四川省能源結構效率存在的問題及對策建議——基于對四川能源結構效率的實證研究

盧明湘　謝合明　徐武明　朱廣財　曹　丹

(1．西華大學建設與管理工程學院　四川成都　610039；2.西華大學工商管理學院　四川成都　610039)

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四川省能源結構效率存在的問題及對策建議——基于對四川能源結構效率的實證研究

盧明湘1謝合明1徐武明2朱廣財2曹丹2

(1．西華大學建設與管理工程學院四川成都610039；2.西華大學工商管理學院四川成都610039)

摘要：本文致力于能源要素投入結構(簡稱能源結構)變化對能源效率的影響研究。文章在能源結構效率評價模型和省域能源結構效率實證研究的基礎上，對四川省能源結構效率進行了實證分析，并就提高四川省能源結構效率提出了相應的對策建議：大力降低煤的比重，適度降低煤氣天然氣的消費比重，提高焦碳、油品和電力的消費比重，以期為四川省優化能源終端消費結構以及提高能源效率提供理論基礎和實踐依據。

關鍵詞：數據包絡分析；技術效率；能源結構效率；能源終端消費結構；結構優化

能源是人類社會賴以生存的重要物質基礎，是世界經濟增長的最基本的驅動力。隨著經濟發展對能源需求的不斷增長，能源對經濟的制約以及對環境的影響也越來越大，能源問題日益成為世界經濟發展和中國經濟發展面臨的巨大挑戰之一?，F階段中國能源主要面臨能源供需矛盾(供需總量矛盾和供需結構矛盾)加劇和能源環境問題突出的嚴峻挑戰。當前解決能源問題的思路一般有開源、節流和增效三種[1]。開源和節流兩種思路主要從能源供應和能源需求的數量考慮；而增效是從提高能源效率即從能源使用質量考慮的。通過增效，提高能源效率，可以在一定程度上實現“開源”和“節流”的目標。因此，提高能源效率是解決能源問題的關鍵。

針對能源效率的影響因素，國內外學者進行了深入的研究。影響能源效率的因素歸納起來主要包括結構因素、技術因素和市場因素[2]?？v觀國內外研究，大多數學者集中于技術因素、市場因素和結構因素中產業結構變化對能源效率的影響研究。針對要素結構，國內外研究主要集中于能源與其他投入要素的結構變化對能源效率的影響，而針對能源要素的投入結構變化對能源效率的影響，國內外相關研究均較少[1]。

2010年以來，盧明湘等運用數據包絡分析致力于能源要素的投入結構效率(簡稱能源結構效率)的研究，建立了基于數據包絡分析的能源結構效率評價模型，并對中國省域能源結構效率[2]、中國區域能源結構效率[3]和四川省能源結構效率進行了研究[4]。本文在能源結構效率評價模型和省域能源結構效率實證研究的基礎上，對四川省能源結構效率進行實證分析，以期為四川省提高能源結構效率、制定能源結構優化措施提供理論基礎和實踐依據。

一、基于數據包絡分析的能源結構效率評價模型[2，5，6]

(一)基于單投入單產出的能源效率評價模型(ISS模型)

1978年，著名的運籌學家A.Charnes，W.W.Cooper和 E.Rhodes[7]首先提出用數據包絡分析(Data Envelopment Analysis，簡稱DEA)法去評價部門間的相對有效性。這一模型被命名為CCR模型，這個模型假設規模報酬不變(CRS)。而Banker、Charnes and Cooper(1984)[8]提出了規模報酬變化的模型(VRS)，稱為BCC模型。這兩個模型可以分別用來測度能源的技術效率、純技術效率和規模效率。本研究中考慮的是規模報酬不變模型(CRS模型)下的能源技術效率的評價。

假設規模報酬不變，在不考慮投入結構和產出結構的前提下，使用單一能源投入(X)去生產單一產出(Y)，其中X=x1+x2+…+xn，Y=y1+y2+…+ym，則能源的投入產出函數可以用YCRS=f(X)表示，如圖1的CRS曲線所示。

圖1　規模報酬不變模型下單投入單產出的能源技術效率

如果給定的決策單元用一定數量的能源投入由P點定義，去生產給定單位的產出，在投入主導型下，決策單元的技術有效由APC的距離表示，則決策單元P在規模報酬不變、投入主導型下的能源技術效率(Technical Efficency，用TE表示)為：

(1)

用距離函數表示為：

TEi，CRS(X,Y)=di，CRS(X,Y)

(2)

TEi，CRS的取值為0~1之間，1代表完全的技術有效。

(二)基于多投入單產出的能源效率評價模型(IMS模型)

為了分析能源投入結構對能源效率的影響，本部分在上節的基礎上將單投入單產出情況轉換為多投入單產出情況，假定用多種能源投入x去生產單一產出Y，其中x=(x1,x2,…，xn)T，表示一個n×1的非負實數投入向量，Y=y1+y2+…+ym。

假設規模報酬不變，在考慮能源投入結構的情況下，使用多種能源投入x去生產單一產出Y，則決策單元在投入主導型下的能源技術效率(CRS技術效率)用距離函數表示為：

TEi，CRS(x,Y)=di，CRS(x,Y)

(3)

TEi，CRS(x,Y)的取值為0~1之間，1代表完全的技術有效。

由于在規模報酬不變情況下，IMS-CRS模型使用多種能源投入x去生產單一產出Y，這種方法所形成的圓錐形面，比ISS-CRS模型使用單一能源投入(X)去生產單一產出(Y)所形成的圓錐形面更緊密地包絡所有觀測數據，因此IMS-CRS模型所獲得的技術效率比ISS-CRS模型獲得的技術效率高或相等，即有：

TEi，CRS(x,Y)≥TEi，CRS(X,Y)

(4)

(三)基于能源結構的效率評價模型(IIS模型)

由于使用多種能源投入(x)去生產單一產出(Y)所形成的圓錐形面比使用單一能源投入(X)去生產單一產出(Y)所形成的圓錐形面更緊密地包絡所有觀測數據，因此，在包含公式(4)的IMS模型下所獲得的技術效率比ISS模型獲得的技術效率高或相等。IMS模型和ISS模型的這種差異，正好體現了能源投入結構對能源效率的影響。

在規模報酬不變假設下，根據上述分析可知，單投入單產出能源效率評價模型(ISS-CRS模型)的能源技術效率為：TEi，CRS(X,Y)=di，CRS(X,Y)；而根據上述分析可知，多投入單產出能源效率評價模型(IMS-CRS模型)的能源技術效率為：TEi，CRS(x,Y)=di，CRS(x,Y)。因此，規模報酬不變假設下，ISS-CRS模型的能源技術效率與IMS-CRS模型的能源技術效率之比即為能源結構效率(Input Structure Efficiency，用ISE表示)，即：

(5)

由于在規模報酬不變假設下，IMS-CRS模型所形成的圓錐形面比ISS- CRS模型所形成的圓錐形面更緊密地包絡所有觀測數據，因此，使用IMS-CRS模型所獲得的技術效率比使用ISS-CRS模型所獲得的技術效率要高或相等。由此可知，能源結構效率ISEi,CRS的取值在0~1之間。某一決策單元的能源結構效率ISEi等于1時，代表該決策單元具有完全的結構有效。

二、省域能源結構效率評價

(一)數據及來源

運用IIS模型，我們選取27省(自治區、直轄市)(見表1)2000年到2011年的省域能源結構效率進行實證研究，為分析和優化四川省能源結構提供理論基礎和實踐依據。

在對省域能源結構效率進行實證分析時，我們選擇省域能源終端消費作為投入指標，省域GDP作為產出指標，在不考慮投入結構和考慮投入結構的兩種情況下，分析上述27省(自治區、直轄市)的能源結構效率現狀。其GDP數據分別來源于2001—2012年《中國統計年鑒》[9]的國民經濟核算部分的“按三次產業分地區生產總值”表。其能源終端消費數據分別來源于2001—2012年《中國能源統計年鑒》[10]的地區能源平衡表的各個省市的“地區能源平衡表(實物量)”，將實物量表中的終端消費量用統一的能源折標準煤系數折算為標準煤。在不考慮能源結構時將各種能源終端消費折標量進行匯總，在考慮能源結構時則將各種能源終端消費折標量進行大類合并，合并成煤、焦炭、天然氣、油品、熱力和電力六大類，以此進行能源結構對能源效率的影響分析。

(二)省域能源結構效率

根據上述分析，在規模報酬不變假設下，能源結構效率(ISE)可以通過對同一決策單元采取考慮能源結構和不考慮能源結構兩種情況下的能源技術效率進行比較獲得，可以通過計算ISS-CRS模型下的能源技術效率與IMS-CRS模型下的能源技術效率之比獲得。表1是2000—2011年上述27省(自治區、直轄市)省域能源結構效率表。

表1　2000—2011年我國27省(自治區、直轄市)省域能源結構效率表

續表1

(三)能源結構與能源結構效率的相關性

通過對上述27省(自治區、直轄市)2000—2011年的能源終端消費和能源結構效率的相關性分析發現，能源終端消費與能源結構效率的相關性各不相同(見表2)。我們可以根據能源終端消費與能源結構效率的相關關系，有針對性地調整和優化省域能源終端消費結構，以提高能源結構效率，最終提高能源效率。

表2　我國27省(自治區、直轄市)2000—2011年能源終端消費與能源結構效率的相關系數表

三、四川省能源結構效率分析

(一)四川省能源結構效率在全國和西部地區的地位

根據前文的分析評價，我們可以分析出四川省的能源結構效率在上述27省(自治區、直轄市)中的地位及在西部地區9省(自治區)中的地位，分析結果見表3。

表3　四川省2000—2011年能源結構效率及其在27省(自治區、直轄市)和西部地區9省(自治區)的排序表

續表3

由表3可以看出：

(1)四川省的能源結構效率在上述27個省份的地位不高。2000年到2011年以來的12年，四川省的能源結構效率排在第11名到第20名之間，四川省能源結構效率12年的平均值排在第15名，這說明四川省的能源結構效率的整體地位不高。從能源結構效率的大小來看，2000年到2011年以來的12年，四川省的能源結構效率只有6年略高于上述省份能源結構效率的平均值，2000年、2004年、2008年至2011年這6年低于平均值；四川省能源結構效率12年的平均值為0.582，僅僅略高于上述省份0.578的平均值。

(2)四川省能源結構效率在西部地區上述9省(自治區)的地位較高。2000年到2011年以來的12年，四川省能源結構效率排在西部地區9省(自治區)的第2名到第5名之間，四川省能源結構效率12年的平均值排在西部地區9省(自治區)的第3名，這說明四川省能源結構效率在西部地區9省(自治區)的整體地位較高。從能源結構效率的大小來看，2000年到2011年以來的12年，四川省能源結構效率均高于西部9省(自治區)能源結構效率的平均值，四川省能源結構效率12年的平均值為0.582，高于西部地區9省(自治區)0.494的平均值。

(二)四川省能源結構效率的變化趨勢分析

根據表3，我們可以繪制出2000—2011年四川省、西部地區9省(自治區)及上述27省(自治區、直轄市)能源結構效率的曲線圖，見圖2。

圖2　2000—2011年四川省及27省(自治區、直轄市)和西部9省(自治區)的能源結構效率曲線

根據圖2可以看出：

(1)四川省能源結構效率曲線在2000—2007年位于27個省份平均能源結構效率曲線的上方，但是自2008開始，則位于下方。這說明從整體上看，四川省能源結構效率與上述省份平均能源結構效率相比，整體上呈現下降的趨勢，四川省能源終端消費結構比上述27個省份平均能源終端消費結構有所變差。

(2)四川省能源結構效率曲線位于西部9省(自治區)平均能源結構效率曲線上方。這說明從整體上看，2000年到2011年四川省能源結構效率明顯高于西部9省(自治區)平均能源結構效率，四川省能源終端消費結構優于西部9省(自治區)的平均能源終端消費結構。

(3)四川省、西部9省(自治區)及27個省份能源結構效率曲線呈波動中整體上升趨勢。這說明從整體上看，2000年到2011年，四川省、西部地區和全國的能源終端消費結構整體呈現不斷優化的趨勢。在這12年，四川省的能源結構效率經歷了三個上升周期，其中，2006年的能源結構效率最高。而西部9省(自治區)和27省(自治區、直轄市)的平均能源結構效率上升趨勢更明顯。

四、四川省能源終端消費結構優化建議

根據以上對四川省能源終端消費結構及能源結構效率的實證分析，我們提出以下能源終端消費結構優化建議，以提高四川省的能源結構效率。

1.四川省能源結構效率與煤炭消費比重、煤氣天然氣消費比重和熱力消費比重呈現負相關關系，系數分別為：-0.481、-0.421和-0.586，即煤炭、煤氣天然氣、熱力消費比重下降，能源結構效率將上升。因此，理論上應降低四川省煤炭、煤氣天然氣和熱力的消費比重，以提高四川省的能源結構效率。

2.進一步分析2000年到2011年四川省六大類能源的終端消費結構(見表4)。

表4　2000—2011年四川省六大類能源終端消費比重表

從表4可以看出，煤合計的平均消費比重達到了36.3%，煤氣天然氣的平均消費比重次之，為17.5%。因此，針對四川省的實際情況，大力降低煤的消費比重，適度降低煤氣天然氣的消費比重，可以有效地提高四川省的能源結構效率。盡管四川省熱力終端消費結構與能源結構效率的負相關性最高，但是熱力的平均消費比重僅為整個能源終端消費結構的1.7%，因此，降低熱力的消費比重對提高四川省能源結構效率的效果不大。

3.四川省能源結構效率與焦炭消費比重、油品消費比重和電力消費比重呈現正相關，分別為：0.543、0.688和0.577，即隨著焦炭、油品和電力消費比重上升，能源結構效率將上升。因此，理論上應提高四川省焦炭、油品和電力的消費比重。進一步分析2000年到2011年四川省六大類能源的終端消費結構(見表4)可以看出，焦炭、油品、電力消費比重分別為13%、16%和15.5%，因此，相應提高四川省焦炭、油品和電力的消費比重，可以有效地提高四川省的能源結構效率。

4.2000年到2011年的12年間，2006年四川省的能源結構效率最高，為0.638，高于四川省12年的平均

值0.582，也遠遠高于上述27省(自治區、直轄市)0.578的平均值和西部地區9省(自治區)0.494的平均值。進一步分析2006年四川省六大類能源的終端消費結構發現：煤的比重在12年間接近最低，且低于12年間的平均值，煤氣天然氣的比重也低于12年間的平均值；而焦炭、油品和電力的消費比重均較高并高于平均值，且焦炭消費比重為12年間的最高比重。這也從實踐印證了能源終端消費結構和能源結構效率相關性的結果：降低煤炭、煤氣天然氣、熱力消費比重，提高焦炭、油品和電力消費比重，將有利于提高能源結構效率。

以上研究僅從投入結構有效角度研究能源效率問題，重點研究能源終端消費結構對能源效率的影響，在此基礎上提出了有關四川省能源終端消費結構的優化建議。但是，影響能源效率的因素有很多，本研究沒有考慮除能源終端消費結構之外的其他影響能源效率的因素，也沒有綜合考慮四川省能源優勢，因此，以上建議僅供相關政府決策部門參考。后續的研究將重點綜合考慮影響能源效率的諸多因素及四川省能源優勢，以便為提高四川省的能源效率提出更多可供實踐操作的建議。

參考文獻：

[1]魏楚．中國能源效率問題研究[D]．浙江大學，2009．

[2]盧明湘．基于數據包絡分析的能源結構效率評價[D]．四川大學，2012．

[3]Ming-xiang LU, Jing-ji ZHENG, He-ming XIE, Guang-cai ZHU.Empirical Research on the Structure Efficiency of Energy Terminal Consumption in Regions of China [J].ICSEEE 2013, 2013.12.28-29,Shenzhen, China.

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[8]Banker, R. D., Charnes, A. and Cooper, W. W.Some Models for Estimating Technical and Scale Inefficiencies in Data Envelopment Analysis [J]. Management Science, 1984(30): 1078-1092.

[9]中華人民共和國國家統計局.中國統計年鑒2001-2012年[M]．北京：中國統計出版社，2001-2012．

[10]中華人民共和國國家統計局能源統計司.中國能源統計年鑒2001-2012年[M]．北京：中國統計出版社，2002 -2013.

[責任編輯楊瑜]

中圖分類號：F426

文獻標志碼：A

文章編號：2095-1124(2016)01-0001-06

作者簡介：盧明湘(1972—)，女，教授，博士(博士后)，碩士研究生導師，研究方向為能源系統優化、技術經濟及項目管理。

基金項目：四川省教育廳2013年度人文社科重點項目(13SA0045)；四川省哲學社會科學“十二五”規劃2012年度項目(SC12B026)。

收稿日期：2015-10-09