物流業能源消費的替代效用和城鎮化效用研究

王富忠，沈祖志

(1.浙江科技學院經濟管理學院，浙江 杭州 310023；2.浙江大學管理學院，浙江 杭州 310058)

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物流業能源消費的替代效用和城鎮化效用研究

王富忠1，沈祖志2

(1.浙江科技學院經濟管理學院，浙江 杭州 310023；2.浙江大學管理學院，浙江 杭州 310058)

在探討城鎮化進程及物流業能源消費現狀的基礎上，根據柯布——道格拉斯生產函數，將能源要素進行單列，提出了物流業能源需求理論，對物流業能源消費的替代效用和城鎮化效用進行了理論分析。然后，建立計量方程并進行了參數估計。實證結果表明，物流業電力消費能顯著替代汽柴油消費，減輕了其對汽柴油的依賴。城鎮化、物流路網增長、內貿發展也顯著地促進了物流業汽柴油消費。案例研究表明，鑒于客戶對于物流環保與低碳的高要求，杭州湯氏物流有限公司總部2014年初以來就全部使用電動叉車替代柴油叉車，較好地實現了電力消費替代柴油消費，即環保又節省了成本。建議政府：改善物流業能源消費結構，走低能耗之路；建議大力推廣電動車輛應用于物流業中；建議合理推進城鎮化的發展并加強內外貿與物流業的協同發展。

物流業; 能源消費; 替代效應; 城鎮化效應

1 引言

物流業是一個復合型服務產業。近年來，該產業的發展越來越受到我國各級政府的重視。2009年初，在受國際金融危機影響的背景下，我國出臺了《十大產業振興規劃》，物流業被列其中。《十大產業振興規劃》確定了振興物流業的九大重點工程，以國家未來經濟發展的戰略高度明確了物流的重要性。

物流業的確應該受到重視，因為它是國民經濟命脈中不可或缺的一部分。現實中，物流業的能源消費巨大，造成該產業的能源消費問題一直備受關注。物流業的能源消費種類眾多，主要有汽油、柴油、電力等分項，各分項能源之間存在替代性。然而，學術界對物流業能源消費中各分項能源之間的替代效應的研究基本上處于空白狀態。

為研究物流業的能源消費問題，首先有必要了解一下我國的能源消費結構和能源效率狀況。鑒于我國受能源資源稟賦的約束，蔡圣華等[1]認為：我國2050年前，能源消費結構仍然以化石燃料為主的狀況不會改變。趙金樓等[2]認為，雖然我國的能源效率不高，但處于緩慢上升的趨勢，離生產前沿邊界還有較大距離。誠然，物流業的能源效率也不高，呂榮勝等[3]研究表明，我國物流業整體能源效率水平不高，呈現從東部向中西部遞減的趨勢。張誠等[4]研究表明，從2002 年開始，我國物流業以天然氣為代表的清潔能源產出水平快速增長，其他投入要素的能源產出水平沒有明顯變化。

在物流業的能源問題研究方面，除了能源效率之外，現有的研究還包括以下幾類：(1)能源消費問題研究。Zhang Ming等[5]的研究表明，我國運輸業的能源消費較大，它是我國能源消費較大的行業，如不采取有效的控制，未來還會有較大的增長。雍瑞生等[6]也認為我國運輸業能耗高。(2)能源政策問題的研究。Bruce[7]對澳大利亞能源問題進行了研究，針對澳大利亞能源大量依賴進口的局面，建議政府未來應該積極尋找可供替代的能源形態。王之泰教授[8]很早就曾建議，物流業應走低能耗之路。其他人員如Dender[9]、Sovacool[10]、Vanderschuren等[11]、文啟湘等[12]建議政府對物流業(含運輸業)實施鼓勵節能政策。

城鎮化與物流業的發展問題近年來也頗受關注，在我國，許多行業(如建筑業等)受城鎮化的帶動非常明顯。其中，物流業也受益頗多，因為城鎮化帶動了相關物流(如建筑、家裝、小商品物流)的發展。中國著名經濟學家樊綱[13]認為物流將成為中國城市化進程的支撐手段。物流支撐產業轉移，推動經濟一體化，提升城市與區域核心競爭力。高詹[14]認為，制造業與物流業關聯緊密但是互動薄弱，城鎮化質量的提高成為破解我國制造業與物流業“聯而不動”困境的一劑良藥。在城鎮化建設中，物流專家王之泰教授[15]特別提出，城鎮化必須重視智慧物流的發展。在城鎮化與物流業能源消費相關問題的研究方面，Phetkeo等[16]研究表明，城鎮化對運輸能源使用的影響是正向的。

數據來源：根據《中國統計年鑒》數據進行計算所得。

從研究現狀來看，國內外從替代效用和城鎮化效應角度來研究物流業能源消費問題的文獻比較少見，本文將從這一角度進行研究。

2 城鎮化進程與物流業能源消費

2.1 城鎮化進程

從全國來看，2000年我國的城鎮化率為36.2%，2012年則上升至52.6%。從各地區來看，我國各地區的城鎮化進程存在著不均衡現象，東部地區發展較快，中部地區次之，西部地區發展較慢。2012年，東部地區絕大部分的省份(含直轄市)的城鎮化率超過了60%。然而，城鎮化率超過50%的西部地區省份則寥寥無幾，大部分西部地區省份的城鎮化率在45%以下。

從前三甲來看，2012年上海的城鎮化率接近90%，排第一，其次為北京、天津。各地區2012年城鎮化率如圖1所示。

我國的城鎮化率雖然超過了50%，但與發達國家相比，仍有較大的上升空間。在城鎮化進程中，建筑行業的物流量(如鋼筋、水泥、家裝材料等)必然會增加，這也是城鎮化進程中非常重要的物流形態，它會對物流業能源消費產生一定的促進作用。

2.2 物流業能源消費

2012年物流業能源消費總量為31,524.71萬噸標準煤，在2000-2012期間的年均增長率為8.973%，高于部分制造業(如紡織業)、農、林、牧、漁、水利業等，位于各行業的前列。近年來物流業能源消費如圖2所示。

數據來源：《中國能源統計年鑒》

在物流業能源消費中，2012年汽油消費總量為3753.03萬噸，柴油消費總量為10727.03萬噸，電力消費量為915.37億千瓦小時。在2000-2012年期間汽油的年均增長率為8.51%、柴油為11.33%、電力為11.32%。正是因為物流業主要依賴于汽油、柴油和電力消費，且消費量較大，它們之間又具有替代性，故本文將對物流業能源消費的替代效用、城鎮化效用進行理論分析。

3 理論分析

3.1 物流業能源需求理論

將能源要素單列，定義CES型生產函數：

Y=A[δ1Lρ+δ2Kρ+δ3Eρ]1/ρ

其中，Y、K、L、A分別為物流業的產出、資本、勞動、技術進步。δi(i=1,2,3)為份額參數，ρ是要素替代彈性參數。

Y=A[(a1L)ρ+(a2K)ρ+(a3E)ρ]1/ρ

在此基礎上，各類投入品的成本函數及約束條件為：

min PKK+PLL+PEE

s.t.Y-A[(a1L)ρ+(a2K)ρ+(a3E)ρ]1/ρ=0

拉格朗日函數為：

f(K,L,E,λ)=PKK+PLL+PEE+λ(Y-A[(a1L)ρ+(a2K)ρ+(a3E)ρ]1/ρ)一階條件為：

求得：

這是E的需求理論函數，它表明了物流業的能源投入意愿隨著各類投入品的價格和產出Y的變化而變化。

3.2 物流業能源消費：替代效用

先考慮單個物流企業的情形，由于物流企業使用的能源種類眾多，包括汽油、柴油、電力等，假定E代表能源消費量的綜合指數，它為能源種類的連續空間上的子效用函數。q(i)表示每種能源的消費量，n表示物流企業消費能源的種類。假設E效用是CES型的，則：

(1)

在(1)式中，ρ表示物流企業消費某種能源的偏好。設物流企業的成本為 C，資本和勞動的價格為PK、PL，p(i)為每種能源的價格，物流企業成本線為：

(2)

如要求能源組合的成本最低，則要求：

(3)

(4)

對任一組q(i)和q(j)，均有：

q(i)=q(j)((p(j)/p(i))1/(1-ρ)

(5)

(6)

第j種能源的支出是p(j)q(j)，故：

(7)

物流企業決策是：在成本約束條件下選擇資本、勞動、能源的投入組合，使產出最大化，即：

maxQ=f(K,L,E)

s.t.PKK+PLL+PEE=C

很顯然，對上述利潤問題: π=f(K,L,E)-C，針對固定的成本C0，解決這一問題的拉格朗日方程：π=f(K,L,E)+λ(C0-PKK-PLL-PEE)

產出最大化的一階條件為：

根據一階條件，可得到最優能源消費總量E*和最優能源消費成本EC*：

E*=E(PK,PL,PE,C0)

(8)

EC*=PE*E*

(9)

以上的理論分析表明，式(5)表示不同能源(例如電力與汽油、柴油等)之間存在替代效用關系，式(8)和式(9)則給出了物流企業最優能源消費總量E*和最優能源消費成本EC*。以上研究的是單個物流企業的情形，可以推廣到整個物流業，我們認為，物流業中的各分項能源消費與(5)式一樣也存在替代效用關系，物流業的最優能源消費總量和最優能源消費成本也與式(8)和式(9)描述的保持一致。

3.3 物流業能源消費：城鎮化效用

為了深入分析城鎮化效用，根據物流業的演化特征和實際情況，我們認為：城鎮商品豐富，人口聚集，從近距離城鄉比較來看，城鎮所擁有的物流能力要大于非城鎮，即城鎮居民享有的物流服務總體上大于農村居民。農村居民一旦成為城鎮居民之后，就會享有更多的物流服務，也會加大物流業的能源消費。根據這一思路，數理分析如下：

考慮城鎮化所帶來的城鄉人口變化。設某地區第i年的城鎮化率為：URi。城鄉總人口為PEO，假定人口短期內總量不變(僅考慮人口的轉移)，則第i+1年城鎮人口：

PEOi+1=PEOi=PEO

(10)

第i年的城鎮人口數量為PEO×URi，第i+1年的城鎮人口數量為PEO×URi+1。第i年由農村向城鎮轉移的人口為：

ΔPEOi=PEO(URi+1-URi)

(11)

第i年由農村轉移到城鎮的這部分人口ΔPEOi所享有的物流服務增量為ΔSi，由ΔSi所引起的物流業能源消費增量為ΔEi。據此，可以用函數的形式表達ΔSi與ΔPEOi、ΔEi與ΔSi的關系，針對時間序列，可得：

ΔE=f(ΔS)=g(ΔPEO)

(12)

根據(11)式及前面假設(人口短期內總量不變)，故(12)式可表示為：

ΔE=g(ΔPEO)=PEO×g(ΔUR)

(13)

式(13)僅僅是考慮城鎮化進程中人口轉移(沒有考慮其它因素)所帶來的物流業能源消費量的增長函數，體現出城鎮化對物流業能源消費的影響，這種影響我們稱之為物流業能源消費的城鎮化效用。

3.4 物流業能源和其他要素初始投入變化分析

考慮物流業的初始生產函數為：Y=f(K,L,E)，假定它為一次線性齊次的。Y, K,L,E分別為物流業產出、資本、勞動和能源的初始投入。

假設物流業產出、資本、勞動和能源均發生變化，用Y′表示新的物流業產出，ΔK、ΔL、ΔE表示物流業資本、勞動和能源的變化量，由于假設該方程是一次線性齊次的，故有：

在物流業能源和其他要素初始投入變化分析中，從大類要素投入來看，可以看出，資本、勞動與能源投入也存在替代關系。

4 計量模型

4.1 變量

我們可以把因變量分成三個：GAS(汽油消費量)、DIE(柴油消費量)、GAS_DIE(汽柴油消費量)。自變量分為三組：城鎮化及物流路網變量組、替代能源變量組、控制變量組。各自變量分別說明如下：

(1)城鎮化及物流路網變量組。該組中包括兩個變量：一為城鎮化率(UR)。據前面的理論分析，城鎮化導致大量的農村人口進入城鎮，享受了更多的物流服務，增加了物流業能源消費。二為物流路網變量。之所以引入該變量，是因為考慮到我國的城鎮化帶來了物流基礎設施的改善與提升，特別是城鎮化推動了物流路網質量改善與增長。我們用運輸線路增長率(lineRate)來體現物流路網的變化，物流路網的變化能反映出城鎮化外延擴展變化，所以該變量不能被遺漏。

(2)替代能源變量組。這個變量組只包括電力消費量一個變量(ELE)，用來考察物流業能源消費中，汽油、柴油、汽柴油和電力消費之間的替代效應。

(3)控制變量組。我們引入兩個控制變量。第一個是外貿增長率，用ieRate表示。第二個為內貿增長率，用crRate表示。引入這兩個控制變量的原因是因為物流業能源消費與內外貿存在比較緊密的關系。

各變量的說明如表1所示。

需要說明的是，lineRate、ieRate、crRate分別表示物流路網增長指數、外貿進出口增長指數、內貿增長指數，這三個變量以增長率為基礎，進行了指數處理。

表1 變量說明

4.2 數據

本文選取的樣本數據，主要來源于各年的《中國統計年鑒》、《中國能源統計年鑒》，鑒于能源數據的可得性，數據時間段定為2000-2012年。由于西藏、寧夏的數據不完整，故沒有包括進來，樣本數據包括29個省、直轄市377個樣本。

4.3 計量模型

根據前面的分析，建立如下的計量方程：

lnGASit=α+β1lnELEit+β2lnieRateit+β3lncrRateit+εit

(模型I)

lnDIEit=α+β1lnELEit+β2lnieRateit+β3lncrRateit+εit

(模型Ⅱ)

lnGAS_DIEit=α+β1lnlineRateit+β2lnieRateit+β3lncrRateit+εit

(模型Ⅲ)

lnGAS_DIEit=α+β1lnURit+β2lnlineRateit+β3lnieRateit+β4lncrRateit+εit

(模型Ⅳ)

lnGAS_DIEit=α+β1lnURit+β2lnELEit+β3lnlineRateit+β4lnieRateit+β5lncrRateit+εit

(模型V)

5 實證結果與分析

5.1 實證結果

在處理面板數據時，究竟使用固定效應模型還是隨機效應模型進行參數估計，本文先進行了豪斯曼檢驗，檢驗結果表明應該使用固定效應模型。通過使用固定效應模型得到的估計系數如表2、表3所示。

表2 固定效應模型(I,Ⅱ)估計系數

表3 固定效應模型(Ⅲ,Ⅳ,V)估計系數

5.2 結果分析

根據表2和表3，我們可以得到以下結論：

在不考慮城鎮化及物流路網變量組的計量模型中(模型I、Ⅱ)，模型I實證結果表明，從系數符號來看，物流業電力消費能替代汽油消費，但不顯著，而模型Ⅱ實證結果表明，電力消費能替代柴油消費，影響十分顯著。模型I和模型Ⅱ的實證結果均表明，外貿對物流業能源消費(汽油、柴油)的影響不顯著，而內貿顯著。鑒于模型I和模型Ⅱ的模型設定沒有考慮城鎮化及物流路網變量組，故模型I和模型Ⅱ的實證結果只能作為參考。

模型Ⅲ中考慮了物流路網變量，但沒有考慮城鎮化率。模型Ⅳ考慮了城鎮化與物流路網變量組。從模型Ⅲ和模型Ⅳ的估計結果來看，城鎮化率的提升、物流路網的增長顯著帶動了物流業汽柴油消費。這是因為城鎮化、物流路網的增長大力促進了物流業發展的緣故。

在模型V中，它考慮了三組變量(城鎮化及物流路網變量組、替代能源變量組、控制變量組)對物流業汽柴油消費的影響。實證結果表明，不僅城鎮化、物流路網的增長顯著帶動了物流業汽柴油消費，而且電力和汽柴油之間也存在替代關系。這表明在物流業能源消費中，隨著電動車輛(如汽車、叉車、搬運車)逐漸應用于物流業中，電力消費替代汽柴油消費越來越顯得重要。模型V的實證結果也同樣表明，外貿對物流業汽柴油消費的影響不顯著，而內貿顯著。

6 電力消費替代柴油消費案例研究

杭州湯氏物流有限公司是一家以國內外知名飲料物流為主導的綜合性現代物流企業。通過到該物流公司總部進行調研，現對該公司總部的叉車使用情況及在柴油、電力消費方面作一個對比分析。至2015年，杭州湯氏物流有限公司總部有8臺電動叉車以維持10300平方米倉儲的裝卸搬運。公司總部2014年初就全部使用電動叉車替代柴油叉車，究其原因是因為湯氏物流有限公司的客戶主要是大型的外資企業和國內知名食品飲料企業，如康師傅、可口可樂、娃哈哈、達能、農夫山泉等企業，這些外資企業和國內知名企業對杭州湯氏物流有限公司的物流作業要求是：低碳、環保。鑒于電動叉車環保，柴油叉車不環保且可能影響飲料食品產品包裝外觀或質量，故自2014年初開始，公司總部全部采用電動叉車。電動叉車與柴油叉車相比，有以下的優點：

(1)電動叉車比柴油叉車環保。柴油叉車的廢氣排放較多，柴油叉車工人每天工作時，鼻腔吸入廢氣過多，會不利于身體健康，且排放的廢氣可能會影響飲料食品產品包裝外觀或質量。

(2)電動叉車維修成本低，柴油叉車維護成本高。據叉車工人介紹，電動叉車基本上不需要維護，主要是電瓶使用壽命問題(這一部分放在運行成本部分進行分析)。而柴油叉車的小毛病較多，工作兩年及以上的柴油叉車的維修費在4000元/年至5000元/年(如每天15個小時左右高強度工作的柴油叉車壽命僅能工作2年)，而且要專門配備一個修理工，否則出現問題就無法工作，影響公司的物流運轉。

(3)電動叉車日運行成本低，柴油叉車日運行成本高。每輛電動叉車購置價格為15萬元左右，每個電瓶的價格在3萬元左右，每輛柴油叉車8萬元左右。一般來說，高強度工作(如一天工作15個小時左右)的每輛電動叉車要配備3塊電瓶，大致每個電瓶的使用壽命為2～3年，每個電瓶的價格在3萬元左右，以2年為計算依據(如果以3年為計算依據，則電動叉車運行成本更低)，每輛電動叉車每年的電瓶使用費為4.5萬元/年(一年若以360天為計算單位，則每天約為125元)，新電瓶充一次電用時10小時左右，用電60度，舊電瓶充一次電用時8小時左右，用電40至45度，新電瓶高強度工作6至7小時，舊電瓶高強度工作4至5小時，高強度工作的每輛電動叉車每個工作日用電量在135度左右，工業用電每度為1元，按最大的工作強度和最短的電瓶使用壽命估算，故每輛電動叉車的電費和電瓶使用費最多約為260元/天。按最大的工作強度計算，每輛柴油叉車每天約使用柴油90到100升，考慮到湯氏物流有限公司作為一家知名大型物流公司，可以從柴油經銷商處獲得比市場價略低的柴油價格(約為5元/升，以5元計)，共為450元至500元左右。顯然，柴油叉車的日運行成本高于電動叉車。經我們簡單估計，如果考慮電動叉車和柴油叉車購置成本和日運行成本(兩者合稱為總運營成本)，每輛電動叉車的總運營成本在1年內要高于每輛柴油叉車，1年以后，柴油叉車的總運營成本要高于電動叉車。

(4)電動叉車壽命較長，而柴油叉車壽命較短。一般來講，高強度工作的柴油叉車壽命在2年左右。而杭州湯氏物流有限公司自2014年初以來，高強度工作的電動叉車還在繼續使用，還沒有報廢的情況。

經過我們對杭州湯氏物流有限公司的調研，可以得出一個結論：杭州湯氏物流有限公司在電力消費替代柴油消費方面邁出了重要的一步，使用電動叉車既是客戶所希望的，也能以更低的成本進行物流作業。對公司而言，簡言之，既環保，又節省成本。

7 結語

將能源要素單列，定義CES型生產函數，從而推導出物流業能源需求理論函數，它表明物流業的能源投入意愿隨著各類投入品的價格和產出的變化而變化。進而，構建了能源組合的成本最低函數，由于不同能源之間的替代屬性，構建了不同能源之間的替代關系函數。假定物流成本固定，在成本約束條件下選擇資本、勞動、能源的投入組合，則可根據產出最大化的一階條件，可得到最優能源消費總量和最優能源消費成本。在城鎮化效用中，假定人口短期內總量不變(僅考慮人口的轉移)，構建了城鎮化影響物流業能源消費的關系函數，這種影響關系的本質是由于農村轉移到城鎮的這部分人口促使了物流業務量的提升，這種影響關系短期內是存在的。如果城鎮化進程繼續推進，這種影響關系也會長期存在。

本文的研究也不盡全面，例如，在城鎮化效用中，如果短期內人口總量變化，城鎮化影響物流業能源消費的函數關系也需要重新進行構建，這也是作者下一步研究的思路和方向。

從本文的研究中，我們還建議政府：引導物流業改善能源消費結構，走低能耗之路。其中，大力推廣電動車輛應用于物流業中就是一條可行的路子。鑒于城鎮化和內外貿的發展有利我國的經濟增長，而且也能促進物流發展，因此，在合理推進城鎮化的同時也應加強內外貿與物流業的協同發展。此外，采取措施進一步推廣節能技術在物流業中的應用，以及強化物流企業的節能意識(如節能燈的應用等)，這些對于降低物流業能源消費也都具有積極意義。

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Research on Substitution Effect and Urbanization Effect on Energy Consumption of the Logistics Industry

WANG Fu-zhong1,SHEN Zu-zhi2

(1.College of Economics and Management, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023,China;2.School of Management, ZheJiang University, Hangzhou 310058,China)

The logistics industry acts as a complex service industry, and recently it attracts attention of all levels of government. Based on the discussion for urbanization process and energy consumption of the logistics industry, by using the Cobb-Douglas production function, in which energy is as an input row, an energy demand theory is proposed in this paper. It shows the energy inputs willingness of the logistics industry changed with the price of various types of inputs and outputs. And then, a theoretical analysis is made for the substitution effect and urbanization effect on energy consumption of the logistics industry. There has no similar studies from this point of view before. From the view point of the substitution effect, because there exist numerous types of energy in the logistics industry, and the logistics industry relies on gasoline, diesel fuel and electricity, there are alternatives between the individual energy utility. From the viewpoint of energy input and other initial input factors, there is also an alternative relationship between capital, labor and energy. From the viewpoint of the urbanization effect, the logistics industry will increase energy consumption because of transfer of rural population to urban areas. Then, an econometrics equation is established and corresponding parameter estimation is finished. The panel data is used and fixed effect estimations are done. The empirical results show that the electricity consumption of the logistics industry can significantly substitute for gasoline and diesel consumption, and then reduce the dependence on gasoline and diesel oil. The process of urbanization, the logistics network and domestic trade development also can promote gasoline and diesel consumption of the logistics industry. Case studies show that, in view of the customer for the logistics of environmental protection and low-carbon high demand, Hangzhou Tangshi logistics headquarters Ltd has replaced diesel forklifts by the use of electric forklifts since early 2014 because electric power consumption can achieve a better alternative to diesel consumption, namely can achieve environmental protection and cost savings, and also, the electric forklifts are more friendly to the environment than the diesel forklifts, and the electric forklifts have lower maintenance cost than the diesel forklifts, and the electric forklifts have lower day running cost than the electric forklift, and the electric forklifts have longer life than the diesel forklifts. Suggestions: the governments should improve the energy consumption structure of the logistics industry in order to go on a low energy consumption of the road; the governments should promote the application of electric cars in the logistics industry; the governments should reasonably promote the urbanization development and strengthen the collaborative development of internal and foreign trade and the logistics industry. Taking measures to further promote energy-saving technology in the logistics industry and logistics enterprises to strengthen energy-saving awareness, which has positive implications for the logistics industry to reduce energy consumption.

logistics industry; energy consumption; substitution effect; urbanization effect

2015-04-14；

2016-02-28

教育部人文社科青年基金項目(13YJC790141)；浙江省哲學社會科學規劃課題 (15NDJC186YB)

簡介：王富忠(1976-)，男(漢族)，湖南衡南人，浙江科技學院經濟管理學院副教授，博士，研究方向：物流業能源效率，E-mail:wfz212126@126.com.

F222.3

A

1003-207(2016)09-0045-08

10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2016.09.006