中國不同地區(qū)電力能源消費效率比較及分析

王喜平，郝 哲,2，姜 曄

（1.華北電力大學 經(jīng)濟管理系，河北 保定 071003；2.石家莊供電公司，石家莊 050000）

1 研究背景

電力作為國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)能源，在終端能源消費中的比例不斷上升，尤其近年隨著我國電氣化、工業(yè)化程度的不斷提高，電力消費總量強勁增長，從1998年的11598.4億kWh增長到2008年的34333.95億kWh，年均增長11.5%。2000年以來，電力消費的年增長率更是超過了同期GDP的增長，致使電力消費彈性系數(shù)連續(xù)8年大于1。電力消費的高增長使電力供需矛盾加劇，有些地區(qū)甚至出現(xiàn)了拉閘限電現(xiàn)象，暴露出經(jīng)濟發(fā)展中的電能短缺問題，這嚴重制約著經(jīng)濟的持續(xù)增長和人民生活水平的進一步改善。在此背景下，探討如何提高電力能源的消費效率就更加具有現(xiàn)實意義。

國內(nèi)外學者近年對能源效率問題進行了大量研究，早期研究主要是基于能源強度的概念進行的，通過能耗強度的國際比較及其變動的因素分解來評估能源的利用效率，文獻[1]基于電耗強度分析了電力能效的影響因素，但能源強度、電耗強度都是單要素效率指標，具有明顯的缺陷，而全要素能源效率在揭示一個地區(qū)資源稟賦對能源效率的影響方面有著單要素方法代替不了的優(yōu)勢[2]，所以研究者更多轉(zhuǎn)向全要素框架下的能源效率研究。文獻[3]最早開始了利用國內(nèi)省際數(shù)據(jù)研究中國能源效率問題的探索，他們的研究發(fā)現(xiàn)，1995—2002年間中國東部地區(qū)能源效率最高，中部最低。借鑒文獻[3]的做法，文獻[4]利用1995—2004年的省際數(shù)據(jù)對各地區(qū)能源效率進行了測算，樣本期間大多數(shù)省份的能源效率都符合“先上升、再下降”的特點，并且能源效率的區(qū)域分布呈現(xiàn)東北、東部、中部和西部依次遞減。沿著同樣的思路，文獻[5]測算了1995—2005年間中國省際能源效率，其在投入指標中考慮了知識存量的貢獻，樣本期間省際能源效率呈現(xiàn)快速提升的態(tài)勢，但區(qū)域分布并非嚴格按東、中、西部遞減，東部最高且平坦，而中、西部地區(qū)卻呈螺旋型演進?？紤]到能源消費中合意產(chǎn)出與非合意產(chǎn)出相伴而生，將非合意產(chǎn)出納入模型測算的能源效率將更為科學。文獻[6]測算了基于環(huán)境污染的中國全要素能源效率，我國全要素能源效率階段性特征明顯：1995—1999年呈U型，2000—2006年呈波浪式上升趨勢。

綜上分析，盡管能源效率的研究文獻很多，但并沒有得出一致性的結(jié)論，而且已有研究主要是基于能源消費總量進行的，沒有區(qū)分能源消費的具體形式。事實上，不同能源品種的能源效率有很大的不同，細分能源品種有助于準確獲取電力能源的消費信息，并進行科學決策。

另外，從研究方法上，已有文獻測算的能源效率是在DEA環(huán)境下綜合利用資本、勞動、能源要素的總的能源效率，而非單純的能源效率，這會低估各省的節(jié)能潛力。按照文獻[7]，在投入導(dǎo)向的DEA模型中，比較“所有投入要素同時縮減”和“固定其他非能源投入、單純縮減能源要素”2種情況，發(fā)現(xiàn)后者可以節(jié)省更多的能源。

因此，本文參照文獻[8]的做法，將投入要素區(qū)分為電力要素和非電力要素投入（主要指資本、勞動投入），并測算在固定非電力要素投入情況下的純粹的電力能源消費效率；另考慮到經(jīng)濟產(chǎn)出并非固定變量，因而進一步借鑒方向性距離函數(shù)的思想，測算了在不增加其他非電力要素投入的情況下，同時實現(xiàn)產(chǎn)出增長和電力投入減少雙重目標的電力能源消費效率，并在此基礎(chǔ)上對不同經(jīng)濟增長環(huán)境下電能利用效率的收斂性進行了分析。

2 模型、變量與數(shù)據(jù)說明

2.1 模型

假設(shè)有i=1，2，…，N個省，將每個省作為一個決策單元，各省經(jīng)濟活動都概念化為使用J種投入x=（x1，…，xj)，生產(chǎn)單一產(chǎn)出y，以xi、yi分別表示第i省的投入、產(chǎn)出向量，那么i省在t時期的技術(shù)可用生產(chǎn)集T=｛（x，y）：x可以生產(chǎn)y｝來表示，在規(guī)模報酬可變的假設(shè)下，基于投入導(dǎo)向的BCC-DEA模型

式中：θ是投入要素縮減的比例；最優(yōu)值θ*表明決策單元在不減少產(chǎn)出的情況下所有投入要素成比例縮減的最大可能比例；xj分別表示了資本、勞動、電力能源3個決策單元，j=1，2，3；x0j表示各決策變量投入的初始值；y0表示產(chǎn)出的初始值；λi表示第i個決策單元的權(quán)重，i=1，2，…，N。式（1）充分考慮了電力要素投入與非電力要素投入間的互補性。因此，基于式（1）的模型Ⅰ測算的電力能源消費效率是一種綜合的電力能源消費效率，而非純粹的電力能源消費效率。該值不能準確反應(yīng)各省真實的電力能源消費效率，模型Ⅱ則彌補了這一缺陷，如式（2）所示

式中：γ是電能投入減少的比例；最優(yōu)值γ*反映的是既定產(chǎn)出下純粹的電力能源消費效率；ki表示資本決策單元；k0表示資本投入要素的初始值；Li表示勞動決策單元；L0表示勞動投入要素的初始值；ei表示電力能源決策單元；e0表示資本投入要素的初始值。模型Ⅱ僅縮減電力能源投入，并不要求同時縮減其他非電力要素投入,比模型Ⅰ的綜合效率更準確。但是既定產(chǎn)出水平的假定顯然與中國的現(xiàn)實不符，中國作為世界上最大的發(fā)展中國家，“經(jīng)濟增長仍是第一要務(wù)”，中國的節(jié)能、節(jié)電必須以保證經(jīng)濟增長為前提，而只有將國內(nèi)生產(chǎn)總值(gross domestic product,GDP)與節(jié)電量作為一對相互聯(lián)系的指標，才能在保證中國經(jīng)濟增長的條件下實現(xiàn)節(jié)約電能。因此，測算經(jīng)濟增長條件下各省純粹的電力能源消費效率就更加具有現(xiàn)實意義。因此借鑒Chambers等的方向性距離函數(shù)的思想構(gòu)建模型Ⅲ。

方向性距離函數(shù)[10]

式中：g=（gx，gy）是一個方向向量，假設(shè)g=(-x0，y0)，則方向性距離函數(shù)

這意味著其他條件不變的情況下，產(chǎn)出y成比例的擴大，同時投入x成比例的縮減。β就是產(chǎn)出增長同時投入減少的最大可能數(shù)量。

由于現(xiàn)實中追求在不增加資本、勞動等非電力要素投入的情況下，實現(xiàn)產(chǎn)出增長同時盡可能節(jié)電，因此假定gx=（0，-E0），gy=y0，按照Chambers等的方法，得到模型Ⅲ

式中：β是產(chǎn)出增長同時投入減少的最大可能數(shù)量；β*是在不增加其他非電力能源要素投入的情況下，產(chǎn)出增加、電力投入減少同時電力能源縮減的最大可能比例。β*值為0意味著該決策單元位于效率前沿，是有效率的；取值越小表明該決策單元距離效率前沿越近、越有效率。

2.2 變量與數(shù)據(jù)說明

研究數(shù)據(jù)覆蓋我國除西藏自治區(qū)、臺灣省、香港和澳門特別行政區(qū)以外的所有省、市、自治區(qū)。因為原始數(shù)據(jù)的特點，把重慶的數(shù)據(jù)合并到四川省，總共29個決策單元。采用年度面板數(shù)據(jù)，樣本區(qū)間為2000—2008年。假定各省的經(jīng)濟活動需要資本、勞動、電力能源3種投入，生產(chǎn)單一產(chǎn)出。

產(chǎn)出y以GDP表示產(chǎn)出，各省每年的GDP變量采用的是以2000年不變價格計算的實際GDP，單位為億元。

投入要素主要包括資本存量、勞動和電力能源。對資本存量，文獻[9]對我國資本存量的估算進行了開創(chuàng)性的研究，直接借鑒其研究成果，并將計算延展到2008年。由于原始數(shù)據(jù)是以1952年不變價格計算的，為了保證投入產(chǎn)出變量統(tǒng)計口徑的一致性，采用GDP平減指數(shù)將資本存量換算為以2000年為基期計算的相應(yīng)數(shù)據(jù)。對勞動，采用能反映勞動力素質(zhì)的人力資本變量，15周歲以上人口的平均受教育年限表示勞動力素質(zhì)（有關(guān)勞動力平均受教育年限的具體測算參照文獻[11]的做法），將年末從業(yè)人員總量乘以15歲以上人口的平均受教育年限即可得到人力資本總量，單位為萬人年。對電力能源，采用各省2000—2008年的電力消費量，單位為億kWh。原始數(shù)據(jù)源于《中國統(tǒng)計年鑒》（2001—2009）及各省統(tǒng)計年鑒相關(guān)年份。表1反映了2000—2008年各省投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征。

表1 各省投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征描述

3 實證結(jié)果及分析

3.1 電力消費效率的演變趨勢

3.1.1 基于模型Ⅰ的結(jié)果

考慮電力要素投入與資本、勞動等非電力投入要素的互補性，根據(jù)模型Ⅰ測算了2000—2008年我國各省的電力能源效率。

圖1顯示了2000—2008年各省電力消費效率平均值。

圖1 各省電力能源消費效率平均值

從省際層面看，排名前5位的省市分別是上海、廣東、海南、青海和北京，其中前4個省市在考察期內(nèi)電力能源消費效率值始終為1，而位列第5的北京除2000年和2002年外，其他年份的效率值也達到了1，整個樣本期間其電力能源消費效率的平均值為0.997。排名后5位的省份分別為陜西、貴州、山西、云南和新疆，這5個省份（除山西外都位于西部地區(qū)）的平均效率值為0.723，其中陜西的電力能源消費效率值最低，為0.678，其次是貴州，為0.684。

從地區(qū)層面看，2000—2008年間我國東、中、西部地區(qū)的電力能源消費效率的平均值分別為0.956、0.894和0.828。東部地區(qū)的電力能源消費效率最高，其次是中部地區(qū)，西部地區(qū)的電力能源消費效率最低。圖2表明，東部地區(qū)的電力能源消費效率值高于全國平均水平；西部地區(qū)低于全國平均水平且遠低于東部地區(qū)；中部地區(qū)在2005年前高于全國平均水平，2005年之后卻低于全國平均水平。

從全國層面看，2000—2008年間我國電力能源消費效率呈“先上升、再下降”的趨勢，電力能源消費效率值從2000年的0.919上升到2002年的0.921，之后從2003年開始出現(xiàn)了緩慢下降的趨勢，到2008年這一效率值降為0.893。

圖2顯示東部、中部、西部幾乎存在相同的變動趨勢。

圖2 基于模型Ⅰ計算的全國及各地區(qū)平均電力能源消費效率

3.1.2 基于模型Ⅱ的結(jié)果

基于模型Ⅰ測算的電力能源消費效率是一種綜合了資本、勞動和電力能源的總的電力能源消費效率，而非單純的電力能源消費效率，該值可能會高估各省的電力能源消費效率，因此進一步根據(jù)模型Ⅱ測算了在產(chǎn)出不變情況下純粹的電能利用效率。就省際層面而言，位列前5的省市沒有變化，而且上海、廣東、海南、青海4省仍處于效率前沿，所不同的是位列第5的北京的效率值由原來的0.997下降為0.994；而且電力能源消費效率最低的5省區(qū)變?yōu)樯轿?、貴州、內(nèi)蒙古、云南和陜西，其中山西和貴州的效率值最低，分別僅為0.312和0.313。

從區(qū)域?qū)用妫瑬|、中、西部地區(qū)的電力能源消費效率分別從原來的0.956、0.894和0.828下降為0.929、0.799和0.654，而且區(qū)域間電力能源消費效率的差異明顯增大。中部地區(qū)的效率值在2003年以前低于全國平均水平，之后卻出現(xiàn)了反超，這很可能是由于西部地區(qū)在2003年之后出現(xiàn)的劇烈下降導(dǎo)致全國平均水平的降低造成的。

從全國層面，電力能源消費效率值由原來的0.893降為0.794，這意味著在不增加資本、勞動非電力能源要素投入的情況下，即使減少20.6%的電能投入，仍可以實現(xiàn)既定的產(chǎn)出，可見節(jié)電潛力巨大。動態(tài)來看，電力能源消費效率呈“先升后降再升”的變動趨勢，效率值從2000年的0.82上升到2003年的0.832之后便開始下降直到2007年才止跌反彈，從0.741上升到了2008年的0.75。圖3表明各地區(qū)呈相同的波動趨勢，而且中、西部地區(qū)的波動相對更為劇烈。

圖3 基于模型Ⅱ計算的全國及各地區(qū)平均電力能源消費效率

3.1.3 基于模型Ⅲ的結(jié)果

利用模型Ⅲ測算了經(jīng)濟增長條件下各省純粹的電力能源消費效率，結(jié)果見圖4。就全國層面平均而言，產(chǎn)出擴張同時電能投入減少10.6%是可以實現(xiàn)的。單純從節(jié)電的角度，這當然遠低于模型Ⅱ的水平，但卻同時可以實現(xiàn)產(chǎn)出擴張。就各省份來看，上海、廣東、海南、青海4省市不存在產(chǎn)出擴張同時電能投入減少的空間，因其一直處于效率前沿，位列第5的北京的這一比例也很小，僅為0.2%，但效率最低的5個省份貴州、山西、寧夏、云南和陜西卻可以分別擴大產(chǎn)出并同時節(jié)電47%、36.8%、27%、24.7%和23.9%。地區(qū)層面依然是東、中、西遞減，各自的值分別為0.0301、0.097和0.19，意味著東、中、西部地區(qū)的產(chǎn)出擴張和節(jié)電潛力分別為3.01%、9.7%和19%。與前2個模型不同，中部地區(qū)在樣本期內(nèi)一直高于全國平均水平。

圖4 基于模型Ⅲ計算的全國及各地區(qū)平均電力能源消費效率

綜上分析，我國整體電力消費效率偏低，而且區(qū)域差異明顯，東部地區(qū)相對較高，中部次之，西部最低，而且在資本、勞動等非電力要素投入既定的情況下，當綜合考慮經(jīng)濟增長和節(jié)約電能雙重目標時，基于模型Ⅲ測算的電力能源消費效率值遠小于模型Ⅰ和模型Ⅱ測算的結(jié)果。但3個模型都表明：上海、廣東、海南、青海4省市始終位于效率前沿，而山西、貴州、云南和陜西4省排名總是靠后，表明這4省的節(jié)電潛力巨大。

3.2 區(qū)域電力消費效率的收斂性檢驗

上述分析表明中國省際電力消費效率存在差異，并具有很強的地域特征。為了了解這種省際的差異是如何發(fā)展的，需要對電力消費效率進行收斂性分析。收斂的基本概念有2種：α收斂和β收斂。β收斂可用來描述地區(qū)能效改善速度與初始能效水平之間的負相關(guān)，其又可分為絕對β收斂和條件β收斂。傳統(tǒng)的Barro回歸法對β收斂的檢驗存在“Galton謬誤”問題，β收斂檢驗的結(jié)果不準確，因此采用變異系數(shù)測度不同經(jīng)濟增長情景下電力能源消費效率的α收斂情況。

圖5反映了既定產(chǎn)出條件下我國整體與東、中、西部三大地區(qū)各省的電力能源消費效率的變異系數(shù)。

圖5 既定產(chǎn)出下全國及各地區(qū)電力能源消費效率的變異系數(shù)

從圖5中可以看出，樣本期內(nèi)全國電能利用效率差異在逐步擴大，尤其2003年以后這種差異更加明顯。就各個地區(qū)來看，東部地區(qū)內(nèi)部省份之間的電力能源消費效率差異明顯小于全國平均水平，以2003年為界，之前電力能源消費效率差異有縮小趨勢，之后則出現(xiàn)發(fā)散；西部地區(qū)內(nèi)部省份之間的電力能源消費效率差異最大，且一路上升，這可能與西部青海一直處于效率前沿，而其他多數(shù)省份電力能源消費效率較低，尤其貴州、云南和陜西電力能源消費效率甚至最低有關(guān)；相比中部地區(qū)則相對較為平穩(wěn)，但在2005年之后也出現(xiàn)了發(fā)散趨勢。

圖6反映了在產(chǎn)出增長條件下我國整體與東、中、西部三大地區(qū)各省的電力能源消費效率的變異系數(shù)。

從全國層面看，2003年之前電力能源消費效率有收斂趨勢，但之后卻出現(xiàn)發(fā)散。東部地區(qū)與全國的走勢基本相同，只不過變異系數(shù)小于全國平均水平。西部地區(qū)變異系數(shù)依然最大。“十五”期間，國家加快西部大開發(fā)，充分發(fā)揮西部能源資源優(yōu)勢，積極推進“西氣東輸”、“西電東送”和“光明工程”的實施，在推動西部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的同時，也加劇了地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和電能利用效率的不平衡。中部地區(qū)則出現(xiàn)了波動性收斂趨勢。

圖6 產(chǎn)出增條件長下全國及各地區(qū)電力能源消費效率的變異系數(shù)

綜上分析，東部地區(qū)內(nèi)部各省份電力能源消費效率差異最小，西部最大，中部介于其中，但無論全國還是地區(qū)層面，電力能源消費效率都沒有明顯的收斂趨勢，西部地區(qū)內(nèi)部省份電力能源消費效率差異甚至出現(xiàn)明顯擴大的趨勢。

4 結(jié)論

本文利用DEA模型方法分別測算了2000—2008年中國省際的電能綜合效率及不同經(jīng)濟增長條件下單純的電力消費效率，并對單純的電力效率的收斂性進行了分析。在資本、勞動等非電力要素投入既定的情況下，當綜合考慮經(jīng)濟增長和節(jié)約電能雙重目標時，基于模型Ⅲ測算的純粹電力能源消費效率值低于模型Ⅱ測算的既定產(chǎn)出下的純粹電力效率，更低于模型Ⅰ測算的電力綜合效率?？傮w而言，我國電力能源利用效率水平較低，且省際差異明顯。從區(qū)域?qū)用婵?，東部地區(qū)電力能源效率最高，東部省份間電力能源消費效率差異最??；西部地區(qū)電力能源消費效率最小，且差異最大；中部地區(qū)無論電力能源消費效率水平還是電力能源消費效率差異均居中間水平。

由此給出如下的政策建議：首先，由于東部地區(qū)電力消費效率最高，其對于提升我國整體電力消費效率具有重要作用，因此要提高我國電力消費效率，必須首先保證東部地區(qū)電能利用效率的穩(wěn)步提高，以產(chǎn)生輻射作用帶動中、西部地區(qū)電能利用效率的提高；其次，打破區(qū)域間壁壘，促進全國區(qū)域間的資金、技術(shù)、人才流動，加強地區(qū)間的交流與合作，制定向中西部傾斜的相關(guān)配套政策，扭轉(zhuǎn)近年全國整體以及各個區(qū)域內(nèi)部存在的電力消費效率差距擴大的趨勢，特別是加快中西部地區(qū)電能利用效率的提升速度，從而促進我國整體電力消費效率更為平衡和穩(wěn)健的提升；最后，加強國際間的技術(shù)交流與合作，學習國外先進的技術(shù)和管理經(jīng)驗，同時將我國已應(yīng)用的節(jié)能、節(jié)電技術(shù)向國外介紹，在此過程中使現(xiàn)有的節(jié)能、節(jié)電技術(shù)不斷得到提升，并最終實現(xiàn)我國電力消費效率的提升與改善。

［1］譚忠富,侯建朝,王綿斌.電力能效影響因素的拉氏因素分解模型及實證[J].統(tǒng)計與決策,2008(19)：75-77.

［2］楊紅亮,史丹.能效研究方法和中國各地區(qū)能源效率的比較[J].經(jīng)濟理論與經(jīng)濟管理,2008(3)：12-20.

［3］Jinli Hu,Shichuan Wang.Total-factor efficiency of regions in China[J].Energy Policy,2006(34)：3206-3217.

［4］魏楚,沈滿洪.能源效率與能源生產(chǎn)率：基于DEA方法的省際數(shù)據(jù)比較[J].數(shù)量經(jīng)濟技術(shù)經(jīng)濟研究,2007(9)：110-122.

［5］師博,沈坤榮.市場分割下的中國全要素能源效率：基于超效率DEA方法的經(jīng)驗分析[J].世界經(jīng)濟,2008,9：49-60.

［6］袁曉玲,張寶山,楊萬平.基于環(huán)境污染的中國全要素能源效率研究[J].中國工業(yè)經(jīng)濟,2009,2(2)：76-87.

［7］Banker R D,Morey R C.Efficiency analysis of exogenously fixed inputs and outputs[J].Operations Research,1986(34)：513-521.

［8］馮蕾.2005—2007年我國省際能源效率研究——基于DEA方法非意愿變量CRS模型的測度[J].統(tǒng)計研究,2009,26(11)：31-36.

［9］張軍,吳桂英,張吉鵬,中國省際物質(zhì)資本存量估算：1952—2000[J].經(jīng)濟研究,2004(10)：35-45.

［10］Kankana Mukherjee.Measuring energy efficiency in the context of an emerging economy：the case of Indian manufacturing[J].European Journal of Operational Research,2010(3)：933-941.

［11］徐國泉,劉則淵.1998—2005年中國八大經(jīng)濟區(qū)域全要素能源效率[J].中國科技論壇,2007(7)：68-72.