我國能源效率的地區(qū)差異及影響因素
——基于異質性隨機前沿邊界模型的實證分析

張東輝，宋鋒華

(新疆財經(jīng)大學經(jīng)濟學院，新疆 烏魯木齊 830012)

我國能源效率的地區(qū)差異及影響因素
——基于異質性隨機前沿邊界模型的實證分析

張東輝，宋鋒華

(新疆財經(jīng)大學經(jīng)濟學院，新疆 烏魯木齊 830012)

在異質性隨機邊界模型的分析框架下，基于我國大陸27個省、市、自治區(qū)1985—2012年的面板數(shù)據(jù)，對各省份能源利用的技術效率進行測算，并對能源效率地區(qū)差異、影響因素進行分析。結果表明：我國的能源利用的技術效率整體水平不高，效率損失約為30%，但隨著時間的推移呈現(xiàn)出技術效率逐漸上升的趨勢；技術效率區(qū)域差距明顯，東部區(qū)域最高，中部和西部區(qū)域的技術效率水平相近。制定差異化產(chǎn)業(yè)結構、能源結構、產(chǎn)權結構和對外開放等目標，有利于技術效率水平的提高和縮小地區(qū)間的效率差距。

能源效率；地區(qū)差異；影響因素；技術效率；技術異質性；隨機前沿模型

當前，我國的能源利用效率水平低于發(fā)達國家，甚至落后于巴西等部分發(fā)展中國家。根據(jù)2011年《中國能源統(tǒng)計年鑒》，我國1億美元GDP的能耗強度是日本的7.5倍，英國的6.2倍，巴西的2.2倍。[1]能源消耗增長過快所引發(fā)的資源耗竭和環(huán)境污染問題影響到我國經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，能源利用效率的提升是我國目前所面臨的重要問題。同時我國幅員遼闊、資源稟賦各異，地區(qū)間發(fā)展不平衡，不同區(qū)域間的能源效率存在很大差異，考察地區(qū)間的能源效率差異及其趨勢有助于我國制定合理的地區(qū)節(jié)能政策。

一般而言，能源效率的長期趨勢是由經(jīng)濟發(fā)展程度、資源稟賦狀況和技術水平?jīng)Q定，而短期變化則與能源價格波動、經(jīng)濟景氣循環(huán)等周期性因素密切相關。針對我國能源效率問題的研究近幾年才開始，學者采用DEA、聚類分析及空間自回歸等方法進行實證分析。[2-4]影響能源效率地區(qū)差異的因素很多，學者們研究的側重點有所不同。[5-10]綜而觀之，多數(shù)評價能源技術效率的文獻是基于數(shù)據(jù)包絡分析(DEA)和隨機前沿分析(SFA)，并沒有考慮由于各個省份經(jīng)濟發(fā)展水平差異及技術水平差距導致的省際間的技術異質性，其估計的技術效率可能是有偏差的；其次，技術效率評價多數(shù)是采用Battese 建立的模型[11]即無效率項服從截斷型標準正態(tài)分布的模型，但該模型無法評價外生環(huán)境變量對于技術效率波動性的影響。鑒于此，本文將區(qū)域異質性引入隨機前沿模型，構建異質性隨機前沿模型(HSFM)，以此來分析附加能源的生產(chǎn)函數(shù)的技術效率及其影響因素。借助該模型，我們不僅可以分析外生環(huán)境變量對于生產(chǎn)函數(shù)的產(chǎn)出缺口的影響，還能夠分析其對于生產(chǎn)效率波動性的影響。同時，本文利用了中國27個省、市、自治區(qū)的的1985—2012年的面板數(shù)據(jù)，研究能源生產(chǎn)函數(shù)的波動變化，從而使研究結論更加全面可靠。

一、異質性隨機前沿模型(HSFM)

考慮個體技術異質性的異質性隨機邊界分析的異質性設定方法為[13]：

(1)

從兩個方面來分析生產(chǎn)函數(shù)的效率影響。(1)采用似然比檢驗來進行定性分析。LR統(tǒng)計量漸進服從卡方分布，自由度為約束的個數(shù)。我們使用似然比檢驗來判別模型的異質性設定。(2)構造一個“生產(chǎn)效率指數(shù)(TEit)”[13]進行定量分析，它表示實際產(chǎn)出與最優(yōu)產(chǎn)出的偏離程度，定義為：

(2)

TEit介于0和1之間，當TEit=0時(uit→∞)，技術效率最低；當TEit=1時(uit→0)，技術效率最高，幾乎不存在無效率項。

二、數(shù)據(jù)來源、變量描述及模型設定

(一)數(shù)據(jù)來源和變量設定

1.投入產(chǎn)出變量。(1)本文選擇用各個省份的實際GDP作為產(chǎn)出變量(Yit)；(2)投入變量分別使用投入勞動量(L)、物質資本存量(K)和能源消費總量(E)衡量。

其中勞動投入和能源消費數(shù)據(jù)可以直接從統(tǒng)計年鑒獲得，實際GDP是對當年GDP進行平減處理得到的。這些數(shù)據(jù)均來自于《新中國六十年統(tǒng)計資料匯編》和分省統(tǒng)計年鑒(2010—2013年)。對于個別的數(shù)據(jù)缺失值，采用移動平均法補齊數(shù)據(jù)。海南和西藏的數(shù)據(jù)存在大量缺失值，重慶市在1998年成為直轄市，與四川省的數(shù)據(jù)進行合并可能存在重復計算以及資本存量計算的困難，本文選擇省略這4個省份的觀測樣本，只剩下中國大陸27個省、市、自治區(qū)的27年的數(shù)據(jù)。

其中，GDP平減指數(shù)是來自世界銀行提供的以2000年為基期的中國GDP平減指數(shù)，對其進行調整使其以1985年為基期，進而對1985—2012年各當年GDP進行處理，得到了以1985年為基期的實際GDP?？紤]到部分省份的能源消費數(shù)據(jù)是從1985年開始統(tǒng)計的，選擇從1985年作為研究數(shù)據(jù)的起點，而且尚未獲得各個省份的2013年的能源消費數(shù)據(jù)，故選擇將2012年為研究數(shù)據(jù)的終點。

物質資本存量以1985年為基期，用億元衡量。物質資本存量的計算借鑒了單豪杰[14]的做法，運用折舊-貼現(xiàn)法，折舊率取10.96%。采用各個省份固定資產(chǎn)形成總額作為各期資本投入增量；當年資產(chǎn)價格指數(shù)取自各省的統(tǒng)計年鑒的固定資產(chǎn)投資或工業(yè)品價格指數(shù)，并對其進行處理進而獲得以1985年為基期的固定資產(chǎn)價格指數(shù)；基期(1985年)的物質資本存量也是借鑒單豪杰博士的研究成果，將其以1952年為基期的1985年物資資本存量使用固定資產(chǎn)價格指數(shù)進行調整，得到了1985年基期的物質資本存量。引入價格平減指數(shù)后，物質資本存量的計算公式為：

(3)

式(3)中：Kt表示當期的固定資本存量，It表示當期的固定資產(chǎn)新增投資，pt表示當期的固定資產(chǎn)價格指數(shù)，Kt-1表示上一期的固定資產(chǎn)存量，δ表示資產(chǎn)折舊率。

(2)外生環(huán)境變量。1)產(chǎn)業(yè)結構(degree)，第二產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展是推動我國能源消費增長的主要原因。我們預期第三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比重增加將會降低能源消耗，并且依據(jù)發(fā)達國家經(jīng)驗，第三產(chǎn)業(yè)比重的逐步提高是經(jīng)濟發(fā)展的趨勢，選擇第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的比值作為產(chǎn)業(yè)結構的衡量指標。2)對外開放(open)，對外開放對于我國能源效率的影響是雙重的。有學者認為國際貿(mào)易促進了我國能源消耗的顯著增長[15]；另外又有學者認為，國際貿(mào)易會通過外部性提高要素的產(chǎn)出率[16]。因此選擇對外依存度來衡量對外開放，由于進出口貿(mào)易額是用美元表示的，故按當年人民幣平均匯率將其換算成人民幣。3)能源消費結構(enstr)，不同的能源單位的經(jīng)濟產(chǎn)出不同，能源利用效率也不相同，能源結構的不同影響到經(jīng)濟增長的能源基礎。以煤炭消費量占能源消費總量的比重作為衡量能源消費結構的代理變量。4)產(chǎn)權結構(prostr)，產(chǎn)權結構變遷體現(xiàn)出我國市場經(jīng)濟改革的歷史演變，在逐漸構建市場體制的過程中推動我國經(jīng)濟的持續(xù)增長。本文選擇國有和集體單位職工人數(shù)占年末從業(yè)人員的比例作為產(chǎn)權結構的代理變量。各變量的基本統(tǒng)計量如表1所示。

表1 變量的基本統(tǒng)計量

(二)實證模型設定

1.生產(chǎn)函數(shù)的設定。能源是重要的生產(chǎn)要素，因此借鑒Lee和Chang[18]的生產(chǎn)函數(shù)模型，建立如下生產(chǎn)函數(shù)模型：

ln gdp=f(lnk,lnl,lntec)

(4)

其中，ln gdp，lnk，lnl，ln tec分別指實際GDP、實際物質資本存量、總就業(yè)人員數(shù)和能源消費總量的對數(shù)值。然后對式(4)進行修改，構造一個對數(shù)線性的C-D生產(chǎn)函數(shù)：

ln gdpit=αi+βit+γiln teci+θlnki+δlnli+νit-uit

(5)

其中，下標i和t分別代表省份和時間。

2.異質性設定。本文的異質性設定如下：

(6)

(7)

三、實證結果及分析

(一)異質性隨機前沿模型的估計結果

對無效率項的均值和方差施加一定約束，可以將SFA劃分為5個模型。模型1是我們分析的重點，它沒有對異質性隨機前沿函數(shù)的參數(shù)施加任何約束，因此其技術效率是動態(tài)變化的過程。而模型2～5則是在模型1的基礎上施加各種約束條件后得到的。模型2的假設是外生環(huán)境變量對于生產(chǎn)函數(shù)的無效率項的不確定性沒有影響(方差是常數(shù)，均值是外生變量的函數(shù))，這源于Battese和Coelli[11]的設定；模型3則假定無效率項本身不受外生變量的影響(均值為0，方差為外生變量的函數(shù))，則是對應Reifschneider和Stevener[19]的設定。模型4假設無效率項服從在零處截斷的半正態(tài)分布(假定均值為0，方差為常數(shù))，對應Aginer、Lovell和Schmide[20]的傳統(tǒng)隨機前沿模型；模型5不考慮無效率項的影響，對應的是DEA模型。異質性隨機前沿模型的估計及檢驗結果如表2所示。

表2 異質性隨機前沿模型估計及檢驗結果

注：①***、**、*分別表示在1%、5%、10%顯著性水平下顯著，括號中數(shù)值為t值，樣本數(shù)為756；②LR1和LR2分別為相應模型5和模型1進行似然比檢驗得到的卡方值。

在所有的設定方式下，能源消費(ln e)、資本存量(ln k)和勞動投入(ln l)都在1%的顯著性水平下是顯著的，這與前期文獻研究的結論相一致，即能源消費、資本投入和勞動投入都對經(jīng)濟增長產(chǎn)生正向影響。從表2中最后4列的似然比檢驗(LR test)結果表明，無論原假設是“不存在無效率項(LR1)”還是“存在異質性外生變量約束”(對應的是LR2)，最終檢驗結果都是表明異質性隨機邊界模型(模型1)顯著優(yōu)于其他4個模型。模型1顯著優(yōu)于模型5，表明省際間的異質性的確影響了生產(chǎn)函數(shù)的技術效率的差異。因此，本文隨后的分析都是基于模型1展開。

(二)生產(chǎn)函數(shù)技術效率的影響因素分析

從模型1的結果來看，產(chǎn)業(yè)結構(degree)在效率損失均值方面顯著為負，在效率損失方差方面則不顯著。第三產(chǎn)業(yè)相對于第二產(chǎn)業(yè)而言，其能源消耗較低，且第三產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟比重的上升，可以帶來更多就業(yè)并有效推動第一二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進國民經(jīng)濟整體的發(fā)展，進而帶動了所有產(chǎn)業(yè)進步，所以在效率損失均值方面為負。考慮到我國東中西部的第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度及在國民經(jīng)濟中的比重不同，地區(qū)間顯著的差異性導致了產(chǎn)業(yè)結構變量在效率損失方差的不顯著。

對外開放(open)在效率損失均值和效率損失方差都是顯著為負的，這與先前文獻的觀點即國際貿(mào)易可以促進能源效率的提升相一致[15]。我國在承接發(fā)達國家污染產(chǎn)業(yè)轉移的同時，也承接了清潔產(chǎn)業(yè)的轉移，進而帶來產(chǎn)業(yè)轉移的技術溢出效應。借助產(chǎn)業(yè)轉移的外部性，進而帶動了經(jīng)濟增長的能源利用效率的提升。同時考慮到東中西部在國際貿(mào)易方面的差異，這就在一定程度上解釋三大區(qū)域在能源利用效率方面的差異。

能源消費結構(enstr)在效率損失均值方面顯著為正，在效率損失方差方面則在顯著性水平上顯著為負，這表明煤炭消費比重的上升會降低能源效率。作為非清潔能源，煤炭通常低效且污染大。能源消費結構對于經(jīng)濟增長的影響是負向的，這說明我國經(jīng)濟的長期增長會降低煤炭在整個能源消費結構中的占比。因為經(jīng)濟的增長將會提升我國的能源利用技術，推進能源結構優(yōu)化調整，并增加對于優(yōu)質能源的需求,提升整體的能源利用效率。

產(chǎn)權結構(prostr)在效率損失均值方面顯著為正，且絕對值較大，大于能源結構的效率損失的數(shù)值。產(chǎn)業(yè)結構衡量的是國有和集體單位職工人數(shù)占社會總就業(yè)人員的比重，其無效率項的均值方程呈現(xiàn)為正值，表明了國有和集體單位職工人數(shù)比重的提升會降低能源利用效率，這與史丹等[6]考察制度因素對能源利用效率的結論基本一致。我國各個省份的制度因素確實會對能源利用效率產(chǎn)生影響，隨著我國市場化改革的逐步深入，企業(yè)組織結構優(yōu)化， 技術創(chuàng)新能力增強，技術裝備水平提高，現(xiàn)代企業(yè)制度逐漸建立，管理體制和經(jīng)營機制發(fā)生了深刻變化。但國有及集體企業(yè)在改革創(chuàng)新方面相對滯后于其他所有制企業(yè)，導致其市場績效上不如其他所有制企業(yè)。國有及集體企業(yè)市場競爭力相對較弱，反映在能源利用效率上就是國有及集體企業(yè)相對較低。

(三)地區(qū)差異分析

根據(jù)我國區(qū)域間經(jīng)濟發(fā)展狀況，將我國區(qū)域分成東部發(fā)達地區(qū)、中部次發(fā)達地區(qū)和西部欠發(fā)達地區(qū)。東部地區(qū)包括：北京、天津、遼寧、上海、江蘇、浙江、山東、廣東、福建；中部地區(qū)包括：河北、山西、內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江、安徽、江西、河南、湖北、湖南、廣西；西部地區(qū)包括：貴州、云南、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆。我國經(jīng)濟在高速發(fā)展的三十多年出現(xiàn)了區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展不平衡的狀況，其大致表現(xiàn)為東部發(fā)達、中部次之、西部落后，認為是地區(qū)間經(jīng)濟發(fā)展水平的差異導致了各個地區(qū)生產(chǎn)函數(shù)異質性的存在。分區(qū)域的異質性隨機前沿估計結果如表3所示。

表3 分區(qū)域的異質性隨機前沿估計結果

注：***、**、*分別表示在1%、5%、10%顯著性水平下顯著。

從表3可見，(1)在能源消費對于經(jīng)濟增長的推動作用中，西部地區(qū)的系數(shù)是最大的，為0.855。其可能的解釋為，西部地區(qū)作為中國主要的化石能源供給基地，化石能源不僅是推動西部地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的能源動力，也是西部地區(qū)出口產(chǎn)品的重要組成部分。(2)在資本對于經(jīng)濟增長的推動作用方面，東部和中部地區(qū)的影響系數(shù)基本相同，西部地區(qū)的系數(shù)相對較低，西部地區(qū)的產(chǎn)業(yè)基礎相對薄弱，多以以化石能源或原材料輸出東部，多年以來的固定資產(chǎn)投資相較于東部地區(qū)較少，故反映在回歸結果中，西部地區(qū)資本的彈性系數(shù)較低。(3)在產(chǎn)業(yè)結構方面，西部地區(qū)的估計系數(shù)接近于0且不顯著，而東部和西部地區(qū)較為明顯，反映出東中部地區(qū)在工業(yè)化進程及產(chǎn)業(yè)結構調整過程中，帶來能源利用效率提高，進而推動經(jīng)濟增長的效果是顯著的。(4)在對外開放中，東部地區(qū)的系數(shù)也是顯著的，且在三大區(qū)域中最大。這與我國東部地區(qū)較高程度參與了國際分工及國際貿(mào)易的經(jīng)濟事實相符，極大推動了能源利用效率的提升和經(jīng)濟增長中技術效率的提高。(5)在產(chǎn)權結構中，東部和中部地區(qū)的系數(shù)是顯著為正的，且東部地區(qū)的估計值最大，為0.094。說明在影響生產(chǎn)函數(shù)的技術效率中，產(chǎn)權結構在東部地區(qū)的影響最大，即國有及集體經(jīng)濟比重的降低可以提高能源消費的技術效率，進而推動經(jīng)濟總體增長，降低無效率項的影響。

(四)生產(chǎn)效率分析

采用隨機前沿分析的一個重要特點在于我們可以定量分析各個省份的生產(chǎn)技術效率，它間接反映了每個省份所面臨的無效率項的約束程度。圖1繪制了生產(chǎn)技術效率(TE)的頻數(shù)分布圖，呈現(xiàn)出左偏的特征，少數(shù)的省份的生產(chǎn)技術效率較高接近0.85，多數(shù)的省份的TE值集中在0.65～0.75之間。TE的樣本均值和標準誤分別為0.696和0.034，表明無效率項的存在使得我國大多數(shù)省份的生產(chǎn)技術效率比最優(yōu)水平降低了約30%～40%。

從圖2可以看出生產(chǎn)函數(shù)的技術效率在區(qū)域間存在較大差異。首先，從整個時間區(qū)間看，各區(qū)域的技術效率基本呈現(xiàn)上升趨勢。其次，中部和西部地區(qū)的技術效率差距較小，且都處于全國平均水平之下，在2009年后兩個區(qū)域的技術效率基本趨同。最后，東部地區(qū)的技術效率最高，并且不斷拉大與中西部區(qū)域的差距，進而將全國的技術效率水平拉高。尤其在進入21世紀后，東部區(qū)域的技術效率與中西部區(qū)域的差距不斷拉大，這是需要我們注意的。

以上分析表明，一個區(qū)域的能源生產(chǎn)函數(shù)的技術效率的高低首先取決于該區(qū)域的生產(chǎn)技術前沿分布，我國三大區(qū)域的前沿分布又取決于能源、資本和勞動投入的比例及外部環(huán)境的約束程度，因此處于生產(chǎn)前沿面上的省份，其產(chǎn)出將會由投入要素組合決定，較少受到外部環(huán)境的干擾，而那些低于生產(chǎn)前沿面的省份將會在一定的時期內(nèi)受到外部環(huán)境制約，從而偏離生產(chǎn)前沿。

四、結語

傳統(tǒng)隨機前沿模型假定所有省份具有同質的生產(chǎn)技術前沿面，具有相同的無效率項，沒有考慮區(qū)域間的異質性，這導致其估計的技術效率存在偏誤。因此，為減少模型設定偏誤，本文基于省際異質性構建了異質性隨機前沿模型，基于中國27個省、市、自治區(qū)的1985—2012年的面板數(shù)據(jù)，對于附加能源消費的生產(chǎn)函數(shù)的生產(chǎn)技術效率及其影響因素進行實證分析，得出如下結論：

1.從整體上看，我國的能源技術效率處于緩慢上升狀態(tài)，且與生產(chǎn)技術前沿面尚有一定的距離。有經(jīng)濟外生因素的存在導致的無效率項致使我國大部分的省份的技術效率損失30%～40%左右。從三大地區(qū)看，我國能源效率地區(qū)差異明顯，東部與中西部差距較大，且差距正在不斷加大。努力縮小地區(qū)間能源技術效率的差距，并實施差別化的能源效率目標政策，將是實現(xiàn)我國整體能源效率目標的一種有效方式。本文認為若要縮小東中西部在于能源技術效率方面的差距，需要依靠東中西部地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結構轉型。東部地區(qū)推動其產(chǎn)業(yè)結構向高端制造業(yè)和高端服務業(yè)升級；中西部則推進其產(chǎn)業(yè)結構繼續(xù)實現(xiàn)工業(yè)化進程，注重其建立能源效率和經(jīng)濟發(fā)展的良性動態(tài)循環(huán)機制。

2.從能源技術效率的影響因素來看：(1)能源結構中，煤炭消費比重的上升對于技術效率存在顯著的負面影響，對此，應加大新能源的開發(fā)力度，合理調整能源消費結構。(2)產(chǎn)權結構中，國有經(jīng)濟和集體經(jīng)濟就業(yè)比重的上升對我國的能源技術效率產(chǎn)生了負面影響，這說明我國需要繼續(xù)深化市場化改革，進一步創(chuàng)造為各種所有制經(jīng)濟公平競爭的市場環(huán)境。(3)對外開放對于我國的技術效率的提升存在顯著的正向影響，我國在參與國際貿(mào)易，承接國際產(chǎn)業(yè)轉移的同時，也在提高我國自身的能源利用效率。在發(fā)展國際貿(mào)易的同時，應注重改善貿(mào)易的質量和結構，以進一步提升我國的能源利用效率。由于中西部能源效率相對較低且經(jīng)濟發(fā)展相對落后，更應注重國際貿(mào)易的發(fā)展及其作用。(4)產(chǎn)業(yè)結構，第三產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比重對于技術效率的提升存在正向影響，這是發(fā)達國家的經(jīng)濟發(fā)展趨勢相符的，即在工業(yè)化后期，第三產(chǎn)業(yè)的比重逐漸上升，第三產(chǎn)業(yè)的能源消耗少于第二產(chǎn)業(yè)的能源消耗，經(jīng)濟總體的能源利用的技術效率提升。因此，我國在促進工業(yè)結構優(yōu)化升級，突出發(fā)展現(xiàn)代服務業(yè)，轉變經(jīng)濟發(fā)展方式，從而緩解能源消費壓力，實現(xiàn)長期可持續(xù)發(fā)展。

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(責任編輯 馬 誠)

Regional Difference and the Impacting Factors of Energy Efficiency in China

ZHANG Dong-hui，SONG Feng-hua

(School of Economics,Xinjiang University of Finance & Economics,Urumqi 830012,China)

Within the framework of heterogeneous random boundary models,this paper made an empirical study using the 1985 to 2012 panel data from the 27 provinces and regions to work out the technical efficiency of energy use of the regions,as well as the energy efficiency of regional differences and the influence factors.The results show that the technical efficiency of energy use in China is not high in general with a 30% efficiency loss,but rising gradually with the time.It varies considerably with region,with the eastern region having the best performance,and the central and western regions similar to each other.Differentiated goals in industrial structure,energy structure,property right structure and opening to the public is conducive to use the technical efficiency better and reduce the gap in efficiency between the regions.

energy efficiency;regional difference;impacting factors;technical efficiency;heterogeneity of technology;stochastic frontier model

2015-04-17

2015-04-28

張東輝(1989-)，男，滿族，碩士研究生，研究方向為產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟。

宋鋒華(1972-)，男，副教授，博士，研究方向為產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟、城市經(jīng)濟。E-mail：sfhsky@sina.com

F124.5

A

1673-4432(2015)02-0052-08