碳排放約束下我國(guó)省際能源效率的測(cè)算

畢占天，王萬(wàn)山

0 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速，取得了舉世矚目的成就，但同時(shí)注意到，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是以能源的高投入、高消耗為代價(jià)的，這種粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式更是導(dǎo)致大氣中二氧化碳等溫室氣體濃度增加、誘發(fā)全球變暖以及環(huán)境污染的主要驅(qū)動(dòng)因素之一。我國(guó)二氧化碳排放增長(zhǎng)迅速是與中國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)中不潔凈的煤炭所占的比例很高有關(guān)，由此說(shuō)明二氧化碳排放問(wèn)題本質(zhì)上是能源消耗問(wèn)題。能源耗竭和二氧化碳排放日益成為制約經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的約束條件，解決這一問(wèn)題的根本途徑就是提高能源效率。為此，中國(guó)提出了節(jié)能減排的量化指標(biāo)，即在“十一五”期間單位GDP能耗下降20%，到2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40～50%，這標(biāo)志著中國(guó)走上低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展之路。因此，我們有必要深入分析當(dāng)前我國(guó)能源效率處于一個(gè)什么樣的狀態(tài)，并為我國(guó)制定高效率、區(qū)域協(xié)調(diào)的節(jié)能減排框架提供參考。

本文重新界定了能源效率，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用方向性距離函數(shù)，構(gòu)建了兩個(gè)效率測(cè)算模型測(cè)算并比較了碳排放約束下我國(guó)省際的全要素生產(chǎn)率和能源效率，綜合起來(lái)考慮增產(chǎn)、節(jié)能和減排三個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)情況。

1 能源效率測(cè)算模型的建立

本文將中國(guó)各省份看做是決策單元，假設(shè)第j個(gè)決策單元的投入向量 xj為資本（K）、勞動(dòng)力（L）和能源（E），期望產(chǎn)出變量為yj，非期望產(chǎn)出變量為bj。用P(x)表示生產(chǎn)可能性集合：P(x)={(y,b):x能生產(chǎn)(y,b)}。P(x)滿足投入與期望產(chǎn)出可自由處置性、非期望產(chǎn)出弱可處置性，以及期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出零聯(lián)合性等假設(shè)條件。通過(guò)方向性距離函數(shù)很容易計(jì)算出生產(chǎn)可能性集合的最優(yōu)解。構(gòu)造方向性距離函數(shù)如下：

其中，g=(-gx,gy,-gb)為方向性向量，投入產(chǎn)出以設(shè)定的方向性向量為權(quán)數(shù)，同時(shí)尋求生產(chǎn)投入（x）、期望產(chǎn)出（y）以及非期望產(chǎn)出（b）的最大同比例增減。其中最優(yōu)值β*可通過(guò)求解下面基于投入產(chǎn)出雙導(dǎo)向的規(guī)模報(bào)酬不變的DEA模型得到。

模型（1）中的最優(yōu)值β*反映的是決策單元投入削減、期望產(chǎn)出增加和非期望產(chǎn)出減少的最大提升空間。由于模型（1）假定能源與其他投入之間具有較強(qiáng)的互補(bǔ)性，三項(xiàng)生產(chǎn)投入都可以按照同一比例縮小，此時(shí)計(jì)算得到的效率得分是一個(gè)省市綜合使用資本、勞動(dòng)力和能源的全要素生產(chǎn)率。本文認(rèn)為能源效率為不增加其他投入（資本和勞動(dòng)力）的前提下省市的技術(shù)效率，即能源投入、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和污染緩解的最大同比例增減程度。為此，本文將只縮減能源投入比例，調(diào)整方向向量，令-gx=(0,-E),gy=y,gb=-b，得到基于增產(chǎn)、節(jié)能和減排三目標(biāo)的能源效率測(cè)算模型：

模型（2）中的最優(yōu)值β*更為確切地表現(xiàn)出增產(chǎn)、節(jié)能和減排的最大潛力。β*越小，說(shuō)明該省市能源投入、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)水平和污染排放越接近生產(chǎn)前沿面，增產(chǎn)、節(jié)能和減排潛力越小，能源效率越高。本文將模型（1）和模型（2）分別測(cè)算得到的省際全要素生產(chǎn)率和能源效率得分界定為σ*=(1-β*)/(1+β*)，該指標(biāo)同時(shí)反映了節(jié)能和減排實(shí)施效果。

2 實(shí)證分析

2.1 數(shù)據(jù)說(shuō)明和變量選取

本文以2001～2009年中國(guó)內(nèi)地的29個(gè)省市（重慶市歸于四川省，西藏因數(shù)據(jù)不全不在考察范圍內(nèi)）為決策單元。如無(wú)特殊說(shuō)明，所用數(shù)據(jù)來(lái)源于歷年的《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，對(duì)于部分省份個(gè)別年份缺省數(shù)據(jù)采用了取前后兩年的平均數(shù)補(bǔ)齊的方式加以處理。生產(chǎn)過(guò)程中投入產(chǎn)出變量的界定如下：

（1）資本投入（K）。使用物質(zhì)資本存量作為資本投入指標(biāo)，并采用“永續(xù)盤存法”估計(jì)每年的實(shí)際物質(zhì)資本存量。本文直接采用張軍（2004）的相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)其方法將時(shí)間延長(zhǎng)到2009年。為了研究的可比性，本文將各省市歷年的資本存量按照2000年的可比價(jià)格進(jìn)行了折算。

（2）勞動(dòng)力投入（L）。使用人力資本存量作為勞動(dòng)力投入指標(biāo)。年末社會(huì)從業(yè)人員總量不能反映勞動(dòng)者的素質(zhì)，顯然勞動(dòng)力素質(zhì)提高的主要途徑主要是接受教育，因此，本文利用各省市年末社會(huì)從業(yè)人員總數(shù)×各省市就業(yè)人員的平均受教育年限÷全國(guó)就業(yè)人員的平均受教育年限表示人力資本存量，有關(guān)平均受教育年限的具體算法可參見(jiàn)徐國(guó)泉等（2007）。

（3）能源投入（E）。用各省每年的一次能源消耗量表示能源投入，把煤炭、石油、天然氣和水電等四種主要一次性能源按發(fā)電煤耗法轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)煤?jiǎn)挝患涌偠谩?/p>

（4）期望產(chǎn)出。用各省每年的GDP表示期望產(chǎn)出，并采用GDP平減指數(shù)以2000年不變價(jià)格進(jìn)行了縮減。

（5）非期望產(chǎn)出。以二氧化碳排放量作為非期望產(chǎn)出指標(biāo)。二氧化碳排放主要來(lái)自化石燃料燃燒和水泥、鋼鐵等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程?；茉慈紵a(chǎn)生的直接CO2排放量具體計(jì)算公式為：

其中，CO2,i代表估算的各類能源消費(fèi)的CO2排放量；i表示能源消費(fèi)種類，包括煤炭、焦炭、汽油、煤油、柴油、燃料油和天然氣共7種；Ei表示第i種能源的消費(fèi)量；NCVi為凈發(fā)熱值；CCi為碳含量，COFi是氧化因子。數(shù)據(jù)來(lái)源于IPCC（2006）及國(guó)家氣候變化對(duì)策協(xié)調(diào)小組辦公室和國(guó)家發(fā)改委能源研究所。由于工業(yè)生產(chǎn)主要利用電能作為動(dòng)力，本文根據(jù)國(guó)家發(fā)改委2008年公布的電量邊際排放因子0.954tCO2/MWh，對(duì)消耗電力產(chǎn)生的間接CO2排放也進(jìn)行估計(jì)。直接和間接二氧化碳加總得到總的二氧化碳排放量。

2.2 省際能源效率測(cè)算結(jié)果

根據(jù)模型（1）和（2）分別得到2001～2009年我國(guó)各省市的全要素生產(chǎn)率和能源效率，結(jié)果如表1所示。從中可知，資源環(huán)境約束下，我國(guó)29個(gè)省市2001～2009年的全要素生產(chǎn)率和能源效率均值分別為0.837和0.818，即在生產(chǎn)投入或能源投入分別削減16.3%和18.2%的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和二氧化碳減排仍然具有16.3%和18.2%的變動(dòng)空間。除山西、上海和廣東外，其余省市的全要素生產(chǎn)率和能源效率水平都沒(méi)有達(dá)到有效，還存在較大的增產(chǎn)和節(jié)能減排空間。雖然山西和廣東是能源消費(fèi)大省，排放的二氧化碳很客觀，但同時(shí)能源也節(jié)約了大量的勞動(dòng)力和資本等生產(chǎn)投入，并帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，相對(duì)而言山西和廣東省仍位于生產(chǎn)前沿面上。而河北、山東、浙江等省市的全要素生產(chǎn)率和能源效率得分比較低，這意味著，盡管這些省份經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出高，但是同能源高效地區(qū)相比，其能源投入仍然過(guò)多，而且不可避免地造成高二氧化碳排放等非期望產(chǎn)出，所以其效率得分下降。只有通過(guò)減少能源消耗或二氧化碳排放才能提高全要素生產(chǎn)率或能源效率。

比較全要素生產(chǎn)率和能源效率發(fā)現(xiàn)，位于全要素生產(chǎn)前沿面的省市其能源效率仍然有效，沒(méi)有達(dá)到全要素生產(chǎn)前沿面的省市更加遠(yuǎn)離能源效率前沿，從而導(dǎo)致能源效率要低于全要素生產(chǎn)率。這表明從全國(guó)范圍來(lái)看，能源利用效率低于勞動(dòng)力和資本，也說(shuō)明單純或過(guò)度依賴能源投入將會(huì)降低生產(chǎn)效率，不足以保證經(jīng)濟(jì)高質(zhì)高效可持續(xù)發(fā)展，不能只考慮增產(chǎn)或減排目標(biāo)，節(jié)能將比減排更為重要，降低能耗將從最根本上解決經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境污染之間的矛盾。節(jié)能對(duì)增產(chǎn)或減排目標(biāo)的影響正是全要素生產(chǎn)率和能源效率的主要區(qū)別所在。

沈能（2010）的研究表明地區(qū)能源效率符合“先上升后下降”的“倒U”特征，轉(zhuǎn)折點(diǎn)一般出現(xiàn)在1999～2003年之間，本文同樣發(fā)現(xiàn)2001～2003年是全國(guó)和大部分省市全要素生產(chǎn)率和能源效率由上升到下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。但2006～2009期間全要素生產(chǎn)率和能源效率的時(shí)變趨勢(shì)再次出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，2006～2007年全國(guó)和大部分省市的全要素生產(chǎn)率和能源效率再次呈上升趨勢(shì)，這表明中國(guó)在“十一五”期間采取的一系列轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、推進(jìn)綠色低碳發(fā)展的政策與行動(dòng)取得了顯著成效，今后應(yīng)繼續(xù)通過(guò)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)“低碳化”、“綠色化”實(shí)現(xiàn)“十一五”規(guī)劃提出的節(jié)能減排目標(biāo)。總體而言，2001～2009期間我國(guó)全要素生產(chǎn)率和能源效率都呈現(xiàn)“先下降，再上升”的變化趨勢(shì)，而且相對(duì)而言，能源效率下降或上升趨勢(shì)都更為平緩，期間的轉(zhuǎn)折點(diǎn)一般出現(xiàn)在2006～2007年之間，中國(guó)已經(jīng)初步完成了“十一五”規(guī)劃《綱要》中提出的降低能耗和控制溫室氣體排放的任務(wù)。

從不同省份之間的變動(dòng)差異來(lái)看，進(jìn)入21世紀(jì)后，各省之間全要素生產(chǎn)率和能源效率的變異系數(shù)開(kāi)始逐漸加大，但在2007年之后差異程度開(kāi)始縮小。這說(shuō)明全要素生產(chǎn)率和能源效率的省際橫向比較和全國(guó)均值縱向增長(zhǎng)的變化特征正好相反，“十五”規(guī)劃期間，各省市都普遍將能源作為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?，大力發(fā)展高耗能、高污染的重工業(yè)，資源環(huán)境對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的約束不斷加劇。因此，從全國(guó)范圍來(lái)看能效都普遍低下，省市間差距不大。自“十一五”規(guī)劃以來(lái)，我國(guó)能效雖有了一定幅度的提升，但由于各省市面臨的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)不一致，有些經(jīng)濟(jì)落后的省市將經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)作為首要目標(biāo)，而經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的省市已經(jīng)意識(shí)到經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的可持續(xù)性問(wèn)題，開(kāi)始將節(jié)能減排實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展放在首位，從而導(dǎo)致全要素生產(chǎn)率和能源效率增長(zhǎng)幅度不一致，這29個(gè)省之間的全要素生產(chǎn)率和能源效率差距正在擴(kuò)大，并不具有趨同性。

本文還按照傳統(tǒng)的區(qū)域劃分方法，將我國(guó)分為東部、中部、西部三大地區(qū)以分析全要素生產(chǎn)率和能源效率的區(qū)域差異。從表1發(fā)現(xiàn)，全要素生產(chǎn)率和能源效率表現(xiàn)出相同的區(qū)域分布特征：2001～2009年，三大區(qū)域間由于經(jīng)濟(jì)水平的差距，全要素生產(chǎn)率和能源效率存在顯著的發(fā)展不平衡現(xiàn)象，兩者的分布呈現(xiàn)出由東南向西北逐步降低的階梯式特點(diǎn)，出現(xiàn)“俱樂(lè)部趨同”現(xiàn)象。東部地區(qū)擁有有力的地理位置、雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和較高的節(jié)能技術(shù)水平，是能源利用效率最高的地區(qū)，測(cè)算的全要素生產(chǎn)率和能效均值分別為0.941和0.926，為提高我國(guó)整體能源效率奠定了基礎(chǔ)；西部地區(qū)全要素生產(chǎn)率和能源效率最低，只有0.71和0.688，增產(chǎn)、節(jié)能和減排的改進(jìn)空間最大，能源投入、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和二氧化碳可以在原有的基礎(chǔ)上節(jié)約或增長(zhǎng)31.2%；中部地區(qū)全要素生產(chǎn)率和能源效率位于東部和西部之間，但高于全國(guó)平均水平，均值分別為0.852和0.830，其中增產(chǎn)、節(jié)能和減排的潛力可以達(dá)到17%。由于我國(guó)一直實(shí)行非均衡的區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略，中西部地區(qū)被定位為東部地區(qū)能源輸出地，并存在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及要素配置結(jié)構(gòu)不合理、能源投入量過(guò)大、能源消耗結(jié)構(gòu)亟待優(yōu)化、技術(shù)水平低下、經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢等問(wèn)題，導(dǎo)致中西部地區(qū)與發(fā)達(dá)地區(qū)的能效差距越拉越大。隨著“西部大開(kāi)發(fā)”、“中部崛起”和節(jié)能減排等發(fā)展戰(zhàn)略的逐步實(shí)施，我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)多輪驅(qū)動(dòng)、協(xié)調(diào)健康發(fā)展的新格局，到2007年地區(qū)之間不斷增大的能效差異程度已開(kāi)始有所緩解。今后，通過(guò)加強(qiáng)東部和中西部地區(qū)之間的技術(shù)交流與合作，能源效率和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)質(zhì)量一定會(huì)得到大幅度的提高，也將促進(jìn)區(qū)域間趨同向區(qū)域內(nèi)省際趨同發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。

表1 2001～2009年我國(guó)省際全要素生產(chǎn)率和能源效率得分

3 結(jié)語(yǔ)與建議

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)能源需求必將持續(xù)增大，二氧化碳排放造成的環(huán)境壓力也將日益加大。實(shí)施節(jié)能減排工作將降低我國(guó)二氧化碳排放總量增長(zhǎng)趨勢(shì)，保證我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的健康發(fā)展。因此，本文在生產(chǎn)過(guò)程中引入能源投入，利用DEA和方向性距離函數(shù)測(cè)算了碳排放約束下我國(guó)2001～2009年29個(gè)省市的全要素生產(chǎn)率和能源效率，通過(guò)比較分析發(fā)現(xiàn)，考察期內(nèi)，由于過(guò)度依賴能源投入和二氧化碳的大量排放，我國(guó)大部分省市沒(méi)有達(dá)到生產(chǎn)前沿面，全要素生產(chǎn)率和能源效率普通低下，增產(chǎn)、節(jié)能和減排潛力巨大；2001～2009期間我國(guó)全要素生產(chǎn)率和能源效率都呈現(xiàn)“先下降，再上升”的變化趨勢(shì)，2006～2007年為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，“十一五”規(guī)劃要求的節(jié)能減排效果初步實(shí)現(xiàn)；省際和三大區(qū)域的能源效率存在顯著差異，呈現(xiàn)從東南向西北逐步減低的分布特征，先縮小中西部地區(qū)與東部地區(qū)之間的能效差距，再減少區(qū)域內(nèi)省際差距，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

研究結(jié)果為我國(guó)各省市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)提供了很好的政策啟示。能源耗竭和環(huán)境污染已經(jīng)開(kāi)始制約經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長(zhǎng)，今后在發(fā)展中注重經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)，注重經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的質(zhì)量和資源利用效率的提高。節(jié)能與減排是不可割舍的，節(jié)能比減排要先行。通過(guò)以下措施：調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)服務(wù)業(yè)發(fā)展力度；進(jìn)行產(chǎn)業(yè)整合，發(fā)揮能源利用的規(guī)模效應(yīng)；改善能源消耗結(jié)構(gòu)，用天然氣或煤氣替代煤；發(fā)展替代清潔能源，如風(fēng)能、風(fēng)能及太陽(yáng)能能源等，達(dá)到降低能源強(qiáng)度，減少碳排放的目標(biāo)。另外，加快地區(qū)之間的技術(shù)交流和合作，東部地區(qū)憑借自身優(yōu)越的基礎(chǔ)積極進(jìn)行清潔技術(shù)創(chuàng)新，并通過(guò)輻射作用繼續(xù)引領(lǐng)中西部地區(qū)能源消費(fèi)向高效、高質(zhì)方向發(fā)展。

[1] 李國(guó)璋，霍宗杰.我國(guó)全要素能源效率及其收斂性[J].中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2010,(1).

[2] 汪克亮，楊寶臣，楊力.基于DEA和方向性距離函數(shù)的中國(guó)省際能源效率測(cè)度[J].管理學(xué)報(bào)，2011,(3).

[3] 袁曉玲，張寶山，楊萬(wàn)平.基于環(huán)境污染的中國(guó)全要素能源效率研究[J].中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)，2009,(2).

[4] 王群偉，周德群，陳洪濤.技術(shù)進(jìn)步與能源效率—基于ARDL方法的分析[J].數(shù)理統(tǒng)計(jì)與管理，2009,(5).

[5] 沈能.能源投入、污染排放與我國(guó)能源經(jīng)濟(jì)效率的區(qū)域空間分布研究[J].財(cái)貿(mào)經(jīng)濟(jì)，2010,(1).

[6] 徐國(guó)泉，劉則淵.1998～2005年中國(guó)八大經(jīng)濟(jì)區(qū)域全要素能源效率[J].中國(guó)科技論壇，2007,(7).

[7] 張軍，吳桂榮，張吉鵬.中國(guó)省際物質(zhì)資本存量估算：1952～2000[J].經(jīng)濟(jì)研究，2004,(10).

[8] Chambers R.G.,Chung Y.,Fare R.Benefit and Distance Functions[J].Journal of Economic Theory,1996,70(2).

[9] Chung Y.H.,F?re R.,Grosskopf S.Productivity and Undesirable Out?puts:A Directional Distance Function Approach[J].J Environ Manage,1997,51(3).

[10] Hailu A.,Veeman T.S.Non-parametric Productivity Analysis with Undesirable Outputs:An Application to the Canadian Pulp and Paper Industry[J].AmericanJournalofAgriculturalEconomics,2001,83(3).

[11] Hu J.,Wang S.C.Total-factor Energy Efficiency of Regions in China[J].Energy Policy,2006,(17).