基于DEA 窗口模型的中國碳減排技術(shù)研發(fā)效率評估

周喜君，郭丕斌

（1.忻州師范學院經(jīng)管系，山西忻州 034000；2.太原師范學院經(jīng)濟系，山西晉中 030619；）

1 研究背景

如何減少二氧化碳排放是當前國際上大多數(shù)國家共同關(guān)心的話題。已有研究發(fā)現(xiàn)，技術(shù)進步對二氧化碳減排確實發(fā)揮了無可置疑的促進作用［1-2］，通過技術(shù)進步推動二氧化碳減排日益成為各國共同的選擇。中國作為全球二氧化碳排放最多的國家，技術(shù)進步在二氧化碳減排方面發(fā)揮著非常重要的作用。據(jù)中國21 世紀議程管理中心測算，截止到2017 年底，中國的單位國內(nèi)生產(chǎn)總值碳排放量比2005 年下降了46%，其中技術(shù)進步的貢獻率達到了約60%。作為發(fā)展中國家，中國還處于工業(yè)化后期，面臨繁重的發(fā)展任務，未來一段時期，中國的能源需求還將保持增長。在此背景下，通過提升碳減排技術(shù)研發(fā)效率、強化碳減排技術(shù)進步是兌現(xiàn)減排承諾的重要途徑［3］。

研發(fā)效率本質(zhì)上是研發(fā)投入（一般為研發(fā)人員、研發(fā)經(jīng)費等）與研發(fā)產(chǎn)出（一般為專利、論文等知識產(chǎn)權(quán)）之間關(guān)系的度量。已有關(guān)于研發(fā)效率評估的方法大體上分為靜態(tài)評估和動態(tài)評估兩種。靜態(tài)研發(fā)效率評價多以DEA 模型為主，如Lee 等［4］利用DEA 方法對亞洲國家的研發(fā)效率進行了分析，并根據(jù)評價結(jié)果識別出具有研發(fā)效率優(yōu)勢的國家；Sharma 等［5］利用DEA 方法對22 個發(fā)達國家和發(fā)展中國家的相對研發(fā)效率進行了研究，發(fā)現(xiàn)在不同的模型假設(shè)下（規(guī)模收益不變和規(guī)模收益可變），這些國家的相對研發(fā)效率會有所變化；Zuo 等［6］將博弈交叉效率概念引入并行DEA 模型，提出了一種衡量各區(qū)域或各生產(chǎn)單元研發(fā)效率的模型；Ilyas 等［7］采用DEA 的固定規(guī)模收益率(CCR)和可變規(guī)模收益率(BCC)兩種模型對新西蘭牧區(qū)和谷倉奶牛養(yǎng)殖系統(tǒng)的能效進行了評價。動態(tài)研發(fā)效率多使用多階段DEA 模型和Malmquist 指數(shù)等方法。如Han 等［8］分別利用DEA 模型和Malmquist 指數(shù)衡量了2005—2009 年15 個韓國地區(qū)的靜態(tài)和動態(tài)研發(fā)效率；Jang 等［9］利用Malmquist 指數(shù)對全球科技行業(yè)領(lǐng)先的49 家公司研發(fā)效率進行了分析；Xiong 等［10］利用兩階段DEA 模型對2012—2015 年中國科學院17個研究所的研發(fā)效率進行了評價；Zrelli 等［11］借助Malmquist 指數(shù)方法，對2002—2016 年突尼斯34 個制造業(yè)行業(yè)進行了分析。結(jié)果表明，2002 年至2016年，全要素生產(chǎn)率平均增長了2%。確定的生產(chǎn)率增長歸因于技術(shù)的改進(或前沿轉(zhuǎn)移)，而不是效率的改進或變化。

綜合看，已有研究還有三個方面有待改進：（1）從技術(shù)內(nèi)涵上，生產(chǎn)實踐中的技術(shù)一般是有特定范疇、具有明確指向的，而現(xiàn)有研究中的“技術(shù)”，總體上沿用了Romer［12］的觀點，將技術(shù)作為一個整體，視為內(nèi)生于知識生產(chǎn)過程中的一種無形生產(chǎn)要素，屬于廣義技術(shù)進步的范疇，很難與生產(chǎn)實踐中具有明確范疇的技術(shù)對應，而這可能會降低理論研究的實踐價值；（2）從評估方法上，靜態(tài)效率不能進行縱向動態(tài)評價［13］，而基于Malmquist 生產(chǎn)率指數(shù)的評價又可能會得到有偏的效率增長指數(shù)［14］，不能準確反映研發(fā)效率的動態(tài)變化；（3）從研究對象上，已有研究關(guān)注了國家層面、產(chǎn)業(yè)層面和企業(yè)層面的研發(fā)效率，但關(guān)于特定類型技術(shù)研發(fā)效率的研究還比較匱乏?；诖?，本文研究過程中，將基于不同技術(shù)的減排機理差異，把碳減排技術(shù)進一步細分，以更好地契合生產(chǎn)實踐。評估方法上，將采用DEA 窗口模型，與靜態(tài)效率評估和Malmquist 指數(shù)相比，窗口DEA 方法不僅能實現(xiàn)效率值的橫向縱向可比，還能有效解決樣本數(shù)量少引致的效率評價偏差問題。

與已有文獻相比，本文的貢獻主要體現(xiàn)在以下三個方面：（1）文章基于不同的技術(shù)減排機理，將中國二氧化碳減排技術(shù)進一步細分為能源生產(chǎn)技術(shù)和能源利用技術(shù)。（2）文章通過選擇替代產(chǎn)業(yè)，利用DEA 窗口模型對抽樣期中國二氧化碳減排技術(shù)的研發(fā)效率進行了評估。（3）文章基于碳減排技術(shù)研發(fā)效率評估結(jié)果，識別了制約中國碳減排技術(shù)研發(fā)效率的主要因素，并認為清潔煤碳生產(chǎn)和淘汰鋼鐵領(lǐng)域落后產(chǎn)能是促進中國碳減排技術(shù)研發(fā)效率提升的重要舉措。

本文其余部分安排如下，第二部分主要是對DEA 窗口模型的基本原理及評價數(shù)據(jù)進行介紹，第三部分對主要的評價結(jié)果進行分析，第四部分主要是基于研究結(jié)果得出結(jié)論，并提出政策建議。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 碳減排技術(shù)度量

從我國近年來的二氧化碳減排實踐看，重點是兩條路徑：一是通過增加終端能源消費中新能源和清潔能源比重，促進能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型；二是通過提高能源使用效率，減少能源使用［15］。對能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型而言，從人類能源變遷史的角度看，之所以能從薪柴、煤炭，過渡到石油、天然氣和電力，本質(zhì)上是能源生產(chǎn)技術(shù)進步的結(jié)果，只有能源生產(chǎn)技術(shù)進步才能夠保障新型能源廉價且可大規(guī)模供給，能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型才可能發(fā)生。而對提高能源利用效率而言，重要的一環(huán)就是通過改進能源燃燒技術(shù)，提高能源熱轉(zhuǎn)化率，進而減少理論能源消費量，從而達到降低二氧化碳排放的目的［16］?？梢?，不論是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，還是能源效率提升，其核心是能源生產(chǎn)技術(shù)和能源利用技術(shù)進步。由此，本文將碳減排技術(shù)進一步細分為能源生產(chǎn)技術(shù)和能源利用技術(shù)兩類。

由于技術(shù)本身是無形的，難以度量，尋找替代變量就成為一種可能的選擇。

對能源生產(chǎn)技術(shù)而言，煤炭、石油、天然氣是我國絕對的主體能源［17］，2018 年，三類能源消費量占我國全部能源消費量的85.7%。根據(jù)我國的國民經(jīng)濟行業(yè)分類標準（GB/T 4754-2017），煤炭開采和洗選業(yè)、石油和天然氣開采業(yè)及石油加工、煉焦和核燃料加工業(yè)三個行業(yè)分別對應于能源消費中的煤炭、石油和天然氣三種能源，因此，這三個行業(yè)的研發(fā)效率能較好地反應我國能源生產(chǎn)領(lǐng)域的總體研發(fā)水平。本文選擇這三個行業(yè)作為能源生產(chǎn)技術(shù)的替代行業(yè)。

對能源利用技術(shù)而言，根據(jù)Porter［18］的觀點，環(huán)境管制能夠激發(fā)企業(yè)的創(chuàng)新行為，即受到環(huán)境管制的行業(yè)（或企業(yè)）有動力通過創(chuàng)新抵消環(huán)境管制帶來的影響。從我國看，受大范圍霧霾的影響，政府持續(xù)加大對高耗能、高排放產(chǎn)業(yè)的環(huán)境管制，受到嚴厲管制的這些行業(yè)的企業(yè)為了盡可能降低管制政策的影響，必將加大能源利用環(huán)節(jié)的技術(shù)研發(fā)投入，以此迎合政府的環(huán)保要求。統(tǒng)計數(shù)據(jù)也可以間接地證明這一推論。根據(jù)2013—2018 年的《國家統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)，2012 年以來，R&D 經(jīng)費增長最快的行業(yè)，除電子信息、生物醫(yī)藥、航空航天等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域外，鋼鐵、化工等高耗能產(chǎn)業(yè)也是增長最快的領(lǐng)域。為此，本文計算并篩選了2005—2017 年能源消耗量和二氧化碳排放量排名前七位的行業(yè)。經(jīng)比對，同屬高耗能和高排放的行業(yè)有四個，分別是電力、熱力生產(chǎn)和供應業(yè)（以下簡稱電力），黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)（以下簡稱黑色金屬冶煉），非金屬礦物制品業(yè)，化學燃料和化學制品制造業(yè)。同時，根據(jù)王班班等［19］研究發(fā)現(xiàn)（如圖1），如果這種環(huán)境管制成本難以轉(zhuǎn)嫁，或該行業(yè)企業(yè)國有化程度較高（注：國有企業(yè)受政府管制和社會責任驅(qū)動更加強烈，更加有動力按照政府和社會愿景進行創(chuàng)新），則企業(yè)開展技術(shù)創(chuàng)新的動力就高，反之則會降低創(chuàng)新意愿。據(jù)此，鑒于黑色金屬冶煉、電力和非金屬礦物制品業(yè)的國有化程度較高，且黑色金屬冶煉領(lǐng)域的競爭程度較高，成本難以轉(zhuǎn)嫁，而化學燃料和化學制品制造業(yè)中包含了農(nóng)藥制造、日用化學品制造等諸多能源消耗、二氧化碳排放不高的細分行業(yè)，為保證研究的可靠性，本文將該行業(yè)剔除。最終，選擇黑色金屬冶煉、電力和非金屬礦物制品業(yè)作為能源利用技術(shù)的替代行業(yè)。

圖1 高耗能行業(yè)環(huán)境規(guī)制與技術(shù)創(chuàng)新關(guān)系

2.2 DEA 窗口模型

DEA 窗口模型是Charnes 等［20］在傳統(tǒng)DEA 模型基礎(chǔ)上提出的一種非參數(shù)面板方法，本質(zhì)上是一種移動平均計算方法,其過程如下：

假設(shè)在T時期內(nèi)，有m個決策單元，每個決策單元 有n 中投入X（假定為，有s 種產(chǎn)出Y（假定為則第K 個決策單元在時間就有投入向量和產(chǎn)出向量分別為：假設(shè)時間窗口從時點h 開始時間窗口寬度為w,則每個窗口時間內(nèi)就有個決策單元。

2.3 數(shù)據(jù)

2.3.1 投入指標

該體系包括三個指標，學者們一般選擇R&D 人員和R&D 經(jīng)費兩個指標。參照Xiong 等［10］的做法，R&D 人員用中國科技統(tǒng)計年鑒中的“R&D 人員全時當量”進行衡量，R&D 經(jīng)費指標用中國科技統(tǒng)計年鑒中的“R&D 經(jīng)費內(nèi)部支出”進行衡量。此外，考慮到技術(shù)改造和技術(shù)消化吸收對我國技術(shù)進步的重要作用，本文將技術(shù)引進與消化費用支出也作為投入指標，該指標用中國科技統(tǒng)計年鑒中“技術(shù)改造經(jīng)費支出”和“技術(shù)消化經(jīng)費支出”兩項之和進行衡量。

2.3.2 產(chǎn)出指標

研發(fā)產(chǎn)出評價指標常用的有專利申請量、專利授權(quán)量和新產(chǎn)品銷售收入等。考慮到研發(fā)本身是知識生產(chǎn)過程，且本文測度的是特定技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)效率，選擇新產(chǎn)品銷售收入不符合研究需要。對專利指標，由于專利申請到授權(quán)普遍存在時滯［22］，為保持投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)之間的對應關(guān)系，參照Xiong 等［10］的做法，文章用中國科技統(tǒng)計年鑒中的分行業(yè)“發(fā)明專利申請量”來衡量。

2.3.3 數(shù)據(jù)來源

本文研究區(qū)間為2005—2017 年，所涉各投入產(chǎn)出指標數(shù)據(jù)均來源于2006—2018 年《中國科技統(tǒng)計年鑒》。為了消除價格水平變化對研究結(jié)果的影響，所有經(jīng)費數(shù)據(jù)均換算為2005 年價格水平。最終，形成一個包含312 個觀察值的數(shù)據(jù)集，描述統(tǒng)計見表1。

表1 2005—2017 年投入/產(chǎn)出指標描述

3 結(jié)果和討論

3.1 能源生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)效率

從我國能源生產(chǎn)技術(shù)效率演化趨勢上，規(guī)模效率呈波動下降態(tài)勢，由2005 年的0.96 下降到2017年的0.82，而純技術(shù)效率則波動上升，由2005 年的0.80 上升到2017 年的0.88（見表2 第X、XI、XII列所示），二者共同作用下，我國能源生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)效率整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，兩個轉(zhuǎn)折點分別為2009 年和2013 年，本文認為這是受外部環(huán)境（主要是金融危機）和煤炭產(chǎn)業(yè)周期（煤炭產(chǎn)業(yè)2012 年開始進入衰退期）影響的結(jié)果，只是存在一定的時滯。為進一步從整體上把握我國能源生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)效率的演變趨勢，參照董艷梅等［23］的分類方法，本文將效率值等于1 視為DEA 有效，將效率值間于0.8～1（不含1）視為弱DEA 有效，將效率值低于0.8 的視為DEA 無效。據(jù)此，純技術(shù)效率中，全部年份均為弱DEA 有效，而規(guī)模效率中，達到弱DEA 有效的年份有9 個，占比69.2%，有多達4 個年份屬于DEA 無效（見表3 第X、XI、XII 列）。受規(guī)模效率不佳影響，能源生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)效率總體維持低位波動，全部年份中，有多達9 個年份為DEA 無效。表明研究期內(nèi)，我國能源生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)效率還有很大的提升空間。

表2 能源生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)效率評價結(jié)果

表3 能源生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)效率評價結(jié)果分級

進一步對各替代行業(yè)研發(fā)效率變化情況分析可見（見表2 平均值），研究期內(nèi)，石油加工、煉焦和核燃料加工業(yè)的綜合研發(fā)效率最高，石油和天然氣開采業(yè)研發(fā)效率次之，煤炭開采和洗選業(yè)的綜合研發(fā)效率最低，而造成煤炭開采和洗選業(yè)研發(fā)效率低的原因主要與規(guī)模效率不足、純技術(shù)效率偏低有關(guān)。如表3 所示，煤炭開采和洗選業(yè)的規(guī)模效率中有多達10 個年份為DEA 無效，純技術(shù)效率中也有4個年份為DEA 無效，這也成為拉低我國能源生產(chǎn)技術(shù)整體研發(fā)效率的主要因素。表明作為我國主體能源的煤炭行業(yè)，其研發(fā)投入規(guī)模還比較小，研發(fā)資源配置水平還有待進一步提升。

3.2 能源利用技術(shù)研發(fā)效率

從能源利用技術(shù)效率演化趨勢上（見表4 第X、XI、XII 列），純技術(shù)效率呈波動上行態(tài)勢，由2005 年的0.82 增長到2017 年的0.83，規(guī)模效率則從0.76 上升到0.92，二者共同作用下，能源利用技術(shù)的研發(fā)效率從2005 年的0.58 上升到2017 年的0.78。按照董艷梅和朱英明（2015）的分類標準，純技術(shù)效率中，13 年中有9 個年份為弱DEA 有效，有4 個年份為DEA 無效（見表5 第XI 行）。規(guī)模效率中，有6 個年份為弱DEA 有效，7 個年份為DEA 無效（見表5 第XII 行），二者共同作用下，我國的能源利用技術(shù)研發(fā)效率總體較差，13 個年份均為DEA 無效（見表3.4 第X 行），平均研發(fā)效率值僅為0.66（見表4）。說明研究期內(nèi)，我國能源利用技術(shù)的研發(fā)效率還有較大的提升空間。

表4 能源利用技術(shù)研發(fā)效率評價結(jié)果

表5 能源利用技術(shù)研發(fā)效率評價結(jié)果分級

進一步對各替代行業(yè)研發(fā)效率變化情況分析可見，黑色金屬冶煉的研發(fā)效率低是拉低能源利用技術(shù)總體研發(fā)效率的主要影響因素。從表4和表5可見，研究期內(nèi)，該行業(yè)的純技術(shù)效率先升后降，平均值僅為0.50，所有年份均為DEA 無效，拐點出現(xiàn)在2008 年，這可能與當時政府大規(guī)模刺激計劃下鋼鐵行業(yè)無序擴張、大量低效產(chǎn)能進入有關(guān)。同時，研究期內(nèi)該行業(yè)的規(guī)模效率也呈現(xiàn)先升后降特征，研究期內(nèi)其平均值僅為0.76，有多達7 個年份為DEA無效，拐點出現(xiàn)在2009 年，其原因與純技術(shù)效率一致，只是存在一定的時滯。

4 結(jié)論與政策啟示

能源生產(chǎn)技術(shù)和能源利用技術(shù)是我國二氧化碳減排的重要技術(shù)依托，對實現(xiàn)我國二氧化碳減排目標具有非常重要的意義。本文利用DEA 窗口模型對2005—2017 年兩類技術(shù)的研發(fā)效率進行了評估，得出如下結(jié)論。

（1）能源生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)效率低位波動，而能源利用技術(shù)研發(fā)效率提升明顯。根據(jù)評估結(jié)果，能源生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)效率先上升，后下降，但總體上維持低水平波動趨勢。而得益于規(guī)模效率的大幅提升，我國能源利用技術(shù)的研發(fā)效率出現(xiàn)了較為明顯的上升。

（2）研發(fā)資源配置不科學對能源生產(chǎn)和能源利用技術(shù)研發(fā)效率有負面影響。根據(jù)評估結(jié)果，能源生產(chǎn)技術(shù)的純技術(shù)效率達到有效的年份較少，而能源利用技術(shù)的純技術(shù)效率達到有效的年份數(shù)更少，說明不管是能源生產(chǎn)技術(shù)，還是能源利用技術(shù)，在研發(fā)資源配置方面均有待改善，特別是能源利用技術(shù)領(lǐng)域，其研發(fā)資源配置水平還有很大的改進空間。

（3）煤炭、鋼鐵等行業(yè)碳減排技術(shù)研發(fā)效率尚有較大提升潛力。從評估結(jié)果看，煤炭開采和洗選業(yè)的純技術(shù)效率和規(guī)模效率是能源生產(chǎn)技術(shù)三個替代行業(yè)中最低的，有10 個年份的規(guī)模效率和4 個年份的純技術(shù)效率為DEA 無效。而黑色金屬冶煉的純技術(shù)效率和規(guī)模效率是能源利用技術(shù)三個替代行業(yè)中最低的，全部的13 個年份的純技術(shù)效率和7 個年份的規(guī)模效率為DEA 無效。說明煤炭、鋼鐵等領(lǐng)域碳減排技術(shù)研發(fā)效率還有很大的提升潛力，是未來我國碳減排技術(shù)創(chuàng)新的重點方向。

基于以上研究發(fā)現(xiàn)，帶來以下幾點政策啟示。

（1）進一步加大能源生產(chǎn)和利用領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)投入。盡管按照世界銀行數(shù)據(jù)，2017 年我國的R&D 經(jīng)費占GDP 的比重已經(jīng)達到2.13%，超過大多數(shù)OECD 國家和部分發(fā)達國家。但受以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)、粗放的能源使用、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及所處發(fā)展階段等因素影響，我國的碳減排技術(shù)水平依然較為落后，碳排放強度仍然明顯高于全球主要發(fā)達國家和經(jīng)濟體。因此，通過加大技術(shù)研發(fā)投入促進碳減排技術(shù)進步是當務之急。具體看，在能源生產(chǎn)端，要立足我國的能源稟賦結(jié)構(gòu)，重點加大對清潔煤生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新的支持，提升我國能源整體的清潔化水平，推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。在能源利用端，要加大對節(jié)能爐具、智能控制、碳捕集、封存等技術(shù)的支持力度，不斷提高能源碳效率，努力降低二氧化碳排放強度。

（2）持續(xù)優(yōu)化碳減排技術(shù)研發(fā)資源配置。在我國，政府是重要的研發(fā)經(jīng)費來源，企業(yè)的創(chuàng)新主體地位還沒有真正形成，研發(fā)經(jīng)費管理和配置水平不高，間接地制約了碳減排技術(shù)研發(fā)效率的提升。因此，應進一步改革我國的研發(fā)經(jīng)費投入體制，逐步建立以市場為主體的研發(fā)經(jīng)費配置體系，強化企業(yè)在研發(fā)中的投入主體地位，使政府回歸支持基礎(chǔ)研究、支持創(chuàng)新環(huán)境建設(shè)等領(lǐng)域，促進研發(fā)經(jīng)費配置效率提升。同時，要著眼國際能源轉(zhuǎn)型及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級趨勢，綜合通過環(huán)境準入、技術(shù)準入等產(chǎn)業(yè)政策，進一步加快鋼鐵等高耗能產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域落后產(chǎn)能的淘汰步伐，逐步將那些不符合環(huán)保要求和缺乏市場競爭力的企業(yè)淘汰，集中資源，全面提升行業(yè)內(nèi)優(yōu)勢企業(yè)的發(fā)展。

當然，本文還有一些不足：（1）雖然本文選擇碳減排技術(shù)的替代行業(yè)是基于嚴密的邏輯分析和充分的實踐考察基礎(chǔ)上進行的，但仍無法確保所選替代行業(yè)中，投入的研發(fā)資源全部用于能源生產(chǎn)技術(shù)和能源利用技術(shù)創(chuàng)新，因此，容易高估兩類技術(shù)進步的效率；（2）由于方法本身的局限性，尚無法完全避免因要素利用率問題所帶來的效率損失。