中國全要素天然氣利用效率區(qū)域差異性

曾 勇 張淑英 李德山

1. 西南石油大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院 2. 中國石油西南油氣田公司川西北氣礦 3. 西南科技大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院

0 引言

早期測算能源效率的方法主要是根據(jù)單要素能源效率來測算的。隨著測算方法的不斷改進，分解技術(shù)的引入將能源效率從全要素生產(chǎn)率中剝離出來，從而對能源效率的測度更加準確。目前全要素能源效率的測算方法主要有隨機前沿分析法（SFA）、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法（DEA）和基于生產(chǎn)理論框架的能源效率方法（PDA）[1]。例如，史丹等[2]、李德山[3]、李玉婷和劉祥艷[4]利用SFA方法測算了中國各地區(qū)的能源效率及其影響因素。相比SFA方法，DEA方法可以處理多投入、多產(chǎn)出的情況；同時，該方法不受投入產(chǎn)出量綱的影響，且不需要預(yù)先賦予權(quán)重。因此，DEA方法被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。Hu和Wang[5]、李雙杰和李春琦[6]在此基礎(chǔ)上提出了全要素能源效率的定義。另外，王鋒和馮根福[7]、陶雪萍等[8]、王騰等[9]根據(jù)上述定義，采用DEA方法測算了中國各地區(qū)的全要素能源效率。近些年，一些學(xué)者開始對天然氣的利用效率進行研究。例如，朱祎[10]運用主成分分析法和熵值法綜合評價了全國32個主要城市的城市燃氣利用情況，研究認為兩種方法差別不大；龐瑞芝等[11]采用SFA方法研究發(fā)現(xiàn)煤炭、石油、天然氣的全要素效率呈上升趨勢，且地區(qū)間差異逐漸縮小，而電力則與之相反；及鵬[12]根據(jù)熱力學(xué)定律，對天然氣能源產(chǎn)品熱效率和?效率進行了比較，認為二者相差較大。

目前從全要素的角度去測算天然氣利用效率的研究成果還較少，且已有的文獻尚存在以下不足：①大多數(shù)文獻只是在傳統(tǒng)的全要素框架下加入能源要素的投入，測算出來的效率既可稱為能源效率，也可以稱為勞動效率或者資本效率；②多數(shù)學(xué)者基本上將能源消費總量作為能源投入來計算全要素能源效率，而沒有考慮到能源消費種類的異質(zhì)性；③傳統(tǒng)的單要素能源效率的測度方法并沒有考慮到要素投入的相互可替代性；④在考慮到非期望產(chǎn)出時，多數(shù)學(xué)者采用的是基于Malmqulist—Luenberger指數(shù)法，雖然得到廣泛的應(yīng)用，但是該方法沒有恰當(dāng)?shù)胤从吵黾夹g(shù)進步的特性。鑒于此，筆者在已有文獻的基礎(chǔ)上對全要素天然氣利用效率的測度方法進行了改進，并采用考慮非期望產(chǎn)出約束下的窗口DEA模型（Undesirable-Window-DEA Model）對2002—2016年中國30個省、直轄市、自治區(qū)（以下簡稱省市區(qū)）的全要素天然氣利用效率進行了測算，以期為政府和企業(yè)制定更為合理的天然氣生產(chǎn)和消費政策提供對策建議。

筆者采用的方法具有以下特點：①考慮了能源種類之間以及能源與資本和勞動力要素之間的替代性；②由于實際生產(chǎn)過程不可避免地會產(chǎn)生一些非期望的副產(chǎn)品，因此在測算模型中考慮了環(huán)境約束問題；③采用窗口至前沿最遠距離的DEA模型可以避免不能跨期比較的問題，從而可以從動態(tài)的角度反映天然氣利用效率的變動情況。

1 全要素天然氣利用效率測算

1.1 Undesirable-Window-DEA模型

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析是基于相對效率為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種非參數(shù)生產(chǎn)前沿面模型，在生產(chǎn)效率測量及決策領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的DEA方法存在一定的缺陷：對于面板數(shù)據(jù)不能直接分析，并且利用截面DEA評價所測算的效率值不能進行跨期比較。因此，Charnes等[13]提出了窗口DEA模型（Windows DEA Model），該模型利用移動平均法來考察決策單元的效率隨時間變動的情況，其優(yōu)點是決策單元不但可以與同一時期其他決策單元進行比較，而且還將同一個決策單元的不同時期作為不同的決策單元，通過增加樣本量來獲得更加真實的效率評價。如果窗口的寬度為d，時期為T，則窗口的數(shù)量為w＝T－d＋1，每個窗口內(nèi)的決策單元（Decision Making Units，DMU）數(shù)量為d×J，相當(dāng)于每個時期DMU的d倍。一般情況下，為了更好地達到效度和信度兩個方面的平衡，窗口的寬度可以設(shè)定為d=3[14]。假設(shè)有J個DMU，每個決策單元有I個非能源投入zij，K個能源投入ekj，Q個期望產(chǎn)出yqj，L個非期望產(chǎn)出ulj。因此，含有非期望產(chǎn)出的窗口DEA：

式中θmn表示任一決策單元在第m個窗口內(nèi)的第n個時點上的效率值別表示在第m個窗口內(nèi)的第n個時點上的能源投入效應(yīng)和污染排放效應(yīng)，其他變量的含義以此類推；表示第j個決策單元的權(quán)重系數(shù)；表示松弛變量。如果即至少有一個小于1，或者一些松弛變量不等于0，那么被評價的DMU是非DEA有效的，說明其處于生產(chǎn)可能集的生產(chǎn)前沿面之內(nèi)，與最優(yōu)前沿面的DMU相比存在一定的效率損失。

1.2 數(shù)據(jù)來源與說明

筆者選取的樣本為2002—2016年中國30個省市區(qū)面板數(shù)據(jù)（由于數(shù)據(jù)的缺失，筆者剔除了西藏自治區(qū)的數(shù)據(jù)），投入指標包括物質(zhì)資本存量、人力資本存量以及能源投入；期望產(chǎn)出指標為各地區(qū)歷年實際國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）；非期望產(chǎn)出指標為二氧化硫排放量。其中，物質(zhì)資本存量根據(jù)單豪杰[15]的方法進行推算（重新估計了四川和重慶的資本存量）；人力資本存量以從業(yè)人員平均教育年限來近似表示；能源投入采用煤炭、石油、天然氣和電力的能源消費量來表示。物質(zhì)資本存量和GDP均換算成以1990年為基期的不變價。數(shù)據(jù)來自2002—2017年《中國統(tǒng)計年鑒》[16]、《中國能源統(tǒng)計年鑒》[17]。

2 區(qū)域全要素天然氣利用效率的差異

首先，采用Undesirable-Window-DEA模型，測算出各個地區(qū)的天然氣投入的松弛變量；然后，根據(jù)Hu and Wang[5]的思路計算全要素天然氣利用效率。全要素天然氣利用效率＝（實際天然氣消費量－調(diào)整天然氣消費量）/實際天然氣消費量，全要素天然氣利用效率是一個無量綱指標，在[0，1]區(qū)間，越趨近于1，代表天然氣利用效率越高；反之則越低。最后，再計算各個地區(qū)在每一時點上的全要素天然氣利用效率的平均值。

從計算結(jié)果（表1）可得如下結(jié)論：

1）從全國來看，隨著經(jīng)濟增長方式由粗放型向集約化的持續(xù)轉(zhuǎn)化，經(jīng)濟發(fā)展的質(zhì)量水平不斷提高，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)日趨合理化，能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，天然氣的生產(chǎn)供應(yīng)保障能力不斷增強，天然氣產(chǎn)業(yè)改革不斷推進，天然氣利用效率在2002—2016年間呈現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定增長趨勢（圖1）。其中，2003—2007年天然氣利用效率增長相對較慢，其主要原因在于：中國工業(yè)化中期產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以重工業(yè)為主，制造業(yè)快速發(fā)展；其中，非金屬礦物制品業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、電力熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、石油加工煉焦及核燃料加工業(yè)等高耗能行業(yè)迅猛增長，而同期能源供應(yīng)的煤炭開采和洗選業(yè)在不斷快速增長，天然氣產(chǎn)量增長較低。因此，大大強化了以煤炭為主的能源消費結(jié)構(gòu)（煤炭在中國能源消費結(jié)構(gòu)的比重由2002年的70.01%提高到2007年的73.73%），使得中國天然氣利用效率提高受到較大影響。

2008—2016年天然氣利用效率快速上升，主要原因在于：①中國經(jīng)濟發(fā)展逐漸進入工業(yè)化后期，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性變化，第二產(chǎn)業(yè)在GDP的比重不斷下降，第三產(chǎn)業(yè)持續(xù)增加，其占比超過50%。其中，六大高耗能行業(yè)增長率明顯下降，煤炭開采和洗選業(yè)產(chǎn)能利用率、黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)等行業(yè)的產(chǎn)能利用率顯著提高，而高技術(shù)制造業(yè)、戰(zhàn)略性新興服務(wù)業(yè)快速發(fā)展，使得天然氣利用效率不斷改善。②隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展、社會日益進步，人們越來越需要高質(zhì)量的空氣和環(huán)境。2013年國務(wù)院印發(fā)了《大氣污染防治行動計劃》，尤其是隨著中國經(jīng)濟步入“新常態(tài)”，國家做出了“大力推進生態(tài)文明建設(shè)”的戰(zhàn)略決策，不斷推進能源生產(chǎn)和消費革命，優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)。因此，中國政府持續(xù)推進天然氣開發(fā)利用，鼓勵實施“煤改氣”政策，從而使得煤炭產(chǎn)量在2013年達到39.74×108t峰值后逐年下降；同時，大幅增加天然氣進口，建成了縱橫交錯的天然氣管網(wǎng)，不斷完善儲氣及調(diào)峰設(shè)施，天然氣產(chǎn)量由2007年的692.4×108m3快速提高到2016年的1 368.65×108m3，使天然氣消費比重不斷提高[18]。據(jù)統(tǒng)計，煤炭在中國能源消費結(jié)構(gòu)的占比由2008年的72.22%下降到2016年的61.83%，天然氣的占比則由3.42%提高到6.20%。③天然氣的利用結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，天然氣化工越來越少，工業(yè)用氣、城市供暖、生活用氣、天然氣發(fā)電快速增長，也有利于提高天然氣利用效率。其中，由于“煤改氣”“油改氣”政策的推進，化學(xué)原料及化學(xué)制品與石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)等制造業(yè)，電力、煤氣、熱力的生產(chǎn)供應(yīng)業(yè)，生活消費，交通運輸、倉儲和郵政業(yè)等行業(yè)用氣量快速增長；天然氣還廣泛應(yīng)用于非金屬礦物制品業(yè)、黑色金屬冶煉及硣延加工業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、汽車制造、專用設(shè)備制造業(yè)、通用設(shè)備制造業(yè)等行業(yè)。

2）從區(qū)域劃分來看，東、中、西部三大區(qū)域的天然氣利用效率有明顯差異，而西部明顯低于東部、中部。其中，東部地區(qū)天然氣利用效率最高，2002—2016年間平均值為0.804 9；其次為中部地區(qū)，平均值為0.612 5；西部地區(qū)天然氣利用效率最低，平均值僅為0.342 3，這也意味著在既定的其他要素投入下，東、中、西部的天然氣利用效率還存在19.51%、38.75%和65.77%的改善空間。東部地區(qū)天然氣利用效率最高的省份是廣東（0.996 1），最低的省份是河北（0.428 6）；中部地區(qū)最高的省份是安徽（1.000 0），最低的省份是河南（0.368 6）；西部地區(qū)最高的省份是廣西（0.835 4），最低的省份是青海（0.060 2）。

由于西部地區(qū)的甘肅、寧夏、青海和陜西等省自治區(qū)天然氣利用效率都比較低，導(dǎo)致西部地區(qū)的平均值偏低。

表1 2002—2016年中國各地區(qū)全要素天然氣利用效率平均值表

圖1 2002—2016年中國各地區(qū)全要素天然氣利用效率變動趨勢圖

由于區(qū)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，東部地區(qū)的一些高能耗、高污染的產(chǎn)業(yè)不斷向中西部地區(qū)轉(zhuǎn)移。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，東部地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷高級化，高耗能產(chǎn)業(yè)不斷被淘汰。例如，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化升級，2017年上海市的節(jié)能環(huán)保、高端裝備、新能源、新能源汽車、新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)占規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值比重達到30.8%。而與此同時，雖然四川的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)快速增長，但是六大高耗能行業(yè)占規(guī)模以上工業(yè)增加值的比重仍高達26.6%。另一方面，由于中西部地區(qū)尤其是西部地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平整體較低，雖然是天然氣的主產(chǎn)區(qū)，但用于能源消費結(jié)構(gòu)優(yōu)化的資金相對緊張，高耗能產(chǎn)業(yè)多，從而造成了中西部地區(qū)全要素天然氣利用效率較低。

值得注意的是，2007年以后中部地區(qū)天然氣利用效率改善速度明顯加快，遠遠超過同期東、西部地區(qū)。2002—2007年，中部地區(qū)天然氣利用效率有升有降，提高不明顯，由0.306 1提高到0.345 5。之后，進入持續(xù)高速增長期，2012年達到0.914 9，與東部地區(qū)同期的0.968 5相差明顯縮?。淮撕蠓€(wěn)定提高，到2016年增加到0.967 7（東部地區(qū)為1.000 0）。其主要原因是：安徽、湖北、湖南、江西、吉林、黑龍江的天然氣利用效率大幅提高，反映出區(qū)域發(fā)展不平衡正轉(zhuǎn)化為中國經(jīng)濟梯級發(fā)展的強大動力，中部地區(qū)快速崛起；同時，隨著天然氣干線、支線管網(wǎng)及配套設(shè)施不斷完善，中部地區(qū)天然氣用戶持續(xù)增長，天然氣消費快速增長，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源消費體系成效顯著。

3）各省份天然氣利用效率變動呈現(xiàn)明顯的兩極分化趨勢。天然氣利用效率最高的3個省份為安徽、廣東和上海，基本上都處于最優(yōu)前沿面上。根據(jù)上述模型的測算，雖然這些省份處于最優(yōu)前沿面上，但這并不能說明這些省份不存在天然氣利用效率損失，只能說相對其他省份而言，在當(dāng)前技術(shù)條件下，這些省份無法實現(xiàn)天然氣投入的進一步減少。而天然氣利用效率最低的3個省份分別為甘肅、寧夏、青海，說明這3個省份存在很大的天然氣利用效率損失，或者從另一個角度來講，這些省份相比其他省份而言的節(jié)能潛力更大。

3 提高全要素天然氣利用效率的建議

1）堅持綠色發(fā)展，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，加快培育天然氣產(chǎn)業(yè)鏈，不斷提高天然氣消費綜合利用效率。優(yōu)化產(chǎn)業(yè)間能源消費結(jié)構(gòu)，加快推進節(jié)能降耗，加大工業(yè)節(jié)能技術(shù)改造力度，穩(wěn)步提高能源加工轉(zhuǎn)換和回收利用效率，大力推廣新技術(shù)、新產(chǎn)品；中西部地區(qū)要加快第二產(chǎn)業(yè)落后產(chǎn)能的淘汰和退出機制，引導(dǎo)第二產(chǎn)業(yè)向資源節(jié)約和環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)發(fā)展；同時，應(yīng)加大對天然氣產(chǎn)業(yè)上、中、下游市場的培育，提升天然氣產(chǎn)業(yè)鏈與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的深度融合，提高天然氣行業(yè)的自主創(chuàng)新能力，從而持續(xù)降低經(jīng)濟增長對能源消費依存度，不斷提高能源消費及天然氣消費的綜合利用效率。

2）繼續(xù)推進能源生產(chǎn)革命向縱深發(fā)展，不斷完善天然氣產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源供應(yīng)體系。天然氣是優(yōu)質(zhì)高效、綠色清潔的低碳能源，是構(gòu)建我國清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系的重要路徑。因此，要不斷完善產(chǎn)供儲銷體系，促進天然氣供需動態(tài)平衡。國內(nèi)要加大天然氣資源勘探開發(fā)力度，盡可能提高天然氣儲量和產(chǎn)量，國際上要建立健全天然氣多元化海外供應(yīng)體系，確保天然氣進口安全。同時，構(gòu)建地下儲氣庫、沿海液化天然氣（LNG）接收站、LNG儲罐、管網(wǎng)互聯(lián)互通等多層次儲備體系，滿足調(diào)峰需要；并強化天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與互聯(lián)互通，理順天然氣價格機制，建立健全天然氣供應(yīng)保障應(yīng)急體系，強化天然氣全產(chǎn)業(yè)鏈安全運行機制，綜合保證天然氣穩(wěn)定、均衡、安全供應(yīng)。

3）優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，不斷提高天然氣消費比重。能源低碳消費模式已經(jīng)成為世界的共識和實踐，與世界發(fā)達國家相比，天然氣在我國能源消費中所占比重過低，與我國經(jīng)濟發(fā)展水平、低碳綠色發(fā)展理念不相符。因此，各級政府要統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展，擴大天然氣覆蓋面積，全方位、多手段推廣天然氣消費；依托國家的大氣污染防治行動，適度發(fā)展天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)；根據(jù)國內(nèi)外天然氣的安全穩(wěn)定供應(yīng)和配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)進度，科學(xué)合理規(guī)劃各地、工業(yè)企業(yè)“煤改氣”進程和貨車、輪船“油改氣”進程；提高燃氣電廠的競爭力，不斷完善天然氣分布式能源的機制政策，促進天然氣行業(yè)健康有序的快速發(fā)展，最終實現(xiàn)能源消費結(jié)構(gòu)清潔化、低碳化和多樣化。