，原油消耗主要集中在石油加工及核燃料加工业（占比80.3%），天然气消耗集中在电力和热力的生产和供应业、居民服务业及其他社会服务业，煤炭消耗则以电力和热力的生产和供应业为最。从消费侧看，最终需求是驱动供应链中化石能源使用的主要因素。具体而言，居民建筑建造业是原油、天然气和煤炭消耗的最大驱动力；铁路、道路、隧道和桥梁工程建筑业次之。此外，弦图分析显示，固定资本形成是油气煤消耗的主要驱动力量。

5.2. 生产侧与消费侧视角的部门经济脆弱性

在生产侧，对原油最脆弱的三个部门依次是石油加工及核燃料加工业、炼焦业以及原油和天然气开采业；对天然气最脆弱的是其他社会服务业、居民服务业及电力热力生产供应业；对煤炭最脆弱的是电力热力生产供应业、作物种植业及石油加工核燃料加工业。值得注意的是，尽管作物种植业对GDP的贡献大于石油加工及核燃料加工业，但后者的煤炭支出与营业利润之比更高，使其对供应中断更为敏感。在消费侧，公共管理和社会组织对所有三种化石能源的经济脆弱性均最高，商务服务业紧随其后。这表明服务业虽然直接能耗较低，但因通过最终需求产生的间接能耗成本及其有限的净营业盈余，导致其消费侧脆弱性显著升高。

5.3. 供应中断的部门经济影响

模拟不同比例的能源供应中断（0-40%）发现，当天然气供应中断达到18%、煤炭超过26%时，基于相对脆弱性的资源配置与最优配置条件下的经济损失开始出现显著差异。原油供应中断对经济下滑的影响最小，因为其消耗高度集中于炼油部门，即使大幅减产，总体经济损失仍低于200亿元。相比之下，天然气中断的影响最为广泛且严重，其次是煤炭。在40%的中断水平下，原油仅显著影响炼油业，煤炭主要影响电力热力部门，而天然气则在同等中断水平下波及更广泛的部门。

5.4. 供应中断的关键影响路径

在20%的资源中断情景下，三大能源的最关键影响路径均呈现出不同的特征。原油供应中断的最大影响路径为“石油加工及核燃料加工业 → 铁路等工程建筑业 → 固定资本形成”，这凸显了成品油在能源密集型基础设施项目中的核心作用。天然气的最大影响路径为“居民服务业 → 城镇居民消费”，反映了居民生活对天然气（供暖、烹饪）的高度依赖及难以替代性。煤炭的最大影响路径同样指向“电力热力生产供应业 → 城镇居民消费”。研究表明，油类中断影响相对集中可控，而气与煤的中断，尤其是涉及电力生产和居民生活的节点，会引发更广泛的经济连锁反应。

5.5. 敏感性分析

研究人员对维持部门正常运作的最低最终需求阈值进行了敏感性测试。结果显示，随着各部门的阈值逐渐放宽，供应中断曲线的形态保持一致，但在供应中断程度加剧时，总产出的下降速度会显著加快。此外，虽然使用2020年投入产出表可能受到疫情因素影响，但通过与2023年发布的最新表格进行杰卡德相似度（Jaccard similarity）对比，中间投入的相似度高达0.9748，最终需求、总产出和中间投入排名前几位相似度均超过75%，证明了研究结构的稳健性。关于剔除进口产品的处理，分析表明剔除后的脆弱性数值虽略低于原始值，但部门脆弱性排序基本保持不变，不影响对国内影响的聚焦分析。

在讨论与结论部分，研究人员指出，上游能源密集型部门（如炼油、电力热力）的化石能源使用高度集中，并通过建筑活动传导至固定资本形成，构成了高影响力的传输链。因此，政策干预应聚焦于这些主导路径，实施针对性的能效监管。同时，资本形成和居民消费作为终端需求渠道，占据关键影响路径的核心位置，需通过推广节能设备、低碳出行等方式优化其驱动的传导路径。最后，能源资源配置不应仅依赖部门属性，而应考量特定供应链路径的经济影响强度，实施差异化的能源配给方案，优先保障高附加值且具系统关键性的路径，抑制高消耗、低附加值的链条。

综上所述，该研究通过创新的IAF框架，明确了不同视角下各部门的脆弱性特征，揭示了从能源供应到最终消费的复杂级联效应，为资源稀缺和低碳转型背景下的宏观经济风险管理提供了极具价值的战略洞察。