中国能源利用的经济效率、环境绩效与节能减排潜力，本文主要内容关键词为：绩效论文,潜力论文,节能论文,中国能源论文,效率论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、文献回顾
如何提升中国能源效率和节能减排能力一直是国内外学者密切关注的热点问题，众多学者对此进行了深入的探讨，取得了丰富的研究成果。对于中国能源效率问题的研究方法，单要素能源效率（最常用的指标为单位GDP能耗，即能源强度，数值上等于一国或地区的能源消费总量与GDP之比）以其计算简单、直观和很强的操作性受到了众多研究者的青睐，在很长时间内一直是研究能源效率的主要方法，也是衡量一个地区节能减排工作成效最重要的指标。但是，随着该方法的广泛应用，其缺点也不断被挖掘出来，主要包括：（1）没有从系统论的角度研究问题，只能衡量生产单元能源投入与产出之间的简单比例关系，没有考虑到其生产过程中其他投入要素（如资本、劳动等）的作用，不能反映诸如不同投入要素或者不同能源要素（如煤炭、石油等）之间的相互替代对能源利用效率的影响，所以无法度量潜在的能源技术效率；（2）只关注单位产出能耗最小化，而忽略了能源利用的环境影响，如温室气体、各类污染物的排放等。Hu & Wang（2006）基于数据包络分析（简称DEA）定义了一种新的能源效率测度方法——全要素能源效率（简称TFEE），近年来得到了广泛应用，现已成为国内外研究能源效率问题的主流方法。该方法基于全要素生产率理论，考虑到经济主体各种投入要素之间的相互作用对能源效率的影响，有效克服了传统能源效率研究方法的缺陷，具有很强的普适性，在一定程度上较为客观地度量一个国家或地区的能源技术效率，为研究中国能源效率问题提供了全新的思路和方法，对后续研究产生重大而深远的影响。随后，中国学者魏楚和沈满洪、杨红亮和史丹、师博和沈坤荣等陆续将TFEE方法引入到中国能源效率问题的研究之中，并在Hu & Wang的研究基础上进行了拓展，在一定程度上证实了利用该方法研究中国能源效率问题的优越性；王群伟和周德群、屈小娥进一步拓展了既有研究，利用动态效率测度方法——非参数Malmquist指数实证测算了中国各省份的全要素能源效率变动指数并将其分解为技术进步、技术效率指数，且进一步分析了中国能源效率变动的原因；袁晓玲等、吴琦和武春友则将环境因素引入中国全要素能源效率研究之中，利用DEA方法建立能源效率评价模型，分析比较了中国全要素能源效率的地区差异，并对能源系统经济产出和环境影响进行了综合分析。以上文献的研究为人们更好理解中国能源效率的变化和成因，并为改善我国能源效率提供了理论依据。但是，已有研究尚存在一些不足之处：（1）除少数文献外，大部分文献都没有引入环境因素的作用——只关注能源经济产出最大化，而忽视了能源利用形成的环境污染，研究具有一定的片面性，无法全面、客观反映我国全要素能源效率的高低；（2）尚未发现有文献在全要素理论框架下研究中国各省份的节能减排潜力。
为此，本文做了以下主要工作：（1）利用基于投入导向的CCR－DEA模型测算了2000～2007年中国各省份的能源利用的经济效率（简称能源经济效率）及其环境绩效（即
排放效率和
排放效率，简称碳排放效率和硫排放效率），将能源利用的环境影响纳入统一的研究框架。需要指出的是，本文将排放量和排放量作为中国能源利用的环境影响代理指标，选择理由主要在于：排放量占整个温室气体排放量的80％以上，是导致“温室效应”的最重要的因素，而作为大气中的主要污染物之一，其产生的酸雨对人类社会的危害无法估量。此外，这两种气体的排放都与中国以煤为主的能源结构密切相关：据统计，全国排放量的85％、排放量的90％都来自于燃煤；（2）在测度三种效率指数的基础上，全面、系统考察中国能源经济效率、环境绩效的时间演变特征与地区差异并测算了2000～2007年中国各省份的节能减排潜力；（3）采用“两阶段法”和Tobit模型检验了中国节能减排能力的影响要素，力求对中国区域能源经济效率、环境绩效和节能减排潜力的显著差异性做出较好的解释，以期为中国各省份节能减排政策的制定和实施提供科学的决策依据。
二、研究模型与方法
1、DEA模型的构建
有关效率的研究始于Farell（1957），他首次提出了多种投入要素决策单元效率的测度方法。随后，有学者提出可以利用数学规划来确定生产前沿面并计算效率，但这种提法在当时没有引起重视，直到著名的运筹学家Charnes,Cooper & Rhodes于1978年提出测度决策单元相对效率的第一个DEA模型后，现代效率的测度和评价开始被广泛应用，并加以扩展。DEA本质上是一种用于评价具有相同类型投入和产出的若干决策单元（简称DMU）相对效率的一种方法。该方法以样本投入产出数据为基础，建立分段线性最佳实践前沿，利用数学规划技术求解各决策单元的相对效率值。DEA模型众多，基于研究需要，本文将采用基于投入导向的CCR－DEA模型，其基本原理如下：
2、“两阶段法”与Tobit模型
为了探寻中国各省份节能减排能力的影响因素，本文将采用Coelli等提出的“两阶段法”。顾名思义，该方法分为两步：第一步，按照式（2）测算出中国各省份2000～2007年的节能减排率；第二步，中国各省份节能减排率为因变量、各影响因素为自变量建立面板数据回归模型。由于各因变量的值均在［0，1］之间，属于受限因变量，因此，本文采用Tobit模型。Tobit模型是对部分连续分布和部分离散分布的因变量提出的一种计量经济学模型。一般情况下，如果因变量
的取值被限定在某个区域之内或被截断，此时若采用普通最小二乘法会带来参数的有偏和不一致。Tobit模型可用于解决受限或截断因变量建模问题，其具体形式如下：
3、生产前沿面的构建
当前，效率测度生产前沿面的构建主要有三种方法：（1）当期前沿。仅仅使用某一年的截面数据构造生产前沿面；（2）连续前沿。同时利用当期数据和过去数据来构建生产前沿；（3）跨时期前沿。利用样本所有时期数据来构建生产前沿。本文采用连续前沿构建方法，从中国29个省份2000年观测值的参考样本开始，通过增加下一年的观测值来逐渐扩大参考样本，此时生产可能集应该定义为：
其中，n代表决策单元的个数；T代表时间跨度。因此，在利用该方法构建任何一个当年期的生产前沿时，当年和过去所有年份的观测值都包括在测算范围内①。需要指出的是，在这种方法的前沿中，假定不存在技术退步，任何技术退步都被视为无效率。当存在技术进步时，连续生产前沿将一年接一年地向外扩张。与当期前沿相比，构建连续前沿的主要优势在于能够增加自由度，可以更好地区分效率值差异。
三、样本、数据与变量选取
本文以2000～2007年中国29个省份为研究对象，以资本、劳动、能源、与排放量作为投入变量，各地区GDP为产出变量，利用CCR－DEA方法建立能源利用的经济效率及其环境绩效测度模型，并分析比较了中国三大地区的节能减排潜力。投入产出变量的界定如下：
（1）经济产出。本文选择中国各省份GDP作为经济产出指标，并利用GDP平减指数以2000年不变价格进行了缩减。
（2）环境绩效指标。以、排放量作为度量环境绩效的替代变量。各省份排放量数据直接可以从中国统计年鉴上获得，而历年统计年鉴上并没有排放数据。由于排放与各种化石能源的排放是密切相关的，本文利用化石能源消费量对我国各地区排放量进行了测算。
排放量＝含碳能源消费量×碳折算系数×气化系数
其中，含碳能源主要包括煤炭、石油和天然气。气化系数是指碳完全氧化成为二氧化碳之后与之前的质量之比，是一个标准量3.67（即44∶12）。碳折算系数遵循国家发改委能源研究所制定的系数0.67。
（
（4）劳动力投入。本文也延续多数研究所采用的方法，劳动投入的具体指标采用当期从业人员数，没有考虑劳动种类和劳动质量的差别。其中，
当期从业人员总数＝（当期末从业人员数＋上期末从业人员数）／2
（5）能源消耗。以各省份的能源消费量来表示能源投入，主要包括煤炭、石油、天然气和水电等四种主要一次能源消费转换为统一单位加总而成，单位为万吨标准煤。
以上数据均来自相关年份《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》以及各省份统计年鉴并经过整理得到。
四、实证结果与分析
1、中国各省份能源利用的经济效率及其环境绩效测算
选取基于投入导向的规模报酬不变DEA模型，利用中国各省区2000～2007年的面板数据，以地区GDP为产出变量，资本存量、劳动力、能源消耗、、排放量为投入变量，采用Matlab7.0软件测算中国能源经济效率及其环境绩效，并按照传统的区域划分方法，将中国划分为东部、中部和西部三大地区②，以分析中国节能减排潜力的地区差异。2000～2007年中国各省份平均全要素能源以及碳排放、硫排放效率如表1所示。
本文研究的鲜明特点是将环境污染因素作为生产单元的投入要素纳入了研究体系，并首次利用DEA方法测算了中国各省份的全要素碳排放和硫排放效率，是研究中国能源环境问题的一个有益的尝试。通过分析得出以下结论：
（1）从全国整体角度分析，2000～2007年，中国29个省份的能效、碳排放和硫排放效率均值分别为0.724、0.730和0.697，三大效率指数整体水平偏低，说明我国尚存在巨大的节能减排潜力。
（2）如图1和图2所示，中国平均能效、碳排放和硫排放效率显示出不同的变化特征。其中，2000～2007年，能源经济效率一直处于稳固提升的过程之中，而其环境绩效——碳排放效率和硫排放效率却显示了较强的波动性，特别是在2003年左右，碳、硫排放效率均出现了比较明显的下降，应该引起足够的重视。同样，三大效率指数的变异系数也存在显著差别，其中，能效变异系数呈现出微幅缩小的态势，即全国各省份之间的能源经济效率差距在不断减小，存在收敛趋势。而碳排放、硫排放效率的变异系数呈现一定的波动性，表明碳、硫排放效率的地区差异并没有显现较为明显的收敛态势。
图1 中国能源经济效率与环境绩效均值（2000～2007）
图2 中国各省份能源经济效率及环境绩效的变异系数（2000～2007）
（3）从单个省份的角度来看，中国三大效率指数具有显著的地区差异特征。其中，东部地区的省份，如天津、上海、福建、广东等省份的能源利用显示出较高经济效率和环境绩效，能源利用和污染排放都处于相对最优水平。而中西部地区的众多省份，如宁夏、贵州、甘肃、山西和陕西等省份三大效率水平严重偏低，经济增长进程中不仅浪费了大量的能源资源，而且形成了严重的环境污染，具有极大的节能减排潜力，是我国节能减排的重点地区。青海、宁夏等省份的能源利用表现出较高的环境绩效，即碳排放、硫排放效率较高，主要原因在于这两个省份的产业结构主要是以农牧业和旅游业为主，能源和环境污染密集型的第二产业较少，从而实现较高环境绩效。但是，这两个省份有限的能源投入并没有实现与之匹配的经济产出，能源经济效率偏低，还具有很大的节能潜力，技术水平低下是导致其低能效的主要原因。
2、区域差异分析
如图3和表2所示，2000～2007年，我国东、中、西三大地区能源利用的经济效率与环境绩效发展显著不平衡，区域差异明显。分布特征是：能效、碳排放效率由西部，中部到东部逐步提升，而硫排放效率指数则依次呈现出东部——西部——中部的不同发展格局。需要注意的是，上述三大效率指数仅仅能体现能源、环境污染物的最大径向缩减程度，没有考虑松弛变量对效率测度结果的影响。为了更有效地区分中国各省份节能减排潜力的地区差异，本文采用式（2）来测算中国各省份的节能减排潜力，该方法考虑了松弛变量，测度结果更客观、准确。如表2所示，中国三大地区节能减排潜力的分布特征与能效、碳排放效率的分布特征相反，西部地区最高、中部地区次之，而东部地区的节能减排潜力相对最小。
图3 中国三大地区能源经济效率与环境绩效均值（2000～2007）
（1）东部地区是我国三大效率最高的地区，能源利用具有最高的经济效率。同时，其环境绩效也处于相对最优水平，节能减排的空间较小。究其原因，主要是由于东部地区的众多省份都位于沿海地区，地理位置优越，引进外资的能力比内陆地区省份要强得多，特别像广东、福建、上海、江苏等省份自改革开放以来一直是我国知识、技术、管理和对外开放的窗口，享受了一系列国家优先发展政策的照顾。众多优越条件的具备使得东部地区各省份成为我国经济发展、环境保护和节能减排的“学习标杆”和“引领者”，雄厚的经济实力、较高的技术水平和倾斜的国家政策为其能源的高效利用提供了强大的技术和资金保障。但是我们必须认识到，DEA方法只能测度决策单元的“相对效率”，本文的研究对象只包括中国大陆各省份，所以，一旦研究样本超出中国大陆范围，则可能会得出不同的结论。
（2）中西部地区的三大效率指数与东部地区相比显著偏低，节能减排潜力巨大，是我国能源和环保政策关注的重点地区。中西部地区的众多省份如山西、河南、黑龙江和吉林等省份一直是我国的工业制造和能源供应基地，在全国战略分工中处于极为重要的地位，但是都位于内陆或边远地区，不具备沿海地区的开放条件，外资引进、技术外溢和吸收能力远远低于沿海经济发达地区省份，所以技术整体发展水平较低，成为能源经济效率及其环境绩效提升的主要障碍。长期的“高投入、高污染、低效率”的粗放型模式使得这些省份在经济增长进程中浪费了大量的能源资源，再加上这些省份缺乏明确的能源战略和能源结构优化政策，减排工作缺乏成效，其生态环境已经遭受了严重的破坏。所以，提高能源资源的利用、进一步推进节能减排工作应该成为中西部地区各省份今后工作的重中之重。本世纪的头几十年是中西部地区省份发展的重要战略机遇期，国家为了助推中西部地区的经济社会发展，制定了一系列重要的发展战略，如推动西部地区发展的“西部大开发”战略，加快中部地区雄起的“中部崛起”和“振兴东北老工业基地”战略。这些战略目前都已正式实施，我国区域经济开始呈现出“多轮驱动”、“协调发展”的全新格局，这无疑给中西部地区各省份带来了快速发展的契机，其经济实力和能源利用的经济效率及其环境绩效都有望能迈上一个新的台阶。
3、中国节能减排能力的影响因素分析
本文采用“两阶段法”和处理受限因变量的Tobit模型来检验中国节能减排能力的影响因素，以期为中国各省份能源与环境政策的制定和实施提供更完备决策信息。具体做法为：分别以式（2）计算所得到的中国29个省份2000～2007年的节能率、和减排率为因变量，各影响因素为自变量建立面板数据回归模型。
影响一个地区能源经济效率、环境绩效和节能减排能力的因素众多，机理复杂，参考了相关文献的研究结果，本文选取如下变量：
（1）能源强度（EI）。根据Ang等的研究成果，能源强度可能是影响能源经济效率和环境绩效最直接的一个因素。本文以单位GDP能耗表示，换算成以2000年为不变价格（以下同）。
（2）产业结构（IS）。众多文献都表明，优化产业结构特别是提高第三产业比重对提高能源效率有极其重要的作用。为此，本文以中国各省份第二产业增加值占GDP的比重来表示。
（3）经济发展水平（ED）。经济发展水平对一个地区能源经济效率、环境绩效和节能减排能力的影响机理较为复杂。有些文献认为其与能源效率之间存在所谓的“U”型关系，但是，这种关系是否具有普适性，学术界并没有给出统一的结论。本文以GDP总量与总人口之间的比值作为一个地区经济发展水平的代理变量。
（4）市场化水平（ML）。市场化水平体现政府对经济的干预程度。本文参考相关文献的做法，用中国各省份政府财政支出占GDP比重来表示。
（5）能源结构（ECS）。Miketa & Mulder、魏楚等指出，能源结构的变化是能源效率变动的重要根源，特别是如天然气、水电和核电等优质高效能源消费比重的增加会显著提高能源利用效率。本文以中国各省份煤炭消费占一次能源消费量的比重来表示。
（6）技术进步（TP）。众多文献都指出，技术进步是影响能源利用效率的关键因素之一。由于改革开放以后，中国各省份通过国际贸易和外资的引进，对促进该地区技术发展起到了积极的作用。所以，本文以中国各省份进出口总额与外商投资之和占GDP的比重来作为技术进步的代理指标。
以中国全国整体作为研究对象，使用Tobit模型分析比较中国各省份节能减排潜力的影响因素，建立中国各省份节能减排潜力影响因素的回归方程如下：
（1）能源强度对三个回归方程的影响作用都显著为负——即能源强度越高，节能减排潜力越大。
（2）三个回归方程中，产业结构对节能、减排率的影响都显著为正，即第二产业比重越大，能源经济效率与环境绩效越低，节能减排潜力越大，这是由于第二产业中包含众多“高耗能、高污染”的能源、环境密集型行业的缘故，优化经济结构、积极发展第三产业对中国节能减排具有积极作用。
（3）经济发展水平越高，能源经济效率和环境绩效越高，节能减排潜力越低。三个方程的回归系数在1％水平均显著为负，所以，加快经济的发展是提升能源经济效率、环境绩效和节能减排能力的重要因素。
（4）市场化水平与节能、减排率呈负相关，这是由于政府干预直接影响市场有效配置资源的能力，影响了节能减排在市场竞争中优势的发挥。但是，三个方程的系数在5％显著性水平下均不显著，表明市场化水平对中国节能减排能力整体影响力非常有限，这是由当前中国市场化整体水平不高且存在显著的地区差异所决定。
（5）能源结构变量与节能、减排率呈显著正相关，对中国各省份节能减排能力有很大影响。中国的能源资源禀赋条件决定了以煤炭为主的能源结构在短期内难以根本改变，作为一种利用率极低的能源，煤炭燃烧仍然是中国未来大气污染和生态环境恶化的重要原因。
（6）技术进步对节能减排有显著促进作用。新技术的发明与创造、新知识的传播与扩散、国际贸易和利用外资的技术外溢效应都显著提高了地区科技实力，为节能减排新技术的及时扩散和吸收创造了良好的条件。
五、结论与政策启示
本文利用2000～2007年中国29个省份的面板数据，首先，基于全要素方法，以资本存量、劳动投入、能源消耗、和排放量为投入变量，以地区GDP为产出变量，采用CCR－DEA模型建立全要素效率测度模型，测算了中国各省份能源经济效率及其环境绩效，比较了其时间演变规律；其次，分析了中国能源经济效率、环境绩效以及三大地区节能减排潜力的区域差异；最后，利用Tobit回归模型分析检验了中国节能减排的影响因素。全文得出以下结论：
（1）中国各省份、三大地区的能源经济效率和环境绩效整体水平都偏低且存在明显的区域差异，节能减排尚具有很大的潜力可以挖掘。其中，东部沿海地区的省份效率较高，能源利用和污染排放都处于相对最优水平，而中西部地区省份的三大效率指数都显著偏低，其节能减排能力亟待提高。
（2）Tobit模型回归结果表明，产业结构调整、技术进步对中国节能减排有显著的促进作用；能源强度的提高、能源消费结构中煤炭比重的提升显著地抑制了一个地区节能减排能力的充分发挥，降低了能源利用的经济效率及其环境绩效；经济发展水平的提高对提升一个地区的节能减排能力具有显著作用，而市场化水平的提高对节能减排具有积极影响，但是，这种机制的作用目前没有充分发挥。
上述结论蕴含的政策启示包括：
（1）努力改变长期以来我国“高投入、高污染、低产出、低效率”的粗放型经济模式，实现经济增长向“集约型”发展转变，提高经济发展质量，依靠创新驱动经济内涵式增长。
（2）鉴于中国各省份能源经济效率及其环境绩效显著差异的事实。在节能减排领域实行“标杆管理”，将能源经济效率和环境绩效指数作为考察一个地区节能减排工作成效的重要指标并纳入当地政府绩效考核体系，为节能减排提供有效的政策激励。
（3）中西部地区能源经济效率与环境绩效较低的省份应该在优化经济结构、提高第三产业比重的同时，充分加强与东部沿海发达地区省份的交流，加大能源与环境领域的合作力度，使一些先进的节能减排技术、知识、管理经验等能够得到及时的传播与扩散。同时，东部地区经济发达省份应该以积极的姿态，在自身能源经济效率和环境绩效稳步提高的同时能够热心帮助、扶持中西部地区省份的能源利用向高效率、低污染方向发展。
（4）政府应制定相关优惠政策，大力提倡优质高效能源（如石油、天然气等）和可再生能源（如电能、核能和风能等）的使用。同时，考虑到我国一次能源消费仍以煤炭为主的现实，努力构建高效、经济、清洁且符合低碳经济要求的可持续煤炭供应体系，重视提高煤炭质量，开展煤炭洁净燃烧途径研究和拓宽煤炭产品使用范围，构建洁净煤标准化体系。
（5）深化能源与环境领域的市场化改革，恰当定位政府职能，尽量减少政府干预，利用市场机制的调节实现能源的优化配置和节能减排能力的提升，这是改善中国能源利用的经济效率及其环境绩效的一个非常重要的制度条件。
注释：
① 按照连续前沿面的构造准则，前述效率测度模型的约束条件需相应作出调整。
② 其中东部地区包括北京、天津、河北、辽宁、上海、江苏、浙江、福建、山东、广东、海南；中部地区为山西、吉林、黑龙江、安徽、江西、河南、湖北、湖南；西部地区为内蒙古、广西、四川、贵州、云南、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆。
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