技術(shù)進(jìn)步節(jié)能效應(yīng)的理解與度量

譚元發(fā) 吳巧生

(湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南湘潭 411101;中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北武漢 430074)

技術(shù)進(jìn)步節(jié)能效應(yīng)的理解與度量

譚元發(fā) 吳巧生

(湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南湘潭 411101;中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北武漢 430074)

本文基于Cobb－Douglas生產(chǎn)函數(shù)，分析能源消費(fèi)對(duì)產(chǎn)出的影響，其實(shí)證結(jié)果表明，技術(shù)進(jìn)步對(duì)能源強(qiáng)度的影響非常明顯，技術(shù)進(jìn)步推進(jìn)了中國(guó)能源強(qiáng)度的降低，與此同時(shí)，技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)改善的同時(shí)降低了能源的產(chǎn)出彈性，且從能源效率的角度看，后者的影響效應(yīng)要大于前者。因此，通過(guò)技術(shù)進(jìn)步，以低能源消費(fèi)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，如何平衡能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的關(guān)系，對(duì)中國(guó)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

生產(chǎn)函數(shù);技術(shù)進(jìn)步;節(jié)能效應(yīng);能源強(qiáng)度

當(dāng)煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問(wèn)題日益成為制約國(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始通過(guò)技術(shù)進(jìn)步開(kāi)發(fā)新能源資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。中國(guó)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)進(jìn)入重化工業(yè)時(shí)期。自2002年起，中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了新一輪高增長(zhǎng)周期，同時(shí)表現(xiàn)出了日益顯著的重化工業(yè)特征，重化工業(yè)占工業(yè)增加值的比例逐年提高并且超過(guò)了60%。隨著能源消費(fèi)量的大幅增長(zhǎng)，能源供需總量間差距不斷拉大。1992年以后，一次能源自給率開(kāi)始小于100%，成為能源凈進(jìn)口國(guó)。2002年下半年出現(xiàn)的能源“三荒”(煤荒、電荒和油荒)充分表明我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展面臨著能源供給不足的約束。2003年全國(guó)共有22個(gè)省(市、自治區(qū))拉閘限電，2004年全國(guó)缺電的省(市、自治區(qū))數(shù)量上升到25個(gè)。①《中國(guó)城市化進(jìn)程中的能源需求及保障研究》，北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文2007年6月。

由于技術(shù)水平相對(duì)落后，我國(guó)自然資源的利用效率、產(chǎn)出效率都相對(duì)較低。目前，我國(guó)單位產(chǎn)值能耗是世界平均水平的約3．2倍，分別是美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本的3倍、5．4倍、5．9倍和4．5倍。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家財(cái)力的增強(qiáng)，資源約束將替代資本約束逐步上升為經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的主要矛盾，甚至成為伴隨工業(yè)化、現(xiàn)代化過(guò)程的一個(gè)重大問(wèn)題。據(jù)測(cè)算，到2030年，我國(guó)人均耕地將不足1．5畝，為世界平均水平的1/4，并且我國(guó)耕地存量還在以每年近千萬(wàn)畝的速度在減少;水資源方面，我國(guó)人均占有量為1700立方米，可能被列為嚴(yán)重缺水的國(guó)家;主要礦產(chǎn)資源除了煤炭外，人均占有量都低于世界平均水平，石油、天然氣、鐵礦石、銅和鋁等戰(zhàn)略性資源的人均儲(chǔ)量分別只相當(dāng)于世界平均水平的11%、4．5%、42%、18%和7．3%。這就要求我們更加理性地面對(duì)現(xiàn)實(shí)，將資源因素納入經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的發(fā)展模型。然而，無(wú)論是古典經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)理論還是新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)理論，他們一般都將自然資源對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的投入貢獻(xiàn)拒之門外，在理論模型分析中，諸多學(xué)者將資源視為一種“既定”的東西，這種分析模型有悖于自然資源約束于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)實(shí)。于是，如何將資源約束融入新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模型，并在該模型下探討經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長(zhǎng)的資源條件及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最優(yōu)路徑等理論問(wèn)題，將對(duì)促使我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展走出資源瓶頸具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。②郗孟祥、秦玠衡:《基于資源約束條件的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)優(yōu)化模型》，《求索》2009年第10期。

為了應(yīng)對(duì)20世紀(jì)70年代的世界能源危機(jī)，世界能源委員會(huì)于1979年提出“節(jié)能”的概念，即“采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、環(huán)境和社會(huì)可接受的一切措施，來(lái)提高能源資源的利用效率?！币簿褪钦f(shuō)，節(jié)能是旨在降低能源強(qiáng)度(單位產(chǎn)值能耗)的努力，應(yīng)在能源系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)，包括開(kāi)采、加工、轉(zhuǎn)換、輸送、分配到終端利用，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、法律、行政、宣傳、教育等方面采取有效措施，以消除能源浪費(fèi)。到了1995年，在世界能源委員會(huì)出版的《應(yīng)用高技術(shù)提高能效》一書(shū)中，世界能源委員會(huì)正式提出“能源效率”的概念，并定義為:“減少提供同等能源服務(wù)的能源投入。”從“節(jié)能”到“能源效率”的變化，首先反映出的是人們觀念的變化。早期節(jié)能的目的是為了通過(guò)節(jié)約、縮減能源的使用來(lái)應(yīng)付能源危機(jī)，而后來(lái)則強(qiáng)調(diào)通過(guò)技術(shù)進(jìn)步和調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)來(lái)提高能源效率，以便節(jié)省能源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

作為一種基本的生產(chǎn)要素，能源與勞動(dòng)、資本一樣，對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)有明顯的影響。但是長(zhǎng)期以來(lái)，能源在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)中的精確作用一直是有爭(zhēng)議的問(wèn)題，因?yàn)槠渥饔么笮∈艿侥茉磁c其他要素之間替代彈性大小的影響。如Hogan and Manne(1977)認(rèn)為如果能源與其他所有投入品總和的替代彈性在0．3至0．5之間，能源供應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)沒(méi)有太大影響;如果彈性是0．1至0．2之間，那么能源投入將對(duì)經(jīng)濟(jì)有顯著影響。①鄭江綏:《能源效率及其測(cè)度指標(biāo)體系研究》，《求索》2010年第8期。在一定條件下，技術(shù)進(jìn)步的能源節(jié)約效應(yīng)大于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)效應(yīng)是可能的。②Pérez － Barahona Agustín，Zou Benteng，A comparative study of energy saving technological progress in a vintage capital model［J］．Resource and Energy Economics，2006，28(2):181 –191;Van Zon，Adriaan．，HakanYetkiner I．，An endogenous growth model with embodied energy－saving technical change［J］．Resource and Energy Economics，2003，25(1):81 –103．中國(guó)的實(shí)證研究也表明，技術(shù)進(jìn)步對(duì)能源強(qiáng)度的影響是明顯的。③Ma Hengyun，Oxley Les，Gibson John ，Kim Bonggeun，China’s energy economy:technical change，factor demand and interfactor/interfuel substitution［J］．Energy Economics，2008，30(5):2167 – 2183;Zhang Z．Why did the Energy Intensity Fall in China’s Industrial Sector in the 1990s?The Relative Importance of Structural Change and Intensity Change［J］．Energy Economics，2003，25(6):625 －638．Zhang④Yuan Chaoqing，Liu Sifeng，Wu Junlong，Research on energy－saving effect of technological progress based on Cobb－Douglas production function［J］．Energy Policy，2009，37:2842 －2846．利用Laspeyres分解技術(shù)對(duì)中國(guó)工業(yè)能源消費(fèi)進(jìn)行分解，發(fā)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步是能源節(jié)約利用的主導(dǎo)因素。王迪等⑤王迪、聶銳、張炎治:《東部能耗變動(dòng)的分解分析與節(jié)能因素比較》，《軟科學(xué)》2010年第24期。認(rèn)為技術(shù)進(jìn)步與結(jié)構(gòu)變動(dòng)是區(qū)域節(jié)能的主要影響因素，而經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)是促進(jìn)能耗逐年增長(zhǎng)的主導(dǎo)因素?？梢哉f(shuō)，技術(shù)進(jìn)步與能源消費(fèi)的關(guān)系是非常復(fù)雜的。

理論及實(shí)證研究表明，技術(shù)進(jìn)步一般從兩方面影響能源消費(fèi)，一是技術(shù)進(jìn)步通過(guò)新技術(shù)與新手段等開(kāi)發(fā)新能源裝備，如風(fēng)力發(fā)電裝備、太陽(yáng)能裝備和新能源汽車等產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，達(dá)到節(jié)約能源和提高能源利用率的目的，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高能源效率，進(jìn)而降低能源消費(fèi);二是受技術(shù)進(jìn)步的影響，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)提高，從而帶動(dòng)能源消費(fèi)的增加。

一、Cobb－Douglas擴(kuò)展模型

本文將通過(guò)引入能源消費(fèi)的Cobb－Douglas擴(kuò)展模型，并考慮能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)而理解技術(shù)進(jìn)步對(duì)中國(guó)能源消費(fèi)的影響，探討技術(shù)進(jìn)步節(jié)能效應(yīng)的度量問(wèn)題。

根據(jù)Cobb－Douglas生產(chǎn)函數(shù)，我們可以得到引入能源消費(fèi)的產(chǎn)出模型:

其中，Aect表示技術(shù)進(jìn)步(假定技術(shù)進(jìn)步是外生的，其增長(zhǎng)率為常量c);K(t)表示為物質(zhì)資本;L(t)表示勞動(dòng)力;E(t)表示能源消費(fèi);α、β、γ分別表示資本產(chǎn)出彈性、勞動(dòng)力產(chǎn)出彈性與能源產(chǎn)出彈性，且0＜α，β，γ＜1。

假設(shè)規(guī)模報(bào)酬不變，即 ，公式(1)可轉(zhuǎn)化為:

式(5)顯示單位資本產(chǎn)出、單位勞動(dòng)力產(chǎn)出增長(zhǎng)率與技術(shù)進(jìn)步率以及產(chǎn)出彈性共同影響能源強(qiáng)度，技術(shù)進(jìn)步率越大，能源強(qiáng)度越小;單位資本產(chǎn)出、單位勞動(dòng)力產(chǎn)出增長(zhǎng)率越大，能源強(qiáng)度越大。

二、數(shù)據(jù)處理

本文研究的數(shù)據(jù)來(lái)源于歷年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》(1983－2008)、《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》(1983－2008)。其中，勞動(dòng)力為當(dāng)年年末就業(yè)人數(shù)，GDP為1952年不變價(jià)，能源消費(fèi)為歷年能源消費(fèi)量。而資本存量的估算則依據(jù)戈登史密斯(Goldsmith)在1951年開(kāi)創(chuàng)的永續(xù)盤存法得出，即Kt=Kt－1(1－δt)+It(其中Kt指第t年的資本存量，It指第t年的投資，δt指第t年的固定資產(chǎn)折舊率)，參照張軍等的研究，設(shè)定中國(guó)歷年固定資本形成總額的經(jīng)濟(jì)折舊率δ為9．6%。⑥張軍、吳桂英、張吉鵬:《中國(guó)省級(jí)物質(zhì)資本存量估算:1952－2001》，《經(jīng)濟(jì)研究》2004年第10期。同時(shí)，考慮到能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)對(duì)能源的利用影響較大(據(jù)有關(guān)專家分析，在一次能源品種中，煤炭的利用效率約為27%;原油利用效率比煤炭高23%，約達(dá)50%;天然氣利用效率比煤炭高30% ，約達(dá)57%;其他如水電等非化石能源的利用效率約為85%)，我們依據(jù)歷年能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)對(duì)能源消費(fèi)總量進(jìn)行調(diào)整，即依此上述不同能源品種利用效率數(shù)據(jù)計(jì)算出歷年中國(guó)的能源組合利用效率，并以1983年為基準(zhǔn)，計(jì)算出其他年份的能源投入量(即在維持能源組合利用效率不變的情況下歷年能源消費(fèi)總量)。據(jù)此，我們可以得到1983－2007年中國(guó)資本、勞動(dòng)力以及能源投入，如圖1所示。

圖中 Y、E、EADJ、K、L 分別表示 GDP(億元)、能源消費(fèi)(萬(wàn)噸標(biāo)煤)、調(diào)整后的能源消費(fèi)(萬(wàn)噸標(biāo)煤)、資本(億元)、勞動(dòng)力(萬(wàn)人)

值得說(shuō)明的是，1997年亞洲金融危機(jī)爆發(fā)，這顯然影響中國(guó)的投資、能源消費(fèi)以及經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，1997－2001年能源消費(fèi)、勞動(dòng)力、資本以及產(chǎn)出增長(zhǎng)速度明顯放緩。因此在下面的分析中，我們將引入虛擬變量對(duì)該問(wèn)題加以處理。

三、實(shí)證分析

根據(jù)公式(1)，兩邊取對(duì)數(shù)得:

因?yàn)棣?β+γ=1，公式(6)可以變換為:

圖1 1983－2007年中國(guó)資本、勞動(dòng)力、能源消費(fèi)

公式(7)是一個(gè)線性回歸方程，考慮亞洲金融危機(jī)的影響，引入虛擬變量D(1997－2001)，建立線性回歸模型，式(7)變?yōu)?

其中，μ為殘留項(xiàng)，虛擬變量D(1997－2001)代表亞洲金融危機(jī)時(shí)期。

將歷年數(shù)據(jù)代入方程(8)，可以得到能源消費(fèi)未調(diào)整以及調(diào)整后的最小二乘回歸結(jié)果如表1。

表1結(jié)果表明，線性回歸模型效果良好，通過(guò)t檢驗(yàn)，所有解釋變量都具有顯著性。據(jù)此，我們可以得到如下Cobb－Douglas生產(chǎn)函數(shù):

表1 普通最小二乘回歸結(jié)果

上述兩個(gè)模型中，由于技術(shù)進(jìn)步的增長(zhǎng)速率分別為0.033、0.0342，其導(dǎo)致年均經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率分別為 3.3551%［e0.033－1)×100%］、3.4792%［e0.0342－1)×100%］。同時(shí)，對(duì)于模型(1)，技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致單位資本產(chǎn)出與單位勞動(dòng)力產(chǎn)出年均增長(zhǎng)率亦為3.3551%，而模型(2)則都為3.4792%。這樣我們就可以得到技術(shù)進(jìn)步的節(jié)能效應(yīng):

這就是說(shuō)，1983－2007年期間在考慮能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化的情況下，技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致能源強(qiáng)度年均降低3.046%，如果不考慮能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化，技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致能源強(qiáng)度年均降低3.24%。善，進(jìn)而提高能源消費(fèi)組合效率，降低能源強(qiáng)度;另一方面也說(shuō)明，由于能源與資本、勞動(dòng)力的替代作用，技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)改善的同時(shí)降低了能源的產(chǎn)出彈性，從能源效率角度看，后者的影響效應(yīng)明顯要大于前者，其結(jié)果就是，技術(shù)進(jìn)步在促進(jìn)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)改善的同時(shí)，由于能源產(chǎn)出彈性的降低，能源總體消費(fèi)強(qiáng)度年均提高0.194%。

圖2 中國(guó)能源消費(fèi)特征:1983－2007年

自1983年以來(lái)，伴隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，能源消費(fèi)也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。但能源消費(fèi)增速普遍慢于GDP增速，能源消費(fèi)彈性呈現(xiàn)出較大的波動(dòng)性，進(jìn)入21世紀(jì)以后，但能源消費(fèi)增速明顯提高，如圖2所示。與此同時(shí)，伴隨中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，中國(guó)作為一個(gè)人均能源資源水平很低的發(fā)展中國(guó)家(據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)人均能源生產(chǎn)量只有世界平均水平的57.5%，高收入國(guó)家的24.0%)，其人文發(fā)展水平的提高又需要消耗一定的能源，因此，中國(guó)的工業(yè)化面臨著比許多國(guó)家更困難的問(wèn)題和更復(fù)雜的矛盾，其中，如何通過(guò)技術(shù)進(jìn)步來(lái)降低能源消費(fèi)是值得關(guān)注的重大問(wèn)題之一。

其中，ECGR表示能源消費(fèi)年增長(zhǎng)率、GDPGR表示GDP年增長(zhǎng)率、EEC表示能源消費(fèi)彈性。

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，滿足了人民日益增長(zhǎng)的需求。在傳統(tǒng)的粗放型增長(zhǎng)模式下，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)是依賴于能源的消耗，同時(shí)又花費(fèi)一定比例的GDP來(lái)治理環(huán)境，不能從根本上實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。所以，要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，必須首先通過(guò)技術(shù)進(jìn)步調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不但關(guān)注經(jīng)濟(jì)效益，更關(guān)注技術(shù)進(jìn)步的創(chuàng)新能力和環(huán)境保持要求，強(qiáng)調(diào)科技創(chuàng)新支撐和引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，強(qiáng)調(diào)提高經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，走可持續(xù)發(fā)展之路。只有走技術(shù)進(jìn)步的道路，才能減少不可再生資源的消耗，降低能源消耗，減少環(huán)境污染，緩解目前我國(guó)面臨的嚴(yán)重資源約束。

轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式達(dá)到省材料、低耗能、輕污染的工業(yè)生產(chǎn)方式。第一，立足于資源、能源、交通、環(huán)境等領(lǐng)域開(kāi)發(fā)新能源裝備和雙能源裝備，研究新材料;第二，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行生態(tài)化設(shè)計(jì)，結(jié)合“減量化”與功能設(shè)計(jì)。顯然，技術(shù)進(jìn)步是緩解我國(guó)能源約束的重要途徑。

F206

A

1003－4145［2011］10－0171－03

2011－08－07

譚元發(fā)，湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授、博士;主要研究方向:資源產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)。

吳巧生，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師;主要研究方向:能源經(jīng)濟(jì)與管理工程。

湖南省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)成果(項(xiàng)目編號(hào)1011083A);教育部人文社科基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)06JA790109);湖南省科技廳計(jì)劃項(xiàng)目

(項(xiàng)目編號(hào)2010FJ3123);湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)11C0309)

(責(zé)任編輯:景川)