基于隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)的工業(yè)用電能效研究

陸宇杰

(國網(wǎng)上海市電力公司 營銷部, 上海 200122)

受制于自身能源資源稟賦的限制,中國的電力生產(chǎn)嚴重依賴于煤炭,這給能源環(huán)境安全帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。工業(yè)行業(yè)作為中國最大的電力消費產(chǎn)業(yè),其電力消費占終端電力量的比重在40%左右,工業(yè)用電能效的提升對于中國總體用電能效的提升起著至關(guān)重要的作用,也是能源消費革命的關(guān)鍵領(lǐng)域和著力點。

現(xiàn)有文獻對于能源效率的研究一般采用單要素能源效率(如能源強度、電耗強度)和全要素能源效率等指標。由于全要素能源效率考慮各種投入要素之間的相互作用關(guān)系,測算出的能源效率更符合現(xiàn)實情況,近期涌現(xiàn)出了較多的研究文獻。從采用的方法看,全要素能源效率的測算方法主要包括數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(Data Envelopment Analysis,DEA)方法和隨機前沿分析(Stochastic Frontier Analysis,SFA)方法。DEA方法作為一種非參數(shù)方法,采用線性規(guī)劃技術(shù)估計生產(chǎn)前沿面,不需要明確的函數(shù)形式,在估計能源效率時計算簡便易行,可以避免模型設(shè)定錯誤。因此,國內(nèi)眾多學(xué)者采用DEA方法,從不同視角對總體或工業(yè)全要素能源效率進行了研究,其中文獻[1-5]主要測算中國區(qū)域能源效率與城市全要素能源效率;文獻[6-9]分別測算了中國省際以及“雙三角”都市圈的工業(yè)能源利用效率;文獻[10-11]加入環(huán)境約束,對能源效率進行了更加科學(xué)的測算;文獻[12]則結(jié)合環(huán)境問題,研究了工業(yè)能源與環(huán)境的綜合效率。雖然DEA方法具有明顯的優(yōu)點,但其并沒有考慮噪聲帶來的影響,因此其估算能源效率時的結(jié)果對異常值尤為敏感,若存在統(tǒng)計數(shù)據(jù)誤差,則可能帶來較大偏差。國內(nèi)一些學(xué)者采用SFA方法對總體或工業(yè)全要素能源效率進行了研究[13-16]。此外,國內(nèi)學(xué)者也對用電能效進行了一些研究,如文獻[17]采用包含非期望產(chǎn)出的博弈交叉Malmquist全要素生產(chǎn)率指數(shù)模型,對中國2002—2014年30個省份的電力能源終端消費效率進行了測算,并采用SYS-GMM動態(tài)面板模型對其影響因素進行了分析。

中國作為世界工業(yè)大國,目前正處在工業(yè)化進程中后期,提升工業(yè)用電能效,不僅有利于實現(xiàn)能源和環(huán)境安全,而且有利于實現(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量的發(fā)展?？紤]到隨機前沿分析方法的優(yōu)點,以及工業(yè)電力消費是終端電力消費的主力,本文采用隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)對工業(yè)用電能效進行研究,以期給出有價值的分析結(jié)論,為制定提升中國工業(yè)用電能效的政策提供支撐。

1 模型和數(shù)據(jù)

1.1 隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)

借鑒 KUMBHAKAR S等人[18]和BATTESE G E等人[19]的研究思路,本文構(gòu)建技術(shù)效率隨時間變化的隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)的基本模型,其一般形式為:

yit=f(xit,β)·exp(vit-uit)

(1)

uit=uiexp[-η(t-T)]

(2)

式中:yit——i省區(qū)在t時期的工業(yè)增值;

f(xit,β)——隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)確定性前沿的產(chǎn)出;

xit——i省區(qū)在t時期的投入要素向量;

β——隨機前沿函數(shù)的待估計參數(shù);

vit——服從獨立同分布的隨機誤差項;

uit——技術(shù)效率隨時間而變的情況下的無效率項,uit≥0;

ui——無效率項,ui≥0;

η——待估參數(shù),技術(shù)效率的指數(shù)變化率,η>0,η=0,η<0分別表示技術(shù)效率的提升、不變和下降;

T——樣本的時間維度。

基于產(chǎn)出定位的技術(shù)效率測算公式為

(3)

在實證研究中,柯布-道格拉斯(C-D)生產(chǎn)函數(shù)和超對數(shù)函數(shù)是最常采用的兩種函數(shù)形式,但采用這兩種函數(shù)形式均有一定的缺陷,如C-D生產(chǎn)函數(shù)假設(shè)投入要素之間具有完全替代性,而超對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)可能導(dǎo)致估計參數(shù)過多而具有多重共線。為了避免多重共線而導(dǎo)致估計結(jié)果的偏差,本文采用C-D生產(chǎn)函數(shù)形式,并假設(shè)有勞動力、電力和資本3種投入要素,加入時間趨勢項t,以衡量技術(shù)進步對產(chǎn)出的影響?；贑-D生產(chǎn)函數(shù)的隨機前沿函數(shù)為

(4)

式中:lnyit——i省區(qū)在t時期工業(yè)增值的對數(shù)值;

β0,βL,βE,βK,βt——待估系數(shù)值;

lnLit,lnEit,lnKit——i省份在t時期關(guān)于勞動力、電力、資本3個投入要素的對數(shù)值。

1.2 全要素工業(yè)用電能效變動分解

根據(jù)文獻[20]可將全要素工業(yè)用電能效變動(ΔTFPit)分解為技術(shù)變化(ΔTCit)、技術(shù)效率變化(ΔTEit)、規(guī)模效率變化(ΔSEit)及資源配置效率變化(ΔAECit)4個部分。為此,全要素工業(yè)用電能效變動的分解公式如下

ΔTFPit=ΔTCit+ΔTEit+ΔSEit+ΔAECit

(5)

全要素工業(yè)用電能效實際上是實際產(chǎn)出與投入要素前沿產(chǎn)出的比值,具體計算公式如下

(6)

(7)

式中:si——要素i的成本份額;

技術(shù)變化為確定性前沿生產(chǎn)函數(shù)隨著時間推移的變化率,即

(8)

技術(shù)效率變化為確定技術(shù)水平下要素實際產(chǎn)出與前沿產(chǎn)出之比的變化率,即

(9)

規(guī)模效率變化為投入要素規(guī)模報酬對全要素用電能效變化的貢獻,即

(10)

式中:εi——投入要素的產(chǎn)出彈性;

資源配置效率變化為投入要素結(jié)構(gòu)的變化對全要素工業(yè)用電能效變化的貢獻,即

(11)

當要素價格不可得時,則無法求得si。本文假設(shè)si=εi/∑iεi,因此可得出ΔAECit=0。

1.3 數(shù)據(jù)來源及處理

本文的研究對象為全國 30 個省、自治區(qū)、直轄市(不包括西藏、香港、澳門和臺灣) 1995—2015 年工業(yè)用電能效。數(shù)據(jù)來源于 1996—2016年的《中國能源統(tǒng)計年鑒》《中國統(tǒng)計年鑒》《中國工業(yè)統(tǒng)計年鑒》《中國電力工業(yè)統(tǒng)計資料匯編》以及相應(yīng)年份的各省統(tǒng)計年鑒等公開出版的年鑒資料。工業(yè)產(chǎn)出指標用工業(yè)增加值來衡量,并利用工業(yè)出廠品價格指數(shù)對工業(yè)增加值進行平減,換算為1995年為基期的可比價格工業(yè)增加值。投入指標包括電力、資本、勞動力3個投入要素。電力投入要素采用各省區(qū)的工業(yè)電力消費量來衡量,單位為億 kWh。資本投入要素采用資本存量(即物質(zhì)資本)作為衡量指標,考慮沒有相應(yīng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù),本文借鑒張軍等人[21]的做法,采用永續(xù)盤存法來估計各省區(qū)的工業(yè)資本存量,單位為億元。勞動力投入要素采用各省區(qū)工業(yè)行業(yè)就業(yè)人數(shù)來衡量,單位為萬人。

2 實證結(jié)果及分析

2.1 模型估計及分析

1995—2015年,勞動力、電力和資本3個投入要素的產(chǎn)出彈性分別為0.078,0.340,0.156。這表明3個投入要素投入每增加1%,將使工業(yè)增加值相應(yīng)增加0.078%,0.340%,0.156%。從3個投入要素產(chǎn)出彈性的大小看,勞動力投入要素的產(chǎn)出彈性最小,電力投入要素的產(chǎn)出彈性最大。這也與實際情況相符:

(1) 中國具有豐富的勞動力資源,勞動力投入增加對工業(yè)增加值的增長所起的作用有限;

(2) 1995—2015年間大多數(shù)時間內(nèi)電力供應(yīng)短缺,而電力作為現(xiàn)代工業(yè)文明的標志,電力投入要素的增加意味著工業(yè)電氣化水平的提升,能夠替代化石能源,進而提升全要素能源效率,促進工業(yè)產(chǎn)出的增長;

(3) 資本投入要素產(chǎn)出彈性僅為0.156,這說明中國經(jīng)過改革開放,不但吸引了大量的外商投資,且經(jīng)過前期發(fā)展,企業(yè)本身也積累了大量資金進行再投資,資本要素資源也較為豐富。

但勞動力、電力、資本3個投入要素的產(chǎn)出彈性之和僅為0.564,遠小于1,這說明中國工業(yè)發(fā)展雖然實現(xiàn)了規(guī)模上的擴張,但往往是在低水平上重復(fù)建設(shè),投入增加并不能帶來工業(yè)增加值的顯著增長。我國政府也意識到了這一點,并提出了供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、中國制造2025和智能制造發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)等政策和規(guī)劃,以促進中國工業(yè)盡快實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。

表1 隨機前沿的C-D生產(chǎn)函數(shù)模型的估計結(jié)果

2.2 中國工業(yè)用電能效變動及分解

本文從時間維度和空間維度上,對全要素工業(yè)用電能效的變動進行測算并對其進行分解。

表2給出了時間維度上中國工業(yè)用電能效變動及其分解。1995—2015年間,除1999—2000,2001—2002,2002—2003,2003—2004,2010—2011,2012—2013等6個年份外,其他年份的全要素工業(yè)用電能效變動均為正值,其均值為0.013 4,說明工業(yè)用電能效以年均1.34%速度向生產(chǎn)前沿面靠近。

技術(shù)變化是工業(yè)用電能效提升的主要推動因素。1995—2015年間技術(shù)變化的均值為0.066 8,即技術(shù)進步每年以6.68%速度促進工業(yè)用電能效向生產(chǎn)前沿面靠近。中國自改革開放之初就提出了科技是第一生產(chǎn)力,且非常重視研發(fā)投資,1995—2015年研發(fā)投資占國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的比重由0.57%提高到2.06%,同時中國專利申請受理量由1995年的83 045項提升到2015年的2 798 500項,年均復(fù)合增長率高達119%。技術(shù)進步及新技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,大大提升了全要素工業(yè)用電能效水平。

技術(shù)效率變化是中國工業(yè)用電能效提升的次要阻礙因素。1995—2015年間技術(shù)效率變化的均值為-0.006 5。技術(shù)效率之所以是工業(yè)用電能效提升的阻礙因素,與工業(yè)企業(yè)用人模式有關(guān)。中國民營企業(yè)大多規(guī)模較小,企業(yè)員工往往是農(nóng)村進城務(wù)工人員,流動率較高,雖然民營工業(yè)企業(yè)也普遍采用新技術(shù),但由于人員高流動性導(dǎo)致學(xué)習(xí)效應(yīng)不高,技術(shù)效率較低。國有企業(yè)員工雖然流動性不高,但一旦展現(xiàn)出較強的技術(shù)能力,往往得以晉升離開技術(shù)崗位從事管理崗位的工作,從而導(dǎo)致國有企業(yè)的技術(shù)效率也不高。因此,中國需要制定相應(yīng)政策,提高企業(yè)技術(shù)員工的收入水平,確保技術(shù)效率的提升。

規(guī)模效率變化是中國工業(yè)用電能效提升的最主要阻礙因素。1995—2015年間規(guī)模效率變化的均值為-0.046 8,即規(guī)模效率每年以4.68%速度抑制工業(yè)用電能效向生產(chǎn)前沿面靠近。出現(xiàn)這種情況,與中國工業(yè)化的發(fā)展階段和發(fā)展模式有關(guān)。中國正處在工業(yè)化進程之中,為了經(jīng)濟的快速增長,地方政府不斷出臺優(yōu)惠政策、成立工業(yè)園區(qū)等,吸引和增加工業(yè)投資,雖然實現(xiàn)了規(guī)模上的擴張,但同時也導(dǎo)致了低水平的重復(fù)建設(shè),工業(yè)企業(yè)惡性競爭加劇,盈利水平降低。近幾年,多個工業(yè)行業(yè)出現(xiàn)了嚴重產(chǎn)能過剩的局面。若要改變通過規(guī)模擴張的模式實現(xiàn)中國的工業(yè)化進程的現(xiàn)狀,則需要通過技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動來實現(xiàn)工業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展。

表2 時間維度上中國工業(yè)用電能效變動及其分解

表3給出了空間維度上中國工業(yè)用電能效變動及其分解。1995—2015年間全要素工業(yè)用電能效向生產(chǎn)前沿前面逐漸靠近的省市自治區(qū)是北京、天津、上海、吉林、湖北、四川、湖南、安徽、陜西、遼寧、福建、貴州、海南、廣東、江西、內(nèi)蒙古、河北、廣西、山西等19個省區(qū),而遠離生產(chǎn)前沿面的省市自治區(qū)有新疆、黑龍江、寧夏、江蘇、甘肅、浙江、山東、重慶、云南、河南、青海等11個省市自治區(qū)。技術(shù)變化對各省市自治區(qū)全要素工業(yè)用電能效的提升均呈正向的推動作用,說明創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展在全國已普遍展開。技術(shù)效率變化對各省市自治區(qū)全要素工業(yè)用電能效提升均呈抑制作用,但其作用的貢獻度較小。除了北京、天津兩個直轄市之外,其他省市自治區(qū)規(guī)模效率變化對全要素工業(yè)用電能效的提升均起抑制作用,說明大部分省市自治區(qū)在工業(yè)化進程中均存在著工業(yè)規(guī)模無序擴張的現(xiàn)象,這也與當時中央對地方政府唯GDP論政績考核相關(guān)。中央政府也意識到這一問題,習(xí)近平總書記在黨的十八屆五中全會上鮮明提出了“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的新發(fā)展理念,經(jīng)濟發(fā)展由過去粗放型的發(fā)展模式向高質(zhì)量的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。

按照全要素工業(yè)用電能效靠近和遠離生產(chǎn)前沿面的劃分標準,全要素工業(yè)用電能效靠近生產(chǎn)前沿面的省市自治區(qū)具有以下兩個特點:一是工業(yè)化發(fā)展已經(jīng)進入后工業(yè)化發(fā)展階段,如北京、天津、上海等;二是工業(yè)化發(fā)展進程中,注重輕工業(yè)與重工業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展。全要素工業(yè)用電能效遠離生產(chǎn)前沿面的省市自治區(qū)也具有兩個特點:一是工業(yè)化進程處于早期階段,如新疆、青海、甘肅等;二是工業(yè)化進程中工業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)重化特征,如山東、江蘇等。

表3 空間維度上中國工業(yè)用電能效變動及其分解

3 結(jié) 論

(1) 技術(shù)效率隨時間變化的C-D生產(chǎn)函數(shù)模型適用于估計中國工業(yè)用電能效,但勞動力、電力、資本3個投入要素的產(chǎn)出彈性之和遠小于1,說明中國工業(yè)化進程中過分追求低層次規(guī)模擴張,不利于用電能效水平的提升。

(2) 中國工業(yè)用電能效以年均1.34%的速度向生產(chǎn)前沿面靠近;技術(shù)變化每年以6.68%的速度促進工業(yè)用電能效向生產(chǎn)前沿面靠近,是主要的促進因素;技術(shù)效率變化對工業(yè)用電能效提升起微弱的抑制作用;規(guī)模效率變化每年以4.68%的速度抑制工業(yè)用電能效向生產(chǎn)前沿面靠近,是主要的阻礙因素。

(3) 省市自治區(qū)工業(yè)用電能效變化出現(xiàn)較大差異,靠近和遠離生產(chǎn)前沿面的省市自治區(qū)具有各自的特點:處于工業(yè)化進程后期以及輕重工業(yè)均衡發(fā)展的工業(yè)用電能效不斷靠近生產(chǎn)前沿面;處于工業(yè)化進程前期以及工業(yè)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)重化的工業(yè)用電能效不斷遠離生產(chǎn)前沿面。因此,深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展,推進工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級,改變工業(yè)粗放型發(fā)展模式,才能有利于提升省市自治區(qū)的工業(yè)用電能效水平。