能源效率概念、分類及影響因素研究綜述

鞏芯儀

【摘 要】 文章梳理了我國能源經(jīng)濟學(xué)界數(shù)十年來對能源效率的概念、分類及影響因素等問題的研究成果，具體闡述了能源效率既有能源經(jīng)濟效率與能源環(huán)境效率之分，又有能源物理效率與能源經(jīng)濟指標之別，更有單要素能源效率與全要素能源效率之不同，而全要素能源效率則為學(xué)者們所青睞；同時指出，影響能源效率的因素既有技術(shù)進步、外商投資、對外開放度等短期因素，又有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與能源消費結(jié)構(gòu)等長期因素。

【關(guān)鍵詞】 能源效率；概念；分類；影響因素

一、能源效率概念

所謂能源，通常是指可供人類獲取各種形式的能量的自然資源。能源可具體它分為一次能源和二次能源兩大種類：前者是指沒有經(jīng)過人類加工的大自然中與生俱來的自然資源，主要包括直接來自太陽的福射能和間接來自太陽的煤炭、石油、天然氣以及風(fēng)能、海洋能等新能源；后者則是指依托一次能源的進一步加工和轉(zhuǎn)化從而獲取的能源，如通過風(fēng)力發(fā)電獲取的電能，加工石油制造的汽油等。

所謂能源效率（Energy Efficiency），是指能源開發(fā)、加工、轉(zhuǎn)換、利用等各個過程的效率，是能源投入產(chǎn)出的比例關(guān)系，即在增加單位國內(nèi)生產(chǎn)總值的前提下所需要消耗的能源量。能源效率生產(chǎn)率往往被用來代表一個國家或者特定地區(qū)的綜合能源利用效率。能源效率的提高，是指在相同產(chǎn)出下盡量減少能源的使用，或者使用等量的能源創(chuàng)造盡可能多的產(chǎn)出，它對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展非常有效。

近年來，有不少學(xué)者開始各個角度關(guān)注能源效率問題。現(xiàn)有的研究成果將能源效率分為能源經(jīng)濟效率和能源環(huán)境效率兩種情況：前者是指能源投入和經(jīng)濟產(chǎn)出的比例關(guān)系，后者則考慮到產(chǎn)出中對環(huán)境有影響的非期望產(chǎn)出，即能源投入與包括經(jīng)濟和非期望污染的產(chǎn)出之間的比例關(guān)系。也有學(xué)者提出，如果依據(jù)評估對象的范圍來劃分，則可將能源效率分為能源物理效率和能源經(jīng)濟指標兩種：前者是指能源通過加工后轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N新能源的投入與產(chǎn)出之比，其指標包括單位產(chǎn)品（或服務(wù)能耗）和物理能源效率（熱效率）；后者主要反映在社會財富創(chuàng)造和建設(shè)過程中通過使用能源能夠帶來多少經(jīng)濟效益的問題。

二、能源效率分類

在現(xiàn)行研究體系下，能源效率按照評價指標體系中投入要素的成分不同，可將其劃分為單要素能源效率和全要素能源效率兩大類。單要素能源效率中的投入要素只有能源一種投入，而全要素能源效率中的投入要素不僅包含能源要素，還包括資本和勞動力投入兩個要素。

1、單要素能源效率

1973年、1979年和1990年接連三次爆發(fā)的能源危機使包括西方發(fā)達國家在內(nèi)的世界各國普遍認識到了切實保障能源安全的重要性，進而紛紛將節(jié)約能源的理念（Energy conservation）提升到了國家發(fā)展戰(zhàn)略的高度，并作為工業(yè)振興發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要方向。但是，僅僅依靠強制性地限制能源的消耗量并非長久之計，因為隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，能源的消耗也必然會隨之增加，于是人們逐漸將目光集中于如何提高能源要素的生產(chǎn)效率，即Energy efficiency。能源效率的提出主要致力于實現(xiàn)盡可能使用較少的能源制造同樣數(shù)量的產(chǎn)品或提供同樣的服務(wù)。事實上，怎樣定義有益的產(chǎn)出與能源的投入是一件十分復(fù)雜的事情。Patterson（1993）[1]在該領(lǐng)域做出了杰出貢獻，他首先綜述了傳統(tǒng)的能源觀念，接著分別從物理學(xué)和經(jīng)濟學(xué)兩個視角揭示了能源效率的內(nèi)涵，在此基礎(chǔ)上，他還進一步總結(jié)出了能源效率的計量方法。在單要素生產(chǎn)率條件下的能源效率只關(guān)心一類投入，即能源要素，Patterson將能源效率具體分為以下四種類型：

（1）熱力學(xué)指標。其測度基本取決于投入與產(chǎn)出的熱量，完全以不同種類能源投入的具體熱量為基準來進行測算，它可以計算出能源實際使用及轉(zhuǎn)化的相對效率，但其不足在于只可運用于特定的能源產(chǎn)品，而無法在不同能源產(chǎn)品之間進行比較。

（2）物理—熱量指標。投入的資源以熱量單位計算，產(chǎn)出則以物理單位測量，即測量生產(chǎn)中所產(chǎn)生的服務(wù)。

（3）經(jīng)濟—熱量指標。這是一個混合指標，即按照市場價格計算生產(chǎn)服務(wù)產(chǎn)出，按照傳統(tǒng)的熱量單位計算能源投入，包括能源—GDP指標和能源生產(chǎn)率指標，兩者互為倒數(shù)。

（4）純經(jīng)濟指標。即根據(jù)投入能源和產(chǎn)出的市場價值進行測量。常見的計算方法是用國民能源投入比國民產(chǎn)出，它是由美國國會經(jīng)濟委員會在1981年提出的。該指標認為，能源價值/GDP比能源投入/GDP更能代表能源經(jīng)濟生產(chǎn)率，因為它能提供能源價格信息，從而對能源的供需變化作出一定的反應(yīng)。

上述四個指標均是基于單要素生產(chǎn)率框架下的能源效率指標，運用它們來進行測算，應(yīng)當說較為簡單、便利，但事實上也存在著明顯的不足：由于各個指標對怎樣定義“能源投入”與“有用產(chǎn)出”有著很多的不一致，這就使得具體計算的結(jié)果總是存在著偏差。

2、全要素能源效率

如上文所述，單要素能源效率雖然有其優(yōu)點，但其缺點也相當?shù)拿黠@，在測量整體的能源效率時，如果僅僅計入一種投入與一種產(chǎn)出，顯然是不充足的。在這種情況下，全要素框架的能源效率就應(yīng)運而生了，它從一個更為全面的角度考慮到了各個投入要素之間的相互影響。事實上，就投入要素而言，不僅需要計入能源因素，與此同時，投資資本、勞動力等因素也應(yīng)當在考慮之列，同樣在產(chǎn)出端，環(huán)境污染等負面因素也是實際測量中必須考慮計入的因素，全面綜合的考慮使全要素框架下的測量指標成為測算一個地區(qū)能源利用情況的更權(quán)威的指標。Farrell and Lovell （1978）[2] 在Debreu（1951）[3] 研究的基礎(chǔ)上首次提出了技術(shù)效率的理念，它是研究如何對資源進行最優(yōu)化利用時，即在各項投入要素不變的條件下盡可能使得產(chǎn)出最優(yōu)化，或者是實現(xiàn)在相同的產(chǎn)能條件下使得消耗的能源達到盡可能小的程度（Ferrier and Lovell，1990）。[4]他們一直希望能將相對效率這一概念表示為樣本點相對生產(chǎn)前沿的遠近程度，這一想法與帕累托效率的思路基本上一致。上述效率測算方法的實現(xiàn)，必須著眼于兩個關(guān)鍵點：一是如何進行生產(chǎn)前沿的確定；二是如何實現(xiàn)相對距離的測量。對于前者，即生產(chǎn)前沿的估算，能夠采用的方法有參數(shù)法和非參數(shù)法。

（1）參數(shù)法。參數(shù)法的基本思路是：首先通過先驗的生產(chǎn)函數(shù)或成本函數(shù)來進行參數(shù)估計，將函數(shù)測算中出現(xiàn)的誤差項分為無效率部分和隨機誤差部分，這一方法的優(yōu)點在于可對隨機產(chǎn)生的噪音進行闡釋，具體選取函數(shù)形式時，我們可以選取C-D生產(chǎn)函數(shù)、CES生產(chǎn)函數(shù)或Translog生產(chǎn)函數(shù)，然而，這一方法首先需要滿足先驗函數(shù)的假設(shè)前提，即使如此，對選擇的不同樣本也會出現(xiàn)不一致性。Ferrier and Lovell（1990）[5] 通過深入的研究，開創(chuàng)了利用隨機產(chǎn)生先驗函數(shù)（Stochastic Production Frontier，SPF），進而測算技術(shù)效率的思路。Cecilia Kwok-ying lam（2006）[5] 等人通過取代傳統(tǒng)的一般意義上的人均資本增長率，進而對跨國資本的技術(shù)效率實施了測度。史丹、張金隆（2008）[6] 通過使用前沿生產(chǎn)函數(shù)的隨機產(chǎn)生方法對不同地域能源效率不一致的情況進行了分析，特別估計測算了1980-2005年間中國不同地區(qū)能源使用的效率差異中各因素的作用大小，他們的工作是我國較早通過SFA這一方法測算地區(qū)能源效率差異的一種嘗試。

（2）非參數(shù)法。非參數(shù)法的基本思路則是：首先利用數(shù)據(jù)驅(qū)動從而生成的一條線性包絡(luò)凸面并以此為前沿函數(shù)，此方法的優(yōu)點在于不需要先驗的參數(shù)函數(shù)，也不需要對參數(shù)函數(shù)的估值，然而，非參數(shù)法難以處理隨機擾動，難以解釋擾動項的影響。非參數(shù)法一般包含有數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（Data Envelopment Analysis， DEA）和指數(shù)法，其中，DEA法最為廣大研究人員所青睞。

DEA法是將投入產(chǎn)出點映射在空間上，以最大產(chǎn)出或者最小投入為效率邊界，并以此作為測算其他點同邊界之間的相距程度的基準（Benchmark）。Boles（1966） [7] 和Afriat（1972）[8] 兩人首先通過研究論證了使用數(shù)學(xué)方法實施此種測算的可行性，他們的研究結(jié)論十分喜人，接下來一直到Charnes et al（1978）[9] 創(chuàng)造出了相關(guān)的模型并基于規(guī)模報酬不變進行了理論分析（CCR model），通過數(shù)據(jù)包絡(luò)來對能源效率進行研究的這一方法才逐漸步入主流視野。實際上，DEA法能夠很方便地實現(xiàn)對于決策單元（DMU）與前沿曲線之間的遠近大小的測算，換言之就是實現(xiàn)了能源效率的測度，這一進步為后來的技術(shù)進步提供了重要的工具。接著，Banker， Charnes與Cooper（1984）[10] 進一步提出了新的假設(shè)，即 CCR 模型中規(guī)模報酬可變性，他們的新思路相對于傳統(tǒng)假設(shè)更適合經(jīng)濟的實際狀況，不僅如此，當科技人員了解了要素價格信息后，他們就能夠以此估計不同要素的配置效率。DEA法的出現(xiàn)使得對于生產(chǎn)主體或各部門的全要素生產(chǎn)率進行分解成為可能，并且為后續(xù)勞動生產(chǎn)率的分析奠定了可靠的基礎(chǔ)。在接下來的一系列實踐中，F(xiàn)reeman et al.（1997）[11] 使用生產(chǎn)前沿法對生產(chǎn)中的要素效率進行了測算；Boyd and Pang（2000）[12] 提出了一個假設(shè)，即耗能高的工業(yè)實體同時擁有低能源效率，運用DEA方法進行了能源效率的測算，通過對實際的制造業(yè)企業(yè)進行研究來驗證，證實兩者雖有不一致可是相關(guān)度很大。魏楚，沈滿洪（2007）[13] 通過DEA法估算了中國各個地區(qū)的能源效率，并且嘗試分析和闡釋了計算結(jié)果所體現(xiàn)出的地區(qū)差別。

三、能源效率影響因素

能源效率的高低會受到諸多因素的影響，從而顯示出地區(qū)的差異性。縱觀近年來國內(nèi)外學(xué)者的研究成果，能源效率的影響因素主要集中于以下幾點：

1、短期影響因素

（1）技術(shù)進步。周勇和李廉水 （2006）[14] 通過研究指出，技術(shù)進步對于一個地區(qū)的能源需求和利用效率存在全過程的影響，而非集中表現(xiàn)于某個特定環(huán)節(jié)。他們還用非參數(shù)方法估計了工業(yè)部門綜合能源效率，并將技術(shù)進步進一步細分，更具體地研究了影響能源效率變化的技術(shù)進步因素。余泳澤、杜曉芬（2011）[15] 更將技術(shù)這一要素對能源效率的影響予以量化，他們認為，技術(shù)進步率為全要素生產(chǎn)率的30%，然而，其對于能源效率的影響可達到75%，技術(shù)進步很大程度上起到了主導(dǎo)的作用。王姍姍和屈小娥（2010）[16] 則著手于具體行業(yè)進行實例驗證，她們選取了我國的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)進行研究，得出的結(jié)論是技術(shù)進步成為該行業(yè)全要素能源效率提升的主要原因。技術(shù)進步通常分為“硬”技術(shù)和“軟”技術(shù)。“硬”技術(shù)是指新技術(shù)和新發(fā)明帶來的科技創(chuàng)新；“軟”技術(shù)則主要指生產(chǎn)中管理、制度及政策的優(yōu)化。技術(shù)進步對于能源效率的影響不僅體現(xiàn)在能源消費部門，還存在于能源生產(chǎn)部門。在能源消費行業(yè)，一是我們能通過提升機器的工作效率，實現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品能源消耗的下降；二是可以通過信息產(chǎn)業(yè)、電子商務(wù)、通訊設(shè)備等縮短交易過程，降低中間環(huán)節(jié)的成本，降低能源消費，從而提高能源終端的利用效率。在能源生產(chǎn)方面，一來可以利用先進技術(shù)的發(fā)展，提高能源的生產(chǎn)效率；二來可以通過改善生產(chǎn)管理過程、生產(chǎn)制度等以減少能源損耗，實現(xiàn)能源資源的高效配置，從而以較少的投入獲得更高的產(chǎn)出，進一步提高能源利用效率。

（2）外商投資。陳媛媛、李坤望（2010）[17]分析了外資企業(yè)對于地區(qū)能源利用率的影響，得出的結(jié)論是，因為先進的設(shè)備與管理方法等原因，外資企業(yè)的能源利用水平普遍要高于國內(nèi)，因此，外資企業(yè)的進入會提升一個地區(qū)的能源效率。高大偉、周德群和王群偉（2010） [18] 的研究指出，國際貿(mào)易的發(fā)展可以從整體上提升我國各個地區(qū)的全要素能源效率。楊迎春（2011）[19] 的研究顯示，出口貿(mào)易會帶來許多新興技術(shù)從而能帶動相關(guān)生產(chǎn)行業(yè)的能源效率提高。張少軍和李東方（2009）[20]具體研究了我國行業(yè)面板的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來檢驗非一體化生產(chǎn)對能源效率的影響，最后的結(jié)論是，轉(zhuǎn)移效應(yīng)和干中學(xué)效應(yīng)的作用共同引起了生產(chǎn)非一體化，并且對能源效率的影響存在臨界點。滕玉華和劉長進（2010）[21] 認為，外資進入對國內(nèi)行業(yè)擁有技術(shù)補償作用，他們接下來對1995-2007年我國各個省市區(qū)的面板數(shù)據(jù)進行了分析，研究結(jié)果表明，外商直接投資的技術(shù)溢出對中國能源效率的影響呈現(xiàn)出明顯的地區(qū)差異。外企企業(yè)雖然能從整體上提升我國的能源利用水平，但這種技術(shù)溢出存在較為明顯的地域差異，對于我國中部和東部具有明顯的調(diào)整作用，然而對于西部地區(qū)卻鮮有影響。另一方面，國際貿(mào)易產(chǎn)生的國際R&D溢出對西部地區(qū)的能源效率有負面作用，而對于我國東、中部區(qū)域的影響并不明顯。國外資本的進入確實可以促進國際先進技術(shù)和管理方法的進入，外商投資通過影響技術(shù)進步從而影響了能源效率，可以說外商投資是影響能源效率的間接因素。

（3）對外開放度。一個地區(qū)對外開放的程度會對外部資本的進入產(chǎn)生重要影響，開放程度高則外資企業(yè)的進入成本以及管理運營成本均會降低，有利于其進入，從而有利于帶來新技術(shù)和先進經(jīng)驗，促進該地區(qū)能源效率的提高。

李未無（2008）[22] 通過對20世紀90年代末至21世紀初國內(nèi)幾十個制造業(yè)行業(yè)的面板數(shù)據(jù)深入分析，發(fā)現(xiàn)開放確實對能源效率的提升有積極的推動作用，并進一步提出我國應(yīng)適當?shù)丶涌齑龠M外部技術(shù)和資本進入高耗能行業(yè)。然而，萬事皆有其弊端。開放雖然可以在某種程度上引發(fā)技術(shù)的革新和效率的提升，但是，對外開放依然被發(fā)現(xiàn)存在一些弊端，例如，外資進入會導(dǎo)致本國企業(yè)的生存困難，增加它們生產(chǎn)的成本和風(fēng)險。王志剛、龔六堂、陳玉宇（2006）[23] 調(diào)查了改革開放以來中國各個地區(qū)的能源效率，得出了這樣的結(jié)論：一個地域開放程度的提高可以有效地促進外部資本和技術(shù)的進入，并引發(fā)連鎖反應(yīng)使相關(guān)地域的效率得到提升，然而，一些風(fēng)險也會不期而至，如過于依賴于外部資本，受外國市場影響大等。

（4）其他因素。滕玉華（2011）[24] 通過研究各個地區(qū)的教育數(shù)據(jù)提出一個地區(qū)國民的教育水平的提升會促進能源效率的提高。李斌等（2010）[25] 有針對性地研究了一系列表現(xiàn)環(huán)保程度的指標，指出FDI的引進降低了能源效率，加廢物排放和廢氣排放，并進一步提出提升服務(wù)業(yè)等低能耗產(chǎn)業(yè)在總體中的比重可以在很大程度上提升能源利用水平。一些學(xué)者在實際生產(chǎn)層面上也得到了相同的結(jié)論，如李世祥、成金華（2009）[26] 的研究結(jié)果表明，能源價格可以提升生產(chǎn)企業(yè)的能源效率，推進能源價格改革是節(jié)能減排的重要舉措。從能源消費與生產(chǎn)的成本方面考慮，由于能源價格提升會引起企業(yè)生產(chǎn)成本的增加，為了不影響產(chǎn)出，生產(chǎn)者會考慮采用新技術(shù)來提升生產(chǎn)率，達到?jīng)_抵能源成本提高帶來的損失。如果采用新技術(shù)的成本高于能源價格增加的成本，生產(chǎn)者會放棄新技術(shù)的采用，能源效率則無法得到有效的提高。如果新技術(shù)的使用成本低于能源價格變動帶來的成本，生產(chǎn)者會采用新技術(shù)進行生產(chǎn)，從而促進能源效率的提高。同時，自然資源的分布、地理環(huán)境和氣候等因素也會對能源消費結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，間接地影響能源利用效率。

2、長期影響因素

（1）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 。雷茜（2010）[27] 認為，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對綜合能源效率的影響最大，只有加速改進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，才是提高能源利用效率的必要決策。晏艷陽、宋美結(jié)（2011）[28] 通過研究認為，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級和進步對一個國家和地區(qū)的能源利用水平會產(chǎn)生長期且積極的作用，在諸多影響能源利用效率的因素中，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對其具有主導(dǎo)作用。余泳澤和杜曉芬（2011）[29] 通過分析認為，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進步引發(fā)了我國能源效率的提升達百分之五十，然而，通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進步來提高能源效率這種方法的貢獻有一定的限度。傅春和巫錫金（2010）[30] 發(fā)現(xiàn)，能源越多的地域，其能源效率則越低，這與人為的浪費有一定的關(guān)系，在諸多與能源效率相關(guān)的因素中，其中經(jīng)濟發(fā)展程度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源價格這些因素對該地區(qū)的能源效率具有明顯的作用。事實上，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對能源效率的影響是比較明顯的。通常來看，服務(wù)業(yè)等非物質(zhì)生產(chǎn)部門相比第一、二產(chǎn)業(yè)，可以在最小的能源消耗下實現(xiàn)更大的利潤。因此，一個國家或地區(qū)的三大產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的比例大小會影響到該國或地區(qū)的能源效率。在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，以服務(wù)業(yè)為主體的第三產(chǎn)業(yè)比例越大，能耗的總量就會越少，在同樣大的產(chǎn)值下，能源效率會越高。所以，可以適當改善國家或地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高第三產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的比例，達到減少能耗的目的。

（2）能源消費結(jié)構(gòu)。楊中東（2010）[31] 通過研究提出了兩種新的影響能源使用效率的重要因素，即經(jīng)濟周期變化和工業(yè)化階段的變化。鄭暢（2009）[32] 使用回歸分析進行了一系列研究，他認為相比于煤炭，電力和水力、風(fēng)力、太陽能等清潔能源比重的提高可以顯著提升能源利用水平。從熱力學(xué)的角度來理解，因為不同能源的物理性質(zhì)差異，在相同的使用環(huán)境和條件下，其熱值和燃燒效率是不同的。產(chǎn)生單位的國民生產(chǎn)總值，使用不同的能源將會產(chǎn)生不同的能源消耗量。例如，分別利用煤炭和天然氣發(fā)電，由于煤炭的發(fā)電效率比天然氣低，而發(fā)電損耗比天然氣高，因此，如果產(chǎn)出的電是同等的價值，煤炭的消耗量要高于天然氣的消耗量，利用效率當然就要低于天然氣。因此，各能源占能源消費比重的高低即能源消費構(gòu)成也會影響能源的利用效率。

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