環(huán)境約束下中國省際全要素能源效率的測度
——基于SML的實證分析

何 穎 齊亞偉

環(huán)境約束下中國省際全要素能源效率的測度
——基于SML的實證分析

何 穎 齊亞偉

提升能源利用效率，促進區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展，需要科學測度國內各省際間的能源利用效率狀況。本文利用SML指數(shù)進行了測算，并將其分解為技術效率變化指數(shù)和技術水平變化指數(shù)，計算了在保持二氧化碳排放量不變情況下的全要素能源效率。結果表明，國內全要素能源效率呈現(xiàn)增長趨勢，這種增長同技術進步呈正相關關系；且對比分析在約束二氧化碳排放量與保持排放量不變兩種情況，可以發(fā)現(xiàn)前者的全要素能源效率的年均增長率明顯優(yōu)于后者。

全要素能源效率 二氧化碳排放 SML指數(shù) 環(huán)境約束

一、引言

新世紀以來，對以三高（高投入、高消耗、高污染）為顯著特征的“中國故事”，政學兩界越來越清晰地表達這并非是國人心儀的經(jīng)濟增長模式。那么，究竟如何提高能源資源的高效率利用、實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)性發(fā)展的問題，在當前轉變經(jīng)濟發(fā)展方式的問題域中便不期然地被凸顯了出來?；趪鴥葨|中西部歷史發(fā)展的差異，以及各地區(qū)勞動力、技術、資本等要素投入與能源消費量、價格等因素的不同，科學有效地測度中國各地區(qū)尤其是各省際間能源利用效率的基本狀況，即是基礎又是關鍵。因此，識別中國當前的能源利用效率對中國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義。目前，中國各地區(qū)的能源利用效率水平是否存在顯著差距也是要關注的重點問題，這對縮小區(qū)域差距，實現(xiàn)區(qū)域協(xié)調發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

二、文獻回顧

針對資源耗竭、環(huán)境惡化對經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的制約作用，比羅爾（Birol，2000）等指出，在保持或者促進經(jīng)濟增長的同時減少能源消費的關鍵政策參數(shù)是提升能源效率［1］。學者開始重視能源效率的測算，其中數(shù)據(jù)包絡分析（DEA）是測度能源效率的典型方法，胡和王（2006）應用數(shù)據(jù)包絡分析模型評價多種投入與國內生產總值產出的生產關系，結果發(fā)現(xiàn)中國區(qū)域能源效率水平較低，具有較大的節(jié)能潛力，且各地能源效率具有顯著的差異［2］。秦放鳴等（2010）、屈小娥（2009）利用數(shù)據(jù)包絡分析方法中的產出距離函數(shù)和曼奎斯特（Malmquist）生產率指數(shù)測度及分解了全要素能源效率，結果顯示，技術進步是提升全國及各省市全要素能源效率的主要原因［3，4］。魏楚和沈滿（2007）洪利用數(shù)據(jù)包絡分析測算了1995～2004年中國29個省市的能源效率，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)省份的能源效率呈現(xiàn)出“先上升，后下降”的趨勢，而能源效率在省市間的差異呈現(xiàn)“先減少，后增大”的特征［5］。以上文獻都是基于距離函數(shù)計算能源效率，沒有考慮非合意產出。而非合意產出會低估在較強環(huán)境規(guī)制下的能源效率。袁曉玲等（2009）運用基于投入導向的規(guī)模報酬不變的超效率數(shù)據(jù)包絡分析模型，在環(huán)境污染的約束條件下，測度了中國省際全要素能源效率，并分析了全要素能源效率的影響因素［6］。王兵等（2010）和吳軍等（2009）考慮了能源消費等投入，并將環(huán)境污染等看作是一種特殊產出，基于方向性距離函數(shù)和曼奎斯特—盧恩伯格（Malmquist-Luenberger，ML）生產率指數(shù)測算了非合意產出減少的情況下中國省際環(huán)境全要素生產率［7，8］。

由于曼奎斯特生產率指數(shù)在測算能源效率過程中，無法處理各地區(qū)環(huán)境污染物排放減少的情形，本文在將勞動力、物質資本等傳統(tǒng)要素及能源消費量作為投入指標的基礎上，引入了序列數(shù)據(jù)包絡分析方法中的序列—曼奎斯特—盧恩伯格（Sequential-Malmquist-Luenberger，SML）生產率指數(shù)，利用方向性距離函數(shù)替換曼奎斯特指數(shù)里的產出距離函數(shù)，以便在減少污染排放情形下考慮能源效率。

三、研究方法、變量及數(shù)據(jù)

（一）研究方法

曼奎斯特—盧恩伯格生產率指數(shù)模型是基于生產可能性集合而構建的。每個省市可看作是一個決策單元，假設其使用N種投入以及J種非合意產出。用P（x）表示生產可能性集合：P（x）＝｛（y，b）：x能生產（y，b）｝，x∈。利用錢伯斯等（Chambers et al．，2009）提出的方向性距離函數(shù)可以計算出生產可能性集合P（x）的最優(yōu)解［9］。方向性距離函數(shù)的形式見（1）式：

其中，g＝（gy，gb）為方向性向量，表示在生產投入一定的條件下，沿著設定的方向性向量，能夠實現(xiàn)合意產出（y）最大化以及非合意產出（b）最小化。

根據(jù)鐘等（Chung et al．1997）等的方法［10］，本文用曼奎斯特—盧恩伯格生產率指數(shù)測度非合意產出減少的情況下全要素能源效率的變化率，計算公式見（2）式：

ML生產率指數(shù)測度了在t時期技術條件下，全要素能源效率從t期到t＋1期的變化率。其中是混合距離函數(shù)，表示在參考第t期技術的情況下第t＋1期的生產狀況。同理，在t＋1期的技術條件下，ML生產率指數(shù)的表示形式見（3）式：

為了降低時期選擇隨意可能導致的測度結果的不同，通常使用（2）式和（3）式的幾何平均值（見（4）式），以此測度以t期為基期到t＋1期的全要素能源效率的變化率。

從（4）式可以看到，根據(jù)ML生產率指數(shù)全要素能源效率的變化率被分解為技術進步率和技術效率變化兩部分。其中，技術進步率指數(shù)測度的是生產可能性邊界在t期和t＋1期之間的移動。當＞1時，生產前沿面的向外移動，即t＋1期相對于t期具有更高的合意產出及更少的非合意產出。技術效率變化率指數(shù)測度從t期到t＋1期各省份能源效率的實際變化與生產可能性邊界所示的最優(yōu)可能產出迫近（Catching-up）程度的變化。＞1表示能源效率有所改善。

ML生產率指數(shù)是一種當期數(shù)據(jù)包絡分析方法，據(jù)此測算得到的技術進步率經(jīng)常小于1，也就是意味著技術出現(xiàn)倒退——之前已經(jīng)實現(xiàn)過的技術在以后的時期卻不可行，這往往不能讓人信服。而序列數(shù)據(jù)包絡分析方法通過引入前期的技術構建一個新的前沿面（參考技術），從而避免了技術出現(xiàn)倒退，那么全要素能源效率的惡化主要是由于技術效率的下降。而在基于不變規(guī)模報酬的序列數(shù)據(jù)包絡分析方法下，假設第t（t＝1，…，T）期，第xx個省份的投入、合意產出和非合意產出組合為（xk，t，yk，t，bk，t），則可以構造如下生產可能性集合：

當期數(shù)據(jù)包絡分析和序列數(shù)據(jù)包絡分析只是參考的技術前沿面有所不同，測度及分解全要素能源效率變化情況的思路是相同的。根據(jù)（4）式，利用序列數(shù)據(jù)包絡分析中的SML生產率指數(shù)同樣可以將全要素能源效率的變化分解為技術效率變化和技術進步率。為了度量SML指數(shù)，需要借助線性規(guī)劃方法計算有關投入和產出的各種方向性距離函數(shù)，由此得出各省份全要素能源效率、技術效率變化以及技術變化。

（二）變量及數(shù)據(jù)

本文的研究覆蓋中國除西藏自治區(qū)、臺灣省、香港和澳門特別行政區(qū)以外的所有地區(qū)，共29個省、直轄市、自治區(qū)（重慶和四川合成一個省份），樣本區(qū)間為2001～2010年。生產過程中選取了物質資本存量、勞動力、能源消費三種投入要素，生產出國內生產總值和二氧化碳兩種產出。

（1）物質資本存量。通常采用“永續(xù)盤存法”Ki，t＝Ii，t＋（1－δi，t）Ki，t－1估計每年的實際資本存量。本文直接采用單豪杰的研究成果［11］，并將其擴展到2010年，由于原始數(shù)據(jù)是以1952年為基期的，為了保證投入—產出變量統(tǒng)計口徑的一致性，采用固定資產平減指數(shù)將物質資本存量換算為2001年為基期。

（2）勞動力。該投入要素采用各省年末社會從業(yè)人員總量。數(shù)據(jù)來源于2002～2011年《中國統(tǒng)計年鑒》。

（3）能源消費。該投入要素采用各省的能源消費量。一般而言，生產過程中主要用煤炭、石油和天然氣三種一次性能源，但種類不同消費量的單位不同，因此本文先將煤炭、石油、天然氣的消費量統(tǒng)一換算成標準煤，然后加總得到各省歷年能源消費量。數(shù)據(jù)來源于2002～2011年《中國能源統(tǒng)計年鑒》。此外，需要說明的是，對于部分省份個別年份的缺省數(shù)據(jù)采用取前后兩年平均數(shù)的方式加以補齊。

（4）國內生產總值。國內生產總值是合意產出，越大越好。原始數(shù)據(jù)來源于2002～2011年《中國統(tǒng)計年鑒》，并采用國內生產總值平減指數(shù)將名義國內生產總值換算成以2001年為不變價格的實際國內生產總值。

（5）二氧化碳。二氧化碳是非合意產出，越小越好。二氧化碳的排放量無法直接從統(tǒng)計年鑒中獲得，本文用各地區(qū)煤炭、焦炭、汽油、煤油、柴油、燃料油和天然氣7種一次能源的消耗量與相應排放系數(shù)的乘積和來估算其排放量。

四、實證分析

（一）全要素能源效率的ML指數(shù)

本文測算了中國29個省市和地區(qū)2001～2010年序列—曼奎斯特—盧恩伯格生產率指數(shù)，并將其進行了分解，進而通過算術平均得到全國年均及各省市年均SML全要素能源效率指數(shù)及技術進步率、技術效率變化率，具體結果如表2、表3所示?？傮w而言中國全要素能源效率在不斷地改善。

從表1可以看出，2001～2010年除了最初的2001～2002年的SML指數(shù)低于1外，其余年份的SML指數(shù)值均大于1，表明“十五”規(guī)劃的開局之年中國能源要素的利用效率出現(xiàn)反彈，隨后中國全要素能源效率一直呈現(xiàn)改進的趨勢；除了2004～2005年，全要素能源效率的增長突然有所下降，從全國的角度看，全要素能源效率的增長整體上符合“先上升，后下降”的特征，轉折點出現(xiàn)在2007～2008年；2001～2010年中國全要素能源效率的平均增長指數(shù)為1．015，即“十五”“十一五”期間中國全要素能源效率以1．5%的年均增長率不斷改善。同時根據(jù)SML指數(shù)的分解公式，本文進一步將全要素能源效率的變化率分解成兩大因子：技術效率變化率指數(shù)和技術進步率指數(shù)。結果顯示，中國能源技術水平不斷進步，其年均增長率為2．1%，是中國全要素能源效率改善的主要源泉，而能源技術效率呈現(xiàn)不斷惡化的趨勢，其年均下降率為0．7%，遏制了全要素能源效率的增長。

表1 全要素能源效率的SML指數(shù)及其分解

SML指數(shù)是基于“非合意產出不斷減少，合意產出不斷增大”的方向性距離函數(shù)進行測度，為了與已有結果進行比較分析，本文同時運用基于產出距離函數(shù)的曼奎斯特指數(shù)及其分解因子測算了非合意產出——二氧化碳排放存在的情況下中國的全要素能源效率。只不過基于產出距離函數(shù)測度時二氧化碳排放量不能減少。表3顯示，在考慮二氧化碳排放的情況下，利用曼奎斯特指數(shù)及其分解因子測算出：中國2001～2010年全要素能源效率年均率為1．0%，其中，技術效率不斷惡化，年均惡化速度為0．2%，技術水平在不斷提升，年均增長率為1．2%；而基于方向性距離函數(shù)的中國2001～2010年全要素能源效率年均提高1．5%，其中，能源技術效率仍然不斷惡化，年均下降率為0．7%，能源技術水平以2．1%的年均速度不斷提升。通過比較發(fā)現(xiàn)兩種距離函數(shù)計算出的全要素能源效率及其分解因子存在較為明顯的差異，從模型和經(jīng)濟現(xiàn)實的角度看，利用方向性距離函數(shù)計算的SML指數(shù)比利用產出距離函數(shù)計算出的M指數(shù)更為可信。因為M指數(shù)無法在非合意產出減少的情況下測度分析各個省份全要素能源效率的增長狀況。未考慮二氧化碳排放減少時，2001～2010年中國全要素能源效率的改善程度低于考慮二氧化碳排放減少時全要素能源效率的改善程度。這主要是由于未考慮資源環(huán)境約束時，企業(yè)沒有動力和激情進行技術革新去減少二氧化碳的排放，從而導致技術效率的惡化程度雖然有所減緩，但能源技術進步程度下降速度更快，使得全要素能源效率的增長有所下降。這說明未考慮環(huán)境污染會低估技術水平的提升程度和技術效率的惡化程度，而環(huán)境規(guī)制會刺激企業(yè)采用更為先進的節(jié)能減排技術，促進經(jīng)濟增長和環(huán)境保護的雙贏。也就是說環(huán)境規(guī)制的存在提高了能源利用效率，驗證了“波特假說”的正確性。

表2 中國全要素能源效率測度（2001～2010年）

（二）生產可能性邊界的移動——確認“創(chuàng)新者”

雖然從整體上看，中國技術水平在不斷進步，并推動全要素能源效率不斷改善，但如果想進一步確定每一年到底是哪個省市帶動其他省市使得生產可能性邊界向外移動，即確定能源技術的“創(chuàng)新者”，則需要在技術進步率的基礎上引進其他條件。根據(jù)法勒（Fare，2001）和庫馬爾（Kumar，2006）的做法［12，13］，本文引入如下三個條件：

本文利用上面三個條件分析了在二氧化碳排放減少的約束條件下全要素能源效率的“創(chuàng)新者”。結果顯示，2001～2010年中國共有5個省份使得生產可能性邊界向外移動。其中，遼寧（2次）、北京（3次）、福建（7次）、廣東（9次）、上海（9次）。雖然不同的年份，創(chuàng)新省市有所不同，但廣東和上海市表現(xiàn)最為突出，在所有年份都是技術水平的主要創(chuàng)新者，推動中國生產前沿面的外移和全要素能源效率的改善。總體看，東部沿海省市是推動能源效率技術創(chuàng)新性發(fā)展的主體力量，中西部地區(qū)主要是能源效率的“模仿者”。這是因為東部省市經(jīng)濟、技術基礎良好，并且也是造成能源耗竭、環(huán)境惡化的主要原因，如今已經(jīng)開始意識到環(huán)境保護的重要性，也有能力和義務進行技術創(chuàng)新，通過能源效率的增長推動經(jīng)濟發(fā)展方式的轉變。東部省市更應通過地區(qū)合作引導、幫助后進地區(qū)改善能源效率，共同促進“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”兩型社會的建設。

五、結論與啟示

統(tǒng)籌協(xié)調區(qū)域發(fā)展，提高能源資源的高效率利用，是中國積極應對能源和環(huán)境壓力，促進經(jīng)濟發(fā)展方式轉變的必然選擇。在探討提高能源利用效率時，必須把全要素指標納入到測度體系中，才能厘清中國各省際間全要素能源效率的實際利用水平。傳統(tǒng)的全要素能源效率測度方法沒有考慮到非合意產出這個變量，因此使得測度出的全要素能源效率的增長變化數(shù)據(jù)可信度較低。雖然一些研究成果把非合意產出因素納入了論述分析中，但是運用基于產出距離函數(shù)的曼奎斯特指數(shù)測度非合意產出不變時的全要素能源效率，或采用當期數(shù)據(jù)包絡分析方法計算非合意產出減少時的全要素能源效率，導致得出的結果要么低估了實施嚴格環(huán)境規(guī)制地區(qū)的全要素能源效率的增長率，要么就有可能存在“技術倒退”的現(xiàn)象。

基于上述原因，本文運用序列數(shù)據(jù)包絡分析中的序列—曼奎斯特—盧恩伯格生產率指數(shù)，測度了2001～2010年二氧化碳排放約束下中國省際間全要素能源效率的增長率。從測度結果看，中國全要素能源效率呈現(xiàn)增長趨勢，且主要是由技術進步所驅動，技術效率的惡化對全要素能源效率的增長有阻礙作用；在二氧化碳排放量減少的約束條件下得到的全要素能源效率的年均增長率要優(yōu)于二氧化碳排放量保持不變的情況下得到的結果，從而驗證了“波特假說”的正確性，也正符合中國正在籌劃的低碳經(jīng)濟模式。

上述結論可得出以下啟示：

（1）單純依靠能源的投入不僅不能確保經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，相反隨著能源投入的加大，二氧化碳排放量也會隨之增加。在提高能源利用率的驅動力主要依靠科技進步、技術創(chuàng)新的大背景下，降低全要素能源效率的環(huán)境約束，將導致技術效率的逐漸惡化，進而演化為經(jīng)濟增長中的惡性循環(huán)。據(jù)統(tǒng)計顯示，由于技術進步的速度高于技術效率惡化的速度，全要素能源效率整體上仍在不斷改善，年均增長率為1．5%。技術進步是全要素能源效率增長的主要動因，且全要素能源效率的增長基本呈現(xiàn)“先上升后下降”的變動態(tài)勢。

（2）以節(jié)能為核心，就必須把環(huán)境約束進一步納入全要素能源效率的考量之中，徹底走出“先污染、后治理”或是“邊治理、邊破壞”的怪圈。從本文運用基于產出距離函數(shù)的M指數(shù)測度了二氧化碳排放量不變情況下全要素能源效率的增長情況看，全要素能源效率以1．0%的年均速度不斷增長。因此，考慮二氧化碳排放量減少時測度出的全要素能源效率年均增長率，要高于二氧化碳排放量保持不變時得出的結果，表明環(huán)境規(guī)制有利于技術水平的提升，進而推動全要素能源效率的提高。

（3）必須立足當前，著眼長遠，構筑經(jīng)濟、清潔、安全的能源利用體系。毋庸諱言，過去一些地區(qū)主要靠粗放的能源開發(fā)在過“好日子”，由此造成發(fā)展中存在著經(jīng)濟結構不合理、環(huán)境壓力加大等問題，同時，又面臨著需求減緩、效益下降的新情況。面對這種挑戰(zhàn)，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟發(fā)展的新模式應當是重點改善能源消費結構和效率，發(fā)展綠色產業(yè)，以較少的能源消耗，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益，盡快實現(xiàn)經(jīng)濟、資源、環(huán)境之間的良性循環(huán)。具體而言，將各種新能源的采用、低碳燃料的研發(fā)、傳統(tǒng)化石燃料的清潔以及先進的發(fā)電技術等作為實現(xiàn)能源戰(zhàn)略的重點。因地制宜制定相應的環(huán)境規(guī)制政策，對高度污染地區(qū)實施監(jiān)控和考核，采用稅收優(yōu)惠、碳排放權交易等手段激勵企業(yè)進行低碳技術創(chuàng)新，政府作為第三方力量促使經(jīng)濟發(fā)展模式的轉變。積極參與減排活動，經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)有義務向落后地區(qū)提供資金援助和技術轉讓，通過區(qū)域經(jīng)濟技術合作碳減排，實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟的協(xié)調發(fā)展。

［1］Birol F，Keppler J H．Prices，Technology Development and the Rebound Effect［J］．Energy Policy，2000，28（6－7）：457－469．

［2］Hu J，Wang S．Total-Factor Energy Efficiency of Regions in China［J］．Energy Policy，2006，34（17）：3206－3217．

［3］秦放鳴，師博．中國能源強度變動的指數(shù)分解研究：1980～2007［J］．北京師范大學學報（社會科學版），2010（2）：118－126．

［4］屈小娥．中國省際全要素能源效率變動分解——基于Malmquist指數(shù)的實證研究［J］．數(shù)量經(jīng)濟技術經(jīng)濟研究，2009（8）：29－43．

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［13］Kumar S．Environmentally Sensitive Productivity Growth：A Global Analysis Using Malmquist-Luenberger Index［J］．Ecological Economics，2006，56（2）：280－293．

The Total Factor Energy Efficiency Measurement of China under the Binding of Environment

HE Ying1，QI Ya-wei2

（1．School of Economics，Xuzhou Institute of Technology，Xuzhou 221008；2．School of Information Technology，Jiangxi University of Finance＆Economics，Nanchang 330032）

In order to improve energy efficiency the coordinated development of regional economy，it is necessary to measure scientifically the efficiency of the energy usage in different provinces．Therefore，this article first measured it by Sequential-Malmquist-Luenberger（SML）index，and then by decomposing it into technical efficiency index and technical progress index，calculated the total factor energy efficiency under a constant condition of CO2 emission．The major findings are：the total factor energy efficiency in China presents a growing trend which has a positive relationship with technological progress；by comparative analysis on the case of constraint CO2emissions and that of constant CO2emissions，the average annual growth rate of the total factor energy efficiency in the former case is significantly superior．

Total Factor Energy Efficiency；CO2Emissions；Sequential-Malmquist-Luenberger Index；Binding of Environment

F124．5

A

1000－7636（2014）08－0038－07

責任編輯：董洪敏

2014－04－25

全國統(tǒng)計科學研究計劃項目“戰(zhàn)略性新興產業(yè)促進江蘇省產業(yè)升級研究”（2013LY040）；江西省教育廳科技項目“基于環(huán)境約束的要素集聚對區(qū)域創(chuàng)新能力作用機制研究”（GJJ13293）

何 穎 徐州工程學院經(jīng)濟學院副教授，徐州市，221008；齊亞偉 江西財經(jīng)大學信息管理學院講師，南昌市，330032。