中國電力部門的研發(fā)創(chuàng)新與能源效率提升研究

[摘 要]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與“電氣化”程度加深，中國電能需求將保持上升趨勢，發(fā)電部門能源效率的提升對(duì)于節(jié)能減排具有重要意義。文章基于中國發(fā)電部門省級(jí)數(shù)據(jù)估算各省火力發(fā)電能源效率，并分析企業(yè)研發(fā)投入及研發(fā)創(chuàng)新成果對(duì)火力發(fā)電能源效率的影響。結(jié)果表明，電力部門企業(yè)研究階段的費(fèi)用化研發(fā)投入對(duì)火力發(fā)電能源效率沒有顯著影響，而企業(yè)進(jìn)入開發(fā)階段的資本化研發(fā)投入能夠帶來省級(jí)火力發(fā)電能源效率的顯著提升。此外，電力部門及其上游能源采掘與供給行業(yè)的企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新成果、工業(yè)部門開放度均對(duì)省級(jí)火力發(fā)電能源效率有顯著正面影響。因此，發(fā)電企業(yè)要積極推進(jìn)研發(fā)創(chuàng)新投入轉(zhuǎn)化為成果、提升研發(fā)創(chuàng)新對(duì)能源效率的正面影響;同時(shí)政府部門需要進(jìn)一步提高發(fā)電部門的市場開放程度，發(fā)揮外商投資對(duì)本土發(fā)電企業(yè)創(chuàng)新的技術(shù)溢出效應(yīng)。

[關(guān)鍵詞]火力發(fā)電;能源效率;研發(fā)創(chuàng)新

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2021.14.172

1 引言

近年來，隨著氣候變化、環(huán)境污染問題的加劇，能源效率提升與能源消費(fèi)總量控制已經(jīng)越來越受到各國重視。電力行業(yè)是中國化石能源消耗與溫室氣體排放的主要部門之一，火力發(fā)電煤耗占中國年度煤炭消耗總量的40%以上。伴隨著經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和人口規(guī)模的增長，以及能源消費(fèi)方式改變帶來的“電氣化”程度加深，電能需求總量未來將保持上升趨勢。因而，優(yōu)化提升發(fā)電能源結(jié)構(gòu)、提高發(fā)電能源效率是中國實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的關(guān)鍵所在。中國可再生能源發(fā)展在近20年內(nèi)已經(jīng)取得顯著成效，但截止到2017年，火力發(fā)電仍然占中國年度總發(fā)電量的71.79%，通過提升火力發(fā)電能源效率實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排仍然有很大空間。

基于因素分解分析法（Index Decomposition Methods）的研究通常將能源需求的決定因素歸納為經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)、技術(shù)進(jìn)步效應(yīng)，其中技術(shù)進(jìn)步效應(yīng)由能源強(qiáng)度表示。但能源強(qiáng)度僅反映偏要素生產(chǎn)率，不能反映考慮資本、勞動(dòng)力等要素替代作用的全要素生產(chǎn)率（史丹，2006）。因而，本文構(gòu)建超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)的能源效率模型，并利用隨機(jī)前沿分析法（Stochastic Frontier Analysis， SFA）估算中國火力發(fā)電部門省級(jí)能源效率，進(jìn)而分析電力部門的研發(fā)創(chuàng)新投入與成果、外商投資的技術(shù)溢出效應(yīng)等因素對(duì)能源效率的影響，針對(duì)發(fā)電部門的創(chuàng)新投入與模式提出能源效率提升的政策建議。

2 中國電力部門的創(chuàng)新投入現(xiàn)狀分析

近年來，創(chuàng)新活動(dòng)在電力部門的重要性與日俱增，電力部門創(chuàng)新活動(dòng)和支出發(fā)生了高速增長。圖1展示了中國電力、熱力生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)企業(yè)2009年至2017年間R&D經(jīng)費(fèi)支出，及其占工業(yè)企業(yè)R&D經(jīng)費(fèi)支出的比重變化趨勢線。由下圖可見，2009年至2017年間中國電力和熱力生產(chǎn)與供應(yīng)部門R&D經(jīng)費(fèi)支出從46.81億元上升到105.38億元，年均增長率達(dá)到10.68%。但與其他工業(yè)企業(yè)相比，電力和熱力生產(chǎn)與供應(yīng)部門R&D經(jīng)費(fèi)較低。如下圖所示，電力和熱力生產(chǎn)與供應(yīng)部門R&D經(jīng)費(fèi)占工業(yè)企業(yè)總R&D經(jīng)費(fèi)支出比重在0.77%至1.16%，且2009年至2012年間出現(xiàn)顯著下降，此后基本保持在0.8%左右。事實(shí)上，電力和熱力生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)銷售產(chǎn)值占工業(yè)部門總銷售產(chǎn)值的比重從2009年的6.21%下降到2017年的4.84%，盡管電力和熱力生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)的R&D經(jīng)費(fèi)比重遠(yuǎn)低于其銷售產(chǎn)值在工業(yè)總銷售產(chǎn)值中的比重，但由于2012年后前者的下降速度相對(duì)于后者較低，表明電力部門越來越加大和重視企業(yè)研發(fā)投資。此外，從組成結(jié)構(gòu)來看，企業(yè)R&D經(jīng)費(fèi)支出主要以企業(yè)內(nèi)部支出為主，且2009年至2017年間企業(yè)內(nèi)部支出R&D經(jīng)費(fèi)

企業(yè)R&D內(nèi)部支出指企業(yè)自身從事研發(fā)活動(dòng)的經(jīng)費(fèi)支出;企業(yè)R&D外部支出指企業(yè)通過委托其他企業(yè)、高校、科研機(jī)構(gòu)等單位或與其他企業(yè)、高校、科研機(jī)構(gòu)合作從事研發(fā)活動(dòng)的經(jīng)費(fèi)支出。占比呈現(xiàn)上升趨勢。由此可見，電力部門企業(yè)主要通過自身內(nèi)部的創(chuàng)新活動(dòng)提升生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化資源配置。

3 中國電力部門能源效率估計(jì)與創(chuàng)新投入影響

3.1 中國電力部門能源效率估計(jì)

本節(jié)利用2008年至2017年省級(jí)火力發(fā)電化石能源、勞動(dòng)力、資本投入，以及發(fā)電總量的面板數(shù)據(jù)，構(gòu)建超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)的能源效率模型，基于隨機(jī)前沿模型估算省級(jí)火力發(fā)電能源效率。給定投入水平x=（K，L，E）和產(chǎn)出Y，其中K代表資本要素投入、L代表勞動(dòng)力要素投入、E代表企業(yè)能源要素投入、Y代表企業(yè)總產(chǎn)出，生產(chǎn)可能性集合為：T={（K，L，E，Y）：要素投入（K，L，E）可以生產(chǎn)Y}。

相應(yīng)的謝潑德能源距離函數(shù)（Shephard Energy Distance）為：

則能源效率隨機(jī)前沿模型為：

其中，μit=lnDE（Kit，Lit，Eit，Yit）是表示非負(fù)的無效率項(xiàng)。2008—2017年，電力部門省級(jí)投入與產(chǎn)出數(shù)據(jù)主要來源于Wind數(shù)據(jù)庫、《中國電力年鑒》。其中，產(chǎn)出Y為各省年度火力發(fā)電量;資本投入K為各省火力發(fā)電裝機(jī)容量;能源投入E根據(jù)各省火力發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗與火力發(fā)電量計(jì)算;火力發(fā)電行業(yè)的勞動(dòng)力要素投入L根據(jù)各省電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)從業(yè)人員數(shù)，依據(jù)火力發(fā)電裝機(jī)容量占發(fā)電總裝機(jī)容量的比重估算獲得。各省年度火力發(fā)電、總發(fā)電裝機(jī)容量，火力發(fā)電煤耗率、火力發(fā)電量數(shù)據(jù)均來自《中國電力年鑒》，各省電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)從業(yè)人員數(shù)來自Wind數(shù)據(jù)庫。

本文基于Greene （2005）的固定效應(yīng)隨機(jī)前沿方法估計(jì)中國電力部門省級(jí)層面的能源效率。估計(jì)結(jié)果表明，各省火力發(fā)電部門能源效率與煤耗率有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.27?；谑〖?jí)面板數(shù)據(jù)估計(jì)的中國電力部門能源效率2017年分布情況，煤耗率越高的地區(qū)，能源效率通常越低，如北京、上海、浙江、江蘇、天津、廣東、安徽、吉林等地均由于煤耗率較低而具有較高的能源效率。從地區(qū)分布的角度來看，華北和西南地區(qū)火力發(fā)電煤耗率較高、能源效率較低;與之相反，華東地區(qū)火力發(fā)電行業(yè)則煤耗率較低、能源效率較高。但煤耗率并不能完全解釋各省火力發(fā)電能源效率的差異。例如，部分地區(qū)如湖南、甘肅，盡管煤耗率較低，但能源效率相對(duì)較低;而寧夏盡管煤耗率在各省之中處于較高水平，但能源效率高。

盡管從截面數(shù)據(jù)維度來看，各省能源效率與煤耗率表現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，但從時(shí)間維度來看兩者并沒有呈現(xiàn)相反的變化趨勢，與煤耗率隨時(shí)間呈現(xiàn)下降趨勢不同，各省能源效率隨時(shí)間呈現(xiàn)波動(dòng)變化。圖2展示了各個(gè)區(qū)域按發(fā)電規(guī)模加權(quán)平均的能源效率隨時(shí)間變化的趨勢。其中，東部地區(qū)2008年至2017年間能源效率波動(dòng)幅度較小;中部地區(qū)則保持微弱的上升趨勢，2014年起，能源效率超過東部地區(qū)水平;東北地區(qū)火力發(fā)電部門能源效率在2010年前上升到最高水平，但2010年以來呈現(xiàn)下降趨勢，2015年后低于東部和中部地區(qū);西部地區(qū)火力發(fā)電部門能源效率低于其他地區(qū)的平均水平。煤耗率反映各省火力發(fā)電的能源要素偏要素生產(chǎn)率，而基于超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)形式的SFA模型能源效率估計(jì)結(jié)果則反映了火力發(fā)電部門的全要素生產(chǎn)率。由此可見，煤耗率僅能反映各省火力發(fā)電部門能源效率的部分波動(dòng)，本文進(jìn)而基于省級(jí)能源效率估計(jì)結(jié)果分析企業(yè)研發(fā)投入等因素對(duì)火力發(fā)電部門能源效率的影響。

圖2 分區(qū)域加權(quán)平均能源效率

3.2 創(chuàng)新與能源效率

本節(jié)基于前文估計(jì)的2008年至2017年省級(jí)能源效率結(jié)果，分析中國發(fā)電部門的自主研發(fā)創(chuàng)新對(duì)能源效率的影響。以省級(jí)火力發(fā)電部門的能源效率得分（即能源效率值乘以100）作為因變量，以各省火力發(fā)電部門的研發(fā)投入作為電力部門創(chuàng)新變量，同時(shí)控制各省工業(yè)部門開放程度、火力發(fā)電煤耗率、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素對(duì)火力發(fā)電部門能源效率的影響。由于能源效率得分變化范圍在[0，100]之間，因此采用Tobit模型進(jìn)行估計(jì)。模型結(jié)構(gòu)如下：

其中，EEit為省份i在第t年的能源效率得分;RDit為省份i在第t年的研發(fā)創(chuàng)新投入;Xit為省級(jí)工業(yè)部門開放程度、火力發(fā)電煤耗率、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等控制變量;μi為個(gè)體固定效應(yīng);ηt為時(shí)間固定效應(yīng)。本文通過加總各省電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)上市公司的研發(fā)投入、研發(fā)人員、專利等數(shù)據(jù)獲得省級(jí)層面發(fā)電部門的年度研發(fā)創(chuàng)新變量，數(shù)據(jù)來源于國泰安數(shù)據(jù)庫。模型估計(jì)結(jié)果展示在表1中。其中模型（1）至模型（4）分別以電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)上市公司研發(fā)投入總額、研發(fā)投入資本化總額、研發(fā)投入費(fèi)用化總額、研發(fā)人員總數(shù)作為電力部門企業(yè)自主研發(fā)創(chuàng)新投入變量;模型（5）以電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)上市公司省級(jí)年度加總已獲得專利數(shù)作為研發(fā)創(chuàng)新成果的變量;考慮到火力發(fā)電上游能源供應(yīng)可能對(duì)火力發(fā)電部門能源效率產(chǎn)生的影響，模型（6）考慮電力行業(yè)本身及其上游能源供應(yīng)行業(yè)表1中，

模型（6）省級(jí)年度上市公司已獲得專利計(jì)算的行業(yè)包括電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)（行業(yè)代碼44）、開采輔助活動(dòng)（行業(yè)代碼11）、燃?xì)馍a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)（行業(yè)代碼45）。上市公司已獲得專利對(duì)各省能源效率的影響。在控制變量中，考慮到工業(yè)部門外商投資技術(shù)溢出效應(yīng)對(duì)火力發(fā)電能源效率的影響作用，開放程度以各省工業(yè)部門資產(chǎn)總額中的外商投資比重表示;經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平反映各省投入研發(fā)創(chuàng)新的能力，也對(duì)火力發(fā)電部門能源效率具有影響作用，各省經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以人均總產(chǎn)值表示;煤耗率體現(xiàn)火力發(fā)電部門能源要素的偏要素生產(chǎn)率，對(duì)能源效率有重要的影響。工業(yè)部門投資總額、人均總產(chǎn)值數(shù)據(jù)均來源于中經(jīng)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫。

模型結(jié)果表明，電力行業(yè)的研發(fā)資金總投入和研發(fā)人力投入對(duì)火力發(fā)電能源效率有顯著的正面影響。如模型（1）和模型（4）的結(jié)果表明，電力行業(yè)上市公司研發(fā)資金投入每增加1%，火力發(fā)電能源效率得分將在0.05的顯著性水平下提升0.131;電力行業(yè)上市公司研發(fā)人員投入每增加1%，火力發(fā)電能源效率得分將在0.01的顯著性水平下提升0.817。從研發(fā)資金投入的種類來看，如模型（2）和（3）的結(jié)果所示，資本化的研發(fā)投入能夠顯著帶來火力發(fā)電行業(yè)的能源效率提升，但費(fèi)用化的研發(fā)投入對(duì)火力發(fā)電行業(yè)能源效率沒有顯著影響。根據(jù)中國會(huì)計(jì)準(zhǔn)則，企業(yè)研究階段的研發(fā)投入進(jìn)行費(fèi)用化處理，而對(duì)于開發(fā)階段的研發(fā)投入進(jìn)行資本化處理（張學(xué)忠和盧占寬， 2020;周曉萍， 2019），進(jìn)入到開發(fā)階段的研發(fā)活動(dòng)相對(duì)于開發(fā)階段的研發(fā)活動(dòng)成功可能性更大，因而資本化的研發(fā)投入相對(duì)于費(fèi)用化的研發(fā)投入對(duì)火力發(fā)電部門能源效率有更為顯著的積極影響。從研發(fā)創(chuàng)新的成果來看，如模型（5）所示，電力行業(yè)的專利獲得數(shù)對(duì)火力發(fā)電部門能源效率也有顯著的正面影響。此外，如模型（6）所示，上游能源開采與供給行業(yè)，以及電力行業(yè)本身的專利獲得數(shù)也對(duì)火力發(fā)電部門能源效率有顯著的正面影響。

其他控制變量對(duì)火力發(fā)電部門能源效率的影響與預(yù)期一致。其中，模型（1）至（6）的結(jié)果均表明工業(yè)部門開放程度越高，火力發(fā)電部門能源效率越高，表明工業(yè)部門FDI對(duì)發(fā)電部門的能源技術(shù)效率提升有顯著的技術(shù)溢出效應(yīng);煤耗率的降低則能夠顯著提升各省火力發(fā)電部門的能源效率;此外，經(jīng)濟(jì)水平的提升對(duì)各省能源效率也具有顯著的正面影響。

4 結(jié)論與中國電力部門的能源效率提升路徑建議

本文基于SFA模型估計(jì)2008年至2017年中國火力發(fā)電部門能源效率，并分析電力部門企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新投入和成果、外商投資溢出效應(yīng)對(duì)能源效率的影響。研究結(jié)果表明，電力行業(yè)研發(fā)資金和人員投入對(duì)能源效率有顯著正面影響，其中進(jìn)入發(fā)展階段的資本化研發(fā)創(chuàng)新投入對(duì)火力發(fā)電能源效率有極為顯著的正面作用，但初期研究階段的費(fèi)用化研發(fā)創(chuàng)新對(duì)火力發(fā)電能源效率沒有顯著影響。此外，以專利獲得數(shù)表示的電力部門企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新成果也對(duì)提升火力發(fā)電能源效率有顯著正面影響，且上游能源開采和供應(yīng)行業(yè)的研發(fā)創(chuàng)新成果也有利于火力發(fā)電部門能源效率的提升。最后，工業(yè)部門的開放度提升能夠?qū)鹆Πl(fā)電能源效率帶來顯著正面影響，表明FDI存在顯著的節(jié)能降耗技術(shù)溢出效應(yīng)。

目前，火力發(fā)電仍然占據(jù)中國總發(fā)電量的七成左右，在現(xiàn)有技術(shù)水平下，相對(duì)于水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源，火力發(fā)電具有供給穩(wěn)定、成本相對(duì)較低等優(yōu)勢，對(duì)于保障電能供給、用電安全具有重要作用。在推動(dòng)可再生能源替代火力發(fā)電的同時(shí)，采取積極措施推動(dòng)火力發(fā)電部門能源效率的提升對(duì)于節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)具有重要意義。首先，從企業(yè)角度，需要推進(jìn)電力企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)從研究階段進(jìn)入發(fā)展階段，提升企業(yè)研發(fā)資金投入的利用效率，促進(jìn)研發(fā)投入轉(zhuǎn)換為技術(shù)創(chuàng)新成果。其次，從國家角度，需要推進(jìn)電力行業(yè)高技術(shù)人才的培養(yǎng)，引導(dǎo)人才流入電力行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)研究。此外，在上游煤炭、天然氣、石油的開采和供給行業(yè)投入研發(fā)創(chuàng)新，也有利于火力發(fā)電能源效率的提升。最后，外商投資仍然對(duì)火力發(fā)電能源效率存在正面的技術(shù)溢出效應(yīng)，需要進(jìn)一步放開電力及相關(guān)工業(yè)部門的投資主體多元化，進(jìn)一步提升發(fā)電行業(yè)的市場競爭性。

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[作者簡介]孫可哿，女，上海社會(huì)科學(xué)院生態(tài)與可持續(xù)發(fā)展研究所，助理研究員，研究方向：能源與環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)。