電力工業(yè)與火電行業(yè)生態(tài)效率實(shí)證分析

（四川理工學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，四川自貢643000）

電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力基礎(chǔ)，也是密切關(guān)系人民生活的公共事業(yè)。截至2012年底，我國發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繛?1.45 億千瓦，其中火電為8.20 億千瓦，占71.5%；總發(fā)電量4.98 萬億千瓦時(shí)，其中火電為3.91 萬億千瓦時(shí)，占78.6%。我國長期以煤電為主的格局在短期內(nèi)難以改變。根據(jù)2012年環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)，全國SO2排放總量為2117.6 萬噸，其中火電排放797.0 萬噸，占37.64%；NOx排放總量2337.8 萬噸，其中火電排放1018.7 萬噸，占43.58%；煙（粉）塵排放量1234.3 萬噸，其中火電排放222.8 萬噸，占18.05%[1]。以燃煤為主的火電工業(yè)污染物排放是造成大氣污染的主要因素之一。另一方面，根據(jù)國際能源署報(bào)告，2012年全球CO2排放量達(dá)316億噸，中國排放量占全球總排放量的四分之一，是CO2排放最大國[2]；當(dāng)年中國電力工業(yè)的CO2排放量為38 億噸（約占全國50%），以燃煤為主的電力工業(yè)作為主要的溫室氣體排放源之一，肩負(fù)著節(jié)能減排的義務(wù)和社會(huì)責(zé)任，是中國發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)應(yīng)對(duì)氣候變化的主要領(lǐng)域之一[3-4]。

Stefan Schaltegger 和Andreas Sturm[5]于1990年提出生態(tài)效率（Eco-efficiency，EE）的概念，即增加的價(jià)值與增加的環(huán)境影響的比值。之后，世界可持續(xù)發(fā)展工商業(yè)委員會(huì)（WBCSD，1992）、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD，1998）等均從不同角度提出了生態(tài)效率的解釋[6-7]，而以澳大利亞環(huán)境部提出的“用更少的能源和自然資源提供更多的產(chǎn)品和服務(wù)”得到更多的認(rèn)同[8]。眾多的文獻(xiàn)已將生態(tài)效率應(yīng)用于區(qū)域、工業(yè)、園區(qū)等領(lǐng)域[9-14]。針對(duì)高消耗、高污染、高排放的電力工業(yè)，采用生態(tài)效率的理念進(jìn)行資源環(huán)境管理，應(yīng)用生態(tài)效率指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，提出電力工業(yè)提高生態(tài)效率進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約、減少污染排放、控制溫室氣體排放，應(yīng)對(duì)氣候變化的對(duì)策，在理論上和實(shí)踐中都具有重要的價(jià)值。

一、文獻(xiàn)綜述

國外學(xué)者早期對(duì)于電力工業(yè)特別是火電工業(yè)績(jī)效的研究通常是不考慮環(huán)境因素的，例如Fa¨re 等利用DEA 方法，對(duì)電廠績(jī)效進(jìn)行了比較和分析[15-16]。隨后國外學(xué)者逐漸將環(huán)境因素引入火電行業(yè)效率分析。Yaisawang 等評(píng)價(jià)了美國1985-1989年61 個(gè)燃煤發(fā)電廠的生產(chǎn)率變化，1985-1989年期間，在考慮SO2排放計(jì)算得到的生產(chǎn)率增長比不考慮SO2排放下的提高了1%[17-18]。Vaninsky 把化石能源利用作為輸出，CO2排放率和能源損失作為投入，利用DEA 方法分析了美國1990-2006年電力工業(yè)環(huán)境效率，結(jié)果表明美國電力工業(yè)的環(huán)境效率是從1995年開始好轉(zhuǎn)的[19]。Sueyoshi 等運(yùn)用DEA 方法評(píng)價(jià)美國燃煤電廠規(guī)模效益和規(guī)模損失，其研究的一個(gè)重要特征是引入CO2量作為非期望產(chǎn)出[20]。

關(guān)于中國電力工業(yè)效率或生產(chǎn)率研究得比較多。例如Lam 和Shui 運(yùn)用DEA 方法評(píng)價(jià)了中國1995-2000年火電行業(yè)的技術(shù)效率，發(fā)現(xiàn)東部沿海地區(qū)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[21]，但是其研究卻沒有將環(huán)境因素納入考慮范疇。白雪潔、張各興等對(duì)2004年中國30 個(gè)省份火電行業(yè)的環(huán)境規(guī)制進(jìn)行分析，利用三階段DEA 模型排除了經(jīng)營環(huán)境與統(tǒng)計(jì)噪聲對(duì)中國火電行業(yè)效率的影響，然后從非規(guī)制、弱規(guī)制、強(qiáng)規(guī)制三個(gè)層次分析環(huán)境規(guī)制程度與中國火電行業(yè)效率的關(guān)系，結(jié)果表明環(huán)境規(guī)制可以提高中國火電行業(yè)整體的效率水平，總體上存在技術(shù)創(chuàng)新激勵(lì)效應(yīng)，但它并不適用所有地區(qū)[22-23]。謝百臣等應(yīng)用在DEA 模型基礎(chǔ)上發(fā)展起來的基于動(dòng)態(tài)效率的投入型Malmquist 指數(shù)對(duì)我國1997-2007年30 個(gè)省市區(qū)發(fā)電部門運(yùn)行狀況進(jìn)行低碳經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，將CO2排放作為投入指標(biāo)，突破了傳統(tǒng)效率評(píng)價(jià)重競(jìng)技效益輕可持續(xù)發(fā)展能力的局限[24]。王兵等在考慮環(huán)境因素SO2情況下，運(yùn)用方向性距離函數(shù)分析了2001-2007年中國30 個(gè)省(西藏除外)火電工業(yè)的技術(shù)效率，并對(duì)技術(shù)效率影響因素進(jìn)行了實(shí)證分析，但該研究也未將CO2納入考慮因素[25]。曲茜茜等采用考慮非理想產(chǎn)出的SBM-DEA 模型，以就業(yè)人員數(shù)、發(fā)電設(shè)備容量、燃料消耗為投入指標(biāo)，以發(fā)電量、廠用電量、二氧化碳排放量為產(chǎn)出指標(biāo)，分析2005-2009年中國30 個(gè)省市區(qū)火電行業(yè)運(yùn)行效率差異，但該研究也未將SO2納入考慮因素[26]。

現(xiàn)有關(guān)于電力工業(yè)特別是火電工業(yè)的效率或生產(chǎn)率研究總體上已經(jīng)涵蓋了經(jīng)濟(jì)績(jī)效、生產(chǎn)效率，并把CO2或SO2這兩種非理想產(chǎn)出納入投入或非期望產(chǎn)出指標(biāo)體系。但是，從生態(tài)效率定義本身出發(fā)去研究考慮碳排放與污染排放的中國電力工業(yè)特別是火電工業(yè)的生態(tài)效率問題，尚未觸及，特別是系統(tǒng)的比較單純的火電工業(yè)與整個(gè)電力工業(yè)的生態(tài)效率問題，需要進(jìn)一步研究。

二、模型與方法

（一）生態(tài)效率模型

雖然生態(tài)效率的定義各不相同，但是都包括經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境影響[9]。在具體計(jì)算中，目前普遍接受的計(jì)算公式由WBCSD 提出[27]，即以經(jīng)濟(jì)價(jià)值與環(huán)境影響比值的方式表達(dá)：

WBCSD 把產(chǎn)品或服務(wù)的生產(chǎn)或提供總量和凈銷售量作為一般性經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，增加值作為備選指標(biāo)；同時(shí)，WBCSD 給出5 個(gè)一般性環(huán)境影響指標(biāo)，包括3 個(gè)消耗指標(biāo)（能源、原材料、水）和2 個(gè)排放指標(biāo)（溫室氣體、破壞臭氧層物質(zhì)），以及2 個(gè)備選環(huán)境排放指標(biāo)（酸化氣體、廢物總量）[27-28]。結(jié)合本文研究，生態(tài)效率（EE）的投入產(chǎn)出指標(biāo)為：①投入指標(biāo)，裝機(jī)容量、從業(yè)人員數(shù)、原料投入、SO2排放量、CO2排放量；②產(chǎn)出指標(biāo)，發(fā)電量。

（二）數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）由Charnes 等學(xué)者于1978年提出，是一種應(yīng)用廣泛的非參數(shù)績(jī)效評(píng)估方法；DEA 主要的模型為CCR 模型與BCC 模型，其中CCR 模型對(duì)決策單元規(guī)模有效性和技術(shù)性同時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，即CCR 模型中的DEA 有效的決策單元既是規(guī)模適當(dāng)又是技術(shù)管理水平高的評(píng)價(jià)方法；BCC 模型用于專門評(píng)價(jià)決策單元技術(shù)有效性[29-31]。另外，CCR 模型可分為投入導(dǎo)向及產(chǎn)出導(dǎo)向，投入導(dǎo)向是指在既有的產(chǎn)出水平下，應(yīng)減少多少的投入，才有效率；產(chǎn)出導(dǎo)向則為在既有的投入下，應(yīng)增加多少產(chǎn)出，才是有效率的?；跍p量化投入的基本原則，本文使用“投入導(dǎo)向”的CCR 模型進(jìn)行效率分析。

若線性規(guī)劃的最優(yōu)解θ*、λ*、s*、s+*，則：θ*=1 且s*=s+*=0，決策單元為DEA 有效；θ*=1 但s-*或s+*≠0，決策單元為DEA 弱有效；θ*<1，決策單元DEA 無效。

給定生態(tài)效率的投入與產(chǎn)出指標(biāo)，求解DEA 模型式（2），可以分別得到電力工業(yè)的生態(tài)效率EE。同時(shí)，由式（2）計(jì)算得到的效率值θ'*、投入冗余s*和產(chǎn)出冗余s+*，可以由式（3）計(jì)算出DEA 無效的決策單元（DMUs）的目標(biāo)值，以作為效率改進(jìn)的依據(jù)。

三、實(shí)證分析

（一）樣本選擇及數(shù)據(jù)來源

CO2 排放數(shù)據(jù)根據(jù)IPCC 指導(dǎo)目錄和其他方法可估算出電力工業(yè)CO2 排放的數(shù)據(jù)；本文根據(jù)火電發(fā)電量、供電煤耗以及碳排放強(qiáng)度3 個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的變化來估算[32-33]，其中涉及到的各類能源CO2排放系數(shù)參考陳詩一的做法[34]。SO2排放量由《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)》（2002-2012）和獲取。

裝機(jī)容量、從業(yè)人員數(shù)、原料投入數(shù)據(jù)產(chǎn)出指標(biāo)發(fā)電量的數(shù)據(jù)來源于《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》（2002-2012）、《中國電力年鑒》（2002-2012）、《中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》（2002-2012）和《中國經(jīng)濟(jì)普查年鑒》（2004）。整個(gè)電力工業(yè)和火電行業(yè)的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1 所示，其中原料投入為發(fā)電用煤炭消耗數(shù)據(jù)。

表1 投入與產(chǎn)出數(shù)據(jù)描述統(tǒng)計(jì)（2001-2011）

（二）實(shí)證結(jié)果分析

由于DEA 方法要求投入和產(chǎn)出指標(biāo)之間滿足等幅擴(kuò)張性，即隨著投入的增加產(chǎn)出不減少[11]。從表2 可以看出關(guān)于整個(gè)電力工業(yè)和火電行業(yè)生態(tài)效率的投入和產(chǎn)出指標(biāo)均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，說明本文所選取的投入與產(chǎn)出指標(biāo)均符合等幅擴(kuò)張性，因此能夠反映中國電力工業(yè)相應(yīng)的投入與產(chǎn)出關(guān)系。

表2 電力工業(yè)投入與產(chǎn)出指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

根據(jù)上述我國電力工業(yè)生態(tài)效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用DEAP2.1 軟件對(duì)我國整個(gè)電力工業(yè)和火電行業(yè)生態(tài)效率進(jìn)行分析，其結(jié)果如表3 所示。

1.從整個(gè)電力工業(yè)來看，有6年時(shí)間的生態(tài)效率、技術(shù)效率和規(guī)模效率都為1，處于生產(chǎn)前沿面，即54.55%的年份相對(duì)于其他年份效率最優(yōu)，其余5年的綜合效率值都在0.943-1.00 之間，屬于DEA 無效，說明這5年投入的資源未得到充分有效利用，要提高電力工業(yè)效率，就必須提高資源有效利用率。此外，2001、2002 和2009年規(guī)模效率值都小于1，但是其處于規(guī)模收益遞增階段，即如果繼續(xù)加大投入雖然會(huì)增加一定的污染和溫室氣體排放，但能夠獲得規(guī)模報(bào)酬。2009年規(guī)模效率值小于技術(shù)效率值，說明電力工業(yè)在資源利率較高，但是投入規(guī)模存在不足。

2.從火電行業(yè)來看，表3 可以看出，火電行業(yè)2003、2004、2008 和2011年4 個(gè)年份的生態(tài)效率、技術(shù)效率和規(guī)模效率值均為1，即36.36%的年份相對(duì)于其他年份最優(yōu)效率，表明這4年我國火電行業(yè)生態(tài)效率為DEA 有效，但是對(duì)于整個(gè)電力工業(yè)整體的規(guī)模有效與技術(shù)有效并不理想。其他年份2001、2002、2005、2006、2007、2009 以及2010年的生態(tài)效率都沒有達(dá)到最優(yōu)。從近11年的技術(shù)效率和規(guī)模效率來看，有7年的生態(tài)效率值都在0.949-1.000 之間，說明這7年在技術(shù)上是有效的，但投入的資源未得到充分有效利用，要提高火電行業(yè)效率，就必須提高資源有效利用率。此外，2001、2002、2005、2006、2007、2009 和2010年規(guī)模效率值都小于1；2006 和2007年處于規(guī)模收益遞減階段，增加投入不能帶來相應(yīng)的更高收益，即使繼續(xù)增加投入，產(chǎn)出的增加會(huì)小于投入的增加，不但不能提高資源的配置效率，也會(huì)造成資源的極大浪費(fèi)。而2001、2002、2005、2009 和2010年處于規(guī)模收益遞增階段，如果繼續(xù)加大投入，能夠獲得規(guī)模報(bào)酬。2005、2006 和2007年規(guī)模效率值大于技術(shù)效率值，說明火電行業(yè)資源投入規(guī)模較高，但是在技術(shù)資源利用率方面存在不足；2009 和2010年規(guī)模效率值小于技術(shù)效率值，說明電力工業(yè)在技術(shù)資源利率較高，但是資源投入規(guī)模存在不足?？偟目磥恚?001-2011年火電行業(yè)規(guī)模效率無效，就是說依靠能源投入、環(huán)境投入及技術(shù)投入來增加火電工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模都是一種粗放的生產(chǎn)方式。

表3 2001-2011年我國電力工業(yè)生態(tài)效率值

3.對(duì)整個(gè)電力工業(yè)與火電行業(yè)的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)2003、2004、2008 和2011這4年電力工業(yè)與火電行業(yè)的生態(tài)效率、技術(shù)效率和規(guī)模效率均有效，且規(guī)模收益不變。但是，2001-2002年，不管是整個(gè)電力工業(yè)還是火電行業(yè)都呈現(xiàn)為規(guī)模效率小于1 且規(guī)模收益遞增；2005年火電行業(yè)的生態(tài)效率、技術(shù)效率和規(guī)模效率均小于1 且規(guī)模收益遞增；2006-2007 整個(gè)電力工業(yè)和火電行業(yè)的生態(tài)效率和技術(shù)效率小于1，但電力工業(yè)的規(guī)模效率為有效且規(guī)模收益不變，火電行業(yè)的存在規(guī)模不足但規(guī)模收益遞減；2009年整個(gè)電力工業(yè)和火電行業(yè)的生態(tài)效率、技術(shù)效率和規(guī)模效率均無效，且處于規(guī)模收益遞增階段；2010年的火電行業(yè)生態(tài)效率和規(guī)模效率無效但技術(shù)有效，處于規(guī)模收益遞增的情形。總體上反映出來的結(jié)果是火電行業(yè)雖然經(jīng)過了一系列的節(jié)能減排改造后，但仍然存在電力工業(yè)中的比重太大的問題，影響了整個(gè)電力工業(yè)的效率。

（三）電力工業(yè)生態(tài)效率的改進(jìn)

1.整個(gè)電力工業(yè)

對(duì)非DEA 有效的年份，需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)控。調(diào)控過程是依據(jù)決策單元在生產(chǎn)前沿面上的“投影”以及本文式（3）來實(shí)現(xiàn)，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 電力工業(yè)生態(tài)效率改進(jìn)

對(duì)于整個(gè)電力工業(yè)來說，2006-2007年除SO2調(diào)控比例不一致外，其他要素指標(biāo)的調(diào)控比例一致。從產(chǎn)出角度分析，在投入保持不變的情況下，2006年裝機(jī)容量、從業(yè)人員和原料投入減少1.75%，SO2排放減少25.36%，CO2排放減少4.78%，2007年裝機(jī)容量和原料投入減少1.00%，從業(yè)人員減少1.10%，SO2排放減少23.63%，CO2排放減少4.78%，可以提高電力工業(yè)的生態(tài)。另外，2006 和2007年CO2排放對(duì)電力工業(yè)的生態(tài)效率影響不大，SO2排放量對(duì)提高生態(tài)效率的影響要比CO2的大。

對(duì)2009年，假如裝機(jī)容量減少2.49%、從業(yè)人員減少3.86%、原料投入減少0.63%，SO2排放減少7.32%，CO2排放減少0.62%，整個(gè)電力工業(yè)的生態(tài)效率可以實(shí)現(xiàn)有效，同時(shí)，2009年對(duì)電力工業(yè)的生態(tài)效率影響大的是SO2。

2.火電行業(yè)

如表5 所示，從產(chǎn)出角度出發(fā)，對(duì)于火電行業(yè)來說，2005-2007年，SO2的調(diào)控比例在19.89%-24.99%之間，CO2的調(diào)控比例在2.36%-4.48%之間，SO2的排放對(duì)于火電行業(yè)生態(tài)效率的影響大于CO2。2009年雖然仍是SO2的調(diào)控比例最高，但是已經(jīng)降低至7.51%，而CO2只有0.91%。對(duì)于火電行業(yè)來說，2005-2007年SO2排放是影響火電行業(yè)生態(tài)效率的主要影響因素，減少SO2的排放才能有效提高生態(tài)效率。

表5 火電行業(yè)生態(tài)效率改進(jìn)

四、結(jié)語

從測(cè)算的結(jié)果看來，火電行業(yè)在電力工業(yè)中的比重過大，直接影響了整個(gè)電力工業(yè)的效率；火電行業(yè)的裝機(jī)容量投入過多，造成浪費(fèi)，因此要加大力度和范圍淘汰小容量機(jī)組，淘汰落后產(chǎn)能，關(guān)閉小火電。同時(shí)，要加快節(jié)能、高效的火電機(jī)組的建設(shè)，以此提高發(fā)電效率和減少污染物和CO2的排放。另一方面，研究具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型機(jī)組，使用大型燃煤機(jī)組，提高燃燒率和轉(zhuǎn)化率，提高能源利用效率，降低發(fā)電煤耗、供電煤耗也是提高電力工業(yè)生態(tài)效率的有效途徑。

“十一五”期間我國電力工業(yè)取得了較好的成效，這也形成“十二五”期間電力工業(yè)的節(jié)能減排空間很小，但是依然要重視污染物和CO2的減排。在國家層面，政府主管部門要做好電力發(fā)展規(guī)劃，保證電力工業(yè)健康、綠色發(fā)展。此外行業(yè)主管部門也要完善電力脫硫、脫硝和脫碳的相關(guān)技術(shù)規(guī)范，引導(dǎo)、監(jiān)督和鼓勵(lì)電力市場(chǎng)交易，開展發(fā)電權(quán)和排放權(quán)交易。對(duì)于電力企業(yè)來說，要依據(jù)國家提出的各項(xiàng)政策、法規(guī)來探索適合本企業(yè)低碳、綠色發(fā)展的長效機(jī)制。

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