基于隨機前沿模型的對外開放與能源技術效率提升

摘要:設定能源技術效率作為有效反映能源利用效率的指標，通過設定帶非效率影響的隨機前沿函數，利用1995-2007年中國29個省(自治區、直轄市)的面板數據，對我國對外開放與能源技術效率的提升程度進行分析，認為對外開放程度的加深促進了我國能源技術效率的提高，出口貿易、進口貿易和FDI均起著積極作用。但是，東、中、西部地區在能源技術效率上存在著明顯差距，東部地區最高，中部地區次之，西部最低。

關鍵詞:能源技術效率;對外開放;隨機前沿分析

中圖分類號:F740.4 文獻標識碼:A

The Impacts of Opening-up to the Outside on Energy Technical Efficiency

XIONG Yan-ting，HUANG Ning，WANG Hua-ming

(School of Economics， Xiamen University， Xiamen 361005， China)

Abstract:This paper regards energy technical efficiency as the reasonable index reflecting the efficiency of energy use. It adopts a stochastic frontier model， which incorporates a model for technical inefficiency effects， and uses the simultaneous estimation of maximum likelihood to estimate and evaluate the impact of opening-up on the energy technical efficiency in China by using panel data of 29 provinces in China during 1999 to 2007. The conclusions include: the energy technical efficiency of all provinces in China improve every year; export trade， import trade and FDI play a crucial role in improving energy technical efficiency; there is a clear gap between different areas:the eastern areas has the highest energy technical efficiency，followed by the middle areas ，and western areas is the last.

Key words:energy technical efficiency; opening-up; stochastic frontier model

近年來，中國成為貿易大國和世界工廠的同時，能源消耗和環境污染問題日益引起國內外的廣泛關注與質疑。2009年我國一次能源消費總量達到28.5億噸標煤，年燃燒排放的CO2超過美國，成為世界第一的碳排放大國。我國對外開放的不斷深化對能源消耗產生兩方面的影響:從量的角度來看，對外開放使得我國通過貿易方式向世界出口了大量隱含在商品里的能源，加大了能源消費，也加劇了能源資源短缺;從質的角度來看，對外開放通過外商直接投資的技術溢出效應、國際競爭效應、對進出口商品結構和能源價格變化的影響、國際技術貿易等途徑影響著能源利用效率。現有大量研究考察了能源消費總量與對外開放之間的聯系，而能源利用效率的提高是實現低碳經濟增長，保障可持續發展的重要途徑之一，本文力圖從質的角度研究對外開放對能源利用效率的影響。

一、文獻綜述

近年來國內學者開始注重從對外開放視角考察其對我國能源利用效率的影響。如史丹[1](2002)利用能源消耗強度指標進行研究，指出對外開放、產業結構和經濟體制是導致改革開放以來中國能源利用效率顯著改善的三個主要因素;劉傳哲、王艷麗(2006[2])運用隨機前沿分析方法，對我國29個省(自治區、直轄市)的對外開放影響技術效率的效應進行了實證研究;魏楚、沈滿洪[3](2007)認為，從全國層面來看，對外開放對我國能源利用效率產生了負面影響;李未無[4](2008)利用1999-2005年中國35個工業行業的面板數據探討對外開放對我國能源利用效率的影響，認為對外開放對我國能源利用效率的提高具有積極影響。上述研究在以下方面存在不足:

(一)能源效率的測算指標

能源效率可從經濟和技術兩方面衡量(Bosseboeuf etal[5](1997))，而這兩類指標存在本質差別，前者指用相同或者更少的能源獲得更多產出，如能耗強度，能源生產率等;后者則指由于技術進步、經濟結構調整、管理的改善來減少特定能源的使用，如技術效率等。能源生產率這一類指標只衡量了能源投入與產出之間的一個比例關系，并沒考慮其他投入要素所產生的影響，而在生產中，最后的經濟產出是和所有的投入要素相關聯的，僅僅將能源與產出比值測度能源利用效率存在很大的局限性(Patterson[6](1996);Hu[7](2006)。

目前，國內研究能源效率的文獻絕大多數采用能源生產率衡量能源效率(史丹[1](2002);李未無[4](2008);史丹、吳利學、傅曉霞[8]2008)。本文根據技術效率的含義，采用能源技術效率(定義為單位能耗產出的實際值與最優值的比率)來衡量能源利用水平，以真正地反映技術層面上的能源效率提升與否。

(二)研究方法

現有文獻對能源效率的測定及影響因素分析，大多基于非參數估計的數據包絡分析法(DEA——Data Envelopment Analysis)，如魏楚、沈滿洪[3](2007)，李世祥、成金華[9](2008)，而在技術上更具優勢的隨機前沿分析方法(SFA——Stochastic Frontier Analysis)并沒有得到廣泛的采用。

從技術上而言，SFA在測算技術效率水平和影響技術效率因素方面要比DEA具有更多的優勢，最重要的是，在確定效率前沿的時候它可以把隨機因素的影響分離出來，相對而言不易受到個別不準確數據點的影響。另外，在技術上DEA方法是“兩步法”，即先測出能源技術效率，再分析影響因素，相比之下SFA的“一步法”更嚴謹。

鑒于上述不足，本文擬設定帶非效率影響的隨機前沿函數并利用中國29個省(自治區、直轄市)1995-2007年的面板數據和聯立的最大似然估計法，對我國對外開放影響區域能源技術效率的效應進行估計和分析。

二、模型設定與數據處理

(一)模型設定

本文的隨機前沿生產函數是以Battese和Coelli[10](1995)提出的適用于面板數據并包含技術非效率影響的隨機前沿模型為基礎。該模型的特點在于:它在設定隨機前沿函數時明確地包括了非效率因素的影響，從而克服了先前文獻研究中將非效率的影響脫離隨機前沿函數的設定而產生的偏誤，而且，由于該模型適用于對面板數據的分析，因此可在中國省際層面和時間層次上考察非效率所造成的影響。模型設定如下:

式(3)為各省市各年的能源技術效率te，在給定產出和準固定投入的情況下，第i個省市第t年的單位能耗產出的能源技術效率可定義為單位能耗產出的實際值和理論值的比例。理論值是指當Uit=0時的單位能耗產出，即能源的利用率完全有效的，不存在非效率的影響。能源技術效率TE取值在0和1之間，越接近于1效率越高。式(4)代非效率影響的方差是總誤差方差的構成比例，其中γ∈[0，1]，該參數是判定是否要包含非效率影響因素方程的重要指標，γ越接近1說明非效率方程的設定越合理。

本文采用Coelli(1996)編寫的Frontier4.1程序對上述模型進行聯立的最大似然法估計。

(二)數據來源及說明

本文選取了1995-2007年中國29個省(自治區、直轄市)作為全國對外開放對能源技術效率影響的研究樣本，并劃分為東中西部地區來反映對外開放對我國不同區域能源技術效率影響的差異。其中，東部地區包括北京、天津、河北、遼寧、上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東、海南11個省市;中部地區包括山西、吉林、黑龍江、安徽、江西、河南、湖北、湖南8個省市;西部地區包括四川、廣西、貴州、內蒙古、云南、陜西、甘肅、寧夏、新疆、青海10個省市。對本文所涉及到的數據簡要說明如下:

1.單位能耗產出()的度量:用能源消耗量與國內生產總值的比率來表示，數據來源于《中國能源年鑒》的相應各期，其中，國內生產總值按1995年各個省市的不變價格進行換算，能源消耗量采用萬噸標準煤作為單位。

2.能源投入數據(E)的度量:用各省每年的能源消耗量來表示，數據來源于《中國能源統計年鑒》及《中國工業交通能源50年統計資料匯編》的相應各期，單位是萬噸標準煤。

3.資本投入數據(K)的度量:目前各省資本存量的統計資料無法獲得，本文采用的是單豪杰[11](2008)估算的資本存量值。

4.勞動力(L)的度量:用各省市各年年均從業人數來表示，數據來源于《中國統計年鑒》的相應各期。

5.外商直接投資額(FDI)的度量:用實際利用的外商直接投資總額來表示。數據來源于《中國對外經濟統計年鑒》的相應各期、《中國外商投資報告2006》及《中國外商投資報告2007》。按照各年美元兌人民幣匯率的加權平均值將各年FDI值換算成人民幣。

6.全社會固定資產投資(I)的度量:采用相應年份的《中國統計年鑒》公布的全社會固定資產投資額來表示。

7.進口(IM)和出口(EX)值的度量:用各省(自治區、直轄市)按境內目的地和貨源地分的商品進口額和出口額來表示，并按照相應年份美元兌人民幣匯率的平均值將各年的數值換算成人民幣，數據均來源于《中國區域經濟統計年鑒》的相應各期。

三、經驗分析結果

(一)模型的估計與檢驗

利用Frontier4.1程序(1)和(2)式組成的隨機前沿聯立模型進行估計，估計結果見表1。

從表1中的γ的值為0.8553，其估計的標準誤差僅為0.1086，這表明了非效率影響的方差是總誤差方差的重要構成部分，設定帶非效率影響的隨機前沿函數是合理有效的。所有變量的系數估計值至少在5%的顯著性水平上顯著，模型的解釋力及可靠性均較強。

表2用廣義似然比統計量對模型的特性進行了相關的參數檢驗。第一個假設檢驗單位能耗產出是否完全技術有效，若拒絕原假設說明非效率方程設定恰當;第二個假設檢驗非效率水平是否受到對外開放程度的影響，若拒絕原假設說明對外開放是影響能源非效率的重要因素。從表2可知兩個原假設都被拒絕，設定的包含能源投入的C-D生產函數隨機前沿模型可以充分描述對外開放對中國工業行業能源技術效率的影響狀況。

(二)實證結果及原因分析

1.不同地區能源技術效率分析。歷年各地區能源技術效率的平均值為75.147%，說明我國能源技術效率還有較大的提高空間。通過對東中西部歷年的能源技術效率計算，得出各地區平均的能源技術效率水平，各區域的能源技術效率水平呈現如下特點:

第一，從時間上來看，東部、西部和中部能源技術效率呈現歷年不斷上升的態勢。如圖1所示，東部地區能源技術效率在1995年就已經達到77.8%，之后一直提高;而中部和西部地區在1995年的能源技術效率僅分別為63.9%和62.9%，之后均不斷上升，到2007年分別增加到77.8%和71.9%。

第二，從全國水平來看，29個省(自治區、直轄市)平均能源技術效率水平從1995年的68.8%持續提高，至2007年達到了82.2%，說明我國在1995-2007年間，整體能源技術效率取得了較大提高，各地區單位能耗產出越來越高，越來越接近最優的產出值或者能源生產的前沿面，能源利用過程中的無謂損失越來越少。

第三，從不同地區來看，東部、中部和西部地區能源技術效率存在明顯差異。1995-2007之間，東部地區能源技術效率歷年均遠最高，西部地區能源技術效率最低。

2.對外開放對能源技術效率的影響。對外開放對我國能源技術效率提高具有明顯的促進作用，出口、進口和FDI均會促進我國能源效率的提升。

(1)從對外貿易角度來看，進口依存度每增加1%，會提高我國能源技術效率水平0.221%，而出口依存度每提高一個百分點，會降低能源無效率水平0.0424個百分點。

國際貿易主要通過以下三個途徑影響能源技術效率:

首先，通過優化進出口商品結構。從出口角度，一國大量出口能源技術效率低下的產品使得同樣產出消耗更多能源投入，增加最終產品的成本，減弱商品國際競爭力，對外開放將會促使國內企業努力提高能源生產率，降低生產成本，提高產品的競爭力，在出口貿易中取得更多的利益。從進口角度，其一，一國可以進口低能耗的產品作為中間投入品，相對于自身較低的能源效率而言，可以減少能源投入，從而提高最終產品單位能耗的產出值;第二，節能技術和資本品進口貿易對一國的能源效率的提升也有重要的作用。一國有兩種途徑取得技術進步:一是依靠本國力量進行研究與開發，二是從國外購買技術，而發展中國家往往缺乏足夠的資金和人力進行高風險的技術創新，可以通過從國外購買節能技術和蘊含高科技的資本品快速提升本國能源技術效率;第三，對外開放使得我國從國際市場進口能源技術效率較高的產品從而減少能源要素的投入，使得國內進口競爭部門面臨日趨擴大的市場壓力，促使其努力提升能源技術效率，爭取在市場上擁有一席之地。

其次，通過促進一國技術進步。國際貿易有利于技術知識在全球的積累和運用，通過商品交換和人員交流，不僅可以使知識與專業化人力資本在我國迅速積累，還可以節約一部分研究與開發費用，增加單位能耗的產出值，提升各貿易參與國的能源技術效率。

最后，通過促進一國產業結構升級。國際貿易有助于我國抓住新一輪全球產業結構調整的契機，培育新的資本技術密集型產業，促進產業的不斷升級，從而提升一國國際分工地位。而處于全球價值鏈低端的國家，在生產中往往消耗更多初級資源。從前文實證可知，資源密集型行業和資本密集型行業的能源技術效率分別處在最低和最高水平，因此產業結構向資本密集型行業的升級有利于能源技術效率的提高。

(2)從外商直接投資指標來看，外商直接投資相對全社會固定資產投資的規模每增加1%，會提高能源技術效率0.0166%，外商直接投資解決了東道國國內資本不足的問題，同時通過示范—模仿效應、競爭效應、關聯效應、人力資本效應等渠道，不僅帶動東道國相關產業的技術進步，推動產業發展，而且通過加劇市場競爭，迫使東道國企業更有效地利用現有資源，推動企業技術效率的提高和技術創新水平提升。這些技術溢出效應促進了東道國的技術水平、生產效率和管理技能不斷提高，能源技術效率不斷改善。

(3)從虛擬變量的系數值可以得知，不同地區能源技術效率存在差異。東部地區的各省市，能源技術效率比全國平均水平高0.0442個單位，而處于西部地區的省市則會低0.0046個單位。這與東中西部地區經濟發展不平衡、自然資源條件，社會發展基礎等息息相關。由于地區開放次序、開放程度不同以及原有的社會經濟基礎、區位條件等導致各地區對外開放水平存在巨大差異，而東中西部地區呈現出的能源技術效率水平的明顯差異，與這些地區對外開放度的差異相關性很大。

四、結論與政策建議

本文通過設定帶非效率影響的隨機前沿函數，利用1999-2007年中國29個省市的非平衡面板數據和聯立的最大似然估計法，對我國各省市的能源技術效率進行了測度，并分析了對外開放程度對其的影響機制，主要結論如下:

第一，1995-2007年間，我國各省(自治區、直轄市)的能源技術效率都有明顯上升，但東部地區的能源技術效率遠高于中西部地區，而中部地區又高于西部地區。

第二，對外開放度對我國能源技術效率的提升有著顯著影響，其中進口占GDP比重每增加1%，能源技術效率將提高0.221%;出口占GDP比重每增加1%，能源技術效率將提高0.0424%;FDI占全社會固定資產投資的比例每增加一個百分點，能源技術效率將提升0.0166%。

為提高我國各省市能源技術效率，各省(自治區、直轄市)應當堅持對外開放，發展對外貿易，積極引進外商直接投資，充分利用其溢出效應，提高各地區能源利用的技術效率;同時應注意不同區域之間經濟的協調發展，縮小東中西部地區之間能源利用效率的差距。

參考文獻:

[1] 史丹.我國經濟增長過程中能源利用效率的改進[J].經濟研究，2002(9):49-56.

[2] 劉傳哲，王艷麗.對外開放度對我國區域技術效率的影響[J].工業技術經濟，2006(6):78-52.

[3] 魏楚，沈滿洪.能源效率及其影響因素:基于DEA 的實證分析[J].管理世界，2007(8):66-76.

[4] 李未無.對外開放與能源利用效率:基于35個工業行業的實證研究[J].國際貿易問題，2008(6):7-15

[5] Bosseboeuf D，Chateau B，Lapillonne B. Cross-country comparison on energy efficiency indicators[J].Energy Policy，1997(9):673-682.

[6] Murray G Patterson. ，What is energy efficiency?Concepts，indicators and methodological issues [J].Energy Policy，1996(24):377-390.

[7] Hu Jin-Li， Wang Shih-Chuan.Total-factor energy efficiency of regions in China[J].Energy Policy，2006(34):3206-3217.

[8] 史丹，吳利學，傅曉霞.中國能源效率地區差異及其成因研究[J].管理世界，2008(2):35-43.

[9] 李世祥，成金華.中國能源效率評價及其影響因素分析[J].統計研究，2008(10):18-27.

[10]Battes G.E，Coelli T.J. A Model for Technical In efficiency Effects in a Stochastic Production Frontier for Panel Data [J].Empirical Economics，1995(20):325-332.

[11]單豪杰.中國資本存量K的再估算:1952-2006[J].數量經濟技術研究，2008(10):17-31.

(責任編輯:陳樹明)