基于DEA模型的中國省際節油潛力實證分析

陳芳

（中南財經政法大學 經濟學院，湖北 武漢 430073）

1 引言

當前我國經濟快速增長，各項建設取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環境代價，具體表現為經濟發展與資源環境的矛盾日趨尖銳，群眾對環境污染問題反應強烈。堅持節約資源和保護環境是我國的一項基本國策，十八大報告進一步指出要全面促進資源節約，加強生態文明制度建設，要集約利用資源，控制能源消費總量，加強節能降耗。為實現這一目標，可以從兩個方面考慮：一是提高能源的利用效率，在當前的技術條件下，主要是通過節能的方式；二是調整能源結構，積極發展清潔能源。在較長的一段時間內，石油在我國的能源結構中的地位是無法被取代的，因此要實現我國經濟又好又快的發展，最有效的方式就是分析工業部門的節油潛力，進而提高石油利用效率。這有助于“資源節約型、環境友好型”社會的建設，加快生態文明社會建設的步伐。

2 基于DEA模型的工業部門節油潛力

著名運籌學家Charnes A（1978）提出來的數據包絡分析法，簡稱 DEA（Date Envelopment Analysis）方法，基于相對效率評價的多投入、多產出分析方法，用來評價具有多個輸入與輸出決策單元（DMU）的相對有效性，規模報酬不變和規模報酬可變是DEA分析法兩種假設形式。兩種假設形式下的DEA模型又分為投入導向的DEA模型和產出導向的DEA模型。如果考察的是產出擴張的能力，則選擇產出導向的DEA模型；如果考察的是投入要素的節約能力，選擇投入導向的DEA模型更為合適。同時，許多學者研究中國工業的實際情況發現，規模保持不變假設基本符合中國工業的實際情況。本文主要分析的是節油潛力所以選擇規模保持不變假設下基于投入角度的DEA模型。

假設有n個獨立的評價單元，每個評價單元使用m種投入Xi得到S種產出Yi。M×N為投入矩陣X，S×N為產出矩陣Y，用它們來表示N個決策單元的所有數據，則第i個決策單元的效率可以轉化為求解以下線性規劃問題：

式（1）中，θ為標量；λ為N×1的常向量，解出來的θ值即為第i個決策單元的效率值。

在規模報酬不變的前提下，基于投入的DEA模型如圖1。

圖1 基于投入導向的規模報酬不變效率模型

折線SS＇稱之為等產量線，是指在規模報酬不變下產出一定的最優效率曲線，C、D在等產量曲線上表明該點是有效率的投入與產出，其他4點（A、B、A′、B′）分別代表4個不同條件地區的投入與產出。A′、B′在等產量線的外面，說明達到相同的產量需要增加更多的投入，也就是要消耗更多的資源。A′在等產量線上的投影是A，而A也不是最佳有效率點，可以通過減少資源消耗或者投入AC達到最優效率的投入與產出點C，整個過程產出不變，同理可以分析B′在等產量線上的投影B點。AC與BD都稱之為無效率投入與產出，會導致這些無效的要素投入量主要是由于資源配置和技術投入的不合理導致的。而在規模報酬不變的前提下，資源要素投入的節能潛力就在于AC、BD。

根據上面的分析，就可以定義在全要素能源使用效率，其公式可以表述為：全要素能源使用效率＝（實際能源投入量－損失投入量）／實際能源投入量，數學公式為：

其中i為第i個省區，t為時間，EE（Energy）為能源效率，AEI為實際的能源投入量，LEI為損失的能源投入量，TEI為目標能源投入量。由此可以算出工業節能潛力為損失能源投入量（也可以看做是可節約能源量）比上實際能源投入量，數學表達式為：

上式的比值越大，就說明能源投入損失的越多，也就是說可以節約的能源就越大，節能潛力就越大。

3 省際工業部門節油潛力實證分析與測算

3.1 指標數據的選取與說明

本文主要考察我國各個省區工業部門的全要素能源效率（西藏數據不全，故未包括在內），以各省區的工業GDP為產出，勞動力投入、石油消費量、資本存量為投入，基于DEA模型分析節油潛力。

工業GDP：選取各省區工業部門GDP，用各省區工業品出廠價格指數（2003年＝100）平減得到相應年份各省區工業實際GDP數，單位為億元。

勞動力投入：選取各省市歷年就業人數作為勞動力投入指標，單位為萬人。

石油消費量：以各省區工業部門的終端油品消費量為指標，單位為萬t。西藏由于缺少能源數據，故沒有包括在樣本內。

資本存量：選取各省區全社會固定資產投資總額，以固定資產投資價格指數將其調整為2003年不變價格的固定資產投資。再采用“永續盤存法”的公式計算得出以2003年為基期的各省市的資本存量。

各省市每年的資本存量的計算公式如下：

其中Ki，t為第i省區第t年的工業部門的資本存量，Ii，t為第 省區第t年平減后的固定資產投資總額，δ為固定資產折舊率，本文取值5%。參考邵軍等（2010）估計方法，假設基期的工業部門的資本存量為以前所有期的總和，且Ii，t＝Ii，0eλiΔt。

基期2003年工業部門的資本存量可由以下公式計算得出：

以上指標數據均來自于《中國統計年鑒》和《中國能源統計年鑒》，分析的時間區間為2004～2012年。上述產出與投入均值統計如表1所示。

3.2 省際工業全要素石油利用效率以及節油潛力分析

根據模型，以各省區工業GDP為產出，以勞動力、石油消費量和資本為投入，運用DEAP2.1軟件，可以計算出全國各省區工業全要素石油利用效率，具體結果如表2所示。

表1 2004～2012年我國各省區工業部門GDP及各投入要素的均值

從表2的石油相對利用效率總體來看，工業部門的石油利用率并不理想，各省區歷年石油利用率上升趨勢不明顯，部分省區甚至有下降趨勢。從各省區來看，江蘇省工業全要素能源效率一直為100%，廣東省（99.5%）和天津市（99.6%）隨后也基本上達到了100%，處于效率前沿面上，但這并不意味著這些省區的節油潛力為零，而是在目前的技術水平和生產投入水平下，與其他省區相比較而言這些省區具有更高的能源利用效率。福建（90.8%）、浙江（90.1%）、上海（83.9%）、山東（81.4%）、河北（77.9%）、河南（71.0%）這6個省市的石油利用效率均高于70%。工業部門石油利用效率最低的省區主要是海南（36.9%）、新疆（37.1%）、寧夏（40.4%）、貴州（43.0%）等省區。這些省區均位于我國經濟相對落后的西北地區，全要素石油利用效率總體水平較低。這說明這些省區的石油效率損失較為嚴重，亟需提升工業石油利用效率。

根據式（3），可以計算得到各省區的節油潛力，將部門的目標石油投入量減去實際石油投入量所得到的差額相對比就可以得到各省區的節油量，進而得到該地區節油量占全國的比重，具體結果如表3所示。

表2 我國各省區工業部門全要素石油利用效率 %

表3 各省區工業節油量與節油潛力測算

從表3可以看出，2010～2012年我國總體節油潛力不高，均值在30%左右。處在最有前沿面上的幾個省區，如江蘇、廣東、天津節油潛力最低，接近于零，表明在當前技術條件和產出水平下，相對于其他省區，無法實現石油投入的進一步節約，在產出不變的情況下無法進一步減少石油投入量。而甘肅、海南、新疆等省區節油潛力較大，均高于60%，因此在目前技術條件和產出水平下可以實現能源投入的進一步減少，以提高工業石油利用效率。

4 結語

本文以DEA模型為基礎，測算了各省區工業全要素石油利用效率、可節油量以及節油潛力。各省區全要素石油利用效率的測算結果表明，沿海地區全要素石油利用效率要高于全國水平，中西部地區則明顯低于全國水平。工業部門的石油利用率并不理想，各省區歷年石油利用率上升趨勢不明顯，部分省區甚至有下降趨勢。大部分省區石油利用效率距離最有前沿面仍然有一定的距離，提高工業石油利用效率將積極改善各省區能源效率。各省區節油潛力測算結果表明，全要素石油利用效率越低的地區，節油潛力越大。石油利用效率提高對全國節油量和節油規模由較強的拉動作用。從研究結果中可見，湖北省工業部門2004～2012年全要素石油利用率均值為66.3%，處于各省區第11位，節油潛力在33%左右。位于中部地區的湖北省近幾年來發展迅速，工業部門對于經濟增長起著重要推動作用，相應地對于能源需求也比較大。伴隨著經濟增長和技術的進步，能源的利用效率也在不斷的提高，但是還是具有很大的節油潛力的。

為加快建設生態文明社會，建立生態文明制度，中國政府積極推行節能減排。短期內，石油仍然是我國第二大能源供給，工業行業是重點，因此提高工業部門的石油利用效率顯得尤為重要。工業石油利用效率的提高受多方面因素影響：石油市場完善程度；節油技術的進步；政策規章制定等。建立完善的、長效的節油市場機制，實現“政府推動、企業主導、消費者參與”的節油優先戰略。增加對節油技術的投資，加大替代能源的研發力度，在促進石油利用效率的同時，降低對于石油的依賴程度。同時也應該看到各省區之間石油利用效率、節能潛力有較大的差異，政府應針對各省區的石油利用情況和節油潛力，在制定相應政策時反映出不同的側重點。對于節油潛力較小同時石油利用率較高的地區，更加側重于尋求新的替代能源；反之，應該側重節油技術的開發，完善石油市場價格機制，積極引導企業提高石油利用率。

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