基于超效率DEA模型的中國能源效率測算與實證研究

王世進

（江蘇師范大學商學院，徐州 221116)

基于超效率DEA模型的中國能源效率測算與實證研究

王世進

（江蘇師范大學商學院，徐州 221116)

摘要隨著城市化和工業(yè)化進程的加快，在能源需求量日益擴大的同時，二氧化碳排放量也快速增長，中國面臨著越來越嚴峻的能源和環(huán)境形勢。為了實現(xiàn)“十二五”規(guī)劃節(jié)能減排目標及2030年實現(xiàn)碳峰值的承諾，提高能源效率和碳減排成為了我國經(jīng)濟發(fā)展的當務(wù)之急。本文選取與能源效率存在密切關(guān)系的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)進步、能源消費結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟發(fā)展水平作為主要影響因素，基于超效率DEA模型對中國1980-2011年的能源效率進行了測算，利用VEC模型分析發(fā)現(xiàn)能源效率與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)進步、能源消費結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟發(fā)展水平之間存在長期的協(xié)整關(guān)系；同時，在此基礎(chǔ)上利用脈沖響應函數(shù)和方差分解模型就我國能源效率與其影響因素之間的短期動態(tài)關(guān)系作進一步分析，結(jié)果顯示，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消費結(jié)構(gòu)、技術(shù)進步對能源效率得提升有積極的正效應，而經(jīng)濟發(fā)展水平對其有一定的負面影響，從各因素對能源效率的貢獻百分比來看,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例對能源效率的貢獻最大,然后依次是經(jīng)濟發(fā)展水平、能源消費結(jié)構(gòu)和技術(shù)進步。最后結(jié)合以上分析，從加大研發(fā)收入、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)、提升技術(shù)利用水平、發(fā)展清潔能源技術(shù)、推廣新能源使用與技術(shù)擴散能方面提出了可行性建議與對策。

關(guān)鍵詞能源效率；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；技術(shù)進步

引言

全球性能源短缺和氣候變化促使能源效率問題成為研究焦點，在我國現(xiàn)代化進程中，能源已成為我國經(jīng)濟增長不可完全替代的限制性生產(chǎn)要素。隨著經(jīng)濟的增長，能源和環(huán)境的約束瓶頸已經(jīng)越來越接近底線，提升能源利用效率，成為擺在我國政府面前的一個關(guān)鍵問題[1，2]。

1　相關(guān)研究

Wei和Shen利用生產(chǎn)曲線分析得出簡單的結(jié)構(gòu)調(diào)整只能對能源效率的改善起到有限的作用，而且邊際改進會越變越難，成本問題凸顯，真正的能源效率提高要靠技術(shù)進步的結(jié)論[3]。

Chien和Hu在對不同國家的能源效率研究中發(fā)現(xiàn)，煤炭在國家能源比重中占有率越高，則不利于能源效率的提高[4]。

王志剛等則從政府財政支出角度分析了過高的政府支出不利于生產(chǎn)效率與經(jīng)濟效率的提升[5]。

高振宇和王益將我國劃分為高效、中效、低效的能源生產(chǎn)率區(qū)域，并指出投資、能源價格及經(jīng)濟水平是影響能源生產(chǎn)率的主要因素[6]。

譚忠富和張金良利用DEA構(gòu)建能源效率指標，并分析了現(xiàn)代服務(wù)業(yè)、政府財政支出、外貿(mào)結(jié)構(gòu)對能源效率的影響[7]。

以上研究主要分析了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技水平、能源消費結(jié)構(gòu)對能源效率的影響，但未考慮到經(jīng)濟發(fā)展水平對能源效率變化的影響，同時目前的測算能源的指標還存在缺陷，導致計算結(jié)果存在差異，不利于分析能源效率的影響因素。

本文首先運用超效率DEA模型計算出我國1980—2011年的能源效率，其次基于VEC模型實際考察經(jīng)濟發(fā)展水平、技術(shù)進步、能源消費結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)多種因素對能源效率的長期影響，同時使用脈沖響應函數(shù)及方差分解模型度量了各個因素對能源效率的動態(tài)影響，最后提出建議，在科技方面，應加強對現(xiàn)有成熟技術(shù)的推廣與利用，提高技術(shù)效率水平；在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面，應引導經(jīng)濟向第三產(chǎn)業(yè)縱深調(diào)整，注重輕工業(yè)的發(fā)展；在能源消費結(jié)構(gòu)方面，應加強推廣新能源技術(shù)的使用與擴散，加強水電、風能的使用效率。

2　能源效率的計算

2.1 模型選擇

由于傳統(tǒng)的DEA 模型存在著明顯的弱點，即會得到較多的有效單元，無法對有效單元進行進一步的評價。而超效率DEA模型可以對能源效率進行排序。在超效率DEA模型中，無效率的決策單元效率值與傳統(tǒng)的DEA模型一致，而對于有效率的決策單元，如效率值為1.5，則表示該決策單元即使再等比例增加50%的投入，它在所有決策單元集合中仍能保持相對有效。超效率DEA模型如下：

2.2 變量與指標確定及計算結(jié)果

關(guān)于投入指標的選取，目前主要以三要素和四要素投入模型應用比較廣泛。三要素投入模型強調(diào)人力、能源與資本三方面，而四要素投入模型在此基礎(chǔ)上加上了農(nóng)作物種植面積這一指標，該指標較易夸大生物質(zhì)能的功能與規(guī)模，所以本文采用三要素投入模型進行測算。

能源資源選用的是全國的能源消費總量這一指標來衡量；在衡量勞動力資源時，擬以勞動者的素質(zhì)以及數(shù)量來確定勞動力資源的量，由于勞動者的素質(zhì)難以確定，選取了當期勞動人口數(shù)作為衡量指標，當期勞動人口數(shù)=（上一期年底職工數(shù)+當期年底職工數(shù)）/2；資本資源采用“永續(xù)盤存法”來計算全國當期實際資本存量，以1980年的基期計算[8]。

根據(jù)相關(guān)文獻，本文選擇GDP作為產(chǎn)出的指標[9,10]。

以能源消費總量、勞動力及資本存量作為投入指標，以當期GDP作為產(chǎn)出指標，把1980—2011年的每年作為決策單元，利用Lindo軟件計算出各年份的能源效率。

從表1可以看出，我國能源效率的總體趨勢是先上升，后下降，再上升，再下降后在2002—2011年保持在1.00左右，其中在1995年降到谷底，在2001年達到鼎盛時期。是什么因素引起能源效率的變動？這個問題引人深思。

3　基于VEC模型的分析

3.1影響因素的選擇與數(shù)據(jù)來源

當前我國正處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，本文集中研究經(jīng)濟發(fā)展水平、技術(shù)進步、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與能源消費結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵變量。

第三產(chǎn)業(yè)是耗能較低的產(chǎn)業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)比重的高低將影響能源效率的變化。在衡量經(jīng)濟結(jié)構(gòu)時，選取的是第三產(chǎn)業(yè)比重，用DSCY來表示。

技術(shù)進步可以通過科技的發(fā)展提升設(shè)備的使用效率，減少中間的能耗，優(yōu)化資源配置，促進整個產(chǎn)業(yè)部門效率的提高。要衡量科技因素，需涉及多方面的指標，對于技術(shù)進步指標難以刻畫，考慮到數(shù)據(jù)的難以采集，且國內(nèi)外三項專利的授權(quán)數(shù)在一定程度上反映了一個國家的技術(shù)進步狀況，所以用國內(nèi)外三項專利的授權(quán)數(shù)來反映全國的技術(shù)進步狀況，用ZLS表示。

為了考察能源消費結(jié)構(gòu)對能源效率的影響程度，本文采用水電消耗在一次能源消費總量中的比重來衡量能源結(jié)構(gòu)變化，用SDBZ表示水電占能源消費總量比重。

人均GDP是衡量一個國家經(jīng)濟水平的指標，影響著能源效率的高低。

為了消除數(shù)據(jù)的異方差，對所有的數(shù)據(jù)取對數(shù)，分別用LNNYXL、LNCZZC、LNGDP、LNSDBZ、LNZLS表示能源效率、第三產(chǎn)業(yè)比重、人均GDP、水電比重和國內(nèi)外專利授權(quán)數(shù)取對數(shù)后的值。

本部分首先對變量的平穩(wěn)性進行檢驗和對模型的協(xié)整性進行檢驗，協(xié)整檢驗通過后再建立VEC模型。使用向量誤差修正模型可以分析五個變量之間的波動關(guān)系，利用方差分解模型與脈沖響應函數(shù)分析能源效率與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人均GDP、水電比重及國內(nèi)外專利授權(quán)數(shù)之間的動態(tài)影響并做進一步分析，VEC模型是含有協(xié)整約束的VAR模型，可以應用于具有協(xié)整關(guān)系的非平穩(wěn)時序建模，較之傳統(tǒng)的OLS方法，它既可以保證時間序列的穩(wěn)定性，又可以保證結(jié)論的科學客觀性。

3.2平穩(wěn)性檢驗

本文采用ADF檢驗方法對時間序列數(shù)據(jù)進行了檢驗，各變量的水平值序列是非平穩(wěn)序列，但各原始變量的一階差分變量在5%的顯著性水平下都是平穩(wěn)序列。

表1　1980—2011年我國的能源效率

3.3 協(xié)整檢驗

為了檢驗能源效率、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、技術(shù)進步、能源消費結(jié)構(gòu)之間是否存在長期的均衡關(guān)系，本文在向量自回歸模型結(jié)果的基礎(chǔ)上，運用基于回歸系數(shù)的多變量協(xié)整檢驗。首先根據(jù)AIC和SC準則確定最優(yōu)滯后階數(shù)為2，然后對能源效率、第三產(chǎn)業(yè)比重、人均GDP、水電比重、國內(nèi)外專利授權(quán)數(shù)進行協(xié)整檢驗[11]。得到協(xié)整方程：

其中，判定系數(shù)R2=0.982 3，擬合程度較好由以上方程得知能源效率與影響因素間存在著長期的協(xié)整關(guān)系，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對能源效率提升的貢獻為3.193，技術(shù)進步對能源效率提升的貢獻最大，達到0.233，能源效率對能源消費結(jié)構(gòu)的貢獻達到0.559，由于我國目前水電資源開發(fā)程度不足25%，所以應大力發(fā)展水電。而能源效率對GDP的彈性為-1.020，可見能源效率并沒有隨著經(jīng)濟的發(fā)展而提高，反而降低。

從短期來看，滯后一期的各變量對能源效率短期波動的影響系數(shù)分別為-0.622、0.038、0.325、-0.025，影響最大的為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。此外，能源效率還受到誤差修正項的影響，其反映了變量在短期波動中偏離長期均衡關(guān)系的程度，系數(shù)越大，說明短期波動對長期均衡的調(diào)整力度越大。

3.4 脈沖響應分析

協(xié)整分析只能說明能源效率與其影響因素存在長期的關(guān)系，并不能說明每個影響因子的變動對整體平衡的擾動。而脈沖響應函數(shù)描述的是，在擾動項上加一個標準差大小的沖擊對于內(nèi)生變量當前值和未來值所帶來的影響。沖擊一個變量可以通過VAR模型傳遞給其他的內(nèi)生變量，下面分別給各影響因素一個單位大小的沖擊，得到關(guān)于能源效率的脈沖響應函數(shù)圖（圖1）。

從圖1中可以看出，給第三產(chǎn)業(yè)比重一個正向的沖擊，能源效率在第3期達到最低點，而后又持續(xù)上升，至第8期達到最高點，這說明第三產(chǎn)業(yè)的正向沖擊對提高能源利用效率具有明顯的促進作用，并且這一顯著促進作用具有較長的持續(xù)效應。

給能源消費結(jié)構(gòu)一個正向的沖擊力后，能源效率迅速提升，在第2期達到最高，而后逐漸下降至平穩(wěn)水平，這說明我國水電占總能耗量比重的變動對能源效率的提升產(chǎn)生了積極的作用。在我國非化石能源構(gòu)成中，水電占主導地位，充分利用水電資源有助于長期提高能源效率。因此，應加大對非石化能源的開發(fā)和利用。

對人均GDP的正向沖擊在前期會直接導致能源效率的下降，在第3期出現(xiàn)轉(zhuǎn)機，變?yōu)檎蜃饔茫@說明一個國家的經(jīng)濟發(fā)展水平的高低會直接影響能源效率的變化。隨著經(jīng)濟發(fā)展水平的提高，國家會加大節(jié)能投入。

技術(shù)進步對能源效率的影響從第5期開始出現(xiàn)下降趨勢，技術(shù)進步對能源效率的提高作用明顯，這與Fisher-Vanden，Jeffrson等人的研究結(jié)果無異[12]。但由于技術(shù)進步存在回報效應，使衡量技術(shù)進步對能源效率的影響變得復雜，這也是導致科技進步對提升能源效率的作用力有所降低的可能原因。

圖1　脈沖反應函數(shù)結(jié)果

3.5 方差分解

方差分解是通過分析各個影響因素對內(nèi)生變量產(chǎn)生影響的程度來評價各個影響因素的相對重要性[13]，經(jīng)過計算可以測算出各個影響因素對能源效率的貢獻程度，結(jié)果顯示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化對能源效率的貢獻率最大，達到20%左右，一直保持著上升的趨勢；其次是能源消費結(jié)構(gòu)，貢獻率最大值在第3期達到12%；技術(shù)進步和我國經(jīng)濟發(fā)展水平對能源效率的貢獻率都是逐漸增大的，并都在第5期達到各自的最大值，即7.3%、3.5%左右。這說明當務(wù)之急是完善我國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和調(diào)整我國的能源消費結(jié)構(gòu)。

4　結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本文首先利用超效率DEA模型計算出1980—2011年的能源效率，基于VEC模型分析能源效率與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)進步、能源消費結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展水平這四個變量之間的動態(tài)關(guān)系,研究表明，我國能源效率與其影響因素之間存在長期的關(guān)系。從長期關(guān)系來看，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對能源效率的正面影響最大，能源消費結(jié)構(gòu)對能源效率的拉動也較大，而經(jīng)濟發(fā)展水平會制約能源效率的提高。從各變量對能源效率的沖擊反應來看，第6期將出現(xiàn)正沖擊效應；從貢獻率上看，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化貢獻最大，其次是經(jīng)濟發(fā)展水平、能源消費結(jié)構(gòu)及技術(shù)進步。

4.2 相關(guān)建議

對于技術(shù)進步方面，不應該只是單純地模仿引進，而應在現(xiàn)有成熟技術(shù)上進行創(chuàng)新與提高效率，提升其使用的節(jié)能水平，在生產(chǎn)過程中盡量避免能源消耗；加大研發(fā)投入，將能源廢料變廢為寶，提高使用效率。

與此同時，也應逐漸引導經(jīng)濟向第三產(chǎn)業(yè)縱深，注重輕工業(yè)的發(fā)展。在財政支出上應繼續(xù)加大，可以將其用于節(jié)能技術(shù)、節(jié)能教育等方面，以利于提高能源效率。在能源消費結(jié)構(gòu)方面，應大力發(fā)展清潔能源

技術(shù)，提高化石能源及傳統(tǒng)能源的使用效率，同時不斷推廣新能源的使用與技術(shù)擴散，加大可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重。

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Measurement and Empirical Research on Energy Effi ciency of China Based on Super-Effi ciency DEA Model

Wang Shijin
(School of Business Jiangsu Normal University，Xuzhou 221116)

Abstract：With the speeding up of urbanization and industrialization process, energy demand and carbon emissions are growing rapidly, and China is facing more and more serious energy and environmental situation. To realize the energy saving and emission reduction targets of the 12th Five-Year Plan and the promise of the peak value of carbon emission of China in 2030, China has been urged to improve energy effi ciency and reduce carbon emissions. Energy efficiency closely related factors as industrial structure, technical progress, energy consumption structure, and economic development level were chosen to calculate the energy effi ciency from 1980 to 2011 based on Super-Effi ciency DEA Model in this paper. An approach based on co-integrated VEC model showed that the long run cointegration relationship exists between previous four factors and energy efficiency. The paper also examined the dynamic relationship between energy efficiency and its influencing factors with the impulse response function and variance decomposition.We found that industrial structure, energy consumption structure and technical progress have great positive influence on China’s energy efficiency. Nevertheless, economic development level produced negative effects. At last, suggestions and countermeasures were put forward as follows: increasing research income, adjusting the industrial structure, optimizing the structure of energy consumption, improving the utilization level of technology and developing clean energy technology, promoting ne w energy and technology diffusion.

Keywords:energy effi ciency；industrial structure；technical progress

中圖分類號：X196

文獻標識碼：A

文章編號：1674-6252（2015）05-0073-05

基金項目：江蘇省社科應用研究精品工程，江蘇城市居民低碳節(jié)能行為及政策研究（15SYC－015）；江蘇師范大學博士學位人員支持項目“低碳視角下江蘇城市居民節(jié)能行為及政策研究”（14XWR020）；2015年江蘇省社科基金青年項目“江蘇城鎮(zhèn)化與區(qū)域碳減排的協(xié)同發(fā)展研究”（15EYC003）。

作者簡介：王世進（1980—），男，博士，江蘇師范大學商學院講師，研究方向為低碳轉(zhuǎn)型。