空間溢出、門檻特征與能源效率的經(jīng)濟(jì)增長效應(yīng)

沈 能 劉鳳朝

(1.蘇州大學(xué)商學(xué)院，江蘇 蘇州215021;2.蘇州大學(xué)企業(yè)創(chuàng)新與發(fā)展研究中心，江蘇蘇州215021;3.大連理工大學(xué)管理學(xué)院，遼寧 大連116023)

空間溢出、門檻特征與能源效率的經(jīng)濟(jì)增長效應(yīng)

沈 能1，2劉鳳朝3

(1.蘇州大學(xué)商學(xué)院，江蘇 蘇州215021;2.蘇州大學(xué)企業(yè)創(chuàng)新與發(fā)展研究中心，江蘇蘇州215021;3.大連理工大學(xué)管理學(xué)院，遼寧 大連116023)

能源效率的改進(jìn)能緩解經(jīng)濟(jì)增長過程中日益緊張的能源供需矛盾，然而空間異質(zhì)性使得傳統(tǒng)整體分析難以解釋能源效率與經(jīng)濟(jì)增長之間的復(fù)雜關(guān)系。為了考察我國能源效率與經(jīng)濟(jì)增長的非線性空間聯(lián)系，本文以我國1995－2009年省份面板數(shù)據(jù)，首先通過隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)模型測算我國各地區(qū)的能源效率及時空特征。接著，綜合采用空間面板回歸和門檻面板回歸模型對能源效率與經(jīng)濟(jì)增長進(jìn)行空間異質(zhì)性檢驗(yàn)，研究表明:能源效率對經(jīng)濟(jì)增長存在明顯的空間外溢效應(yīng)，空間溢出效應(yīng)合理解釋了能源效率與經(jīng)濟(jì)增長的空間非均衡分布。同時能源效率對經(jīng)濟(jì)增長存在門檻效應(yīng)，能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的彈性隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高而提高，但隨著能源效率的提高而降低。本文政策含義明顯:在制定能源的空間布局政策時應(yīng)當(dāng)加大對鄰省較多、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高且能源效率較低省份的能源支出并努力提升這些省份的能源效率;而對經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低且能源效率較高的省份，不宜從改進(jìn)能源效率的思路來追求過快的經(jīng)濟(jì)增長。

能源效率;經(jīng)濟(jì)增長;空間溢出;門檻效應(yīng)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長的能源需求與之匹配的能源持續(xù)供給的矛盾日益突出，能源對經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的強(qiáng)約束下，除了開發(fā)替代能源以及開辟能源供應(yīng)多元化外，能源效率的改進(jìn)能緩解經(jīng)濟(jì)增長過程中日益緊張的能源供需矛盾，是解決能源緊張引發(fā)各種經(jīng)濟(jì)社會問題的必由之路。作為一個關(guān)鍵的經(jīng)濟(jì)變量，能源效率的空間非均衡分布與經(jīng)濟(jì)增長的區(qū)域差異存在怎樣的聯(lián)系?是否存在空間依存性和非線性特征，如果存在，那么能源效率的非線性作用機(jī)制又是如何?這些問題的解決將為我國制定“十二五”期間節(jié)能減排的區(qū)域政策，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、能源的協(xié)調(diào)發(fā)展提供微觀基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

關(guān)于能源效率的研究，國內(nèi)外學(xué)者主要是從能源效率的測度與影響因素等方面展開研究［1－6］，但大都從全國整體的層面考察能源效率和經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系，即使將我國劃分為東、中西部地區(qū)分開研究，也忽視了能源效率在地理空間上的依賴性與溢出效應(yīng)，簡單的相關(guān)分析或協(xié)整分析僅僅揭示能源效率與經(jīng)濟(jì)增長的時間相關(guān)性，無法洞察兩者在地理空間上的關(guān)聯(lián)機(jī)制。Anselin認(rèn)為［7］，某地區(qū)的經(jīng)濟(jì)單元并非孤立存在的，必然與鄰近地區(qū)類似經(jīng)濟(jì)單元發(fā)生一定的聯(lián)系，表現(xiàn)出地理上的空間依賴和溢出特征，這也意味著，相鄰地區(qū)的能源活動可能相互影響，因此，有必要將地理空間效應(yīng)引入傳統(tǒng)的計量回歸模型中。另外，能源效率的經(jīng)濟(jì)增長效應(yīng)似乎并不是一個“放之四海而皆準(zhǔn)”的定律，能源效率的經(jīng)濟(jì)增長效應(yīng)多發(fā)生在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高發(fā)達(dá)國家或地區(qū)。之所以會產(chǎn)生這一現(xiàn)象，就在于能源效率與經(jīng)濟(jì)增長的過程是一個復(fù)雜系統(tǒng)，存在“門檻效應(yīng)”，即指能源效率的經(jīng)濟(jì)增長效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)會中存在一個或幾個關(guān)鍵點(diǎn)，若該國(地區(qū))相關(guān)的經(jīng)濟(jì)初始條件位居這些關(guān)鍵點(diǎn)之下，那么這種效應(yīng)就難以實(shí)現(xiàn)?；谝陨峡紤]，本文試圖綜合利用空間面板回歸和門檻面板回歸模型檢驗(yàn)我國能源效率與經(jīng)濟(jì)增長之間是否存在空間溢出和門檻效應(yīng)。

1 能源效率的測度及時空特征

1.1 隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)模型設(shè)計

筆者擬采用Battese和Coelli方法［8］，運(yùn)用超越對數(shù)形式構(gòu)建我國能源效率的隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)模型，用于測算我國各地區(qū)能源效率及反映時空特征。與數(shù)據(jù)包絡(luò)分析相比，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠提供明確的生產(chǎn)函數(shù)并考慮

其中，Yit表示產(chǎn)出，A'it表示非能源要素生產(chǎn)率，EPit表示能源價格，Kit表示資本投入，Lit表示勞動投入，Eit表示能源要素投入，t為時間趨勢。α，β，γ和λ分別為資本、勞動、能源要素和能源價格的產(chǎn)出彈性。假設(shè)我國東、中、西部地區(qū)擁有不同的前沿技術(shù)水平，技術(shù)效率即為實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)與前沿技術(shù)的差距，所以非能源要素生產(chǎn)率(A'it)的函數(shù)形式如下:

其中，A0代表初始技術(shù)水平，φj代表某經(jīng)濟(jì)單元前沿技術(shù)進(jìn)步的速度，t代表時間趨勢，dj表示地區(qū)虛擬變量。uit代表技術(shù)效率，exp(－uit)代表各省區(qū)與前沿技術(shù)水平的差距。將公式(2)代入(1)，同時取對數(shù)，得到如下方程式(3):

1.2 指標(biāo)數(shù)據(jù)選取和處理

指標(biāo)選擇和數(shù)據(jù)來源及處理如下:產(chǎn)出(Yit):選取中國各省份GDP作為產(chǎn)出指標(biāo)，并以2000年不變價格利用GDP平減指數(shù)進(jìn)行縮減;資本投入(Kit):筆者以資本存量作為資本投入的代理指標(biāo)?？紤]到資本存量數(shù)據(jù)無法直接從統(tǒng)計年鑒中獲取，所以筆者利用Glodsmith提出的永續(xù)盤存法來估算各省份的資本存量。相關(guān)資本存量數(shù)據(jù)直接取自于張軍等學(xué)者的測算結(jié)果，并利用其方法更新至2009年;勞動力投入(Lit);采用各地區(qū)全社會年末從業(yè)人員作為勞動力的代理指標(biāo);能源價格(EPit):采用各地區(qū)原材料、燃料和動力類購進(jìn)價格指數(shù)作為能源價格的代理指標(biāo);能源投入(Eit):考慮到每個省份能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)存在差異，無法直接比較，所以筆者先將石油、煤炭、天然氣和水電等四種一次性能源消費(fèi)量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一單位，以“噸標(biāo)準(zhǔn)煤”為計量單位;由于數(shù)據(jù)原因未包括西藏，重慶并入四川。樣本為1995－2009年29個省級數(shù)據(jù)。以上數(shù)據(jù)來自于歷年的《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國環(huán)境年鑒》、《中國能源統(tǒng)計年鑒》及各省市統(tǒng)計年鑒。對于部分省份個別年份缺省數(shù)據(jù)，筆者采用了取前后兩年的平均數(shù)加以處理。

1.3 模型估計與分析

筆者采用Frontier 4.1軟件，利用1995－2009年29個省區(qū)的面板數(shù)據(jù)對(3)式進(jìn)行估計，方法為三階段最大似然估計法。圖1繪制了我國三大地區(qū)及全國的能源效率走勢。從地區(qū)來看，地區(qū)之間的能源效率差異很大，經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的東部能源效率最高，中西部地區(qū)與東部地區(qū)的技術(shù)效率的影響變量。大多數(shù)文獻(xiàn)表明，柯布一道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)真實(shí)地反映了我國經(jīng)濟(jì)增長現(xiàn)狀，為此，筆者建立內(nèi)涵能源因素的柯布一道格拉斯生產(chǎn)函數(shù):差距逐步拉大。而且能源效率與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平在空間分布上并非一致，除北京、天津、上海、廣東、浙江、江蘇、福建和廣東的能源效率值較高外，安徽、云南、海南等省的數(shù)值也較高。這些經(jīng)濟(jì)相對落后的省份之所以擁有較高的能源效率，其原因一方面可能是因?yàn)檫@些省份的人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模相對較小，相應(yīng)的能源投入容易取得成效。另一方面，從地理位置上看，安徽具有眾多的鄰省，而海南與實(shí)力強(qiáng)省——廣東相鄰，所以這些省份可以從鄰省溢出中獲取正的外部性。從能源效率數(shù)值較低的省份看，除了青海、甘肅、山西等中西部落后省份外，遼寧、山東的能源效率數(shù)值也不高。之所以這些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份能源效率數(shù)值較低的原因，一是其人口密度和經(jīng)濟(jì)規(guī)模較大，相應(yīng)的能源投入難以獲取成效。二是這些省份的能源投入能產(chǎn)生很強(qiáng)的空間外溢性，其能源產(chǎn)出中有部分被相鄰省份所吸收，導(dǎo)致其產(chǎn)出效率不高。總結(jié)而言，能源效率和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的空間不協(xié)調(diào)，很可能是存在空間相關(guān)性，這也就意味著，在考察能源效率和經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系時應(yīng)考慮可能存在的空間相關(guān)性。

圖1 全國及三大地區(qū)能源效率測度Fig.1 The energy efficiency evaluation of China and its three regions

2 能源效率與經(jīng)濟(jì)增長的空間溢出效應(yīng)分析

2.1 空間面板模型

是否需要在經(jīng)濟(jì)增長模型中引入空間效應(yīng)，取決于我國能源效率與經(jīng)濟(jì)增長在地理空間上的相關(guān)性和依賴性。筆者采用全局Moran’s I指數(shù)來檢驗(yàn)兩者的空間分布是否存在相關(guān)特征。檢驗(yàn)結(jié)果表明，Moran I的正態(tài)統(tǒng)計量Z值大多數(shù)年份通過了在0.01水平下的臨界值(1.96)，表明我國能源效率與經(jīng)濟(jì)增長并非完全隨機(jī)分布，具有明顯的空間依賴性。因此，有必要從空間維度對能源效率和經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系進(jìn)行空間計量分析。

由于傳統(tǒng)的線性回歸模型忽視了地理空間維度，如果經(jīng)濟(jì)變量存在空間依賴性，就會存在檢驗(yàn)偏差。Anselin提出了兩種空間自相關(guān)模型:一是在原模型中引入加權(quán)內(nèi)生變量。即空間滯后模型(SLM);二是空間誤差模型(SEM)。在柯布一道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)的基礎(chǔ)上，筆者同時引入能源要素(能源投入與能源效率)，建立我國經(jīng)濟(jì)增長的空間計量模型，即:

其中Yit代表i地區(qū)t時期的產(chǎn)出，Kit代表資本投入，Lit代表勞動投入，Eit代表能源要素投入，Bit代表能源效率。α，β和γ分別為資本、勞動、能源要素的產(chǎn)出彈性。產(chǎn)出、資本投入、勞動力投入和能源投入指標(biāo)和數(shù)據(jù)與上節(jié)一樣，能源效率取各地區(qū)能源效率值。樣本為1995－2009年29個省級數(shù)據(jù)。

2.2 檢驗(yàn)結(jié)果

為了比較，本文同時給出了 OLS估計結(jié)果。表1結(jié)果顯示，OLS模型的回歸擬合效果顯著。在各變量的系數(shù)均通過了變量為5%水平下的顯著性檢驗(yàn)，表明能源效率的提升在一定程度上促進(jìn)各地的經(jīng)濟(jì)增長。但OLS線性回歸模型的估計可能存在模型設(shè)定不恰當(dāng)?shù)膯栴}，比如沒有考慮到省際(截面單元)的空間自相關(guān)性。進(jìn)一步利用空間滯后模型(SLM)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果，所有變量均對經(jīng)濟(jì)增長有顯著的促進(jìn)作用。同時，空間溢出效應(yīng)顯著，表明本省的能源效率對相鄰省份也有一定的促進(jìn)作用，擁有鄰省越多的省份從本省和相鄰省份能源投資中獲得的正外部性越強(qiáng)。這也意味著，能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的作用具有空間溢出效應(yīng)。

表1 模型估計結(jié)果Tab.1 The result of model estimation

3 能源效率與經(jīng)濟(jì)增長的門檻特征分析

3.1 門檻面板模型

本文采用Hansen［9］提出的門檻面板回歸模型。它的優(yōu)點(diǎn)在于一方面能估計出門檻值，同時也能對內(nèi)生的“門檻效應(yīng)”進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。其思想是將某門檻值作為一個未知變量納入回歸模型中，構(gòu)建分段函數(shù)，并對該“門檻效應(yīng)”及相應(yīng)門檻值進(jìn)行實(shí)證估計和檢驗(yàn)。本文選取人均國內(nèi)生產(chǎn)總值(y)和能源效率(B)作為門檻測定對象?？紤]到門檻變量可能會存在多個門檻值，分別建立如下以y和B作為門檻變量的門檻面板數(shù)據(jù)模型:

其中，λ1，λ2Lλn為待估算的門檻值，I(g)為指標(biāo)函數(shù)。

進(jìn)行門檻效應(yīng)檢驗(yàn)需要解決兩方面的問題:一是估計門檻值及其系數(shù);二是對門檻效應(yīng)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。具體檢驗(yàn)方法參見Bai和Hansen提出的方法。

3.2 檢驗(yàn)結(jié)果

本文利用Stata10.0統(tǒng)計軟件穩(wěn)健的估計方法進(jìn)行實(shí)證分析。對于門檻模型，首先應(yīng)先確定門檻的個數(shù)。采用bootstrap方法估計出p值，檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。門檻變量y存在單一門檻值，B則存在2個門檻值。

表2 門檻效應(yīng)估計與檢驗(yàn)結(jié)果Tab.2 The estimation of threshold effect and test result

門檻效應(yīng)檢驗(yàn)過后，接下來利用Hansen的三步法確定各自變量的門檻值同時確定各門檻的估計值。結(jié)果見表3所示。

表3 門檻值及參數(shù)估計Tab.3 The threshold data and parameter estimation

對經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平門檻而言，能源效率與經(jīng)濟(jì)增長是線性關(guān)系嗎?目前多數(shù)文獻(xiàn)認(rèn)為兩者是線性的。從表3結(jié)果不難看出，當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平(y)低于門檻33 810元時，系數(shù)估計值為(0.102);當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平(y)跨越門檻值時，系數(shù)估計值提高(0.135)。也就意味著，能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的影響并非單調(diào)遞增的，而是存在一個“拐點(diǎn)”或“門檻”。根據(jù)各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與門檻值大小關(guān)系，本文將各省區(qū)劃分為低區(qū)制(即y低于門檻值)和高區(qū)制(即y高于門檻值)兩組。從表4可以發(fā)現(xiàn)，我國大部分省份都處于低區(qū)制，這些省份的能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的彈性相對較低。在2009年，全國僅有9個省份位于高區(qū)制，這些省份中的能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的彈性相對較高。究其原因在于，相對于中西部地區(qū)，東部沿海地區(qū)能源效率、能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長相對處于協(xié)調(diào)發(fā)展之中，導(dǎo)致能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的促進(jìn)效應(yīng)處于遞增階段。

表4 門檻值及省份分布Tab.4 The threshold data and province distribution

另外，能源效率的經(jīng)濟(jì)增長效應(yīng)還受到諸多因素的影響，面臨其它方面的“門檻”。一個重要的“門檻”是本地自身的能源效率。接下來，我們關(guān)注的是在不同能源效率區(qū)間下，能源效率對經(jīng)濟(jì)增長影響的差異性。與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平門檻有所不同的是，能源效率的影響不僅僅表現(xiàn)出單一門檻特征，而是呈現(xiàn)出相對復(fù)雜的雙重門檻特征(見表3)。具體而言，當(dāng)一個地區(qū)的能源效率低于第一門檻值(0.517 4)時，能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的邊際影響系數(shù)為0.134;當(dāng)一個地區(qū)的能源效率介于0.517 4－0.812 5之間，能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的邊際影響系數(shù)開始下降，為0.118;而當(dāng)一個地區(qū)的能源效率跨越0.812 5這一門檻時，能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的邊際影響系數(shù)最小，為0.097。同樣按照能源效率與其門檻值的大小關(guān)系，將為國各省份劃分三組。從表4可以看出，有13個省份能源效率介于第一個門檻和第二門檻之間，共有8個省份能源效率低于第一個門檻值，共有8個省份能源效率跨越第二個門檻值。與直觀判斷一致，跨越第二個門檻的省份均位于東部沿海地區(qū)。顯然，東部發(fā)達(dá)地區(qū)較高的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平為能源效率的經(jīng)濟(jì)增長效應(yīng)的發(fā)揮創(chuàng)造了良好的外部條件。該結(jié)論表明，能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的彈性隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高而提高，但卻隨著能源效率的提高而降低。

4 結(jié)論

本文借助中國大陸29個省份1995－2009年的面板數(shù)據(jù)，通過隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)模型測算了我國各地區(qū)的能源效率及時空特征，分析了能源效率對各地經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)度。研究發(fā)現(xiàn)，地區(qū)之間的能源效率差異很大，經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的東部能源效率最高，中西部地區(qū)與東部地區(qū)的差距逐步拉大。同時，能源效率與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平在空間分布上并非一致，而這種不一致很可能是因?yàn)榭臻g相關(guān)性的存在，因此，在考察能源效率和經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系時應(yīng)考慮可能存在的空間相關(guān)性。結(jié)合能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的作用可能存在門檻效應(yīng)，本文綜合采用空間面板回歸、門檻面板回歸模型進(jìn)行異質(zhì)性檢驗(yàn)。

空間面板回歸的結(jié)果表明，能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的作用具有空間外溢性。這解釋了個別經(jīng)濟(jì)弱省(如安徽、海南以及云南等省份)具有較高能源效率，而個別經(jīng)濟(jì)強(qiáng)省(山東、遼寧等省份)卻僅有較低能源效率的原因所在。這一結(jié)論的啟示是，由于空間外部性的存在，中央政府有必要對能源投入輻射力強(qiáng)、能源效率較低的省份進(jìn)行更多的投入，以中和這些省份由于“外溢”而造成的損失，并保證其正外部性的效果得以進(jìn)一步發(fā)揮。門檻面板回歸的結(jié)果表明各地區(qū)能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的作用并不相同，存在“門檻”效應(yīng)。能源效率對經(jīng)濟(jì)增長的彈性隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高而提高，但隨著能源效率的提高而降低。這說明，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高但能源效率較低的山東、遼寧等省，進(jìn)一步提高能源效率將能帶來該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速增長。而對于那些經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低、能源效率卻較高的云南、海南、安徽等地區(qū)，如果以繼續(xù)提高能源效率來爭取更快的經(jīng)濟(jì)增長速度，會因?yàn)槠錆摿Σ蛔愣y以取得滿意的效果。

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Spatial Spillover，Threshold Effect and the Effects of Energy Efficiency on Economic Growth

SHEN Neng1，2LIU Feng-chao3
(1.School of Business，Soochow University，Suzhou Jiangsu 215021，China;2.Center for Enterprise Innovation and Development，Soochow University，Suzhou Jiangsu 215021，China;3.School of Management，Dalian University of Technology，Dalian Liaoning 116023，China)

Improvements of energy efficiency can alleviate supply and demand of energy during economic growth，but spatial heterogeneity makes traditional overall analysis difficult to explain the relationship between energy efficiency and economic growth.The paper makes use of panel data during 1995－2009 to study the nonlinear spatial links between energy efficiency and economic growth.Firstly，the paper estimates regional energy efficiency and temporal and spatial characteristics，then uses the spatial and threshold panel regression model to test heterogeneity.The results show that there exists a clear spatial spillover effects on economic growth from energy efficiency，and spatial spillover effects make a reasonable interpretation of non-equilibrium distribution between energy efficiency and economic growth.At the same time，there exists a threshold effect on economic growth from energy efficiency.The flexibility of energy efficiency on economic growth rises with the improvement of economic growth and decreases with the improvement of energy efficiency.Policy implication is significant so that the government should invest more in energy in provinces with more adjacent provinces，higher economic growth level and lower energy efficiency.However，for those provinces with higher energy efficiency and lower economic growth level，it is of little use to develop energy efficiency to pursue economic growth.

energy efficiency;economic growth;spatial spillovers;threshold effect

F062.2

A

1002－2104(2012)05－0153－05

10.3969/j.issn.1002－2104.2012.05.025

2011－11－18

沈能，博士，副教授，主要研究方向?yàn)槟茉唇?jīng)濟(jì)。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號:7100323);蘇州大學(xué)“211”工程資助項(xiàng)目。

(編輯:劉呈慶)