中国区域能源效率研究--以地级城市为视角_能源效率论文

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      区域经济的发展是推动我国整体经济30年持续增长的动力所在。然而，从发展的质量①来看，各地区的经济发展方式仍然未能摆脱粗放型能源要素驱动的特征，进而导致我国整体经济后继乏力，表现之一就是21世纪初以来连续出现“电荒”现象，能源保障日益成为各地区经济发展的制约因素。在化石能源终将枯竭及其环境污染性强的刚性约束下，“高能耗、低效率和要素驱动”的粗放型区域经济发展方式必须实现向“效率驱动”发展方式的转变，这不但是解决能源保障的关键环节，同时也将有效缓解各地环境污染。因此，提高能源利用效率是区域经济实现可持续发展的必经之路。

      近年来，中央政府连续提出诸如经济结构转型、转变经济发展方式、科学发展观、两型社会等一系列指导方针以推动我国区域经济发展方式由粗放型向集约型转变。国务院办公厅在2013年3月印发的能源发展“十二五”规划通知中提出，到2015年全国能源消费总量和用电量分别控制在40亿吨标准煤和6.15万亿千瓦时左右，并且提出将能源和电力消费总量分解到各省(区、市)，由地方政府负责落实。另一方面，对于地方政府而言，要想在规定的能源消费量内保持经济稳定增长，提高能源的利用效率是最佳选择。在全国能源消费总量的分配方面，有必要将我国能效研究细化到地级市的水平。同时，为了提高我国整体能效水平，需要找到提高能源效率的重点城市和地区，并分析提高能效的具体政策，从而达到区域经济的可持续发展，这正是本文的研究目的所在。为此，本文运用全国230个主要地级市2001-2010年数据通过数据包络分析(DEA)方法对我国地级市②的全要素能源效率进行了测度分析。

      本文的主要结论是：跨入新世纪以来我国地级市的整体能效尚处于较低水平，未来的提升空间很大。虽然各地级市能效水平具有逐步提高的趋势，但从提高程度来看，“十一五”期间与“十五”期间相比有大幅降低。能效前沿面城市大多集中在东部沿海地区，全国能耗总量分配政策应该向这些高能效城市倾斜。低能效城市大多分布在中西部和东北地区且往往具有资源禀赋比较高的特征。因此，要提高我国整体能源效率水平和实现区域经济的可持续发展，重点治理对象应该集中在中、西部和东北部城市及资源型城市上。

      本文接下来的安排如下：第二部分是文献梳理，第三部分介绍分析方法与数据，第四部分是实证结果与分析，最后提出本文的结论与政策含义。

      二、文献综述

      能源的利用效率问题日益受到学术界的关注。很多研究都以单位GDP能耗即能源强度或其倒数的能源生产率即单位能耗的经济产出为指标对我国区域能源效率情况进行研究。史丹(2002)利用能源消费强度指标来反映我国的能源利用效率情况，发现我国改革开放以来能源利用效率持续提高。蒋金荷(2004)在分析我国能源效率的现状及与先进国家的差距后，提出产业结构调整特别是工业是今后实施节能降耗的主要产业部门。李廉水和周勇(2006)利用35个工业行业的面板样本数据分析了技术进步对能源效率的影响发现，技术进步分解而成的三个部分中，技术效率是工业部门能效提高的主要原因，但随着时间推移，科技进步的影响作用将逐渐增强。齐绍洲和罗威(2007)运用1995-2002年的年度面板数据，分析了我国地区间能源消耗强度与人均GDP两个指标的收敛情况，指出，人均GDP增长与能源使用效率的提高因地区不同而不同，他们认为地区间合作是我国区域平衡发展的关键。孙立成等(2008)测算了1997-2006年中国、美国、日本及欧盟等12个能耗大国的能源利用效率情况，发现我国与其他国家相比能源利用效率在整体上并没有明显提高。史丹等(2008)对我国能源效率的地区差异和成因做了系统分析，提出全要素生产率的差异是地区间能源效率差异的主要原因之一，并指出落后的中西部地区是改善我国整体能效水平的关键。吴利学(2009)则关注中国能源效率的波动情况，在动态随机均衡框架下探讨了能源效率的机制决定模型，从长期趋势和短期波动两方面分析了我国能源效率波动的机制。

      上述研究关注的是能源要素投入与经济产出的关系，所以被称为单要素能源效率(史丹，2006)。然而，仅仅依靠能源要素的投入是无法完成经济产出的，所以用能源强度来测度其使用效率就会掩盖反映各生产要素的替代效果从而违背要素稀缺的基本事实。全要素生产理论框架下的能源效率可以弥补上述不足，在揭示地区要素禀赋结构对能效的影响方面有显著优势。Hu and Wang(2006)最早提出全要素能源效率的概念，认为决定最终产出的是资本、人力和能源等各种生产要素的组合，并利用DEA方法分析了中国1995-2002的全要素能源效率。之后有不少文献运用DEA方法来考察我国全要素能源效率，其中较有代表性的有魏楚和沈满洪(2008)、师博和沈坤荣(2008)、屈小娥(2009)、李国璋和霍宗杰(2009)、李兰冰(2012)等，他们分别对中国各区域的全要素能源效率进行了评价。

      上述文献都是利用我国省级数据进行研究的，然而，对我国省际地区层面的分析已经不能满足我国的节能需求。一方面，我国不少省区的面积、人口和经济规模已经不亚于一些国家的情况，省级分析对我国各地区现实状况的描述略显粗糙。另一方面，由于地区间工业化和城市化水平差异以及经济发展水平和产业结构的不平衡，各地区在能源使用效率上呈现较大差异。要提高我国整体能源效率，就要尽可能地细化分析全国各地的具体状况，提出更加细致的解决方策。为此，我们整理并构造了我国230个地级市2001-2010年的数据库，补齐了能源使用效率研究所需的变量数据，包括GDP、资本存量、劳动力和电力消费量等。由于全要素效率分析可以综合反映资本、劳动力和能源等各种生产要素的稀缺性和替代效应，所以我们以此作为本文对能源效率变化的分析框架。在分析方法上，我们采用多数文献使用的非参数的数据包络分析法(Data Envelopment Analysis，DEA)。在此基础上，本文对我国各地级市的能源使用效率③和提高路径进行了分析。

      三、研究方法与数据

      与随机前沿法等参数方法相比，非参数的数据包络分析法(DEA)不必事先对研究主体的生产函数模型进行假设，特别是不需要相关的价格信息，这为实证分析提供了很多便利条件。下面进行简要介绍。

      (一)研究方法

      DEA模型的原理是运用线性规划方法来判断各个决策单元要素配置的最优化程度。其基本原理是将最优决策单元视作生产前沿，由此构建一条包络曲线，曲线上的点代表有效点，而无效点处于前沿的上方，并且通过测度无效点与前沿曲线的距离来评价其资源配置效率。

      

      假设区域经济的生产函数的投入包括资本、劳动和能源三要素：

      

      其中，Y为地区GDP，K和L代表区域资本存量和劳动力。由于本文考察区域能源的效率状况，所以在传统的双要素生产函数中加入了代表能源的电力消费量E从而形成了“三投入一产出”的区域经济生产模型。j和t分别代表区域和时间。本文考察的是在产出不变的情况下使用最少的能源投入，因此采用基于规模报酬不变假设下的DEA模型。

      

      图1 基于投入的CRS-DEA效率分析模型

      图1表示的是，为了得到地级市的经济产出，需要投入的能源和其他要素(资本和劳动力)。B点、C点和D点形成了生产有效前沿，A点相对于C和D点存在过度投入因此存在效率损失。按照Farrell(1957)的定义，A点在效率前沿面上的投影是B，但是，同C相比，B生产同样的产出却耗费了更多的能源。A点的要素无效损失包括两部分：一部分是由于技术无效率所导致的资源投入过量AB(径向调整量)，一部分是由于资源配置不当所导致的松弛量BC，线段BC代表相对于C的B的能源消耗冗余(松弛调整量)。由于存在能源消耗冗余，因此A为达到能效最终改进的目标点C能够节约的能源数量为：AC=AB+BC，AC越大表示可以节约的能源越多，亦即能源效率越低，假如调整量为零，则表示能源效率为1。

      根据如上对能源效率的定义分析，如果用TEE(Total-factor Electricity Efficiency)表示全要素能源效率，其表达为：

      

      式中，AEI(Actual Electricity Input)表示实际能源投入量，TEI(Target Electricity Input)表示目标能源投入量。j和t分别代表地区和时间。因此，地区的全要素能源效率是该地区能源消费量的目标值与实际值之间的比值。实际电力消费数据可以直接得到，TEI则可以通过DEA的分析方法来计算。因此，我们可以利用全国各地区的GDP、资本存量、劳动力和电力使用量数据来具体分析每个地级城市能源效率情况。

      (二)数据来源及处理

      本文以中国地级市的年度面板数据为研究对象，所需数据如果没有特别说明主要来源于《中国城市统计年鉴》。样本城市覆盖了除去台湾省、香港和澳门两个特别行政区的我国大陆省份，西藏自治区的城市和新成立的三沙市由于数据不全未被涵盖进本研究数据库中。此外，由于省会城市与普通地级市之间的可比性差，所以省会城市也不列入本文考察样本。在兼顾统计资料完整性和稳定性的基础上，本文最终选取了230个地级市的2001-2010年数据作为本文的考察对象，样本区间涵盖了“十五”和“十一五”两个五年计划期间。

      根据上一节阐述的研究方法，本文选取全国各地级市的实际GDP作为产出变量指标，剔除价格因素的影响后统一折算成以2000年为基期的实际GDP。投入方面主要考虑劳动力、资本和能源三个要素。

      

      劳动力投入：严格来讲应当由地区从业人员的有效劳动时间进行衡量，但是由于无法获得地区劳动时间数据，本文选取当年全市年末单位从业人员数作为替代。

      能源投入：由于我国总能源投入数据被明显低估而计算机读出的电力消耗数据更加准确，且电力需求的GDP弹性与总能源非常接近(林伯强，2003)。电力能源更能够代表我国能源整体的效率状况，所以选取全市全年用电量指标。

      资本存量：由于没有官方公布的统计数据，资本存量往往是通过估算得出的，主要估计方法为“永续盘存法”，表示为：

，其中K和I代表资本存量和固定资产投资，j和t代表地区和年份。已有的资本存量估算研究结果差别较大，本文选取张军等(2004)的研究成果，在其2000年全国数据的基础上对各个地级市的资本存量进行了估算工作。GDP平减指数来自于《中国统计年鉴》。

      四、实证结果及分析

      根据前述分析方法和数据，我们测算出了我国230个地级市2001-2010年的能源效率状况④。为了更好地进行比较，本文除进行全国整体状况说明之外，还对样本城市进行了时空划分：从时间上分为“十五”和“十一五”两个区间，从空间上分为东、中、西和东北四个区域，除此之外，本文还列出了能效表现的首尾各10位城市以便揭示出提高能源效率的重点所在。

      (一)地级市能源效率的时变特征

      表2报告的是我国地级市的整体能源效率状况。首先可以看出，我国全要素能源效率整体水平低，今后还有很大的改善空间。与省级研究成果相比，本文的测算结果偏低。这是因为本文研究是一种相对效率，考察对象越多越能够反映出各地区的能源效率状况。本文的考察对象是230个地级城市，数量上远远超出省份数，这恰恰能够体现本文对我国各地级市进行细致刻画的意义。其次，可以发现我国整体效率水平逐步提高，地级市效率平均值从2001年的0.34上升到2010年的0.64。各地区的效率值从0.03到1差距显著。但是，单从最小值的变化来看，由2001年的0.03上升到2010年的0.10，可以反映出地区间效率差异在逐渐缩小，说明地级市不断向能源效率前沿面靠近，这也是说明国家整体效率提高的原因之一。其标准差从0.26缩小到0.18是各地区之间能源使用效率趋于收敛的证明，这与徐盈之和管建伟(2011)对于区域整体能源效率的研究结果是一致的。

      

      我国地级市整体能源利用效率总体呈现出上升趋势。从2001年到2010年的10年间，地级市整体效率得到较大程度的提高。然而，从增长幅度来看却呈现出一种下降的趋势。在本文的考察期所涵盖的两个五年计划期间内，总体上讲“十五”期间的效率改善高于“十一五”。这是由于“十五”期间继承了上世纪末对高能耗、高污染小企业的大规模“关停并转”实现的能源效率改善红利。我国整体能源效率从2001年的0.34提高到2005年的0.58，提高幅度达到0.24，表明较大程度的改善。与之形成对比的是，“十一五”期间虽然我国整体能效水平有所提高但提高幅度仅为0.05，大大低于上一个五年计划期，其中2007和2009两个年度较上一年度都处于停滞不前的状态。

      究其原因，这与我国电力价格不能够反映能源稀缺性以及工业发展过程中的再次重型化密切相关。我国虽然在2002年实施电力改革方案，实现了厂网分开和市场化运营模式，但是由于中央政府对于电力价格的过度规制等原因，电力价格无法体现出能源的稀缺性和发电的边际成本。加上随之而来的投资扩张热潮，造成了我国工业的再度重型化，钢铁、有色金属、化工和建材等高电耗行业的粗放式扩张使得能源消费的增长速度超过GDP的增速，从而使能源效率的改善幅度大大缩小。对于中国工业的能源效率分析文献也得出了类似的研究结论(陈诗一，2009)。2006年中央政府在“十一五”规划中提出全面贯彻落实科学发展观、转变经济增长方式和建设资源节约型、环境友好型社会的规划，并提出能源强度在2005年的基础上降低20%的约束性指标，以钢铁、有色金属、化工和建材等行业为重点实行切实的节能措施。中央政府的坚决态度和有效措施在一定程度上起到了提高能效的作用。然而，随之而来的2007年美国次贷危机引发了全球性金融危机，为了刺激经济增长，政府出台了4万亿拉动内需的投资计划。由于其中半数以上都用于大规模基础设施建设，减弱了“十五”期间我国在能效改善方面的势头⑤。总之，“十一五”延缓了我国整体能效改善的步伐，我们必须通过今后付出更多的努力来弥补，否则无法保证我国在未来能源与环境的国际竞争中处于有利地位。

      (二)能效地区特征及重点城市分析

      除了时间维度外，我们还报告了重点城市的测算结果及按东、中、西、东北分地区的状况分析。表3揭示了我国2001-2010各年能效首尾各10个城市的情况。从各年的全要素能源效率测算结果来看，各年处于效率前沿面的城市大部分都处于沿海地区，而低能效地区是支撑中国能源生产的主要区域。部分省级分析也得到了同样的结论，如史丹(2006)等。而本文更加清晰地反映了高能效和低能效城市的列表情况。可以看出，高能效城市主要集中在沿海的“双三角”地区，其中有长三角地区的无锡、金华、绍兴、苏州等地级市和珠三角地区的东莞、佛山、茂名、揭阳等地级市。泉州、宁德和威海等城市则来自其他沿海地区。与高能效城市不同，排名后10位的低能效城市绝大部分是集中在中西部地区的资源型城市，如铜川、大同、阜新、乌海、阳泉、白银、石嘴山等。这些地区矿藏丰富但能源使用效率却非常低下。

      鉴于上述实证结果的发现，接下来我们将分区域进行对比分析。与以往文献按东、中、西部的分法不同，本文加入了东北地区，全国地级市共分为四个区域⑥。从图2可以看出，东部地区一直处在能效水平的领先状态，这与几乎所有的文献结论是一致的，也印证了前文得出的高能效城市处于沿海地区的结论。一方面，能效高的东部沿海地区是我国经济最早对外开放以及外资比重最高的地区，在外资集中的劳动密集型行业内部的要素配置中，劳动力对能源要素的替代推动了能源效率的提高；同时，外资集中的电子通信等行业的高附加值性也是该地区能效高的原因之一。另一方面，由于东部地区本身能源匮乏同时又需求巨大，能源保障问题一直构成该地区经济可持续发展的严峻挑战，本世纪初以来经常发生的“电荒”问题就是一个证明。此外，工业化发展所带来的技术水平提高表现为能效改善的有偏技术进步，这也是东部沿海城市在能源使用效率方面表现突出的一个重要原因。

      

      

      图2 按地区划分的我国地级市全要素能源效率(2001-2010)

      另一方面，中、西和东北部区域虽然一直低于全国平均水平，但是这些地区的能效与全国平均水平的差距在逐渐缩小，说明了这些地区不断向能效前沿面的东部地区靠拢的事实，也印证了前文区域间差距逐渐缩小的结论。不同于魏楚和沈满洪(2008)、李国璋和霍宗杰(2009)等采取东、中、西部区域三分法的文献得出的中部高于西部的结论，我们认为中、西部地区之间的能效水平差别不大，同时处于螺旋性提高的状态，这与师博和沈坤荣(2008)的结论相似。考察期中的前九年东北地区一直位于四个区域的最低水平，但其能效水平稳步提高并最终于2010年超过了中部和西部区域。这是因为，与西部欠发达地区的经济开发不同，作为建国后我国的重工业基地，振兴东北地区老工业基地的战略决策从根本上说是该地区工业化的一种转型，所以更容易产生能效提高的效果。

      五、结论及政策建议

      本文运用数据包络方法在全要素能源效率的框架下，从地级市的层面和视角出发对本世纪初期中国的能源效率状况进行测算和分析。实证结果表明，我国地级市能效水平在逐步提高的同时城市间效率差异也在逐渐缩小，尽管能效仍然处于较低水平，但是未来存在很大的提升空间。考察期后半段的“十一五”期间全国整体能效水平虽略有提高但提高程度仅为0.05，较“十五”期间的0.24有大幅缩小。能效前沿面城市大多分布于我国的东部地区，因此东部地区在考察期内一直是我国能效改善的主要贡献区，其他地区处于全国平均水平之下。但是中、西部城市有不同程度的提高，东北地区的提高幅度最大，这说明振兴老工业基地政策在促进该区域经济发展的同时也起到了提高能效的作用。此外，我国能耗水平与区域的资源禀赋成反比，资源禀赋比较高的地区往往能源效率水平偏低。

      要提高能源效率进而推动区域经济的可持续发展，中央政府应该将节能减排的任务细化分配到地级市水平，应该将能源及电力消费总量与各地的实际使用效率挂钩，在消费总量上对高能效城市实行政策倾斜，使能源消费配置到高能效城市，从而提高国家整体的能源效率水平。同时，在提高全国整体能效方面应该因地制宜、区别对待，要抓重点城市和重点行业，即资源型城市及矿产加工和重化工等“两高一资”行业的技术改造工作。将能源效率明确列入地级市经济发展绩效考核指标体系，通过对政府官员的绩效评价导向机制来提高当地的能效水平。

      为了推进当地经济的节能工作，地级市政府应当明确区域内产业特别是工业的各项能源和环境指标，大力削减高能耗、高排放和资源型产业的区域经济比重，通过税收优惠等政策来鼓励企业加大节能减排的科技开发，使企业发挥主体作用。中西部城市在推动地区经济对外开放的同时，应特别注意引进高科技含量、先进技术和环保及新能源等投资项目，同时鼓励本地企业吸收海外先进节能技术和管理经验以及引进节能设备，提高走出去的能力水平。此外，各地区要根据当地情况，挖掘各自在资源、地理和经济发展基础条件等方面的比较优势，因地制宜地制定能源使用方针和经济发展政策，尽早实现区域经济的可持续发展。

      本文写作过程中得到了各方面的帮助：刘晓峰博士提供了部分地级市电子数据，常晓雪和朱一聪同学则在后续的数据整理中提供了及时支持，陈诗一教授、陈硕博士、张传勇博士、能源与环境经济学seminar参加者以及匿名审稿人都对本文提出了宝贵意见，作者深表感谢，文责自负。

      ①亚洲金融危机以来，国内外学术界对中国经济发展质量问题的研究主要集中在全要素生产率的探讨方面。

      ②地级市是我国的行政管理单位，包括中心城市及所辖县、县级市及乡镇。本文中的城市指的是地级市。

      ③为了行文顺畅，后文的能效亦指能源使用效率。

      ④具体结果可向作者联系索取。

      ⑤关于4万亿的经济效果，学术界尚处于争论之中。

      ⑥城市所属省份的地区划分标准为：东部：河北、江苏、浙江、福建、山东、广东、海南；中部：山西、安徽、江西、河南、湖北、湖南；西部：内蒙古、广西、四川、贵州、云南、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆；东北：辽宁、吉林、黑龙江。

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