考慮環(huán)境效應(yīng)的中國省際全要素能源效率分析

摘要：不同于當前大多數(shù)文獻采用的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA），本文采用隨機前沿分析（SFA）將能源利用的環(huán)境負效應(yīng)——二氧化硫排放量作為一種成本要素納入全要素能效分析框架，建立能效評價模型，對2000—2012年中國30個省級行政區(qū)域的能源效率狀況進行比較研究，研究結(jié)果表明：中國全要素能源效率整體水平較低，且各省份、三大區(qū)域之間的全要素能效差異顯著，但差距有逐步縮小的趨勢，即存在收斂特征。

關(guān)鍵詞：全要素能源效率 環(huán)境效應(yīng) 參數(shù) 隨機前沿分析

能源是人類生存和發(fā)展所必需的物質(zhì)資料。隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，人類對能源的需求量與日俱增。中國作為世界最大的發(fā)展中國家，正面臨著日益嚴峻的能源問題：首先，能源供需失衡嚴重，能源需求不斷增長，但能源供給方面電力短缺，石油大部分需要進口，能源對外依存度高；其次，技術(shù)落后導(dǎo)致能源利用效率低下；再次，能源消費量的增長和以煤為主的能源消費結(jié)構(gòu)帶來了嚴重的環(huán)境污染。在當前可持續(xù)發(fā)展的時代大背景下，面對能源安全與環(huán)境保護的雙重壓力，采取節(jié)能優(yōu)先、提高能源利用效率的能源戰(zhàn)略是當前最現(xiàn)實、最有效也是成本最低的途徑。

能源利用效率一直是國內(nèi)外學術(shù)界關(guān)注的熱點問題，國際上對考慮環(huán)境效應(yīng)的非參數(shù)效率模型方法和應(yīng)用的研究已取得豐碩的成果，但對考慮環(huán)境效應(yīng)的參數(shù)效率模型的研究還不多。因此，以能源利用效率與環(huán)境績效評價為背景，系統(tǒng)研究考慮環(huán)境效應(yīng)的參數(shù)能效模型、方法及應(yīng)用的意義重大。

隨機前沿分析（SFA）方法現(xiàn)已成為效率與生產(chǎn)率測度領(lǐng)域的主流方法之一，得到了廣泛的應(yīng)用。但是，SFA方法在能源、環(huán)境經(jīng)濟管理領(lǐng)域的應(yīng)用還僅僅處于起步階段，具有很好的研究前景。SFA方法的主要優(yōu)點在于它能將純粹的隨機誤差與非效率值分離，有效區(qū)分統(tǒng)計誤差項和技術(shù)無效率誤差項，可以避免不可控因素對生產(chǎn)無效率產(chǎn)生的影響，從而使得效率測度結(jié)果更接近于實際。

本文將能源利用過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染引入全要素能效分析框架，基于SFA方法建立能效評價模型，實際測算2000—2012年我國各省區(qū)的考慮環(huán)境效應(yīng)的全要素能效，并對其區(qū)域分布特征進行分析。

一、考慮環(huán)境效應(yīng)的中國省域全要素能源效率的測算模型

（一）全要素能源效率測度方法

Hu和Wang（2006）基于全要素生產(chǎn)率框架，依據(jù)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）方法創(chuàng)造性的提出了全要素能源效率（TFEE）的概念，并將其定義為在除能源要素投入外的其他要素（如資本、勞動）保持不變的前提下，按照最佳生產(chǎn)實踐，一定產(chǎn)出所需的目標能源投入量與實際投入量的比值，從而有效彌補了傳統(tǒng)單要素能源效率研究方法的缺陷，對后續(xù)研究產(chǎn)生了很大的啟示作用。在全要素效率的分析中效率前沿的確定非常關(guān)鍵。法瑞爾（Farrell）1957年提出了兩種可能的解決方案：一種是使用非參數(shù)估計的分段線性逼近的方法，另一種是使用參數(shù)估計的方法。前一種方案被查勒斯等人（Charnes，etal）采納并最終演進成DEA方法；后一種方案被艾格勒等人（Aigner，etal）以及米尤森和范登布羅克（Meeusen and Van den Broeck）采用，并最終發(fā)展成SFA方法。

DEA和SFA是兩種理念完全不同的建模思想。與DEA不同，SFA在本質(zhì)上是一種使用極大似然估計的參數(shù)估計方法。和DEA相比，使用SFA確定效率前沿的缺點是必須要為效率前沿假定一種方程形式，這增加了使用SFA的風險。但SFA的優(yōu)點也很明顯，在確定效率前沿的時候它可以把隨機因素的影響分離出來，這樣它的最終結(jié)果相對來說就不易受到個別不準確的數(shù)據(jù)點的影響。

本文中用SFA創(chuàng)建的效率前沿可用下面的方程表達：

ln（GDPi）=β0+β1ln（Ki）+β2ln（Li）+β3ln（ECi）

+β4ln（SOi）+（vi-ui）

式中，GDPi是第i個地區(qū)的產(chǎn)出；Ki是第i個地區(qū)的資本存量；Li是第i個地區(qū)的勞動力投入；ECi是第i個地區(qū)生產(chǎn)所消耗的能源；SOi是第i個地區(qū)的二氧化硫排放量；β是待估參數(shù)；vi是隨機變量，它表示一個地區(qū)社會生產(chǎn)中的隨機因素，如自然災(zāi)害、突發(fā)事件等因素對地區(qū)能源消耗的影響，假定其服從標準正態(tài)分布N（0，σ2v）；ui是非負的隨機變量，表示一個地區(qū)的能源消耗偏離能效前沿的情況，假定其服從偏正態(tài)分布N+（μ，σ2u），且ui和vi相互獨立。

則SFA效率前沿下的能效可以被定義為：

■

能效指標值EE-SFAi位于0到1之間。EE-SFAi的計算相對來說較復(fù)雜，本文采用FRONT4.1軟件計算。

（二）非期望產(chǎn)出的處理

現(xiàn)實經(jīng)濟中的生產(chǎn)存在負外部性，加之技術(shù)條件的限制，能源利用過程中不可避免會產(chǎn)生各種環(huán)境污染物，如二氧化碳、二氧化硫及煙塵等大氣污染物，對環(huán)境質(zhì)量的負面影響非常大。由于經(jīng)濟產(chǎn)出往往伴隨著環(huán)境污染物的排放，因此，生產(chǎn)單元的產(chǎn)出應(yīng)該包括兩大類：一類是期望產(chǎn)出（即經(jīng)濟產(chǎn)出，如GDP，也稱“好”產(chǎn)出）；另一類是非期望產(chǎn)出（即環(huán)境污染物，如二氧化碳、二氧化硫、廢水、廢氣等，也稱“壞”產(chǎn)出）。在現(xiàn)有文獻中，處理非期望產(chǎn)出的方法較多，如曲線測度評價、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理法、污染物作投入處理法、方向性距離函數(shù)法等，這些方法各有利弊。本文認為環(huán)境污染是生產(chǎn)單元獲得“好”產(chǎn)出所必須承擔的環(huán)境成本投入，因此本文遵循文獻11和12的做法，將非期望產(chǎn)出視為投入要素，這種處理方法的應(yīng)用非常廣泛。

（三）樣本、數(shù)據(jù)與變量選取

本文的研究對象覆蓋我國除西藏自治區(qū)、臺灣省、香港特別行政區(qū)和澳門特別行政區(qū)外的所有30個省市自治區(qū)，研究時間范圍為2000—2012年，因此本文研究的整體面板數(shù)據(jù)集包含了13年30個截面單位的390個觀測值。由于SFA方法要求首先要為效率前沿假定一種方程形式，本文選擇常用的C-K生產(chǎn)函數(shù)，投入指標有資本、勞動、能源、二氧化硫排放量等4個變量，產(chǎn)出指標為GDP。投入產(chǎn)出指標具體界定如下：

1、產(chǎn)出指標：本文采用地區(qū)GDP作為衡量一個地區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)出的指標，并以GDP平減指數(shù)縮減為2000年不變價GDP。

2、環(huán)境成本：本文以二氧化硫排放量作為能源利用的環(huán)境成本納入全要素能效評價體系。

3、資本存量：資本存量數(shù)據(jù)無法直接獲得，本文與大多數(shù)文獻一樣也利用“永續(xù)盤存法”來進行估算，估算公式為：Kt=It+（1-δ）Kt-1，其中Kt是t期的資本存量，δ是折舊率，It是t期投資額。本文資本存量數(shù)據(jù)直接來源于張軍等的研究結(jié)果，并利用其方法更新至2012年。

4、勞動力投入：本文采用當期從業(yè)人員數(shù)作為勞動力投入指標，由于資料限制，沒有考慮勞動種類和勞動質(zhì)量的差別。其中：

當期從業(yè)人員總數(shù) =（當期末從業(yè)人員數(shù)+上期末從業(yè)人員數(shù)）/2

5、能源消耗：本文以地區(qū)能源消費總量來表示能源投入，單位為萬噸標準煤。

以上變量缺失數(shù)據(jù)采用取前后兩年的平均數(shù)予以補齊。

數(shù)據(jù)來源說明：本文所用數(shù)據(jù)來源于相應(yīng)年份的《中國統(tǒng)計年鑒》和《中國能源統(tǒng)計年鑒》以及中國各地區(qū)統(tǒng)計年鑒整理得到。

二、中國省際全要素能效實證分析

本文基于SFA方法建立能效模型，利用中國2000—2012年的省際面板數(shù)據(jù)，以資本存量、勞動力、能源消耗和二氧化硫排放量為投入變量，以地區(qū)GDP為產(chǎn)出變量，直接應(yīng)用FRONT4.1軟件測算中國各地區(qū)考慮環(huán)境效應(yīng)的全要素能效，并按照傳統(tǒng)的區(qū)域劃分方法，將中國劃分為東部、中部和西部三大區(qū)域，以分析能源效率的空間分布特征和地區(qū)差異性。通過分析得到以下結(jié)果：

1、如圖1所示。從全國整體來看，樣本期間內(nèi)，中國所有地區(qū)的能效均值為0.6482，整體水平依然偏低，節(jié)能減排潛力巨大；

2、如圖2所示。雖然全國整體能效水平較低，但從2000到2012年，考慮環(huán)境效應(yīng)的全國平均全要素能效不斷提升，說明我國能效水平一直在穩(wěn)步提高。從地區(qū)差異性和變動趨勢來看，本文計算了變異系數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在樣本期內(nèi)，變異系數(shù)在持續(xù)減小，說明全國各地區(qū)之間全要素能效的差距在不斷縮小，存在收斂特征；

3、從單個地區(qū)來看?？紤]環(huán)境效應(yīng)的全要素能效存在顯著差異，其中上海、天津、北京、海南、福建等地區(qū)的全要素能效最高，能源利用與二氧化硫排放都達到了相對較優(yōu)水平，處于前沿面；排在最后五位的地區(qū)分別是云南、四川、山西、河北和貴州，這些省份在樣本期內(nèi)的所有年份全要素能效都沒有超過60%，是節(jié)能減排的重點地區(qū)。本文的分析結(jié)果與當前大多數(shù)文獻的結(jié)果略有差異，究其原因，是因為四川、山西、河北和貴州的二氧化硫排放量是全國最高的，但是其GDP又不是全國最高，這使得這幾個省份的全要素能效水平較低，當然這與地區(qū)的工業(yè)結(jié)構(gòu)也有關(guān)。

4、從東、中、西三大區(qū)域角度來看。東部地區(qū)的全要素能效最高，西部和中部的全要素能效接近，這個結(jié)論與當前大多數(shù)文獻得到的結(jié)果不同，究其原因，是由于中部地區(qū)六個省份二氧化硫排放量總和與GDP總和的比例較高，而西部地區(qū)的二氧化硫排放量總和與GDP總和的比例較低，同時也說明本文只選擇二氧化硫排放量一個非期望產(chǎn)出指標存在問題，應(yīng)結(jié)合地區(qū)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)對非期望產(chǎn)出指標進行適當調(diào)整。

三、結(jié)論

本文以2000—2012年中國30個地區(qū)的面板數(shù)據(jù)為研究樣本，基于全要素生產(chǎn)方法，將地區(qū)二氧化硫排放量作為能源利用的環(huán)境成本納入能源效率的考核體系之中，基于SFA方法建立全要素能效評價模型，定量測算了中國各地區(qū)全要素能效，并對各區(qū)域全要素能效的分布特征和變動趨勢進行了分析。全文得出以下結(jié)論：

研究期間內(nèi)，中國全要素能源效率依然偏低，反映了我國目前低效的粗放型經(jīng)濟增長模式仍在繼續(xù)，但也說明我國有巨大的節(jié)能減排潛力。

中國各地區(qū)、三大區(qū)域的全要素能效存在顯著差異，東部沿海省份的全要素能效水平較高，處于能效前沿面，中西部地區(qū)的省份全要素能源效率偏低，能源浪費嚴重，環(huán)境質(zhì)量惡化，但從整體來看，地區(qū)差距在逐漸縮小，即存在收斂特征。

此外，研究發(fā)現(xiàn)，由于環(huán)境成本只選擇了二氧化硫排放量這一個指標，使得本文的研究結(jié)果與當前大多數(shù)文獻研究結(jié)果略有出入，即部分二氧化硫排放量高、GDP水平相對低的省份其全要素能效偏低，雖然結(jié)果具有一定的片面性，但也反映了本文所用方法的環(huán)境變化敏感性。如果環(huán)境成本指標的選擇更加全面綜合，結(jié)果將更加客觀，這也是本文有待進一步研究的問題。

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﹝本文系陜西省教育廳項目“基于環(huán)境效應(yīng)的區(qū)域能源利用效率研究”（項目編號：2013JK0108）、“陜西環(huán)境保護投融資機制研究”（項目編號：2013JK0146）階段性成果﹞

（康曉娟，1977年生，內(nèi)蒙古包頭人，西安理工大學經(jīng)濟與管理學院講師。研究方向：資源與環(huán)境經(jīng)濟學）