中國工業(yè)行業(yè)能源利用效率分析

劉駿 王安民

（上海電力學(xué)院能源與機械工程學(xué)院 上海 200090）

能源是我國經(jīng)濟快速發(fā)展的主要驅(qū)動力，也是我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)保障。近年來，隨著對能源依賴程度的日益加深,能源對經(jīng)濟的制約以及對環(huán)境的影響也越來越大,能源問題在我國工業(yè)中顯得尤為突出[1]。2012 年，我國工業(yè)生產(chǎn)總值對國內(nèi)生產(chǎn)總值的貢獻達到40%左右，但其能源消耗卻占據(jù)了全國能源消耗的70%。隨著能源資源的約束與我國工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的矛盾日益突出，對我國能源效率的研究逐漸豐富起來,然而將CO2排放量作為環(huán)境投入要素對我國工業(yè)能源利用效率的研究并未出現(xiàn)。因此,科學(xué)地對我國“十二五”期間工業(yè)能源系統(tǒng)的生產(chǎn)效率作出評價，并探究行業(yè)差異的根源，對于指導(dǎo)后續(xù)節(jié)能減排工作的有效開展，確保我國工業(yè)經(jīng)濟的健康發(fā)展具有重要意義。

1 研究方法

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（Data Envelopment Analysis）方法不需要知道具體形式的生產(chǎn)函數(shù)，只要已知投入和產(chǎn)出的數(shù)據(jù)，就可以通過線性規(guī)劃模型對效率進行度量[2]。1978 年，美國運籌學(xué)家家Charnes、Cooper 和Rhodes[3]提出第一個DEA 模型--CCR 模型。假設(shè)在每一個時期t 內(nèi)，有n 個決策單元，每個決策單元有s 種投入要素小和w種產(chǎn)出Y，決策單元DMUp（p=1、2、…、n）的第j 種投入，表示為xjp（j=1、2、…、s）；決策單元DMUp（p=1、2、…、n）的第i 種產(chǎn)出，表示為yip（i=1、2、…、w），如果對第j 種投入和第i 種產(chǎn)出分別賦予各自的權(quán)重值，經(jīng)過對偶變換的CCR 模型可以表示為：

θ 表示整體能源利用技術(shù)效率，λk表示各決策單元的權(quán)重，這樣就建立了測算能源利用效率的CCR 模型。技術(shù)效率=純技術(shù)效率×規(guī)模效率，它是對決策單元的資源配置能力、資源使用效率等多方面能力的綜合衡量與評價。如果企業(yè)處于生產(chǎn)前沿的條件下，即企業(yè)是技術(shù)有效的（綜合技術(shù)效率等于1）。

1985 年由Banker、Chames、Cooper 給出了另一個DEA 模型，被稱為BCC 模型，去掉了規(guī)模報酬不變的假設(shè)，建立一個基于規(guī)模報酬可變的DEA 模型，模型如下：

其中α 為能源利用純技術(shù)效率。純技術(shù)效率（vrste）是由企業(yè)的制度和管理水平?jīng)Q定的效率。它與技術(shù)效率的區(qū)別在于計算純技術(shù)效率時沒有考慮要素利用率問題所帶來的效率損失。純技術(shù)效率=1，表示在目前的技術(shù)水平下，其投入資源的使用是有效率的。

利用一個輔助NIRS 模型，來測算行業(yè)的規(guī)模效率，模型如下：

其中η 代表著規(guī)模效率。規(guī)模效率(scale)是指在制度和管理水平一定的前提下，現(xiàn)有規(guī)模與最優(yōu)規(guī)模之間的差異。規(guī)模效率是由于企業(yè)規(guī)模因素影響的生產(chǎn)效率，反映的是實際規(guī)模與最優(yōu)生產(chǎn)規(guī)模的差距。

2 數(shù)據(jù)說明

本研究選擇2005、2010、2011、2012 四個年份中國35 個工業(yè)行業(yè)的面板數(shù)據(jù)作為研究對象，以資本、勞動、能源、CO2排放量作為投入變量，各行業(yè)總產(chǎn)值為產(chǎn)出變量，所選指標(biāo)為各工業(yè)行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)投入與產(chǎn)出指標(biāo)，各指標(biāo)數(shù)據(jù)均平減為2005 年指標(biāo)數(shù)據(jù)。指標(biāo)說明如下。

2.1 產(chǎn)出指標(biāo)。選取各工業(yè)行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)總產(chǎn)值作為經(jīng)濟產(chǎn)出指標(biāo)，單位為萬元。

2.2 資本投入。以各工業(yè)行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)年末“固定資產(chǎn)凈值”表示資本投入，單位為萬元。

2.3 能源投入。以各工業(yè)行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)能源消費總量表示，單位為萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

2.4 勞動力投入。以工業(yè)行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)“年末就業(yè)人員年人數(shù)”作為勞動力投入指標(biāo)[4]，單位為萬人。

2.5 二氧化碳排放量。根據(jù)IPCC2006 制定的二氧化碳測算方法，用占能源消費總量90%以上的煤炭、汽油、柴油、煤油、燃料油及天然氣消耗乘以各自的排放系數(shù)，然后加總得到相應(yīng)的二氧化碳排放量，單位為萬噸。二氧化碳排放屬于能源經(jīng)濟的非期望產(chǎn)出，其值應(yīng)該越小越好，因此也可以作為工業(yè)各行業(yè)經(jīng)濟產(chǎn)出的環(huán)境。

3 實證分析

3.1 考慮環(huán)境因素的工業(yè)能源利用效率分析

通過DEAP2.1 軟件對我們工業(yè)行業(yè)能源利用情況的測算，得知我國工業(yè)能源利用情況的結(jié)果如表1 所示。從行業(yè)的層面看，“十二五”初期，行業(yè)間能源利用水平存在著顯著的行業(yè)差別：S18石油加工煉焦、S31 計算機通信、S9 煙草制品業(yè)能源利用效率最優(yōu)，說明這三個行業(yè)不存在能源投入冗余。S3 黑色金屬礦采選業(yè)、S6 農(nóng)副食品、S25 有色金屬冶煉等八個行業(yè)能源利用整體技術(shù)效率都處在較高的水平，保持在0.8 以上，說明能源投入冗余較少。S1 煤炭開采、S2 石油和天然氣開采業(yè)等15 個行業(yè)，它們的能源利用純技術(shù)效率達到了最優(yōu)，反映出其管理配置水平比較的合理。另外結(jié)果顯示，2012 年我國工業(yè)23 個行業(yè)處于規(guī)模效率遞減狀態(tài)，說明大部分行業(yè)投入的增大并沒有帶來應(yīng)有的或更高的產(chǎn)出增加，意味著只有少數(shù)行業(yè)還存在規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)?？v向來看，，“十二五”開局期間，我國工業(yè)整體的能源利用效率不但整體偏低，能源利用效率還出現(xiàn)下降的勢頭，主要是規(guī)模效率阻礙了能源效率的提高，反映出我國工業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的不合理是當(dāng)前工業(yè)能源浪費的主要原因，因此加速對我國工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是我國后續(xù)節(jié)能減排工作的重中之重。總體來看，我國工業(yè)經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，工業(yè)能源利用結(jié)構(gòu)還沒有得到根本的改善，仍以粗狂的生產(chǎn)方式為主，這就決定了我國工業(yè)整體的能源消費得不到充分的利用。從中得到啟示，加速我國工業(yè)轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)清潔高效的生產(chǎn)模式，進一步挖掘我國工業(yè)的巨大節(jié)能潛力，應(yīng)是我國工業(yè)發(fā)展的主要方向。

表1 工業(yè)所有行業(yè)技術(shù)效率、純技術(shù)效率、規(guī)模效率測算結(jié)果行業(yè)

3.2 工業(yè)高低能耗行業(yè)能源利用效率分析

依據(jù)2005 年能消費的的高低，本文將我國35 個工業(yè)部門分為高耗能行業(yè)（＞1500 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤）和低耗能行業(yè)（≤1500 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤）兩類?！笆濉逼陂g我國高能耗行業(yè)的平均能源利用效率為0.468，高于低耗能行業(yè)的平均能源利用效率0.383；“十一五”期間依然延續(xù)這一態(tài)勢，高能耗行業(yè)平均能源利用效率為0.708，而低能耗行業(yè)為0.704，發(fā)現(xiàn)它們之間效率差距明顯收縮。對比兩類行業(yè)能源利用效率結(jié)果發(fā)現(xiàn)，“十一五”期間能源利用低效率行業(yè)主要集中在低能耗行業(yè)，而“十二五”開局期間，我國高耗能行業(yè)的平均能源利用效率為0.687，已經(jīng)明顯低于低耗能行業(yè)能源利用效率0.714，，并且高耗能行業(yè)的規(guī)模效率普遍偏低。此外還得知，“十二五”期間我國高耗能行業(yè)的能源利用水平下降，主要是由于規(guī)模效率的降低所致，且我國低耗能行業(yè)整體的能源利用水平進步，主要得益于能源利用技術(shù)的進步。高低耗能行業(yè)的能源利用效率對比結(jié)果意味著，我國工業(yè)的能源利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的轉(zhuǎn)型，正在實現(xiàn)由粗獷式的生產(chǎn)模式向高效可持續(xù)發(fā)展生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，這一轉(zhuǎn)變雖然緩慢，但是“十二五”開局已經(jīng)取得了初步的成效，但是對高耗能行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整的監(jiān)管力度出現(xiàn)了松懈，導(dǎo)致我國高耗能行業(yè)對能源的浪費出現(xiàn)逐漸加劇的態(tài)勢，這應(yīng)該引起我國政府的高度重視。

出現(xiàn)上述的測算結(jié)果，在于“十二五”開局期間，一些地方政府放松了對節(jié)能減排工作的監(jiān)管力度，去重點追求本地經(jīng)濟的發(fā)展速度，導(dǎo)致了一些高耗能行業(yè)恢復(fù)產(chǎn)能；另外一些2010 年被推遲上馬的新項目在“十二五”開局也火速上馬，其中不少為高耗能行業(yè)[5]，同時“十二五”開局期間，投資家投資熱情火爆，也刺激了“見效快”的高耗能行業(yè)擴張之勢；此外技術(shù)方面，我國部分高耗能產(chǎn)品單位能耗已接近國際先進水品，一些龍頭企業(yè)甚至超越了國際先進水平，說明了技術(shù)的進步對高能耗行業(yè)能源利用效率的提升空間有限；政策方面，“十一五”規(guī)劃以來，我國就已提出加快結(jié)構(gòu)節(jié)能的口號，并制定實施了若干促進工業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的措施[5]，鼓勵了低耗能行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，為低耗能行業(yè)能源利用效率的提高帶來了新的機遇，但由于存在一定的滯后性，到“十二五”期間，低耗能行業(yè)的能源利用水平提升效果顯現(xiàn)，已趕超高耗能行業(yè)的能源利用效率。

3.3 工業(yè)能源利用效率影響因素分析

由于在測算工業(yè)行業(yè)能源效率值時，其值為（0,1]的受限值，數(shù)據(jù)被截斷，若用傳統(tǒng)的線性模型方法對模型進行直接回歸，回歸效果很不理想。因此本文采用處理受限值因變量的Tobit 回歸模型對工業(yè)行業(yè)能源效率的影響因素進行分析，采用Tobit 模型如下：式中C 為截斷數(shù)據(jù)，模型建立完成后，構(gòu)建影響工業(yè)能源利用效率的因素指標(biāo)如下：

3.3.1 行業(yè)企業(yè)規(guī)模（SCALEi）：用工業(yè)各行業(yè)的生產(chǎn)總值與工業(yè)行業(yè)企業(yè)個數(shù)的比值來衡量[6]。

3.3.2 產(chǎn)權(quán)結(jié)構(gòu)（SOEi）：用工業(yè)行業(yè)i 國有控股企業(yè)生產(chǎn)總值占工業(yè)行業(yè)i 的生產(chǎn)總值的比重來表示[7]。

3.3.3 外商投資水平（FDIi）：用工業(yè)行業(yè)i 規(guī)模以上外商投資和港澳臺商投資工業(yè)企業(yè)總產(chǎn)值占行業(yè)i 生產(chǎn)總值的比重來表示。

3.3.4 工業(yè)能源消費結(jié)構(gòu)（CCSi）和（ECSi）：分別用工業(yè)行業(yè)I 煤炭消費量對行業(yè)能源消費總量占比及工業(yè)行業(yè)i 電力消費量（折合成標(biāo)煤）對行業(yè)能源消費總量的占比表示。

3.3.5 行業(yè)集中度（CONi）：用工業(yè)行業(yè)i 規(guī)模以上大中型企業(yè)總產(chǎn)值在行業(yè)i 總產(chǎn)值中的占比來衡量。

3.3.6 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)（ISi）：用工業(yè)行業(yè)i 占工業(yè)行業(yè)整體總產(chǎn)值的比例來表示。

3.3.7.對外開放程度(OLi):用工業(yè)行業(yè)i 的出口交貨值在行業(yè)i 總產(chǎn)值中的占比來表示。

如果設(shè)定模型中影響因素間的相關(guān)性極高，那么模型的回歸結(jié)果也會十分的不理想。所以，對擬設(shè)定模型中的影響因素來做相關(guān)性分析，以排除或降低因素間多重共線性的影響。經(jīng)過相關(guān)性分析處理，進行適當(dāng)刪除變量，僅僅保留五個變量進行回歸分析，Tobit 回歸模型為：

運用EVIEWS6.0 進行回歸得到2012 年我國工業(yè)能源利用效率與影響因素的Tobit 回歸分析結(jié)果如表2。結(jié)果顯示，行業(yè)企業(yè)規(guī)模、產(chǎn)權(quán)結(jié)構(gòu)、煤炭占比、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)這四個系數(shù)在顯著性為0.1 的水平下是顯著的，而工業(yè)行業(yè)外商投資水平這個變量不顯著。在我國，絕大多數(shù)企業(yè)沒有形成合力的經(jīng)濟規(guī)模，而且國內(nèi)規(guī)模差距也較大，造成我國單位產(chǎn)品能耗較高，生產(chǎn)產(chǎn)品過程中對能源的使用同樣存在著規(guī)模收益特征，會隨著行業(yè)企業(yè)規(guī)模擴大而提高其自身的效率，有助于設(shè)備潛能的發(fā)揮及能源的集約化，因此合理擴大我國工業(yè)行業(yè)企業(yè)的規(guī)模有力于提高能源的利用效率。另外煤炭占比這個變量也是顯著的，煤炭消費占比每增加1單位，能源效率就會降低0.4698 個單位，不同的能源結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不同的能源組合效率，而煤炭是我國一次能源中利用效率最低的，約為27%，煤炭的這種特性決定了對其使用的增加，會降低能源的利用效率。產(chǎn)權(quán)結(jié)構(gòu)這個變量也是顯著的，系數(shù)為負(fù)，原因可能在于國有企業(yè)雖然存在著資金和技術(shù)優(yōu)勢，但往往也存在預(yù)算軟約束問題[8]，后者的效應(yīng)較前者效應(yīng)更為突出，導(dǎo)致資源沒有得到合理的配置。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)這個變量也是顯著的，系數(shù)為正，從我國20 年的節(jié)能實踐得出，合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來的節(jié)能效果是全社會節(jié)能總量的70%左右，實踐證明了合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對能源利用效率的提高有很大的幫助。本文外商投資水平這個變量的影響不顯著，外資的影響比較復(fù)雜，它可能通過競爭效應(yīng)降低內(nèi)資企業(yè)的提高能源效率的經(jīng)濟基礎(chǔ)，也可能通過示范效應(yīng)帶動內(nèi)資企業(yè)能源效率的提高，外商投資水平的系數(shù)為正，但是影響不顯著，不能由此就斷定外商投資的增加會通過示范效應(yīng)來帶動能源效率的提高。

表2 Tobit 回歸分析結(jié)果

4 結(jié)語

本研究首次將CO2排放作為環(huán)境投入要素測算了我國工業(yè)“十二五”初期的能源利用效率，并且探索了“十二五”初期我國工業(yè)能源利用效率變化的影響因素，得出以下幾點創(chuàng)新性的結(jié)論：4.1“十二五”初期，我國工業(yè)整體的能源利用效率依然偏低，能源利用存在著巨大的浪費，同時我國工業(yè)的能源利用效率相對于2010 年不升反降，主要是規(guī)模效率的下降所致，這應(yīng)該引起我國政府高度重視。加速工業(yè)轉(zhuǎn)型已迫在眉睫，我國工業(yè)的節(jié)能減排工作不能再有任何的疏忽。

4.2“十二五”初期，我國對工業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整取得了初步的成果，低耗能行業(yè)的能源利用效率提升明顯，已超過高耗能行業(yè)能源利用效率。合理地配置高能耗行業(yè)能源資源，提高行業(yè)的規(guī)模效率，加大力度對高能耗行業(yè)能源浪費的監(jiān)管，是我國后續(xù)節(jié)能減排工作的重點。

4.3 就影響因素而言，我國工業(yè)的行業(yè)企業(yè)規(guī)模、產(chǎn)權(quán)結(jié)構(gòu)、煤炭占比、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)顯著影響著工業(yè)的能源利用效率，行業(yè)的外商投資水平對工業(yè)能源利用效率的影響不顯著。適當(dāng)提高工業(yè)行業(yè)企業(yè)規(guī)模，促進生產(chǎn)過程中石油、天然氣、新能源對煤炭利用的替代，妥善處理產(chǎn)業(yè)預(yù)算約束問題和發(fā)揮產(chǎn)業(yè)資金技術(shù)優(yōu)勢，進一步深化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，對我國工業(yè)行業(yè)能源利用效的提高都是十分必要的。

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