基于超效率DEA模型的中國(guó)能源效率測(cè)算與實(shí)證研究

王世進(jìn)

（江蘇師范大學(xué)商學(xué)院，徐州 221116)

基于超效率DEA模型的中國(guó)能源效率測(cè)算與實(shí)證研究

王世進(jìn)

（江蘇師范大學(xué)商學(xué)院，徐州 221116)

摘要隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，在能源需求量日益擴(kuò)大的同時(shí)，二氧化碳排放量也快速增長(zhǎng)，中國(guó)面臨著越來(lái)越嚴(yán)峻的能源和環(huán)境形勢(shì)。為了實(shí)現(xiàn)“十二五”規(guī)劃節(jié)能減排目標(biāo)及2030年實(shí)現(xiàn)碳峰值的承諾，提高能源效率和碳減排成為了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。本文選取與能源效率存在密切關(guān)系的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)進(jìn)步、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平作為主要影響因素，基于超效率DEA模型對(duì)中國(guó)1980-2011年的能源效率進(jìn)行了測(cè)算，利用VEC模型分析發(fā)現(xiàn)能源效率與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)進(jìn)步、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平之間存在長(zhǎng)期的協(xié)整關(guān)系；同時(shí)，在此基礎(chǔ)上利用脈沖響應(yīng)函數(shù)和方差分解模型就我國(guó)能源效率與其影響因素之間的短期動(dòng)態(tài)關(guān)系作進(jìn)一步分析，結(jié)果顯示，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、技術(shù)進(jìn)步對(duì)能源效率得提升有積極的正效應(yīng)，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)其有一定的負(fù)面影響，從各因素對(duì)能源效率的貢獻(xiàn)百分比來(lái)看,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例對(duì)能源效率的貢獻(xiàn)最大,然后依次是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和技術(shù)進(jìn)步。最后結(jié)合以上分析，從加大研發(fā)收入、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、提升技術(shù)利用水平、發(fā)展清潔能源技術(shù)、推廣新能源使用與技術(shù)擴(kuò)散能方面提出了可行性建議與對(duì)策。

關(guān)鍵詞能源效率；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；技術(shù)進(jìn)步

引言

全球性能源短缺和氣候變化促使能源效率問(wèn)題成為研究焦點(diǎn)，在我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程中，能源已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)不可完全替代的限制性生產(chǎn)要素。隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，能源和環(huán)境的約束瓶頸已經(jīng)越來(lái)越接近底線，提升能源利用效率，成為擺在我國(guó)政府面前的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[1，2]。

1　相關(guān)研究

Wei和Shen利用生產(chǎn)曲線分析得出簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)調(diào)整只能對(duì)能源效率的改善起到有限的作用，而且邊際改進(jìn)會(huì)越變?cè)诫y，成本問(wèn)題凸顯，真正的能源效率提高要靠技術(shù)進(jìn)步的結(jié)論[3]。

Chien和Hu在對(duì)不同國(guó)家的能源效率研究中發(fā)現(xiàn)，煤炭在國(guó)家能源比重中占有率越高，則不利于能源效率的提高[4]。

王志剛等則從政府財(cái)政支出角度分析了過(guò)高的政府支出不利于生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效率的提升[5]。

高振宇和王益將我國(guó)劃分為高效、中效、低效的能源生產(chǎn)率區(qū)域，并指出投資、能源價(jià)格及經(jīng)濟(jì)水平是影響能源生產(chǎn)率的主要因素[6]。

譚忠富和張金良利用DEA構(gòu)建能源效率指標(biāo)，并分析了現(xiàn)代服務(wù)業(yè)、政府財(cái)政支出、外貿(mào)結(jié)構(gòu)對(duì)能源效率的影響[7]。

以上研究主要分析了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技水平、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)對(duì)能源效率的影響，但未考慮到經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)能源效率變化的影響，同時(shí)目前的測(cè)算能源的指標(biāo)還存在缺陷，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果存在差異，不利于分析能源效率的影響因素。

本文首先運(yùn)用超效率DEA模型計(jì)算出我國(guó)1980—2011年的能源效率，其次基于VEC模型實(shí)際考察經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、技術(shù)進(jìn)步、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)多種因素對(duì)能源效率的長(zhǎng)期影響，同時(shí)使用脈沖響應(yīng)函數(shù)及方差分解模型度量了各個(gè)因素對(duì)能源效率的動(dòng)態(tài)影響，最后提出建議，在科技方面，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有成熟技術(shù)的推廣與利用，提高技術(shù)效率水平；在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面，應(yīng)引導(dǎo)經(jīng)濟(jì)向第三產(chǎn)業(yè)縱深調(diào)整，注重輕工業(yè)的發(fā)展；在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)方面，應(yīng)加強(qiáng)推廣新能源技術(shù)的使用與擴(kuò)散，加強(qiáng)水電、風(fēng)能的使用效率。

2　能源效率的計(jì)算

2.1 模型選擇

由于傳統(tǒng)的DEA 模型存在著明顯的弱點(diǎn)，即會(huì)得到較多的有效單元，無(wú)法對(duì)有效單元進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)價(jià)。而超效率DEA模型可以對(duì)能源效率進(jìn)行排序。在超效率DEA模型中，無(wú)效率的決策單元效率值與傳統(tǒng)的DEA模型一致，而對(duì)于有效率的決策單元，如效率值為1.5，則表示該決策單元即使再等比例增加50%的投入，它在所有決策單元集合中仍能保持相對(duì)有效。超效率DEA模型如下：

2.2 變量與指標(biāo)確定及計(jì)算結(jié)果

關(guān)于投入指標(biāo)的選取，目前主要以三要素和四要素投入模型應(yīng)用比較廣泛。三要素投入模型強(qiáng)調(diào)人力、能源與資本三方面，而四要素投入模型在此基礎(chǔ)上加上了農(nóng)作物種植面積這一指標(biāo)，該指標(biāo)較易夸大生物質(zhì)能的功能與規(guī)模，所以本文采用三要素投入模型進(jìn)行測(cè)算。

能源資源選用的是全國(guó)的能源消費(fèi)總量這一指標(biāo)來(lái)衡量；在衡量勞動(dòng)力資源時(shí)，擬以勞動(dòng)者的素質(zhì)以及數(shù)量來(lái)確定勞動(dòng)力資源的量，由于勞動(dòng)者的素質(zhì)難以確定，選取了當(dāng)期勞動(dòng)人口數(shù)作為衡量指標(biāo)，當(dāng)期勞動(dòng)人口數(shù)=（上一期年底職工數(shù)+當(dāng)期年底職工數(shù)）/2；資本資源采用“永續(xù)盤存法”來(lái)計(jì)算全國(guó)當(dāng)期實(shí)際資本存量，以1980年的基期計(jì)算[8]。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，本文選擇GDP作為產(chǎn)出的指標(biāo)[9,10]。

以能源消費(fèi)總量、勞動(dòng)力及資本存量作為投入指標(biāo)，以當(dāng)期GDP作為產(chǎn)出指標(biāo)，把1980—2011年的每年作為決策單元，利用Lindo軟件計(jì)算出各年份的能源效率。

從表1可以看出，我國(guó)能源效率的總體趨勢(shì)是先上升，后下降，再上升，再下降后在2002—2011年保持在1.00左右，其中在1995年降到谷底，在2001年達(dá)到鼎盛時(shí)期。是什么因素引起能源效率的變動(dòng)？這個(gè)問(wèn)題引人深思。

3　基于VEC模型的分析

3.1影響因素的選擇與數(shù)據(jù)來(lái)源

當(dāng)前我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，本文集中研究經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵變量。

第三產(chǎn)業(yè)是耗能較低的產(chǎn)業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)比重的高低將影響能源效率的變化。在衡量經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，選取的是第三產(chǎn)業(yè)比重，用DSCY來(lái)表示。

技術(shù)進(jìn)步可以通過(guò)科技的發(fā)展提升設(shè)備的使用效率，減少中間的能耗，優(yōu)化資源配置，促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)部門效率的提高。要衡量科技因素，需涉及多方面的指標(biāo)，對(duì)于技術(shù)進(jìn)步指標(biāo)難以刻畫(huà)，考慮到數(shù)據(jù)的難以采集，且國(guó)內(nèi)外三項(xiàng)專利的授權(quán)數(shù)在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家的技術(shù)進(jìn)步狀況，所以用國(guó)內(nèi)外三項(xiàng)專利的授權(quán)數(shù)來(lái)反映全國(guó)的技術(shù)進(jìn)步狀況，用ZLS表示。

為了考察能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)對(duì)能源效率的影響程度，本文采用水電消耗在一次能源消費(fèi)總量中的比重來(lái)衡量能源結(jié)構(gòu)變化，用SDBZ表示水電占能源消費(fèi)總量比重。

人均GDP是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的指標(biāo)，影響著能源效率的高低。

為了消除數(shù)據(jù)的異方差，對(duì)所有的數(shù)據(jù)取對(duì)數(shù)，分別用LNNYXL、LNCZZC、LNGDP、LNSDBZ、LNZLS表示能源效率、第三產(chǎn)業(yè)比重、人均GDP、水電比重和國(guó)內(nèi)外專利授權(quán)數(shù)取對(duì)數(shù)后的值。

本部分首先對(duì)變量的平穩(wěn)性進(jìn)行檢驗(yàn)和對(duì)模型的協(xié)整性進(jìn)行檢驗(yàn)，協(xié)整檢驗(yàn)通過(guò)后再建立VEC模型。使用向量誤差修正模型可以分析五個(gè)變量之間的波動(dòng)關(guān)系，利用方差分解模型與脈沖響應(yīng)函數(shù)分析能源效率與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人均GDP、水電比重及國(guó)內(nèi)外專利授權(quán)數(shù)之間的動(dòng)態(tài)影響并做進(jìn)一步分析，VEC模型是含有協(xié)整約束的VAR模型，可以應(yīng)用于具有協(xié)整關(guān)系的非平穩(wěn)時(shí)序建模，較之傳統(tǒng)的OLS方法，它既可以保證時(shí)間序列的穩(wěn)定性，又可以保證結(jié)論的科學(xué)客觀性。

3.2平穩(wěn)性檢驗(yàn)

本文采用ADF檢驗(yàn)方法對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢驗(yàn)，各變量的水平值序列是非平穩(wěn)序列，但各原始變量的一階差分變量在5%的顯著性水平下都是平穩(wěn)序列。

表1　1980—2011年我國(guó)的能源效率

3.3 協(xié)整檢驗(yàn)

為了檢驗(yàn)?zāi)茉葱?、?jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、技術(shù)進(jìn)步、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)之間是否存在長(zhǎng)期的均衡關(guān)系，本文在向量自回歸模型結(jié)果的基礎(chǔ)上，運(yùn)用基于回歸系數(shù)的多變量協(xié)整檢驗(yàn)。首先根據(jù)AIC和SC準(zhǔn)則確定最優(yōu)滯后階數(shù)為2，然后對(duì)能源效率、第三產(chǎn)業(yè)比重、人均GDP、水電比重、國(guó)內(nèi)外專利授權(quán)數(shù)進(jìn)行協(xié)整檢驗(yàn)[11]。得到協(xié)整方程：

其中，判定系數(shù)R2=0.982 3，擬合程度較好由以上方程得知能源效率與影響因素間存在著長(zhǎng)期的協(xié)整關(guān)系，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)能源效率提升的貢獻(xiàn)為3.193，技術(shù)進(jìn)步對(duì)能源效率提升的貢獻(xiàn)最大，達(dá)到0.233，能源效率對(duì)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)達(dá)到0.559，由于我國(guó)目前水電資源開(kāi)發(fā)程度不足25%，所以應(yīng)大力發(fā)展水電。而能源效率對(duì)GDP的彈性為-1.020，可見(jiàn)能源效率并沒(méi)有隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而提高，反而降低。

從短期來(lái)看，滯后一期的各變量對(duì)能源效率短期波動(dòng)的影響系數(shù)分別為-0.622、0.038、0.325、-0.025，影響最大的為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。此外，能源效率還受到誤差修正項(xiàng)的影響，其反映了變量在短期波動(dòng)中偏離長(zhǎng)期均衡關(guān)系的程度，系數(shù)越大，說(shuō)明短期波動(dòng)對(duì)長(zhǎng)期均衡的調(diào)整力度越大。

3.4 脈沖響應(yīng)分析

協(xié)整分析只能說(shuō)明能源效率與其影響因素存在長(zhǎng)期的關(guān)系，并不能說(shuō)明每個(gè)影響因子的變動(dòng)對(duì)整體平衡的擾動(dòng)。而脈沖響應(yīng)函數(shù)描述的是，在擾動(dòng)項(xiàng)上加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差大小的沖擊對(duì)于內(nèi)生變量當(dāng)前值和未來(lái)值所帶來(lái)的影響。沖擊一個(gè)變量可以通過(guò)VAR模型傳遞給其他的內(nèi)生變量，下面分別給各影響因素一個(gè)單位大小的沖擊，得到關(guān)于能源效率的脈沖響應(yīng)函數(shù)圖（圖1）。

從圖1中可以看出，給第三產(chǎn)業(yè)比重一個(gè)正向的沖擊，能源效率在第3期達(dá)到最低點(diǎn)，而后又持續(xù)上升，至第8期達(dá)到最高點(diǎn)，這說(shuō)明第三產(chǎn)業(yè)的正向沖擊對(duì)提高能源利用效率具有明顯的促進(jìn)作用，并且這一顯著促進(jìn)作用具有較長(zhǎng)的持續(xù)效應(yīng)。

給能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)一個(gè)正向的沖擊力后，能源效率迅速提升，在第2期達(dá)到最高，而后逐漸下降至平穩(wěn)水平，這說(shuō)明我國(guó)水電占總能耗量比重的變動(dòng)對(duì)能源效率的提升產(chǎn)生了積極的作用。在我國(guó)非化石能源構(gòu)成中，水電占主導(dǎo)地位，充分利用水電資源有助于長(zhǎng)期提高能源效率。因此，應(yīng)加大對(duì)非石化能源的開(kāi)發(fā)和利用。

對(duì)人均GDP的正向沖擊在前期會(huì)直接導(dǎo)致能源效率的下降，在第3期出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)，變?yōu)檎蜃饔?，這說(shuō)明一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的高低會(huì)直接影響能源效率的變化。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，國(guó)家會(huì)加大節(jié)能投入。

技術(shù)進(jìn)步對(duì)能源效率的影響從第5期開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，技術(shù)進(jìn)步對(duì)能源效率的提高作用明顯，這與Fisher-Vanden，Jeffrson等人的研究結(jié)果無(wú)異[12]。但由于技術(shù)進(jìn)步存在回報(bào)效應(yīng)，使衡量技術(shù)進(jìn)步對(duì)能源效率的影響變得復(fù)雜，這也是導(dǎo)致科技進(jìn)步對(duì)提升能源效率的作用力有所降低的可能原因。

圖1　脈沖反應(yīng)函數(shù)結(jié)果

3.5 方差分解

方差分解是通過(guò)分析各個(gè)影響因素對(duì)內(nèi)生變量產(chǎn)生影響的程度來(lái)評(píng)價(jià)各個(gè)影響因素的相對(duì)重要性[13]，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以測(cè)算出各個(gè)影響因素對(duì)能源效率的貢獻(xiàn)程度，結(jié)果顯示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化對(duì)能源效率的貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到20%左右，一直保持著上升的趨勢(shì)；其次是能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，貢獻(xiàn)率最大值在第3期達(dá)到12%；技術(shù)進(jìn)步和我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)能源效率的貢獻(xiàn)率都是逐漸增大的，并都在第5期達(dá)到各自的最大值，即7.3%、3.5%左右。這說(shuō)明當(dāng)務(wù)之急是完善我國(guó)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和調(diào)整我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。

4　結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本文首先利用超效率DEA模型計(jì)算出1980—2011年的能源效率，基于VEC模型分析能源效率與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)進(jìn)步、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平這四個(gè)變量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系,研究表明，我國(guó)能源效率與其影響因素之間存在長(zhǎng)期的關(guān)系。從長(zhǎng)期關(guān)系來(lái)看，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)能源效率的正面影響最大，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)對(duì)能源效率的拉動(dòng)也較大，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平會(huì)制約能源效率的提高。從各變量對(duì)能源效率的沖擊反應(yīng)來(lái)看，第6期將出現(xiàn)正沖擊效應(yīng)；從貢獻(xiàn)率上看，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化貢獻(xiàn)最大，其次是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)及技術(shù)進(jìn)步。

4.2 相關(guān)建議

對(duì)于技術(shù)進(jìn)步方面，不應(yīng)該只是單純地模仿引進(jìn)，而應(yīng)在現(xiàn)有成熟技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新與提高效率，提升其使用的節(jié)能水平，在生產(chǎn)過(guò)程中盡量避免能源消耗；加大研發(fā)投入，將能源廢料變廢為寶，提高使用效率。

與此同時(shí)，也應(yīng)逐漸引導(dǎo)經(jīng)濟(jì)向第三產(chǎn)業(yè)縱深，注重輕工業(yè)的發(fā)展。在財(cái)政支出上應(yīng)繼續(xù)加大，可以將其用于節(jié)能技術(shù)、節(jié)能教育等方面，以利于提高能源效率。在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)方面，應(yīng)大力發(fā)展清潔能源

技術(shù)，提高化石能源及傳統(tǒng)能源的使用效率，同時(shí)不斷推廣新能源的使用與技術(shù)擴(kuò)散，加大可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重。

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Measurement and Empirical Research on Energy Effi ciency of China Based on Super-Effi ciency DEA Model

Wang Shijin
(School of Business Jiangsu Normal University，Xuzhou 221116)

Abstract：With the speeding up of urbanization and industrialization process, energy demand and carbon emissions are growing rapidly, and China is facing more and more serious energy and environmental situation. To realize the energy saving and emission reduction targets of the 12th Five-Year Plan and the promise of the peak value of carbon emission of China in 2030, China has been urged to improve energy effi ciency and reduce carbon emissions. Energy efficiency closely related factors as industrial structure, technical progress, energy consumption structure, and economic development level were chosen to calculate the energy effi ciency from 1980 to 2011 based on Super-Effi ciency DEA Model in this paper. An approach based on co-integrated VEC model showed that the long run cointegration relationship exists between previous four factors and energy efficiency. The paper also examined the dynamic relationship between energy efficiency and its influencing factors with the impulse response function and variance decomposition.We found that industrial structure, energy consumption structure and technical progress have great positive influence on China’s energy efficiency. Nevertheless, economic development level produced negative effects. At last, suggestions and countermeasures were put forward as follows: increasing research income, adjusting the industrial structure, optimizing the structure of energy consumption, improving the utilization level of technology and developing clean energy technology, promoting ne w energy and technology diffusion.

Keywords:energy effi ciency；industrial structure；technical progress

中圖分類號(hào)：X196

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-6252（2015）05-0073-05

基金項(xiàng)目：江蘇省社科應(yīng)用研究精品工程，江蘇城市居民低碳節(jié)能行為及政策研究（15SYC－015）；江蘇師范大學(xué)博士學(xué)位人員支持項(xiàng)目“低碳視角下江蘇城市居民節(jié)能行為及政策研究”（14XWR020）；2015年江蘇省社科基金青年項(xiàng)目“江蘇城鎮(zhèn)化與區(qū)域碳減排的協(xié)同發(fā)展研究”（15EYC003）。

作者簡(jiǎn)介：王世進(jìn)（1980—），男，博士，江蘇師范大學(xué)商學(xué)院講師，研究方向?yàn)榈吞嫁D(zhuǎn)型。