李國平,李 治,龔杰昌
(西安交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與金融學(xué)院,西安 710061)
中國城市能源效率地區(qū)分布影響因素分析
李國平,李 治,龔杰昌
(西安交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與金融學(xué)院,西安 710061)
能源效率水平在我國空間分布的顯著非均衡性引發(fā)了大量相關(guān)的研究,但是忽視了能源效率的空間依賴性對其區(qū)域分布的影響,同時也缺乏對城市地理單元的考察。文章運(yùn)用中國1995~2006年210個主要地級市面板數(shù)據(jù),首先采用規(guī)模報酬不變的DEA模型測算了中國主要地級市全要素能源效率,然后通過空間面板數(shù)據(jù)模型考察了城市能源效率水平空間相關(guān)性對我國能源效率地區(qū)分布的影響。
全要素能源效率;地區(qū)分布;空間面板數(shù)據(jù)模型;城市
能源作為一種可耗竭的戰(zhàn)略性資源,在一國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國家安全與環(huán)境保護(hù)中扮演著十分重要的角色。然而當(dāng)前我國能源需求日益增長,供求矛盾凸顯,各省市之間能源利用效率差距較大。探索可持續(xù)城市化的發(fā)展模式是中國實(shí)現(xiàn)應(yīng)對當(dāng)前能源供求矛盾和快速城市化壓力、落實(shí)節(jié)能減排和建設(shè)有中國特色生態(tài)文明的重要基礎(chǔ)。
就地理空間尺度來看,絕大部分能源效率地區(qū)差異研究都基于省級行政單元,或更大級別單元(分地帶和分大區(qū)),目前還缺乏對更小空間單位——城市有關(guān)能源效率地區(qū)分布特征的研究。城市作為完整的基本空間單元及省域發(fā)展的基礎(chǔ)層次,其行為的組織運(yùn)行上具有省域無法替代的特色,表現(xiàn)出其特有的行為機(jī)制和運(yùn)行規(guī)律。對城市能源效率變化的差異和集聚情況進(jìn)行空間計(jì)量分析研究,可獲得更加詳細(xì)的信息,更為深入的分析結(jié)果和更為可靠的結(jié)論。本文將首先計(jì)算中國主要地級市的全要素能源效率,然后描述我國城市能源效率的空間相關(guān)性,之后再采用空間面板數(shù)據(jù)模型通過空間權(quán)重矩陣考察1995~2006年我國210個主要地級市全要素能源效率的區(qū)域特征狀況。
能源效率是指用較少的能源生產(chǎn)同樣數(shù)量的服務(wù)或有用的產(chǎn)出,而問題是如何準(zhǔn)確定義“有用的產(chǎn)出”和“能源投入”,由于采用不同的投入、產(chǎn)出定義,使得對同一研究對象的研究結(jié)論往往差距很大。當(dāng)前已有文獻(xiàn)大多基于單要素生產(chǎn)率框架進(jìn)行研究,比如能源強(qiáng)度等,而其本身包括了大量的結(jié)構(gòu)因素,同時沒有考慮其他投入要素的影響,盡管計(jì)算較為方便,但作為測度能源效率的一個指標(biāo)還存在很大的局限性。為了更好地表述“能源效率”概念,有學(xué)者提出通過測度樣本點(diǎn)相對于生產(chǎn)前沿的遠(yuǎn)近程度來進(jìn)行相對效率比較,而非參數(shù)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)的應(yīng)用使得對這種效率的評估無需依賴于人為給定指標(biāo)的權(quán)重,也無需預(yù)先給定生產(chǎn)前沿面的生產(chǎn)函數(shù)形式,并且可以同時處理多種要素投入與產(chǎn)出問題,從而為經(jīng)濟(jì)學(xué)家考察能源效率提供了強(qiáng)有力的工具。本文根據(jù)投入導(dǎo)向的CRS模型,我們利用DEAP計(jì)量分析軟件和中國主要地級市的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得到1995~2006年中國城市全要素能源效率。
本文研究的對象是我國地級及其以上城市(包含直轄市和副省級城市)的市轄區(qū),暫不包括縣級城市。為了避免樣本選擇有偏,我們初步選定了統(tǒng)計(jì)年鑒中有相關(guān)數(shù)據(jù)的210個地級市(城市名稱見附錄)。根據(jù)城市數(shù)據(jù)的可得性,我們將整體研究時間起點(diǎn)定于1995年,同時最新公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)允許我們將研究時段擴(kuò)展到2006年,因此本文研究的整體面板數(shù)據(jù)集包含了1995~2006年12年間210個截面單位的2520個觀測值。模型的產(chǎn)出變量以1995年不變價格計(jì)算的實(shí)際城市GDP來表示,并假定生產(chǎn)過程中需要三種投入要素,即資本、勞動和能源。相應(yīng)的生產(chǎn)函數(shù)可以表述為:

資本存量K選取城市固定資產(chǎn)投資總額。對城市資本存量的計(jì)算我們采用永續(xù)盤存法進(jìn)行模擬,采用張軍等人[1]已有的研究成果。為了保證投入-產(chǎn)出變量統(tǒng)計(jì)口徑的一致性,同時由于中國各城市價格指數(shù)在統(tǒng)計(jì)年鑒上沒有反映,在此分別按其所在省區(qū)的GDP平減指數(shù)將資本存量換算為以1995年為基期計(jì)算的相應(yīng)數(shù)值。
勞動力L嚴(yán)格說應(yīng)該由全國就業(yè)人員的有效勞動時間衡量,但由于缺乏平均工作時間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),我們采用城市從業(yè)人員數(shù)作為替代。
能源消費(fèi)量E,,這里的城市能源消費(fèi)量來自于歷年30個省省級統(tǒng)計(jì)年鑒和歷年36個大中型城市統(tǒng)計(jì)年鑒 (城市名稱見附錄),部分城市缺失數(shù)據(jù)通過歷年城市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報以及相關(guān)城市統(tǒng)計(jì)網(wǎng)站補(bǔ)齊。我們將不同的統(tǒng)計(jì)口徑統(tǒng)一按照相應(yīng)比例折算為統(tǒng)一單位(萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤)。
計(jì)算城市全要素能源效率數(shù)據(jù)取自《新中國五十年統(tǒng)計(jì)資料匯編》、《新中國城市統(tǒng)計(jì)50年》、歷年《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》。
空間經(jīng)濟(jì)計(jì)量的兩種基本模型分別是空間滯后模型(Spatial Lag Model,SLM) 和空間誤差模型 (Spatial Error Model,SEM),這兩個模型的基本形式為:
空間滯后模型(SLM):

空間誤差模型 (SEM):

式中,y表示因變量向量;X表示自變量向量;β表示變量系數(shù);ρ表示空間滯后項(xiàng)系數(shù);λ表示空間誤差項(xiàng)系數(shù);W為n×n階的空間權(quán)值矩陣;Wy為空間滯后因變量;ε和μ為隨機(jī)誤差項(xiàng)。
對于上述兩種模型的估計(jì)如果仍采用普通最小二乘法(OLS),由于空間效應(yīng)的存在,普通最小二乘估計(jì)法估計(jì)空間誤差模型是無偏的,但不具有效性;估計(jì)空間滯后模型不僅是有偏的,而且是不一致的,因此,普通最小二乘法不能用于空間計(jì)量模型的估計(jì),而最大似然估計(jì)法能夠克服以上問題。所以本文將采用空間計(jì)量經(jīng)濟(jì)的極大似然法(Maximum Likelihood,ML)進(jìn)行估計(jì)。另一方面,面板數(shù)據(jù)的回歸包括固定效應(yīng)和隨機(jī)效應(yīng)估計(jì)方面,而實(shí)際運(yùn)用中往往根據(jù)所研究問題的特點(diǎn)以及具體數(shù)據(jù)特征來決定,如果僅對樣本本身的個體差異進(jìn)行分析,則可以使用固定效應(yīng)模型,如果用樣本推斷總體的個體差異,則采取隨機(jī)效應(yīng)模型。從本文的研究目的來看,顯然固定效應(yīng)模型更加適合。
國內(nèi)外學(xué)者普遍采用Moran’s I值度量各種變量的空間相關(guān)性,它用于驗(yàn)證整個研究區(qū)域某一要素的空間模式。除了使用Moran’I指數(shù),還可以使用穩(wěn)健(Robust)的最大似然LM-Error檢驗(yàn)、最大似然LM-Lag檢驗(yàn)等來進(jìn)行檢驗(yàn)。由于事先無法根據(jù)先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)推斷在SLM和SEM模型中是否存在空間依賴性,所以有必要構(gòu)建一種判別準(zhǔn)則,以決定哪種空間模型更加符合客觀實(shí)際。Anselin(1988)提出下面的判別準(zhǔn)則:如果在空間依賴性的檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)最大似然LM-Lag檢驗(yàn)顯著而最大似然LM-Error檢驗(yàn)不顯著,則可以斷定適合的模型是空間滯后模型;最大似然LM-Error檢驗(yàn)顯著而最大似然LM-Lag檢驗(yàn)不顯著,則可以斷定空間誤差模型是恰當(dāng)?shù)哪P蚚2]。
整體來看能源效率的變化受到多種綜合因素(可以觀測到和不能觀測到)作用的結(jié)果。由于我們不可能詳盡所有難以觀測的各種影響因素,同時又受限于城市級數(shù)據(jù)難以獲得的原因,目前最好的辦法是結(jié)合當(dāng)前學(xué)者對能源效率變動形成原因的相關(guān)研究,把注意力放在以下幾個方面:(1)資源稟賦水平,能源豐裕程度與能源效率顯著負(fù)相關(guān),即不考慮其他影響因素,能源稟賦越充裕的地區(qū)能源效率越低 (史丹,2006)[4]。 (2)平均氣溫,楊紅亮等(2009)使用年平均氣溫衡量氣候?qū)χ袊∮蚰茉葱实挠绊懀l(fā)現(xiàn)一個地區(qū)的氣溫不可避免的會對該地區(qū)的社會生產(chǎn)的組織活動和人們的能源消費(fèi)行為產(chǎn)生正向影響;(3)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),Newell R,et al.(1999)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整促使第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重的下降以及第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重的提高,會降低能源消耗強(qiáng)度;(4)政府支配力,政府對于市場經(jīng)濟(jì)的干預(yù)對能源效率具有負(fù)面影響,但這種影響程度在逐漸減少;(5)能源價格,高振宇等(2006)認(rèn)為提高能源與其他要素之間的相對價格有利于能源效率的改進(jìn),符合節(jié)能減排的作用;李世祥等(2008)認(rèn)為如果基于成本最小化的能源效率模型分析,中國能源的相對價格并沒有反映使用能源的完全成本,能源價格的提高反而降低了能源效率;(6)技術(shù)進(jìn)步,Chunbo Ma et al.(2008)認(rèn)為技術(shù)進(jìn)步對能源效率具有顯著的正向作用,同時在長期提高能源效率中存在技術(shù)擴(kuò)散性效應(yīng)。
文章在考察能源效率空間相關(guān)性對其區(qū)域分布影響的同時,還將考察資源稟賦水平、平均氣溫,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),政府支配力,能源價格和技術(shù)進(jìn)步等對能源效率區(qū)域分布的影響。因此,影響城市能源效率在我國區(qū)域分布的空間滯后和空間誤差的經(jīng)濟(jì)計(jì)量模型分別為:

空間滯后模型(SLM):

空間誤差模型(SEM):
其中,下標(biāo) i為城市,t為年份,ai為截距項(xiàng),βi(i≥1)為變量系數(shù),εit、μit為隨機(jī)誤差項(xiàng)。其中,各變量的定義及理論假設(shè)為:
資源稟賦水平(Endowit):由于無法獲得城市煤炭消費(fèi)量等數(shù)據(jù),這里我們使用i城市采掘業(yè)從業(yè)人員占城市總從業(yè)人員比重來近似替代。
Tempit為i城市的年度平均氣溫。由于只能獲得各省的觀測城市的氣溫數(shù)據(jù),使Mapinfo軟件將各觀測城市數(shù)據(jù)分配給各相鄰城市,衡量城市氣溫狀況。
Indit為城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),第二產(chǎn)業(yè)是我國主要的能源消費(fèi)行業(yè),所以使用第二產(chǎn)業(yè)占國民經(jīng)濟(jì)比例來表示,由于只能獲得城市限額工業(yè)總產(chǎn)值,所以我們使用城市限額工業(yè)總產(chǎn)值占GDP比重來表示。
Techit為城市技術(shù)水平,改革開放后各城市都主要通過各種方式引進(jìn)外資來加快物化性技術(shù)進(jìn)步,所以我們使用城市外商直接投資中實(shí)際利用額(FDI)占全國FDI比重來近似替代。
Priceit為能源價格,由于原材料、燃料、動力價格指數(shù)更多衡量的是生產(chǎn)資料價格水平,所以這里使用燃料、動力價格指數(shù)近似衡量城市能源價格;以1994年為基期,將各省燃料、動力價格指數(shù)指數(shù)分配到省內(nèi)所在城市,衡量城市能源價格。
Govit為政府支配力,中國政府財政收入在國內(nèi)生產(chǎn)總值中所占比重的大體上反映了城市市場化程度下降對經(jīng)濟(jì)資源配置所產(chǎn)生的影響,所以我們使用城市財政支出與GDP的比值來表示。
Admit為城市行政分割度,顧朝林(2001)認(rèn)為由于大城市的次級行政區(qū)的數(shù)目決定了城市行政區(qū)分割的程度,所以我們使用城市市區(qū)個數(shù)近似替代城市行政分割程度。
本文采用1995~2006年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),城市的平均氣溫來自于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng),城市市區(qū)個數(shù)來自于中國行政區(qū)劃網(wǎng),燃料、動力價格指數(shù)來自30個省省級年鑒(1996~2007年),其他樣本數(shù)據(jù)均來自《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》(1996~2007年),所有結(jié)果均使用Matlab軟件計(jì)算所得。
利用各城市所處的地理位置,根據(jù)相鄰與否構(gòu)造出它們的相鄰結(jié)構(gòu),從而得到空間加權(quán)矩陣,在空間加權(quán)矩陣中,相鄰的城市對應(yīng)的元素為1,否則為0。然后再對這個矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,得到標(biāo)準(zhǔn)空間加權(quán)矩陣W(210×210)。
在對模型進(jìn)行回歸估計(jì)之前,應(yīng)先計(jì)算(Robust)LM(lag/error)、Moran’s I值,檢驗(yàn)我國城市能源效率的空間相關(guān)性與異方差性,判斷我國城市能源效率是否存在空間依賴性和異質(zhì)性.首先對模型做空間依賴性,結(jié)果見表1。三個空間依賴性檢驗(yàn)均顯著,由此說明我國城市能源效率存在空間上的相互關(guān)聯(lián)性,相鄰城市能源效率水平存在正向相互影響的作用。

表1 空間依賴性檢驗(yàn)
為了比較,本文還給出了采用傳統(tǒng)面板數(shù)據(jù)估計(jì)方法進(jìn)行估計(jì)。根據(jù)表2可知,從傳統(tǒng)面板數(shù)據(jù)模型和空間面板數(shù)據(jù)模型的調(diào)整R2估計(jì)結(jié)果比較可知,后者的擬合度更好,解釋力得到進(jìn)一步提高,SLM和SEM模型的擬合度都達(dá)到了0.6左右,這證實(shí)了能源效率在我國各城市的地區(qū)分布確實(shí)存在空間自相關(guān)性,由于空間自回歸系數(shù)(ρ)和空間誤差自相關(guān)系數(shù)(λ)均為正值,其顯著水平均達(dá)到了1%,說明我國各城市能源效率和相鄰城市能源效率間確實(shí)存在正向的空間依賴關(guān)系。從SLM模型來看,空間自回歸系數(shù)為0.236,說明周圍城市能源效率水平提高1單位,本城市能源效率將提高0.236個單位,相鄰城市能源效率水平的提高將有助于本城市能源效率水平的提高。從SEM模型來看,空間誤差自相關(guān)系數(shù)為0.012,說明地區(qū)間的各種觀測不到的因素的地區(qū)相關(guān)性也對能源效率產(chǎn)生正向作用。
從各變量的系數(shù)及其顯著水平來看,多數(shù)變量對能源效率水平的區(qū)域分布的影響和當(dāng)前文獻(xiàn)的假設(shè)一致。所有模型的估計(jì)結(jié)果顯示,我們看到資源稟賦變量在在SLM模型和SEM模型中都顯著為負(fù)相關(guān),這和傳統(tǒng)面板數(shù)據(jù)模型結(jié)果不顯著相比較,說明資源豐裕程度與全要素能源效率顯著負(fù)相關(guān)具有顯著的空間地理特征,也就是說在考慮空間地理特征情況下,資源稟賦越充裕的地區(qū)全要素能源效率越低,與我們的初始判斷相符。
平均氣溫的結(jié)果在1%的水平上都顯著,但在符號上呈反向作用特征。該結(jié)果說明每提高一單位平均氣溫便會通過干擾正常生產(chǎn)組織活動和生活消費(fèi)行為而降低能源利用效率,這和楊紅亮等(2009)等使用2005年省域截面平均氣溫數(shù)據(jù)的分析結(jié)果不一致。
產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比重的提高一般從兩個方面對總能源效率產(chǎn)生影響。一是產(chǎn)業(yè)內(nèi)的效率份額,即產(chǎn)業(yè)本身能源效率的變化直接影響總能源效率,能源效率提高較快的產(chǎn)業(yè)比重的增加有助于總能源效率的提高;二是結(jié)構(gòu)份額,這種影響取決于該產(chǎn)業(yè)能源效率與總能源效率的比較,能源效率較高產(chǎn)業(yè)比重的提高對總能源效率的結(jié)構(gòu)效應(yīng)為正。我們在模型中采用第二產(chǎn)業(yè)比重來描述的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對能源效率的影響是這兩方面因素綜合作用的結(jié)果。對于第二產(chǎn)業(yè)比重的提高,一方面由于其能源效率低于總能源效率,結(jié)構(gòu)份額為負(fù),因而會使總能源效率產(chǎn)生下降的趨勢;另一方面,第二產(chǎn)業(yè)比重的增長往往伴隨著第二產(chǎn)業(yè)能源效率的大幅度提高,這一變動又使得總能源效率具有上升的趨勢,這兩種趨勢加在一起表現(xiàn)為第二產(chǎn)業(yè)比重提高對總能源效率的總影響。由于第二產(chǎn)業(yè)占國民經(jīng)濟(jì)的比重比較高,能源效率上升幅度也比較大,效率份額的影響相對更明顯。本文僅根據(jù)1995~2006年36個大中型城市對我國城市第二產(chǎn)業(yè)能源效率的結(jié)構(gòu)份額和效率份額進(jìn)行分析。我國整體能源效率水平從0.471上升為0.856,年均增幅達(dá)到5.12%,而城市第二產(chǎn)業(yè)能源效率由0.321上升到了0.613,年均增幅達(dá)到了5.73%,快于同期總能源效率的變動,同時36個大中型城市第二產(chǎn)業(yè)比重在該考察期內(nèi)由51%上升到了54.1%,所以對總能源效率的提高產(chǎn)生了正的影響,本文認(rèn)為隨著工業(yè)產(chǎn)值的增加,在規(guī)模經(jīng)濟(jì)的作用下對能源的利用會更加有效。

表2 1995~2006年城市能源效率區(qū)位選擇影響因素的估計(jì)結(jié)果
能源價格顯著降低了城市能源效率水平。這說明雖然近年來國家逐步對能源價格的管制放松并且減少了能源價格補(bǔ)貼,同時部分能源領(lǐng)域也建立起了一定的市場機(jī)制,但因?yàn)槟茉词且环N特殊的戰(zhàn)略性商品,政府對于主要能源,如煤、石油和天然氣以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的價格干預(yù)仍然較多,所以目前能源價格仍無法反映出正常的供需狀況以及能源生產(chǎn)、消費(fèi)過程中所產(chǎn)生的負(fù)外部成本,從而無法真正達(dá)到降低能源消耗的目的。
政府支配力在SLM模型中在1%水平上顯著為負(fù),其回歸系數(shù)達(dá)到了-0.2462,無論是顯著性水平和系數(shù)值均高于其他兩個模型,說明周圍城市由于政府支配力增強(qiáng)而導(dǎo)致市場化水平的下降的效果,會顯著降低本城市能源效率水平。尤其是今天在各種區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化政策導(dǎo)向下,城市間的資金、勞動力等要素流動、能源商品流通、技術(shù)變遷等使得城市間尤其是相鄰城市間的能源效率水平相互影響不斷增強(qiáng),使得周圍城市因?yàn)槭袌龌较陆刀档捅境鞘心茉葱实淖饔靡呀?jīng)超過本城市自身的作用。
本文采用空間面板數(shù)據(jù)模型方法研究了我國城市全要素能源效率的地區(qū)分布特征,得出了以下幾點(diǎn)結(jié)論:
(1)空間面板數(shù)據(jù)模型對現(xiàn)實(shí)能源效率地區(qū)分布的解釋力更強(qiáng)。空間自回歸系數(shù)(ρ)和空間誤差自相關(guān)系數(shù)(λ)均為顯著正值,表明我國城市能源效率的區(qū)位分布存在正向空間依賴性,相鄰城市能源效率水平的改進(jìn)有助于城市能源利用效率的整體提高。
(2)從影響能源效率區(qū)域分布各變量的估計(jì)結(jié)果可知,中國資源稟賦型城市能源使用效率比較低,城市第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的增加,在規(guī)模經(jīng)濟(jì)的作用下會對能源的利用會更加有效,同時鄰近城市市場化水平的下降會降低城市能源效率水平。技術(shù)水平顯著提高了能源效率水平,而能源價格則顯著降低了能源利用效率,說明一方面繼續(xù)提高能源使用技術(shù)水平,另一方面,應(yīng)該繼續(xù)深化能源價格市場化改革,使得能源價格能夠真正反映能源的負(fù)外部成本。
此外,研究發(fā)現(xiàn),由于不同城市的市區(qū)劃分的目標(biāo)政策不同,使得行政分割對能源效率區(qū)域分布的負(fù)向影響幾乎不顯著。如果能夠給定合適的參照組來反映城市行政分割對能源效率水平的影響,應(yīng)該能夠得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果,這也是本文有待于進(jìn)一步研究的問題。
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(責(zé)任編輯/易永生)
F062.1
A
1002-6487(2010)18-0080-04
教育部哲學(xué)社會科學(xué)重大課題攻關(guān)項(xiàng)目(09JZD0019)
李國平(1965-),女,四川宜賓人,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向:區(qū)域經(jīng)濟(jì)理論與方法。
李 治(1979-),男,陜西興平人,博士研究生,研究方向:城市經(jīng)濟(jì)與城市能源效率。