基于環(huán)境因素的我國(guó)區(qū)域全要素能源效率分析

劉海濱，郭正權(quán)

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）管理學(xué)院，北京100083）

基于環(huán)境因素的我國(guó)區(qū)域全要素能源效率分析

劉海濱，郭正權(quán)

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）管理學(xué)院，北京100083）

文章基于環(huán)境因素，采用超效率模型，分析了我國(guó)1998～2007年間區(qū)域的全要素能源效率，結(jié)果顯示上海、海南等7省能源效率處于有效前沿；全國(guó)以及中部、西部地區(qū)能源效率總體趨勢(shì)是不斷提高，東部地區(qū)能源效率先上升后下降；省際之間的能源效率差距經(jīng)先縮小、后擴(kuò)大的趨勢(shì)。

能源效率；環(huán)境；DEA

1 文獻(xiàn)綜述

目前國(guó)內(nèi)、外關(guān)于能源效率的研究文獻(xiàn)不少。綜合分類主要有單要素法與多要素法。單要素能源效率常被定義為一個(gè)經(jīng)濟(jì)體的有效產(chǎn)出和能源投入的比值。在生活中最為常用的單要素能效指標(biāo)是單位能源的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值。魏楚（2007、2009），楊紅亮，丹史等（2008）等認(rèn)為基于單要素生產(chǎn)率結(jié)構(gòu)的能源效率指標(biāo)沒(méi)有考慮其它投入要素的影響，無(wú)法反映勞動(dòng)力、資本、技術(shù)以及其它要素對(duì)能源的替代作用，存在較大的局限性。全要素能源效率的方法來(lái)源于微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)上的全要素生產(chǎn)理論，社會(huì)生產(chǎn)的各投入要素在一定程度上可以相互替代，而決定最終產(chǎn)出的并非是能源或人力等某一個(gè)生產(chǎn)要素，而是各種生產(chǎn)要素的組合。全要素能效可以使用不同的統(tǒng)計(jì)分析方法來(lái)確定效率前沿。近年來(lái)見于文獻(xiàn)的全要素能源效率的分析文章使用的方法較多的是DEA無(wú)參數(shù)估計(jì)法，但也有少數(shù)采用隨即效率前沿法（SFA），即參數(shù)方法估計(jì)了全要素能源效率。代表性的文章如：Hu和Wang（2006）首先開啟了基于全要素能源效率的研究先河，采用規(guī)模報(bào)酬不變的DEA模型，考慮了能源、資本、勞動(dòng)、生物質(zhì)能四種投入要素與產(chǎn)出，測(cè)算了中國(guó)29個(gè)省市1995～2002年能源效率，得出的結(jié)論是東部能源效率最高，中部卻最低。魏楚等（2007）用DEA方法，以資本存量、勞動(dòng)力、能源為投入指標(biāo)、GDP為產(chǎn)出指標(biāo)，分析了1999～2004年我國(guó)29個(gè)省市的全要素能源效率，并與傳統(tǒng)的單要素法做了比較。得出我國(guó)大多數(shù)省份能源效率“先上升、再下降”，全要素能源效率較單要素更有優(yōu)點(diǎn)。楊紅亮、史丹等（2008）分別采用單要素能源效率、多要素能源效率的DEA無(wú)參數(shù)、SFA參數(shù)法，以2005年的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別比較了各種能源效率計(jì)算方法計(jì)算結(jié)果。結(jié)果顯示，多要素法在揭示一個(gè)地區(qū)要素稟賦結(jié)構(gòu)對(duì)其能效的影響方面有單要素替代不了的優(yōu)勢(shì)，我國(guó)的總體能效率水平偏低。李世詳、成金華（2008）采用基于技術(shù)效率、基于能源投入最小化、基于成本最小化、基于產(chǎn)能利用率等DEA方法，以勞動(dòng)、資本、能源作為投入，GDP作為產(chǎn)出，分別計(jì)算了1990～2006年間我國(guó)29個(gè)省市的全要素能源效率，工業(yè)部門以及6個(gè)主要耗能行業(yè)的能源效率。結(jié)果顯示能源效率總水平低，省際、區(qū)際差距大，工業(yè)部門以及6個(gè)主要耗能行業(yè)能源效率都比較低。

綜上所述，基于全要素生產(chǎn)率結(jié)構(gòu)的能源效率指標(biāo)則將“單投入”擴(kuò)展為“多投入”結(jié)構(gòu)；考慮了不同投入要素間的配合，能夠更好地呈現(xiàn)出效率內(nèi)涵，在分析能源效率方面更為全面，但這兩種評(píng)價(jià)指標(biāo)均忽略了污染物產(chǎn)出，可能導(dǎo)致了對(duì)能源效率一定的高估。關(guān)于這方面的探討只見魏楚（2009）提出：基于環(huán)境績(jī)效效率測(cè)度的研究大大有助于我們將能源效率進(jìn)一步深化和拓展。對(duì)于環(huán)境污染與能源利用、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間“嵌入”關(guān)系的研究還非常少，如何將污染物納入到已有的理論模型，從而為深入理解三者之間的內(nèi)在聯(lián)系與作用機(jī)理提供一個(gè)分析框架[1]。

本文的研究目的就是在考慮環(huán)境影響的基礎(chǔ)上，研究我國(guó)區(qū)域的能源效率，使能源效率更為有效，更具有實(shí)際指導(dǎo)意思。在分析方法上，用方法評(píng)價(jià)決策單元的相對(duì)效率（能源效率）時(shí)，最后的結(jié)果很可能出現(xiàn)多個(gè)單元同時(shí)為相對(duì)有效，效率都為1，模型對(duì)這些相對(duì)有效的單元卻無(wú)法做進(jìn)一步的評(píng)價(jià)與比較。故本文采用一種超效率模型，對(duì)決策單元效率評(píng)價(jià)，有助于對(duì)各個(gè)地區(qū)的能源效率高低進(jìn)行比較。

2 模型與變量選擇

2.1 模型選擇

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（簡(jiǎn)稱）是近些年發(fā)展起來(lái)的一種新的效率評(píng)價(jià)方法。它由著名的運(yùn)籌學(xué)家Charnes和Cooper等人于1978年提出，主要思想是通過(guò)數(shù)學(xué)規(guī)劃計(jì)算、比較決策單元之間的相對(duì)效率，對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象作出評(píng)價(jià)。方法用于評(píng)價(jià)多個(gè)同質(zhì)決策單元的相對(duì)有效性，特別適用于對(duì)多投入、多產(chǎn)出的復(fù)雜系統(tǒng)的效率評(píng)價(jià)。的計(jì)算方法有基于投入導(dǎo)向的，即為了獲得既定產(chǎn)出的最小投入；也有基于產(chǎn)出導(dǎo)向的，既定投入可以獲得的最大產(chǎn)出。本文用基于投入導(dǎo)向的規(guī)模收益不變的模型。其基本模型如下模型1：

模型2：超效率模型

模型1假定有n個(gè)需要評(píng)價(jià)的對(duì)象（決策單元，記為DMU），每個(gè)DMU有m種投入和s種產(chǎn)出，其中，Xi表示輸入變量，Yi表示輸出變量，S-和S+分別為剩余變量和松弛變量，λj為系數(shù)向量，θ為參數(shù)。

上述模型（一）的最優(yōu)解為λ0，S0，S+0，θ則有：

（1）若θ<1，則MDUJ0不為DEA有效；

（2）若θ=1，則MDUJ0為DEA有效。

用傳統(tǒng)的C2R模型評(píng)價(jià)決策單元的相對(duì)效率時(shí)，最后的結(jié)果很可能出現(xiàn)多個(gè)單元同時(shí)為“1”的相對(duì)有效，C2R模型對(duì)這些有效的單元卻無(wú)法做進(jìn)一步的評(píng)價(jià)與比較。在超效率C2R模型，模型2示，每個(gè)決策單元不與自己比較，計(jì)算出的效率值可以大于1，因此對(duì)有效單元之間效率的高低也可以相互比較。因此，本位用改進(jìn)的超效率C2R模型分析我國(guó)區(qū)域全要素能源效率。

2.2 變量選擇與說(shuō)明

一般來(lái)說(shuō)，污染是作為生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的一種副產(chǎn)出納入生產(chǎn)理論，但是DEA模型主要考察了決策單元在平面坐標(biāo)系上的投影，原點(diǎn)與有效前沿面之間的距離與原點(diǎn)與實(shí)際投影點(diǎn)之間距離的比例。其效率的大小反映的是投入最小化、產(chǎn)出最大化的結(jié)果，但是對(duì)于環(huán)境作為一種副產(chǎn)出，一般研究都把這些非期望的產(chǎn)出作為投入來(lái)處理。但是這種處理方法將破壞模型的凸性要求。關(guān)于如何處理非期望產(chǎn)出，F(xiàn)are等(1989)年提出了曲線轉(zhuǎn)換法，但是由于該方法，由于該方法屬于非線形規(guī)劃，很難得到精確的結(jié)果，還有其它作者也提出了有關(guān)方法，但是各有利弊。Seiford and Zhu（2002）提出了徑向數(shù)據(jù)包羅模型，其實(shí)就是線形轉(zhuǎn)化法，yjb=-yjb+w>0，其中yjb非期望產(chǎn)出，w為一足夠大的向量，yjb為轉(zhuǎn)化后的期望產(chǎn)出，通過(guò)把yjb加入到常規(guī)的模型中，就可以有效的處理非期望產(chǎn)出。本文將采用Seiford and Zhu提出的方法來(lái)轉(zhuǎn)化環(huán)境污染變量。

投入變量為勞動(dòng)、資本、能源消費(fèi)量、生活與工業(yè)SO2排放量。產(chǎn)出為各個(gè)省、市的GDP。由于重慶、西藏?cái)?shù)據(jù)的缺失，重慶與四川合并，考察樣本為全國(guó)29個(gè)省、市，時(shí)間跨度為1998～2007年。

產(chǎn)出變量為各個(gè)省GDP。并以2000年的GDP平減指數(shù)為基準(zhǔn)，折算相應(yīng)的不變價(jià)格產(chǎn)出。數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》。

資本投入量為以各個(gè)省、市的資本存量。采用張軍等（2004）提出的“永續(xù)盤存法”計(jì)算方法，以2000年的資本存量為基數(shù)，并以2000年固定資產(chǎn)投資價(jià)格指數(shù)為基準(zhǔn)，向前后折算為以2000年的不變價(jià)格為基礎(chǔ)的資本存量。數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》。

勞動(dòng)投入一般采用人力資本存量概念，即平均受教育年限和勞動(dòng)力數(shù)量的乘積，類似方法也得到了一些經(jīng)濟(jì)學(xué)家的認(rèn)可和采用。但是由于不同省份之間勞動(dòng)者的教育、培訓(xùn)、工作經(jīng)驗(yàn)不同，導(dǎo)致勞動(dòng)力質(zhì)量差距大，這種差異對(duì)能源消耗產(chǎn)生一定的影響，但難以準(zhǔn)確、估計(jì)，但分析單位數(shù)據(jù)大，按照統(tǒng)計(jì)規(guī)律，總體影響趨于平均，因此，可以不需要做區(qū)分。[2]本文采用各個(gè)省份年末就業(yè)人數(shù)作為勞動(dòng)的投入量。數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》。

能源投入使用各省每年的能源消費(fèi)量來(lái)表示，能源消費(fèi)量為把原煤、原油、天然氣、水電、核能及其他動(dòng)力能(如風(fēng)能、地?zé)崮艿?消耗量折算為標(biāo)準(zhǔn)煤來(lái)衡量。數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》。

環(huán)境污染的產(chǎn)出量選擇，我國(guó)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)主要以煤炭和石油為主，多年來(lái)煤炭和石油一直占能源消費(fèi)量的90%以上，即使2007年能源消費(fèi)煤炭和石油所占比例仍為89.2%。一般來(lái)說(shuō)能源消費(fèi)所造成的環(huán)境污染包括廢水、廢氣、固體廢物等。廢水污染中由于能源直接消費(fèi)導(dǎo)致的量比較小。固體廢物由能源消費(fèi)所導(dǎo)致的主要爐渣，但是回收率相對(duì)比較高。大量能源消費(fèi)導(dǎo)致最大污染是廢氣排放，主要包括，煙塵排放、工業(yè)粉塵排放、二氧化硫排放、二氧化碳排放等。結(jié)合數(shù)據(jù)的可得性，本文以最具有代表性的二氧化硫排放量作為環(huán)境污染的衡量指標(biāo)，包括工業(yè)與生活二氧化硫排放。數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》。

3 能源效率分析結(jié)果

3.1 有效前沿分析

考慮環(huán)境因素以后，10年以來(lái)平均效率水平處于生產(chǎn)前沿的省份為天津、上海、福建、湖北、廣東、海南、青海等7個(gè)省份，其能源效率水平最高。與魏楚等（2007）分析比較，差別比較大，其分析1995～2004年全要素能源效率最高省份為黑龍江、上海和云南。與Hu等（2006）計(jì)算的全要素能源效率比較，1995～2002年間能源效率最高的地區(qū)是上海、廣東、福建、四川。魏楚與Hu由于在資本存量估算上的差異造成了其能源效率計(jì)算的差異。與本文分析結(jié)果的差異主要是由于考慮了地區(qū)的產(chǎn)出環(huán)境變量因素，處于效率前沿的地區(qū)或者是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，或者是由于當(dāng)?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)，環(huán)境污染小。

3.2 區(qū)域能源效率分析

考慮環(huán)境因素以后，分析我國(guó)全國(guó)、東部、中部、西部地區(qū)的能源效率。按照傳統(tǒng)，我們將全國(guó)劃分為東、中、西部三個(gè)區(qū)域，其中東部地區(qū)包括：北京、天津、河北、遼寧、上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東和海南；中部地區(qū)包括：山西、吉林、黑龍江、安徽、江西、河南、湖北、湖南；西部地區(qū)包括：四川、云南、貴州、陜西、甘肅、青海、新疆、寧夏、內(nèi)蒙古、廣西。

結(jié)果顯示，全國(guó)以及中、西部地區(qū)能源效率總體水平不斷提高，2006、2007有略微有所下降，2002年以前，東部能源效率高于中部地區(qū)，但是2003年以后，中部地區(qū)能源效率高于東部地區(qū)，但相互之間的差距逐漸縮小，并到2007年接近相同，西部地區(qū)的能源效率水平最低。與魏楚等（2007）分析結(jié)果得到，東北老工業(yè)基地能源效率最高，其次是東部沿海地區(qū)，中部較西部高，西部最低。Hu（2006）等分析結(jié)果顯示，東部地區(qū)能源效率最高，西部地區(qū)次之，中部最低。究其原因一方面是由于計(jì)算的期間選擇差異，魏楚等分析的是1994～2005年時(shí)間段，Hu（2006）分析的是1995～2002年時(shí)間短，另一方面由于考慮的環(huán)境變量因素，東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，產(chǎn)出高，能源需求量與環(huán)境污染也比較嚴(yán)重，西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，中部地區(qū)在2003年以后在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的過(guò)程中更為注重環(huán)境保護(hù)。

3.3 能源效率收斂性分析

本文用變異系數(shù)分析分析我國(guó)能源效率的收斂性，其計(jì)算公式為：CV-σ/μ，其中變異系數(shù)，反映單位均值上的離散程度，σ為標(biāo)準(zhǔn)差，μ為均值。可以看出，我國(guó)各個(gè)省份之間的能源效率差距，經(jīng)歷了先縮小后擴(kuò)大的過(guò)程，并于2003年達(dá)到最小。而史丹等（2002）、巍楚等（2007）分析結(jié)果為1999年之前，省際之間的能源效率的變異系數(shù)逐漸減少，1999年之后能源效率差距不斷擴(kuò)大，不具有趨同性。由此可見，各個(gè)省份之間的能源效率差距比較大，地區(qū)間的差距具有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)。

[1]魏楚,沈滿洪.能源效率研究發(fā)展及趨勢(shì):一個(gè)綜述[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（人文社會(huì)科學(xué)版）,2009，(3).

[2]楊紅亮,史丹.能效研究方法和中國(guó)各地區(qū)能源效率的比較[J].經(jīng)濟(jì)理論與經(jīng)濟(jì)管理,2008，(3).

[3]魏楚,沈滿洪.能源效率及其影響因素:基于DEA的實(shí)證分析[J].管理世界,2007，(8).

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（責(zé)任編輯/浩天）

F206

A

1002－6487（2011）06－0086-03

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（70773111）

劉海濱（1969-），男，吉林公主嶺人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：能源經(jīng)濟(jì)學(xué)，安全工程。