環(huán)境約束下中國(guó)區(qū)域能源效率比較研究

李百華，王 剛，劉小雪，鄭 忻

（河北地質(zhì)大學(xué)，河北 石家莊 050031）

1 引言

能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，是推動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，能源消費(fèi)為全球帶來(lái)工業(yè)文明的巨大進(jìn)步，同時(shí)也帶來(lái)了環(huán)境問(wèn)題的加劇，如氣候變化顯著、能源貧困突出、能源安全問(wèn)題等[1]。2017年，全球一次能源消費(fèi)量為135.11億噸油當(dāng)量，同比增長(zhǎng)1.9%，增速較高。在分類的能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)中，2017年世界能源消費(fèi)總量中，石油消費(fèi)占比最高為34.21%，煤炭、天然氣次之，占比分別為26.72%、23.36%。在國(guó)家能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)中，2017年中國(guó)能源消費(fèi)占全球一次能源消費(fèi)量比例最高，為23.2%，美國(guó)、印度次之，分別占比16.5%、5.6%。

中國(guó)是世界第一能源消費(fèi)大國(guó)，2010至2017年間中國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）從412119.3億元增長(zhǎng)到832035.9億元；其經(jīng)濟(jì)發(fā)展背后的能源消費(fèi)總量也從2010年的360648萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤升至2017年的455826.92萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，煤炭、石油、天然氣三類能源消費(fèi)總量也分別提高，其中煤炭始終占能源比重最高，消費(fèi)總量增幅最大（圖1）。與高增長(zhǎng)的能源消費(fèi)對(duì)應(yīng)的是，我國(guó)能源資源稟賦不高，煤炭、石油、天然氣的人均占有量低，隨著中國(guó)生態(tài)文明、綠色經(jīng)濟(jì)等理念的提出，能源消費(fèi)開始面臨挑戰(zhàn)，一方面需滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能源需求，即保證經(jīng)濟(jì)總量增速的能源支撐，另一方面需減少能源消耗總量、減輕能源消耗帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的均衡發(fā)展[2]。

圖1 2010-2017年間中國(guó)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)與能源消費(fèi)變化圖

目前，能源效率研究主要集中在研究方法和影響因素兩方面，其中通過(guò)建立不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)能源效率的評(píng)價(jià)是一種較為普遍的研究能源相對(duì)效率的方法或途徑[3]。在能源效率研究對(duì)象方面，主要以國(guó)家能源效率、區(qū)域能源效率、省際城市能源效率為主；在能源效率評(píng)價(jià)方法方面，考慮非期望產(chǎn)出的數(shù)據(jù)包絡(luò)模型應(yīng)用居多，通過(guò)選取投入、產(chǎn)出指標(biāo)，建立包含評(píng)價(jià)內(nèi)容的投入產(chǎn)出指標(biāo)體系，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同角度對(duì)能源效率的研究[4]。

本研究以非期望產(chǎn)出的數(shù)據(jù)包絡(luò)法為研究對(duì)象，建立包含環(huán)境約束因素的投入、產(chǎn)出指標(biāo)體系，利用DEA-CCR、DEA-BCC及超效率模型，對(duì)中國(guó)各省份能源使用效率進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，獲得中國(guó)能源消費(fèi)效率整體態(tài)勢(shì)及區(qū)域間能源消費(fèi)效率差異，為進(jìn)一步提高能源效率，促進(jìn)區(qū)域內(nèi)能源效率均衡發(fā)展以及協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)關(guān)系提供理論基礎(chǔ)與決策支持。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)

地區(qū)能源消費(fèi)效率主要指能源消耗過(guò)程中的投入與產(chǎn)出效率，是一種相對(duì)效率，即將地區(qū)能源消費(fèi)作為能源投入產(chǎn)出活動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，建立投入-產(chǎn)出指標(biāo)體系。其中能源消費(fèi)投入以基礎(chǔ)能源為主，包括煤炭、原油和天然氣[5][6]。能源消費(fèi)產(chǎn)出指地區(qū)在能源消費(fèi)過(guò)程中所產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境負(fù)效益，其中，經(jīng)濟(jì)效益以地區(qū)生產(chǎn)總值為主要指標(biāo)；能源消費(fèi)為地區(qū)帶來(lái)的環(huán)境負(fù)效益主要指在能源使用過(guò)程中所帶來(lái)的各種廢水、廢氣及固體廢棄物等排放，為逆向指標(biāo)（表1）。

表1 能源消費(fèi)效率投入-產(chǎn)出指標(biāo)體系

根據(jù)中國(guó)統(tǒng)計(jì)局各省份能源投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，由于部門省份能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)缺失，本文選取2017年各省份年度指標(biāo)數(shù)據(jù)，并剔除了部分未進(jìn)行年度公報(bào)的省份，最終獲得省、直轄市、自治區(qū)共27個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，分別利用DEA的CCR、BCC、超效率模型進(jìn)行能源消費(fèi)效率對(duì)比分析。

2.2 數(shù)據(jù)包絡(luò)法

數(shù)據(jù)包絡(luò)法（Data Envelopment Analysis，簡(jiǎn)稱DEA）能夠利用包絡(luò)線代替微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)中的生產(chǎn)函數(shù),通過(guò)線性規(guī)劃來(lái)確定經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)上的最優(yōu)點(diǎn)，并進(jìn)一步將最優(yōu)點(diǎn)連接起來(lái)，形成一條效率前沿的包絡(luò)線，然后通過(guò)將所有決策單元(DMU)的投入、產(chǎn)出映射到空間中,而落在邊界包絡(luò)線上的DMU則是有相對(duì)有效的，否則便是無(wú)效。DEA能夠直接利用評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，以投入導(dǎo)向型和產(chǎn)出導(dǎo)向型兩種方式，推算包含多DMU的相對(duì)有效前沿面，具有不需要人為設(shè)定變量權(quán)限的優(yōu)勢(shì)[7]。DEA方法可以用線性規(guī)劃來(lái)判斷決策單元對(duì)應(yīng)的點(diǎn)是否位于有效生產(chǎn)前沿面上，對(duì)決策單元數(shù)據(jù)所選單位沒(méi)有要求，同時(shí)，通過(guò)DEA可以實(shí)現(xiàn)對(duì)研究對(duì)象的敏感度分析、差異分析等，獲得更多有用的管理信息[8]。經(jīng)過(guò)多年研究與發(fā)展，DEA模型已從最初的CCR基本模型拓展為包含多模型的DEA模型簇，不同的評(píng)價(jià)模型具有不同的假設(shè)和適用條件，也往往反映不同的測(cè)評(píng)方面。本文使用的DEA模型簇主要包括CCR模型、BCC模型及超效率模型。

3 結(jié)果與分析

3.1 中國(guó)能源消費(fèi)效率總體分析

以中國(guó)27個(gè)省份能源消費(fèi)為研究對(duì)象，測(cè)得整體CCR結(jié)果（表2）。

表2 中國(guó)部分地區(qū)能源消費(fèi)CCR模型效率值

根據(jù)模型結(jié)果可看出，2017年中國(guó)地區(qū)能源消費(fèi)使用中，北京市、上海市、福建省、廣東省、海南省、河南省、湖南省、廣西省、云南省和青海省，共10個(gè)地區(qū)能源消費(fèi)效率值為1，達(dá)到相對(duì)有效狀態(tài)，其它地區(qū)均存在不同程度的能源消費(fèi)無(wú)效性，其中新疆維吾爾自治區(qū)能源消費(fèi)效率最低，僅為0.222。

進(jìn)一步將將各企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的總體效率進(jìn)一步分解為純技術(shù)效率與規(guī)模效率，運(yùn)用BCC模型，對(duì)中國(guó)各地區(qū)能源消費(fèi)效率測(cè)評(píng)，將各地區(qū)能源消費(fèi)純技術(shù)效率和規(guī)模效率做比較折線圖（圖2）。

圖2 中國(guó)部分地區(qū)能源消費(fèi)BCC效率值折線圖

從分解的純技術(shù)效率、規(guī)模效率結(jié)果可看出，中國(guó)地區(qū)能源消費(fèi)效率中，規(guī)模效率波動(dòng)頻率較大，純技術(shù)效率的波動(dòng)幅度較大，均對(duì)地區(qū)能源消費(fèi)效率產(chǎn)生了“拖累”作用。其中，天津市、江蘇省、山東省、吉林省、江西省、湖北省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、四川省、甘肅省和寧夏回族自治區(qū)為能源消費(fèi)的純技術(shù)效率有效，但規(guī)模效率未達(dá)到相對(duì)有效，資源使用存在一定的投入冗余、產(chǎn)出不足現(xiàn)象，由此影響了地區(qū)整體能源消費(fèi)效率。河北省、遼寧省、浙江省、吉林省、黑龍江省、安徽省、陜西省和新疆維吾爾自治區(qū)的能源消費(fèi)在純技術(shù)效率和規(guī)模效率方面均為無(wú)效，不僅地區(qū)能源使用的技術(shù)創(chuàng)新水平不高，同時(shí)在能源使用過(guò)程中也存在一定的資源投入浪費(fèi)現(xiàn)象，使得地區(qū)總體能源消費(fèi)效率無(wú)法達(dá)到生成前沿面。

3.2 區(qū)域能源消費(fèi)超效率比較分析

利用超效率模型進(jìn)一步對(duì)能源消費(fèi)效率值為1的地區(qū)進(jìn)行測(cè)評(píng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)中國(guó)各地區(qū)能源效率的比較研究。將中國(guó)各地區(qū)劃分為東部、中部和西部三個(gè)區(qū)域，按區(qū)域內(nèi)地區(qū)能源消費(fèi)效率值做比較涂色表（表3）。

表3 中國(guó)區(qū)域能源消費(fèi)超效率值

根據(jù)各區(qū)域內(nèi)能源消費(fèi)效率涂色比較可看出，東部區(qū)域總體的能源消費(fèi)效率較高，西部區(qū)域內(nèi)能源消費(fèi)效率較低，這可能和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、技術(shù)創(chuàng)新水平、資源管理意識(shí)和水平有關(guān)；

東部區(qū)域內(nèi)各地區(qū)能源消費(fèi)效率差異較小，大部分地區(qū)能源消費(fèi)效率在數(shù)值1上下波動(dòng)，僅北京市超效率值為8.698，遠(yuǎn)高于其它地區(qū)，這與北京市較高的技術(shù)創(chuàng)新水平、較為有效的能源消費(fèi)管理有密切聯(lián)系。西部區(qū)域內(nèi)各地區(qū)能源消費(fèi)效率差異最大，最高的為青海省，為5.452，云南省、四川省次之，新疆維吾爾自治區(qū)能源效率最低，僅為0.232。

在中國(guó)東、中、西部地區(qū)的能源效率比較中，普遍存在一種現(xiàn)象，即各區(qū)域內(nèi)北部城市能源消費(fèi)效率低與南部城市，這一現(xiàn)象可能與地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消費(fèi)方式等有關(guān)，中國(guó)北部城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)多以重工業(yè)為主，能源消費(fèi)方式較為粗放，存在較大的投入過(guò)多，能源資源投入浪費(fèi)而能效產(chǎn)出不足的現(xiàn)象。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)利用數(shù)據(jù)包絡(luò)法的多模型，建立包含環(huán)境約束因素的投入、產(chǎn)出指標(biāo)體系，對(duì)2017年中國(guó)東部、中部、西部共25個(gè)省市的能源消費(fèi)效率進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，并進(jìn)一步對(duì)各城市能源消費(fèi)的純技術(shù)有效性、規(guī)模有效性及超效率進(jìn)行分析，得到環(huán)境約束下中國(guó)省市能源消費(fèi)效率整體情況及區(qū)域間的能源消費(fèi)效率差異，據(jù)此提出提高能源效率，促進(jìn)區(qū)域內(nèi)能源效率均衡發(fā)展的意見(jiàn)或建議。

（1）環(huán)境約束下中國(guó)城市能源消費(fèi)效率評(píng)價(jià)中，北京市、上海市、福建省、廣東省、海南省、河南省、湖南省、廣西壯族自治區(qū)、云南省和青海省共10個(gè)省市的能源消費(fèi)綜合效率為有效；在進(jìn)一步的效率分解評(píng)價(jià)中，北京市、天津市、上海市、江蘇省、福建省、山東省、廣東省、海南省、吉林省、江西省、河南省、湖北省、湖南省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、廣西壯族自治區(qū)、四川省、云南省、甘肅省、青海省、寧夏回族自治區(qū)，共20個(gè)省市實(shí)現(xiàn)了能源效率的純技術(shù)有效性，而實(shí)現(xiàn)規(guī)模效率的省市與綜合效率有效性的省市一致，可見(jiàn)中國(guó)省市能源消費(fèi)中能源消費(fèi)規(guī)模及管理水平對(duì)綜合能源效率的提升更具有重要影響性。

（2）能源投入可帶來(lái)一定的能效產(chǎn)出，但過(guò)多的資源投入也會(huì)帶來(lái)一定的資源“冗余”現(xiàn)象，對(duì)綜合能源效率的提升會(huì)產(chǎn)生限制作用，因此，提高省市能源消費(fèi)效率應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各類能源資源的投入管理，提高能源消費(fèi)規(guī)模效率。

（3）能源消費(fèi)效率的區(qū)域比較中，東部區(qū)域北京市能源效率最高，為8.698，遠(yuǎn)高于排名第二的海南省，為2.721；區(qū)域內(nèi)除北京市外，其它省市能源消費(fèi)效率波動(dòng)不大。中部區(qū)域河南省能源消費(fèi)效率最高，為1.537，略高于排名第二的湖南省，1.476，區(qū)域內(nèi)各城市能源消費(fèi)效率水平相對(duì)穩(wěn)定。西部區(qū)域青海省能源消費(fèi)效率最高，為5.452，遠(yuǎn)高于排名第二的云南省，為2.721。區(qū)域內(nèi)能源消費(fèi)效率較高的城市多具有較高的技術(shù)創(chuàng)新水平或較為先進(jìn)的能源消費(fèi)管理模式，能夠?yàn)槭∈心茉聪M(fèi)獲取技術(shù)有效性和規(guī)模有效性提供支持；同時(shí)省市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也是影響能源消費(fèi)效率的重要因素，多元的產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)能緩解城市能源消費(fèi)強(qiáng)度，有利于提高能源使用效率。

（4）整體來(lái)看，中國(guó)能源消費(fèi)效率水平不高，區(qū)域差異較大，尤其是中國(guó)北方省市，能源消費(fèi)水平較低，應(yīng)注重加強(qiáng)優(yōu)化地區(qū)產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)、調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，提升能源消費(fèi)技術(shù)創(chuàng)新水平；在環(huán)境約束下能源消費(fèi)產(chǎn)出過(guò)程中，能源消費(fèi)與環(huán)境之間的關(guān)系也是影響省市能源消費(fèi)效率的重要因素，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)能源使用過(guò)程中環(huán)境負(fù)期望產(chǎn)出的管理，提高能源消費(fèi)過(guò)程中綠色技術(shù)應(yīng)用水平，代替使用清潔能源，以減少能源消費(fèi)對(duì)環(huán)境的影響，綜合提高環(huán)境約束下的能源消費(fèi)效率。以提高能源消費(fèi)產(chǎn)出效率。