節(jié)能低碳視角下的我國工業(yè)行業(yè)效率*

張　臻　劉金蘭　陳立蕓　于偉杰

（1．北京電子科技學院，北京100070；2．天津大學，天津300072）

節(jié)能低碳視角下的我國工業(yè)行業(yè)效率*

張臻1劉金蘭2陳立蕓2于偉杰

（1．北京電子科技學院，北京100070；2．天津大學，天津300072）

采用基于方向距離函數(shù)的非參數(shù)方法，從節(jié)能低碳的視角測算了我國2007—2013年36個工業(yè)行業(yè)的效率，并分析了效率的時序特性和行業(yè)異質(zhì)性。研究發(fā)現(xiàn)，除2008年略低外，各年工業(yè)行業(yè)效率均值大致相同，后5年略有上升，但不明顯；能耗較高的行業(yè)效率值與能耗較低的行業(yè)效率值有明顯差異，但碳排放量大的行業(yè)與碳排放量小的行業(yè)效率差異不明顯；大部分行業(yè)效率水平不高，尤其高能耗行業(yè)，節(jié)能降碳潛力較大。

節(jié)能低碳；工業(yè)結(jié)構(gòu)；效率；方向距離函數(shù)

改革開放后，我國工業(yè)經(jīng)歷了產(chǎn)值的強勁增長和生產(chǎn)率的不斷提高，這對拉動國民經(jīng)濟增長和社會發(fā)展起到了重要作用。近年來工業(yè)化和城市化的進程不斷加快，工業(yè)的高能耗、高碳排以及以煤為主的能源消耗結(jié)構(gòu)帶來的環(huán)境問題日益凸顯，金融危機后我國勞動力成本逐步攀升、氣候變暖等因素使得形勢更加嚴峻。如何處理好資源節(jié)約、經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護三者之間的關(guān)系，以工業(yè)行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和效率提高促進轉(zhuǎn)型升級，走新型工業(yè)化道路，建設(shè)生態(tài)文明，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展具有重大現(xiàn)實意義和深遠歷史意義。在此背景下，從節(jié)能低碳視角對我國工業(yè)行業(yè)的效率進行研究顯得十分必要。

一、文獻綜述

效率分析分為單要素和全要素兩種，且以包含多個投入要素的全要素分析為主。而研究的方法主要有參數(shù)和非參數(shù)兩類，經(jīng)典的參數(shù)方法有索洛余值、隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)法，非參數(shù)法則以數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）和指數(shù)法為代表。其中數(shù)據(jù)包絡(luò)分析憑其無須預(yù)先設(shè)定投入產(chǎn)出函數(shù)形式的特點，自1978年Cooper等提出CCR模型以來，得到了廣泛應(yīng)用。［1］

我國以DEA方法為基礎(chǔ)的全要素能源效率的研究成果頗為豐富。從對國家層面的能源效率研究來看，從節(jié)能減排視角（減排指減少污染物排放）或從節(jié)能、減排、低碳綜合視角的研究很多［2］，專門從節(jié)能低碳視角下的效率研究很少，且以省際間分析居多［3］，工業(yè)分行業(yè)的則相對較少，基于全行業(yè)數(shù)據(jù)的研究更是鮮有見到。原因可能是國家統(tǒng)計局的統(tǒng)計口徑為規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)，且行業(yè)分類標準發(fā)生了變化。

李斌（2013）［4］基于2001—2010年我國36個工業(yè)行業(yè)的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，從節(jié)能減排低碳視角測算了我國綠色技術(shù)效率和綠色全要素生產(chǎn)率。何小鋼和張耀輝（2012）用投入導(dǎo)向的DEA和Malmquist指數(shù)對能源與碳排放約束下的我國2009年工業(yè)行業(yè)全要素生產(chǎn)率進行了測算。周五七和聶鳴（2012）［5］用SBM模型分析了節(jié)能低碳視角下的我國工業(yè)行業(yè)1998—2010年的技術(shù)效率。郝珍珍等（2014）以基于方向距離函數(shù)的DEA方法分析了我國1990—2010年節(jié)能低碳視角下的環(huán)境效率。這些文獻在測算效率時大都采用規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)數(shù)據(jù)［6］，并未將口徑調(diào)整到全行業(yè)，這樣的測算不足以刻畫工業(yè)行業(yè)效率的全貌。在構(gòu)建生產(chǎn)前沿面時，為解決動態(tài)分析時的技術(shù)退步問題多采用窗口DEA方法，但這可能會導(dǎo)致新的問題——產(chǎn)生非可行解。

基于以上，本文基于我國2007—2013年工業(yè)分行業(yè)的全行業(yè)數(shù)據(jù)，采用基于方向距離函數(shù)的全局DEA方法測算節(jié)能低碳視角下的效率，并用非參數(shù)檢驗方法從橫向和縱向?qū)π蔬M行分析。

二、工業(yè)分行業(yè)效率的測算方法

沿用Picazo-Tadeo et al（2005）和Shephard、Fare（1970，1974，2007）的定義和假定，每個決策單元利用N種投入x，生產(chǎn)出了M種期望產(chǎn)出y，同時得到了H種非期望產(chǎn)出b，則所有可能的生產(chǎn)活動構(gòu)成集合T，稱為生產(chǎn)可能集，相應(yīng)的產(chǎn)出集合為P（x），公式和滿足的假定如下：

T=［（x，y，b）|利用x能生產(chǎn)出（y，b），x∈RN+，

（1）強自由處置性。投入和期望產(chǎn)出是可自由處置的，即在其他條件不變的情況下，投入和期望產(chǎn)出可以相應(yīng)增大和減小，反映技術(shù)效率水平的差異。數(shù)學表示為：?x′≥x?P（x）?P（x′）；?（y，b）∈P（x），且y′≤y?（y′，b）∈P（x）。

（2）零結(jié)合性。若想要生產(chǎn)出一定量的期望產(chǎn)出，必定附帶有一定量的非期望產(chǎn)出；反之同理。Fare形象地稱之為“沒有不冒煙的火”。數(shù)學表示為?（y，b）∈P（x），且b=0?y=0。

（3）聯(lián)合弱自由處置性。在一定技術(shù)條件下，期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出的同比例增減性，即減少非期望產(chǎn)出是要付出代價的——“天下沒有免費的午餐”（Fare等，1989）。數(shù)學表示為?（y，b）∈P（x）且0≤θ≤1?（θy，θb）∈P（x）。

根據(jù)Shephard和Fare對方向距離函數(shù)的定義以及Picazo-Tadeo、Chung（1997）和Fare等（2000）的做法［7］，構(gòu)造方向距離函數(shù)及基于該函數(shù)的非參數(shù)DEA模型如下：i

其中g(shù)→=（-gx，gy，-gb）=（0，y，b）為方向向量。公式（3）表示在-gx和-gb方向?qū)ν度牒头瞧谕a(chǎn)出進行限制的同時，在gy方向上尋求期望產(chǎn)出的最大。可以證明，D→T（x，y，b；g→）≥0?（y，b）∈P（x），當決策單元位于生產(chǎn)可能集的前沿面上時，等號成立。

不等式約束（4）、（5）表示期望產(chǎn)出和投入是強可自由處置的，等式（6）表示非期望產(chǎn)出的弱可自由處置性，即其減少需要耗用一定的資源，等式（7）則表示產(chǎn)出集為凸集，且決策單元的規(guī)模報酬可變。此時的β*反映低碳視角下的效率，用1/（1＋β*）表示效率值，則當β*＝0時，即決策單元位于生產(chǎn)前沿面上，效率值為1；β*＞0時，決策單元位于非前沿面的生產(chǎn)可能集內(nèi)。β*值越小，表示離前沿面越近，效率值越接近于1，反之同理。

生產(chǎn)前沿面的構(gòu)建方法主要有當期DEA、窗口DEA、序列DEA和全局DEA四種［8］。當期DEA利用當期截面數(shù)據(jù)構(gòu)建生產(chǎn)前沿，用于動態(tài)分析時容易得出技術(shù)退步的錯誤結(jié)論。窗口或序列DEA可以避免此問題，但在求解多期方向距離函數(shù)的最優(yōu)值β*時可能遭遇非可行解，產(chǎn)生測算偏差。全局DEA則以決策單元的所有時期投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)構(gòu)造經(jīng)驗生產(chǎn)可能集，這樣可以避免非可行解問題。［9］因此，本文選擇全局DEA構(gòu)建生產(chǎn)前沿面。

三、指標與數(shù)據(jù)

考慮數(shù)據(jù)的獲得性和可比性，選取2007—2013年的36個兩位數(shù)工業(yè)行業(yè)作為研究的決策單元。參考被廣泛運用的KLEM模型（Jorgenson，1987），將勞動、資本和能源消耗量作為投入指標，將工業(yè)總產(chǎn)值和二氧化碳排放量分別作為期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出指標，數(shù)據(jù)來源于相應(yīng)年份的《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國能源統(tǒng)計年鑒》，詳細如下：

（一）勞動人員。第一次和第二次經(jīng)濟普查結(jié)果（《中國經(jīng)濟普查年鑒》）提供了2004年和2008年分行業(yè)所有工業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟指標數(shù)據(jù)，包括了本研究用到的各項基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，參考陳詩一（2009）的方法，以2004年和2008年的規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)占所有企業(yè)的比例，利用線性插值法將歷年的從業(yè)人員數(shù)量調(diào)整到全行業(yè)。

（二）資本存量。現(xiàn)有研究中多用Goldsmith（1951）的永續(xù)盤存法估算物質(zhì)資本存量，具體參考陳詩一（2009）的方法計算并將數(shù)據(jù)調(diào)整到全行業(yè)，初始資本量選用其對2005年的計算結(jié)果。

（三）能源消耗量。數(shù)據(jù)采用《中國統(tǒng)計年鑒》中的按行業(yè)分能源消費量。［10］

（四）工業(yè)總產(chǎn)值。調(diào)整口徑后，以分行業(yè)工業(yè)品出廠價格指數(shù)（2011年起改為工業(yè)生產(chǎn)者出廠價格指數(shù)）進行平減，得到以1990年為基年的全行業(yè)的可比價工業(yè)總產(chǎn)值。

（五）二氧化碳排放量。采用《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》提供的公式（公式（8））計算。原油、燃料油、汽油、柴油、天然氣的低位發(fā)熱量數(shù)據(jù)來源于2014年《中國能源統(tǒng)計年鑒》，其他燃料的低位發(fā)熱量數(shù)據(jù)來源于《中國溫室氣體清單研究》（2007）。單位熱值含碳量和碳氧化率數(shù)據(jù)來源于《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》（發(fā)改辦氣候［2014］1041號）。

其中i表示原煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然氣。Ei、NCVi、CEFi和C O Fi分別表示第i種能源的消費量、凈發(fā)熱值、碳含量和碳氧化因子，44/12表示二氧化碳與碳的分子量比率。

根據(jù)能源消耗量和碳排放強度的不同，根據(jù)2013年數(shù)據(jù)將各行業(yè)分為四個組（每組18個）。從投入看，高能耗組和高碳排組的各項投入均明顯高于另兩組，且高能耗組對能源消耗的行業(yè)間差異很大，標準差高達14591；從產(chǎn)出來看，高能耗組和高碳排組的工業(yè)總產(chǎn)值和碳排放量均明顯高于另兩組，但這兩組的期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出的標準差都很大。［11］

四、實證分析

（一）效率測算結(jié)果

用lingo軟件測算得到節(jié)能低碳視角下各行業(yè)2007—2013年的效率值。由上述效率定義可知，值越大，表示距離生產(chǎn)前沿面越近，值為1，表示該工業(yè)行業(yè)位于生產(chǎn)前沿面上，達到了投入一定時產(chǎn)出的最優(yōu)，即工業(yè)總產(chǎn)值的最大，二氧化碳排放量的最??；值越小，表示該行業(yè)的改進空間很大。整體上看，全行業(yè)各年的效率均值為0.6552，說明還有較大績效改進空間，在工業(yè)總產(chǎn)值增長的同時，仍可大大減少二氧化碳的排放。

從分年度測算結(jié)果來看：（1）2008年的效率略低于其他年份，這可能與2008年金融危機對我國實體經(jīng)濟造成的沖擊有關(guān)；（2）整體上，2007—2013年的效率均值大致相同，且后五年逐年略有升高，這一趨勢可能與“十二五”工業(yè)規(guī)劃和減排目標的設(shè)置有關(guān)；（3）電氣機械及器材制造業(yè)、水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)等少數(shù)幾個行業(yè)個別年份有效率與其他年份相比有所不同，大部分行業(yè)效率值無太大變化。

從分行業(yè)的測算結(jié)果看：（1）前11個行業(yè)的效率值高于效率均值，其中煙草制品業(yè)、家具制造業(yè)、文教體育用品制造業(yè)、通信設(shè)備、計算機及其他電子設(shè)備制造業(yè)、儀器儀表及文化、辦公用機械制造業(yè)共7個行業(yè)的效率值各年均為最高，達到了1。根據(jù)分組，這些行業(yè)多屬于低能耗或低碳排行業(yè)。（2）石油和天然氣開采業(yè)、電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、煤炭開采和洗選業(yè)、石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、化學原料及化學制品制造業(yè)、造紙及紙制品業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)等行業(yè)的效率值處于效率均值以下的較低水平。根據(jù)分組，這些行業(yè)多屬于高能耗或高碳排行業(yè)。《2013年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計報告》中提到的六大高能耗行業(yè)（化學原料及化學制品制造業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、石油加工煉焦及核燃料加工業(yè)、電力熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)）均在此列。（3）所有高能耗行業(yè)的各年效率均值為0.5882，低于所有低能耗行業(yè)的各年效率均值0.7221。（4）所有高碳排行業(yè)的各年效率均值為0.6080，低于所有低碳排行業(yè)的各年效率均值0.6973。

（二）非參數(shù)檢驗

產(chǎn)業(yè)政策的執(zhí)行進度和各行業(yè)企業(yè)的動態(tài)決策可能導(dǎo)致行業(yè)效率值的時間差異，且我國工業(yè)行業(yè)的發(fā)展不均衡，不同能耗和不同碳排放行業(yè)的效率值也可能不同。根據(jù)測算結(jié)果和分析，針對效率值的時間序列特性和行業(yè)異質(zhì)性，提出以下三個假設(shè)并進行檢驗。

假設(shè)1：節(jié)能低碳視角下，兩個不同能耗的行業(yè)組群的效率沒有明顯差異。

假設(shè)2：節(jié)能低碳視角下，兩個不同碳排放量的行業(yè)組群的效率沒有明顯差異。

假設(shè)3：節(jié)能低碳視角下的行業(yè)效率在不同年份間沒有顯著變化。

由于無法確定不同行業(yè)和不同年份效率值的總體分布，故采用Kruskal-Wallis秩和檢驗這一非參數(shù)方法進行檢驗。結(jié)果顯示：置信水平為0.05時，三個假設(shè)的p值依次為0.000、0.081和0.983。因此，我們應(yīng)拒絕假設(shè)1，但無法拒絕假設(shè)2和假設(shè)3。因此，可以得到：

（1）節(jié)能低碳視角下，高能耗組和低能耗組的效率存在明顯不同，且高能耗組的效率均值（0.5882）低于低能耗行業(yè)效率均值（0.7221）。

（2）盡管效率測算結(jié)果顯示高碳排組（0.6080）的效率均值低于低碳排組（0.6973），但高碳排組和低碳排組的效率差異不顯著。

（3）2007年到2013年間的效率值差異不明顯，即效率測算結(jié)果中提到的“后五年逐年略有升高”這一趨勢并不明顯。

五、結(jié)論與啟示

基于我國2007—2013年36個工業(yè)全行業(yè)的面板數(shù)據(jù)，運用DEA這一非參數(shù)方法測算了節(jié)能低碳視角的工業(yè)行業(yè)效率，并分析了時序特征和行業(yè)異質(zhì)性，主要結(jié)論和啟示如下：

（一）與2007年相比，2008年我國工業(yè)行業(yè)效率均值有所下降，之后的5年略有回升，但這一趨勢不夠明顯。這可能是各工業(yè)行業(yè)的企業(yè)在2008年金融危機及政府“十二五”工業(yè)規(guī)劃、節(jié)能減排目標等政策因素綜合影響下動態(tài)決策的結(jié)果。因此，為更好促進后危機時代的節(jié)能降碳，要繼續(xù)用好市場和政府兩只手，有效激勵、鼓勵和約束各行業(yè)企業(yè)提升各投入要素尤其是能源的利用率，從而提高工業(yè)行業(yè)效率。［12］

（二）工業(yè)行業(yè)的效率具有一定的行業(yè)異質(zhì)性，高能耗行業(yè)效率值明顯低于低能耗行業(yè)，但高碳排行業(yè)與低碳排行業(yè)的效率差異不明顯，且大多數(shù)工業(yè)行業(yè)仍有較大的改進空間。因此，優(yōu)化工業(yè)結(jié)構(gòu)、促進節(jié)能降碳需要考慮行業(yè)的異質(zhì)性。首先，要根據(jù)測算的行業(yè)效率值、能耗、碳排放等數(shù)據(jù)，制定分行業(yè)的碳排放標準和節(jié)能減排目標，優(yōu)化現(xiàn)有工業(yè)行業(yè)的資源配置。其次，加速發(fā)展低能耗低碳排產(chǎn)業(yè)，限制發(fā)展某些高能耗行業(yè)，合理布局新增項目。此外，還應(yīng)建立和完善分行業(yè)的核算方法，為準確測度能源消耗和溫室氣體排放奠定基礎(chǔ)，進而為刻畫工業(yè)行業(yè)效率的全貌、制定行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策提供堅強支撐。

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（責任編輯明篤）

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國家科技支撐計劃課題（2012BAC20B12-09-1）

張臻（1989—），江西九江人，北京電子科技學院教師，主要研究方向：能源經(jīng)濟；劉金蘭（1964—），天津人，天津大學管理與經(jīng)濟學部教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：投資評價、服務(wù)管理；陳立蕓（1985—），河北唐山人，天津大學管理與經(jīng)濟學部博士生，主要研究方向：能源經(jīng)濟；于偉杰（1988—），山東青島人，煙臺市開發(fā)區(qū)投資促進局，主要研究方向：產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟。