基于DEA模型的中國(guó)省際節(jié)油潛力實(shí)證分析

陳芳

（中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，湖北 武漢 430073）

1 引言

當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，各項(xiàng)建設(shè)取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環(huán)境代價(jià)，具體表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，群眾對(duì)環(huán)境污染問題反應(yīng)強(qiáng)烈。堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，十八大報(bào)告進(jìn)一步指出要全面促進(jìn)資源節(jié)約，加強(qiáng)生態(tài)文明制度建設(shè)，要集約利用資源，控制能源消費(fèi)總量，加強(qiáng)節(jié)能降耗。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以從兩個(gè)方面考慮：一是提高能源的利用效率，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，主要是通過節(jié)能的方式；二是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，積極發(fā)展清潔能源。在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，石油在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中的地位是無法被取代的，因此要實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)又好又快的發(fā)展，最有效的方式就是分析工業(yè)部門的節(jié)油潛力，進(jìn)而提高石油利用效率。這有助于“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)的建設(shè)，加快生態(tài)文明社會(huì)建設(shè)的步伐。

2 基于DEA模型的工業(yè)部門節(jié)油潛力

著名運(yùn)籌學(xué)家Charnes A（1978）提出來的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法，簡(jiǎn)稱 DEA（Date Envelopment Analysis）方法，基于相對(duì)效率評(píng)價(jià)的多投入、多產(chǎn)出分析方法，用來評(píng)價(jià)具有多個(gè)輸入與輸出決策單元（DMU）的相對(duì)有效性，規(guī)模報(bào)酬不變和規(guī)模報(bào)酬可變是DEA分析法兩種假設(shè)形式。兩種假設(shè)形式下的DEA模型又分為投入導(dǎo)向的DEA模型和產(chǎn)出導(dǎo)向的DEA模型。如果考察的是產(chǎn)出擴(kuò)張的能力，則選擇產(chǎn)出導(dǎo)向的DEA模型；如果考察的是投入要素的節(jié)約能力，選擇投入導(dǎo)向的DEA模型更為合適。同時(shí)，許多學(xué)者研究中國(guó)工業(yè)的實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)，規(guī)模保持不變假設(shè)基本符合中國(guó)工業(yè)的實(shí)際情況。本文主要分析的是節(jié)油潛力所以選擇規(guī)模保持不變假設(shè)下基于投入角度的DEA模型。

假設(shè)有n個(gè)獨(dú)立的評(píng)價(jià)單元，每個(gè)評(píng)價(jià)單元使用m種投入Xi得到S種產(chǎn)出Yi。M×N為投入矩陣X，S×N為產(chǎn)出矩陣Y，用它們來表示N個(gè)決策單元的所有數(shù)據(jù)，則第i個(gè)決策單元的效率可以轉(zhuǎn)化為求解以下線性規(guī)劃問題：

式（1）中，θ為標(biāo)量；λ為N×1的常向量，解出來的θ值即為第i個(gè)決策單元的效率值。

在規(guī)模報(bào)酬不變的前提下，基于投入的DEA模型如圖1。

圖1 基于投入導(dǎo)向的規(guī)模報(bào)酬不變效率模型

折線SS＇稱之為等產(chǎn)量線，是指在規(guī)模報(bào)酬不變下產(chǎn)出一定的最優(yōu)效率曲線，C、D在等產(chǎn)量曲線上表明該點(diǎn)是有效率的投入與產(chǎn)出，其他4點(diǎn)（A、B、A′、B′）分別代表4個(gè)不同條件地區(qū)的投入與產(chǎn)出。A′、B′在等產(chǎn)量線的外面，說明達(dá)到相同的產(chǎn)量需要增加更多的投入，也就是要消耗更多的資源。A′在等產(chǎn)量線上的投影是A，而A也不是最佳有效率點(diǎn)，可以通過減少資源消耗或者投入AC達(dá)到最優(yōu)效率的投入與產(chǎn)出點(diǎn)C，整個(gè)過程產(chǎn)出不變，同理可以分析B′在等產(chǎn)量線上的投影B點(diǎn)。AC與BD都稱之為無效率投入與產(chǎn)出，會(huì)導(dǎo)致這些無效的要素投入量主要是由于資源配置和技術(shù)投入的不合理導(dǎo)致的。而在規(guī)模報(bào)酬不變的前提下，資源要素投入的節(jié)能潛力就在于AC、BD。

根據(jù)上面的分析，就可以定義在全要素能源使用效率，其公式可以表述為：全要素能源使用效率＝（實(shí)際能源投入量－損失投入量）／實(shí)際能源投入量，數(shù)學(xué)公式為：

其中i為第i個(gè)省區(qū)，t為時(shí)間，EE（Energy）為能源效率，AEI為實(shí)際的能源投入量，LEI為損失的能源投入量，TEI為目標(biāo)能源投入量。由此可以算出工業(yè)節(jié)能潛力為損失能源投入量（也可以看做是可節(jié)約能源量）比上實(shí)際能源投入量，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

上式的比值越大，就說明能源投入損失的越多，也就是說可以節(jié)約的能源就越大，節(jié)能潛力就越大。

3 省際工業(yè)部門節(jié)油潛力實(shí)證分析與測(cè)算

3.1 指標(biāo)數(shù)據(jù)的選取與說明

本文主要考察我國(guó)各個(gè)省區(qū)工業(yè)部門的全要素能源效率（西藏?cái)?shù)據(jù)不全，故未包括在內(nèi)），以各省區(qū)的工業(yè)GDP為產(chǎn)出，勞動(dòng)力投入、石油消費(fèi)量、資本存量為投入，基于DEA模型分析節(jié)油潛力。

工業(yè)GDP：選取各省區(qū)工業(yè)部門GDP，用各省區(qū)工業(yè)品出廠價(jià)格指數(shù)（2003年＝100）平減得到相應(yīng)年份各省區(qū)工業(yè)實(shí)際GDP數(shù)，單位為億元。

勞動(dòng)力投入：選取各省市歷年就業(yè)人數(shù)作為勞動(dòng)力投入指標(biāo)，單位為萬人。

石油消費(fèi)量：以各省區(qū)工業(yè)部門的終端油品消費(fèi)量為指標(biāo)，單位為萬t。西藏由于缺少能源數(shù)據(jù)，故沒有包括在樣本內(nèi)。

資本存量：選取各省區(qū)全社會(huì)固定資產(chǎn)投資總額，以固定資產(chǎn)投資價(jià)格指數(shù)將其調(diào)整為2003年不變價(jià)格的固定資產(chǎn)投資。再采用“永續(xù)盤存法”的公式計(jì)算得出以2003年為基期的各省市的資本存量。

各省市每年的資本存量的計(jì)算公式如下：

其中Ki，t為第i省區(qū)第t年的工業(yè)部門的資本存量，Ii，t為第 省區(qū)第t年平減后的固定資產(chǎn)投資總額，δ為固定資產(chǎn)折舊率，本文取值5%。參考邵軍等（2010）估計(jì)方法，假設(shè)基期的工業(yè)部門的資本存量為以前所有期的總和，且Ii，t＝Ii，0eλiΔt。

基期2003年工業(yè)部門的資本存量可由以下公式計(jì)算得出：

以上指標(biāo)數(shù)據(jù)均來自于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，分析的時(shí)間區(qū)間為2004～2012年。上述產(chǎn)出與投入均值統(tǒng)計(jì)如表1所示。

3.2 省際工業(yè)全要素石油利用效率以及節(jié)油潛力分析

根據(jù)模型，以各省區(qū)工業(yè)GDP為產(chǎn)出，以勞動(dòng)力、石油消費(fèi)量和資本為投入，運(yùn)用DEAP2.1軟件，可以計(jì)算出全國(guó)各省區(qū)工業(yè)全要素石油利用效率，具體結(jié)果如表2所示。

表1 2004～2012年我國(guó)各省區(qū)工業(yè)部門GDP及各投入要素的均值

從表2的石油相對(duì)利用效率總體來看，工業(yè)部門的石油利用率并不理想，各省區(qū)歷年石油利用率上升趨勢(shì)不明顯，部分省區(qū)甚至有下降趨勢(shì)。從各省區(qū)來看，江蘇省工業(yè)全要素能源效率一直為100%，廣東?。?9.5%）和天津市（99.6%）隨后也基本上達(dá)到了100%，處于效率前沿面上，但這并不意味著這些省區(qū)的節(jié)油潛力為零，而是在目前的技術(shù)水平和生產(chǎn)投入水平下，與其他省區(qū)相比較而言這些省區(qū)具有更高的能源利用效率。福建（90.8%）、浙江（90.1%）、上海（83.9%）、山東（81.4%）、河北（77.9%）、河南（71.0%）這6個(gè)省市的石油利用效率均高于70%。工業(yè)部門石油利用效率最低的省區(qū)主要是海南（36.9%）、新疆（37.1%）、寧夏（40.4%）、貴州（43.0%）等省區(qū)。這些省區(qū)均位于我國(guó)經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的西北地區(qū)，全要素石油利用效率總體水平較低。這說明這些省區(qū)的石油效率損失較為嚴(yán)重，亟需提升工業(yè)石油利用效率。

根據(jù)式（3），可以計(jì)算得到各省區(qū)的節(jié)油潛力，將部門的目標(biāo)石油投入量減去實(shí)際石油投入量所得到的差額相對(duì)比就可以得到各省區(qū)的節(jié)油量，進(jìn)而得到該地區(qū)節(jié)油量占全國(guó)的比重，具體結(jié)果如表3所示。

表2 我國(guó)各省區(qū)工業(yè)部門全要素石油利用效率 %

表3 各省區(qū)工業(yè)節(jié)油量與節(jié)油潛力測(cè)算

從表3可以看出，2010～2012年我國(guó)總體節(jié)油潛力不高，均值在30%左右。處在最有前沿面上的幾個(gè)省區(qū)，如江蘇、廣東、天津節(jié)油潛力最低，接近于零，表明在當(dāng)前技術(shù)條件和產(chǎn)出水平下，相對(duì)于其他省區(qū)，無法實(shí)現(xiàn)石油投入的進(jìn)一步節(jié)約，在產(chǎn)出不變的情況下無法進(jìn)一步減少石油投入量。而甘肅、海南、新疆等省區(qū)節(jié)油潛力較大，均高于60%，因此在目前技術(shù)條件和產(chǎn)出水平下可以實(shí)現(xiàn)能源投入的進(jìn)一步減少，以提高工業(yè)石油利用效率。

4 結(jié)語

本文以DEA模型為基礎(chǔ)，測(cè)算了各省區(qū)工業(yè)全要素石油利用效率、可節(jié)油量以及節(jié)油潛力。各省區(qū)全要素石油利用效率的測(cè)算結(jié)果表明，沿海地區(qū)全要素石油利用效率要高于全國(guó)水平，中西部地區(qū)則明顯低于全國(guó)水平。工業(yè)部門的石油利用率并不理想，各省區(qū)歷年石油利用率上升趨勢(shì)不明顯，部分省區(qū)甚至有下降趨勢(shì)。大部分省區(qū)石油利用效率距離最有前沿面仍然有一定的距離，提高工業(yè)石油利用效率將積極改善各省區(qū)能源效率。各省區(qū)節(jié)油潛力測(cè)算結(jié)果表明，全要素石油利用效率越低的地區(qū)，節(jié)油潛力越大。石油利用效率提高對(duì)全國(guó)節(jié)油量和節(jié)油規(guī)模由較強(qiáng)的拉動(dòng)作用。從研究結(jié)果中可見，湖北省工業(yè)部門2004～2012年全要素石油利用率均值為66.3%，處于各省區(qū)第11位，節(jié)油潛力在33%左右。位于中部地區(qū)的湖北省近幾年來發(fā)展迅速，工業(yè)部門對(duì)于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)起著重要推動(dòng)作用，相應(yīng)地對(duì)于能源需求也比較大。伴隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和技術(shù)的進(jìn)步，能源的利用效率也在不斷的提高，但是還是具有很大的節(jié)油潛力的。

為加快建設(shè)生態(tài)文明社會(huì)，建立生態(tài)文明制度，中國(guó)政府積極推行節(jié)能減排。短期內(nèi)，石油仍然是我國(guó)第二大能源供給，工業(yè)行業(yè)是重點(diǎn)，因此提高工業(yè)部門的石油利用效率顯得尤為重要。工業(yè)石油利用效率的提高受多方面因素影響：石油市場(chǎng)完善程度；節(jié)油技術(shù)的進(jìn)步；政策規(guī)章制定等。建立完善的、長(zhǎng)效的節(jié)油市場(chǎng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)“政府推動(dòng)、企業(yè)主導(dǎo)、消費(fèi)者參與”的節(jié)油優(yōu)先戰(zhàn)略。增加對(duì)節(jié)油技術(shù)的投資，加大替代能源的研發(fā)力度，在促進(jìn)石油利用效率的同時(shí)，降低對(duì)于石油的依賴程度。同時(shí)也應(yīng)該看到各省區(qū)之間石油利用效率、節(jié)能潛力有較大的差異，政府應(yīng)針對(duì)各省區(qū)的石油利用情況和節(jié)油潛力，在制定相應(yīng)政策時(shí)反映出不同的側(cè)重點(diǎn)。對(duì)于節(jié)油潛力較小同時(shí)石油利用率較高的地區(qū)，更加側(cè)重于尋求新的替代能源；反之，應(yīng)該側(cè)重節(jié)油技術(shù)的開發(fā)，完善石油市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制，積極引導(dǎo)企業(yè)提高石油利用率。

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