高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率協(xié)同發(fā)展實證研究

吳衛(wèi)紅，王建英，張愛美，劉安國，李娜娜

(北京化工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，北京　100029)

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高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率協(xié)同發(fā)展實證研究

吳衛(wèi)紅，王建英，張愛美，劉安國，李娜娜

(北京化工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，北京100029)

通過構(gòu)建技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能效率和減排效率復(fù)合系統(tǒng)協(xié)同度模型，對高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和節(jié)能減排效率協(xié)同發(fā)展?fàn)顩r進行了實證研究。結(jié)果表明，2004—2013年，高耗能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率系統(tǒng)的協(xié)同度總體呈上升趨勢；節(jié)能效率-減排效率系統(tǒng)協(xié)同度高于其他系統(tǒng)的協(xié)同度；與技術(shù)創(chuàng)新子系統(tǒng)相關(guān)的系統(tǒng)協(xié)同度均較低，這與技術(shù)創(chuàng)新子系統(tǒng)的有序度較低有直接關(guān)系，表明高耗能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中要克服“木桶原理”中的短板效應(yīng)，使各子系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展。

高耗能產(chǎn)業(yè)；技術(shù)創(chuàng)新；節(jié)能減排；協(xié)同

中國工業(yè)在高速增長的同時伴隨著能源消耗過大、環(huán)境污染嚴重及創(chuàng)新性不足的問題，迫切需要向節(jié)能環(huán)保和創(chuàng)新驅(qū)動的模式轉(zhuǎn)變[1]。2013年，高耗能產(chǎn)業(yè)的增加值占全國工業(yè)增加值的33.7%，但能源消費總量、廢氣排放總量、廢水排放總量和固體廢棄物排放總量達到全國工業(yè)總量的72.4%、90.3%、61.6%和49.3%。因此，利用技術(shù)創(chuàng)新提升高耗能產(chǎn)業(yè)的能源使用效率和減排迫在眉睫。學(xué)術(shù)界對技術(shù)創(chuàng)新和節(jié)能減排所做的研究有以下兩種觀點：第一種觀點認為技術(shù)創(chuàng)新能夠驅(qū)動節(jié)能減排效率的發(fā)展，即將技術(shù)創(chuàng)新作為自變量進行研究，節(jié)能減排效率作為因變量[1-4]；第二種觀點認為節(jié)能減排效率能夠促進技術(shù)創(chuàng)新能力的提高，即將節(jié)能減排作為自變量，技術(shù)創(chuàng)新作為因變量進行研究[5-6]。

已有研究表明技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排存在明顯的相互促進作用，但技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排的發(fā)展是否協(xié)同未見研究，而協(xié)同發(fā)展可以產(chǎn)生“1+1>2”的效果。因此，本論文將對高耗能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能效率、減排效率的協(xié)同發(fā)展?fàn)顩r進行研究，并提出相關(guān)政策建議。

1　高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率系統(tǒng)協(xié)同度模型構(gòu)建

復(fù)合系統(tǒng)協(xié)同度模型能夠科學(xué)地測度系統(tǒng)協(xié)同度，受到廣大研究人員的青睞[7-8]。本文擬通過此方法來研究高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率系統(tǒng)的協(xié)同狀態(tài)。

結(jié)合技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率系統(tǒng)的特點，協(xié)同度模型的構(gòu)建過程如下：

假設(shè)系統(tǒng)中技術(shù)創(chuàng)新、節(jié)能效率和減排效率子系統(tǒng)為Sj，j∈[1,3]。設(shè)各子系統(tǒng)在其發(fā)展過程中的序參量變量為Xj=(Xj1，Xj2，…，Xjn)，其中n≥1,ji≤Xji≤ji，i∈[1,n]。假設(shè)Xj1，Xj2，…，Xjt的取值越大，系統(tǒng)的有序度越高，反之則系統(tǒng)有序度越低；假設(shè)Xjt+1，…，Xjn的取值越大，系統(tǒng)的有序度越低，反之則系統(tǒng)有序度越高，則子系統(tǒng)Sj，j∈[1,3]的序參量分量Xji的有序度的計算公式為：

(1)

子系統(tǒng)的有序度可通過以下公式計算：

(2)

由式(2)可知，Uj(Xji)值越高，子系統(tǒng)有序度越高，反之子系統(tǒng)有序度越低。

(3)

式中：θ滿足以下條件：

由式(3)可知，LC代表復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)同程度，它的取值范圍在-1～1之間，LC越接近1代表系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度越高，LC越接近-1代表系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度越低。復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)同演化水平受到每一個子系統(tǒng)的影響，只要整個系統(tǒng)中的某一個子系統(tǒng)的有序程度較低，則整個復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)同演化水平就很低。

2　實證分析

本文對高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能效率和減排效率系統(tǒng)演化協(xié)同度進行了研究，主要流程如圖1所示。本文首先構(gòu)建高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率系統(tǒng)，包含技術(shù)創(chuàng)新、節(jié)能效率和減排效率三個子系統(tǒng)，然后根據(jù)三個子系統(tǒng)的特性確定各子系統(tǒng)的序參量，進行數(shù)據(jù)獲取，并且依據(jù)相關(guān)方法對數(shù)據(jù)進行處理，得到各子系統(tǒng)的有序度，最后計算系統(tǒng)協(xié)同度，根據(jù)計算結(jié)果，提出相應(yīng)的對策建議。

圖1　技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能效率和減排效率系統(tǒng)協(xié)同度的研究流程

2.1序參量的確定

序參量能夠表現(xiàn)系統(tǒng)的有序結(jié)構(gòu)和類型，它是所有子系統(tǒng)對協(xié)同運動的貢獻總和，是子系統(tǒng)介入?yún)f(xié)同運動程度的集中體現(xiàn)。本研究遵循代表性、科學(xué)性和數(shù)據(jù)的可取性原則，構(gòu)建高耗能產(chǎn)業(yè)各子系統(tǒng)的序參量，見表1。實證分析中技術(shù)創(chuàng)新子系統(tǒng)的序參量數(shù)據(jù)來源于《中國科技統(tǒng)計年鑒》；節(jié)能效率子系統(tǒng)和減排效率子系統(tǒng)序參量數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》和《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。

為衡量高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新子系統(tǒng)的特點，選取技術(shù)創(chuàng)新的投入和產(chǎn)出兩類序參量。在技術(shù)創(chuàng)新投入的序參量上，大多從人員和經(jīng)費兩個方面入手[9-10]。考慮到指標(biāo)的可比性，在人員投入上，選取高耗能產(chǎn)業(yè)R&D人員全時當(dāng)量占勞動力數(shù)量比，該指標(biāo)能夠客觀反映技術(shù)創(chuàng)新的人員投入占到產(chǎn)業(yè)全部勞動力的比重。經(jīng)費投入上，選取研發(fā)投入強度和R&D經(jīng)費投入強度兩個指標(biāo)，這兩個指標(biāo)能夠有效反映技術(shù)創(chuàng)新的經(jīng)費投入。在產(chǎn)出指標(biāo)上，選取高耗能產(chǎn)業(yè)有效發(fā)明專利數(shù)與研發(fā)投入比和新產(chǎn)品銷售收入占銷售收入比重兩個指標(biāo)。有效發(fā)明專利數(shù)代表技術(shù)創(chuàng)新的中間成果，新產(chǎn)品銷售收入則代表技術(shù)創(chuàng)新的最終成果。

表1　 高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率系統(tǒng)序參量

節(jié)能效率子系統(tǒng)和減排效率子系統(tǒng)的序參量分別選取節(jié)能效率和減排效率。節(jié)能效率和減排效率需要選取指標(biāo)進行測度。

2.2高耗能產(chǎn)業(yè)節(jié)能效率和減排效率測度

(1)效率測度方法及指標(biāo)選擇。本文采用數(shù)據(jù)包絡(luò)方法中的非徑向、非導(dǎo)向基于松弛測度的SBM-DDF模型，對高耗能產(chǎn)業(yè)的節(jié)能效率和減排效率進行測度，該模型有效解決了徑向性、導(dǎo)向性以及效率被高估的問題[11]。通過SBM-DDF模型可以計算出節(jié)能指標(biāo)無效率值和減排指標(biāo)無效率值，進而求解節(jié)能效率和減排效率。在節(jié)能效率和減排效率測度的指標(biāo)選取上，從投入和產(chǎn)出兩個角度考慮。投入指標(biāo)在沈可挺研究的基礎(chǔ)上考慮指標(biāo)的可比性，采用相對指標(biāo)，將單位產(chǎn)值勞動力數(shù)量和單位產(chǎn)值占有資產(chǎn)量作為傳統(tǒng)的要素投入，單位產(chǎn)值能源消耗量作為第三種投入。產(chǎn)出指標(biāo)考慮到期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出，以高耗能產(chǎn)業(yè)各行業(yè)的單位工業(yè)產(chǎn)值作為期望產(chǎn)出[12]，選取單位產(chǎn)值廢水排放總量、單位產(chǎn)值廢氣排放總量和單位產(chǎn)值固體廢棄物排放總量作為高耗能產(chǎn)業(yè)的非期望產(chǎn)出[13]。將指標(biāo)數(shù)據(jù)代入模型，可以求解出節(jié)能效率和減排效率。

基于SBM-DDF模型，以高耗能產(chǎn)業(yè)部門作為決策單元構(gòu)造技術(shù)前沿面。x表示每個測評單元的N種投入，x=(x1,…，xN)；y表示M種期望產(chǎn)出，y=(y1，…，yM)；b表示K種非期望產(chǎn)出，b=(b1,…，bK)；則(xt，yt，bt)為第t時期的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，(gx，gy，gb)為方向向量，(snx，smy，skb)為投入和產(chǎn)出達到效率前沿面的松弛變量。那么，高耗能產(chǎn)業(yè)非徑向、非導(dǎo)向基于松弛測度的方向性距離函數(shù)如下：

(4)

將獲取的統(tǒng)計數(shù)據(jù)帶入式(4)求解，解得t時期高耗能產(chǎn)業(yè)各生產(chǎn)要素的無效率值。

在對式(4)求解的基礎(chǔ)上，根據(jù)劉瑞翔等的研究[14]，對無效率值分解，從而獲得各要素?zé)o效率值：

(5)

因此，式(4)計算出的高耗能產(chǎn)業(yè)無效率值最終可分解為：

(6)

本研究需要評估高耗能行業(yè)的節(jié)能效率和減排效率，因此，選取IEVenergy代表能源過度消費，IEVwater、IEVgas、IEVsolid代表廢水、廢氣和固體廢棄物過度排放，因此，高耗能產(chǎn)業(yè)的能源消費和廢棄物排放的無效率值為IEVIES和IEVIER,即：

(7)

(8)

根據(jù)Fukuyama 和Weber對SBM-DDF模型的定義可知，當(dāng)方向向量gnx=xnmax-xnmin,n，gmy=ymmax- ymmin,m，gkb=bkmax-bkmin,k時，有,也即0≤(IEVIES，IEVIER)≤1，此時，可依據(jù)無效率值來計算高耗能行業(yè)的節(jié)能效率和減排效率：

(9)

(10)

由式(9)和式(10)可知，IES和IER的值表示高耗能產(chǎn)業(yè)的節(jié)能效率和減排效率。

(2)效率測度的結(jié)果。根據(jù)式(4)～(6)，代入相應(yīng)的指標(biāo)數(shù)據(jù)，得到高耗能產(chǎn)業(yè) 2003—2013年能源消費、廢水排放、廢氣排放和固體廢棄物排放的無效率值,如表2所示。

表2　2003—2013年高耗能產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排指標(biāo)無效率值

將表2中的數(shù)據(jù)帶入式(7)-(10)，得到高耗能產(chǎn)業(yè)2003—2013年的節(jié)能效率和減排效率，如表3所示。

表3　2003—2013年高耗能產(chǎn)業(yè)節(jié)能效率和減排效率

從表3中可以看出，高耗能產(chǎn)業(yè)的節(jié)能效率和減排效率在2003—2013年總體呈現(xiàn)上升的態(tài)勢。本研究所測定的效率屬于相對效率，節(jié)能效率最高的是2011年，減排效率最高的是2013年。從測定結(jié)果來看，高耗能產(chǎn)業(yè)節(jié)能效率總體高于減排效率，但減排效率的發(fā)展速率明顯高于節(jié)能效率，節(jié)能效率的年平均增長速率為3.7%，減排效率的年平均增長速率為6.6%。

2.3高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率系統(tǒng)有序度和協(xié)同度的測度及分析

將節(jié)能效率和減排效率的計算結(jié)果與技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)序參量原始數(shù)據(jù)結(jié)合，構(gòu)成高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能效率和減排效率各子系統(tǒng)的序參量值，將數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理并帶入式(1)，其中序參量上限值和下限值分別取2003—2011年最大值和最小值的110%，得到三個子系統(tǒng)序參量的有序度，如表4所示。

將表4的數(shù)據(jù)帶入式(2)，得到各子系統(tǒng)的有序度，如表5所示。最后，以2003年為基年，將各子系統(tǒng)有序度的數(shù)據(jù)帶入式(3)，得到高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新-節(jié)能效率系統(tǒng)協(xié)同度，技術(shù)創(chuàng)新-減排效率系統(tǒng)協(xié)同度、節(jié)能效率-減排效率系統(tǒng)協(xié)同度和技術(shù)創(chuàng)新-節(jié)能效率-減排效率系統(tǒng)的協(xié)同度，見表6。

表4　各子系統(tǒng)序參量有序度

表5　各子系統(tǒng)有序度

表6　各子系統(tǒng)之間的協(xié)同度以及整個系統(tǒng)協(xié)同度

根據(jù)表6中高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率系統(tǒng)協(xié)同度的計算結(jié)果，繪制高耗能產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)協(xié)同度演進趨勢圖，見圖2。

圖2　2004—2013年高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率系統(tǒng)協(xié)同度

研究結(jié)果表明，2004—2013年，高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率系統(tǒng)協(xié)同度總體上不斷上升，即技術(shù)創(chuàng)新子系統(tǒng)、節(jié)能效率子系統(tǒng)和減排效率子系統(tǒng)之間協(xié)同發(fā)展程度越來越好，這也是三個子系統(tǒng)有序度不斷上升的一種體現(xiàn)。節(jié)能效率-減排效率系統(tǒng)協(xié)同度總體高于其他三個系統(tǒng)的協(xié)同度，這主要是由于技術(shù)創(chuàng)新子系統(tǒng)的有序度總體低于節(jié)能效率子系統(tǒng)和減排效率子系統(tǒng)的有序度造成的。

技術(shù)創(chuàng)新-節(jié)能效率系統(tǒng)、技術(shù)創(chuàng)新-減排效率系統(tǒng)以及技術(shù)創(chuàng)新-節(jié)能效率-減排效率系統(tǒng)的協(xié)同度在2008年均出現(xiàn)較為明顯的下降，出現(xiàn)上述波動的主要原因在于2008年技術(shù)創(chuàng)新子系統(tǒng)的有序度出現(xiàn)了明顯的下降，這也體現(xiàn)了“木桶原理”的短板效應(yīng)。這個研究結(jié)果提示我們，高耗能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新、節(jié)能效率和減排效率需要同步協(xié)調(diào)發(fā)展。

從節(jié)能效率-減排效率系統(tǒng)協(xié)同度的發(fā)展來看，研究期間系統(tǒng)的協(xié)同度大體呈上升趨勢，這表明高耗能產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減排效率在不斷提升。但是，節(jié)能效率-減排效率系統(tǒng)在2012年和2013年出現(xiàn)下降，對比有序度的計算結(jié)果可知，這與這兩年節(jié)能效率的有序度出現(xiàn)下降有關(guān)。同時，2003—2013年，減排效率的有序度整體上低于節(jié)能效率的有序度，因此，影響高耗能產(chǎn)業(yè)節(jié)能效率和減排效率系統(tǒng)協(xié)同度的關(guān)鍵在于減排效率子系統(tǒng)，其發(fā)展應(yīng)當(dāng)?shù)玫街匾暋?012年和2013年技術(shù)創(chuàng)新與減排效率系統(tǒng)的協(xié)同度是上升趨勢，而節(jié)能效率-減排效率系統(tǒng)協(xié)同度是下降趨勢，這說明只有所有子系統(tǒng)都協(xié)同發(fā)展才能有效促進節(jié)能減排效率的提高。

3　結(jié)論與啟示

研究結(jié)果表明，高耗能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度和有序度總體呈上升趨勢，存在一些波動，表明高耗能產(chǎn)業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新和節(jié)能減排方面的發(fā)展已經(jīng)初見成效，但也存在一些問題。技術(shù)創(chuàng)新子系統(tǒng)的有序度最低，導(dǎo)致與其相關(guān)的系統(tǒng)協(xié)調(diào)度都較低，“木桶原理”的短板效應(yīng)提示我們，只有提升高耗能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新水平才能不斷降低生產(chǎn)產(chǎn)品的能耗以及污染物排放，降低企業(yè)成本，提高節(jié)能效率和減排效率，最終提升高耗能產(chǎn)業(yè)的競爭力。減排效率子系統(tǒng)的有序度始終低于節(jié)能效率子系統(tǒng)的有序度，說明高耗能產(chǎn)業(yè)的節(jié)能和減排工作也未能完全協(xié)同發(fā)展，這與企業(yè)提升節(jié)能效率的動力高于提升減排效率的動力有關(guān)，提示我們應(yīng)該在節(jié)能減排的政策制定上向減排方面傾斜。節(jié)能效率子系統(tǒng)的有序度在2012—2013年出現(xiàn)持續(xù)的下滑，導(dǎo)致節(jié)能效率-減排效率系統(tǒng)協(xié)同度出現(xiàn)相應(yīng)的下滑，其他系統(tǒng)協(xié)同度出現(xiàn)上下不同的波動，說明節(jié)能效率與減排效率和技術(shù)創(chuàng)新并非確定的因果關(guān)系，除技術(shù)創(chuàng)新外，還有其他因素如能源價格會對節(jié)能效率產(chǎn)生影響，提示我們提升節(jié)能效率要全方位考慮。綜上所述，要提升高耗能產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減排效率，一方面要努力提升技術(shù)創(chuàng)新的投入和產(chǎn)出，另一方面要引導(dǎo)企業(yè)向低能耗的方向發(fā)展，由粗放式發(fā)展向精細化發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，最終實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能減排效率的協(xié)同發(fā)展。

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(責(zé)任編輯沈蓉)

An Empirical Research on the Synergistic Development of the Technology Innovation in Energy-Intensive Industry and the Efficiency of Energy Saving and Emission Reduction

Wu Weihong，Wang Jianying，Zhang Aimei，Liu Anguo,Li Nana

(School of Economics and Management，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029,China)

This paper constructs a composite system synergetic degree model of technology innovation，efficiency of energy saving and efficiency of emission reduction and makes an empirical research on the synergistic development between the technology innovation in energy-intensive industry of China and the efficiency of energy saving and emission reduction.The results show that from 2004 to 2013，the synergy degree of the system of technology innovation in energy-intensive industry of China and the efficiency of energy saving as well as the efficiency of emission reduction is on the rise in general；the synergy degree of the system of the efficiency of energy saving and the efficiency of emission reduction system is higher than that of others；the synergy degree of other systems that related to technology innovation’s subsystem is lower，which is directly related to the order degree of technical innovation’s subsystem.It shows that the cask effect in the“cask principle”should be overcome in the development of energy-intensive industry，making each subsystem develop in coordination.

Energy-intensive industry；Technology innovation；Energy saving and emission reduction；Synergy

國家自然科學(xué)基金項目“區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的理論基礎(chǔ)和政策設(shè)計研究—不完全競爭視角”(71473012)，國家自然科學(xué)基金項目“大都市圈區(qū)域一體化下的區(qū)域補償理論與政策研究”(71373294)，教育部人文社會科學(xué)研究規(guī)劃基金項目“環(huán)境友好的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移理論和政策研究”(14YJA790030)。

2015-10-22

吳衛(wèi)紅(1972-)，女，安徽定遠人，博士，副教授；研究方向：技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)經(jīng)濟、資源環(huán)境經(jīng)濟學(xué)和政策。

F426

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