長江中游城市群能源效率評價研究

吳巧生　李慧

摘要：提高能源效率、促進低碳經濟轉型是當前長江中游城市群區域協同發展和新型城鎮化建設的重點和難點。基于共同前沿（Meta-frontier）理論，利用數據包絡分析方法構建非參數前沿，并將SO2排放量這一非期望產出納入DEA模型中，比較分析了2005—2014年長江中游城市群全要素能源效率的區域差異，采用“技術缺口比率”衡量長江中游城市群三大區域之間能源利用的技術差距，并在此基礎上研究了能源非效率的分解以及對真實的能源強度和潛在的能源強度進行了相關分析。研究結果表明：①當前長江中游城市群全要素能源效率整體水平偏低，但地區差異并不顯著。②三大區域之間的能源技術差距不是很大。③技術缺口和管理等因素對不同區域能源非效率的作用不同。④真實的能源強度和潛在的能源強度都具有一定下降的趨勢，而且兩者之間的差距逐漸縮小。最后根據分析結果得出一些結論和啟示，如制定區域節能戰略時堅持“求同存異”的原則，加快技術進步，積極進行能源技術創新，不斷提高管理水平等。同時，政府應加大對長江中游城市群的政策傾斜力度，這樣才能充分挖掘長江中游城市群的節能減排潛力，這對提升中國區域能源效率的整體水平以及促進綠色經濟轉型具有重大意義。

關鍵詞 ：能源效率；技術缺口；非期望產出；非效率分解；共同前沿DEA

中圖分類號：F062.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1002-2104（2016）12-0140-07

中國城鎮化經歷了一個起點低、速度快的發展過程，2015年城鎮化率達到56.1%，比世界平均水平高約1.2%，隨著城鎮數量和規模不斷擴大，一批輻射帶動力強的城市群正在成長壯大，城市群主體形態更加鮮明，已經成為帶動中國經濟增長和參與國際經濟合作與競爭的重要平臺。其中，長江中游城市群2014年的經濟總量超過4.5萬億元，位于長三角、京津冀、珠三角之后，排居第四位。未來一段時期，隨著中國經濟持續發展，長江中游城市群建設將進入加速階段，城市群集聚經濟和人口的能力將進一步增強，與此同時，城鎮化發展的外部條件和內在動力也會發生深刻變化，城市群能源資源保障壓力不斷加大，環境承載力正在逼近上限，加上氣候變化的要求，如何提高能源效率、促進低碳經濟轉型，必將成為長江中游城市群建設所面臨的重大問題之一。

長期以來，能源消費一直被作為一個非常重要的問題受到普遍關注，提高能源效率作為國家能源政策重點得到廣泛認同，大量的文獻對此類問題進行了研究。其中，近年來的一個重要研究進展就是全要素能源效率（TFEE）方法的引入與改進，以HU and Wang[1]的論文為代表，基于數據包絡分析（DEA）技術和全要素生產理論提出了全要素能源效率（TFEE）方法，使得對能源效率問題的研究轉變為對經濟產出、資本、勞動及能源等要素的綜合研究。隨后，國內外眾多學者采用TFEE方法對中國能源效率問題進行了研究[2-3]。

然而，從現有文獻看，絕大多數研究只關注能源消費經濟產出最大化，忽視了能源消費形成的污染，無法全面、科學地衡量各地區能源消費的真實狀況，直接影響區域能源消費格局的調整，諸如魏楚和沈滿洪[4]。與此同時，很少有研究考慮了區域間的生產技術差距，諸如吳琦和武春友[5]，嚴格來說，只有具備相似生產技術（本文假定“生產技術”為“轉化投入為產出的知識與能力”）水平的生產單元才能比較技術效率，否則可能因為比較標準的缺失而無法確定影響其效率的真實因素。另外，能源的非效率的分解問題也沒有得到足夠重視，直接影響了能源非效率來源的探究，諸如寧亞東等[6]、 CHANG and HU[7]。

基于此，本文構建共同前沿能源效率模型，對長江中游城市群能源效率進行評價研究，進而為實現節能減排目標、制定相關政策和措施提供有效的經驗依據。

1 研究方法

1.1 共同前沿能源效率模型

Metafrontier理論的基本思想是強調不同決策單元（DMU）的生產技術的差異以反映區域、種類、規模和其他固有屬性[8]。Wang Q. W.等基于Metafrontier理論和DEA線性規劃方法構造共同前沿能源效率模型，根據技術差異將所有的決策單元進行分組，每一個組都會有一個生產前沿面，即群組前沿。然后，將不同的群組的前沿面進行包絡，就可以得到一個新的生產前沿面——共同前沿[9]。此外，本研究將沿用王群偉等人的方法，采用污染物作投入處理法，即將環境污染物視為經濟活動的一種社會成本，利用該方法處理含有非期望產出的效率測度問題非常普遍[10]。

1.3 全要素能源非效率分解

在兩種前沿下，可以得到GEE和MEE的具體的值，這兩個值的差異可以由技術缺口比率（TGR）描述，通過計算TGR，還可以得知全要素能源非效率的來源。LIN C.H.等人[12]將基于共同前沿測量的能源的非效率（MIT）劃分為兩部分：技術缺口的非效率（TGI）和管理的非效率（GMI），如方程（6）所示。同一個群組的城市一般會有相同或相似的生產技術。因此，基于群組前沿的能源效率的損失可以歸因于管理的非效率，而不是純粹的技術因素。

共同前沿、群組前沿、技術缺口比率（TGR）及非效率分解可以由圖1來說明。如圖1所示，共同前沿（M-M）是由生產技術不同的三個群組前沿（1-1，2-2，3-3）包絡而成，點A表示該城市的能源效率基于群組前沿2-2測量。為了達到節能最大化及增加GDP產出，點A基于群組前沿應該移到B點，基于共同前沿應該移到C點。那么基于群組前沿和共同前沿測量的能源效率可以分別表示為：

GEE=OEOD， MEE=OFOD

技術缺口比率、技術缺口的非效率以及管理的非效率可以分別表示為：

TGR=OFOE， TGI=FEOD， GMI=EDOD

基于共同前沿的總的能源的非效率可以表示為：MIT=TGI+GMI=FD/OD。

2 實證分析

2.1 數據、變量選取及說明

長江中游城市群主要包括環鄱陽湖城市群、武漢城市圈和長株潭城市群，其中環鄱陽湖城市群包括南昌、景德鎮、萍鄉、九江、新余、鷹潭、吉安、宜春、撫州和上饒；武漢城市圈包括武漢、黃石、鄂州、孝感、黃岡、咸寧、仙桃、潛江和天門；長株潭城市群包括長沙、株洲、湘潭、衡陽、岳陽、常德、益陽和婁底。本文以2005—2014年長江中游城市群為基本研究單元。以資本、勞動、能源為投入變量，各城市GDP為期望產出變量，以SO2排放量作為非期望產出變量。投入產出變量的界定如下：

（1）資本投入。采用物質資本存量作為資本投入的代理指標，以1995年為基期采用“永續盤存法”估算各城市資本存量，計算方法為：Ki，t=Ki，t-1（1-σi，t）+（Ii，t+Ii，t-1+Ii，t-2）/3，其中ki，t和Ii，t分別是地區i第t年的資本存量和投資，σi，t是地區i第t年的固定資產折舊率，Ki，t-1是地區i第t-1年的資本存量。具體算法可參見向娟等[13]、張軍等[14]的研究。

（2）勞動投入。以期末從業人員數作為各城市勞動投入的具體指標。

（3）能源消耗。以各城市的能源消費量來表示能源投入，數據來源于2006—2015年的各省市（包括湖北省、湖南省和江西省）統計年鑒，不同類型的能源進行了折標煤計算。

（4）期望產出。選擇長江中游城市群各城市的GDP作為期望產出指標，并利用GDP平減指數以1995年不變價格進行了縮減。

（5）非期望產出。本文以SO2排放量作為非期望產出變量，考慮到SO2排放量與中國以煤為主的能源結構密切相關，是能源利用形成的主要污染之一；各城市SO2排放量數據直接可以從中國城市統計年鑒上獲得，增加了研究的可靠性[15]。

長江中游城市群三大區域投入產出數據的均值如表1所示。

由表1可知，平均而言，長株潭城市群GDP產出最高，遠高于環鄱陽湖城市群，武漢城市圈的GDP產出處于兩者之間，與長江中游城市群整體的GDP產出水平幾乎持平。長株潭城市群的發展更多地依賴能源和人力的投入且SO2排放量也是最高的，武漢城市圈資本存量投入最多，環鄱陽湖城市群資本存量和能源投入都較少。

2.2 共同前沿能源效率分析

根據方程（3）和（4）可以計算出兩種前沿下的能源效率，GEE和MEE。由表2可知，在共同前沿和群組前沿下，樣本期內長江中游城市群全要素能源效率均值分別為0.781和0.850，表明在整個城市群能源投入削減21.9%和15%的情況下，仍然能夠實現現有經濟產出水平。正如前文所述，群組前沿下的能源效率明顯高于或等于共同前沿下的能源效率。選取環鄱陽湖城市群的景德鎮市為例，在群組前沿下，景德鎮市的能效均值達到了0.772，表明在環鄱陽湖城市群的能源技術水平下，節能潛力可以提升至22.8%；若把景德鎮市放在長江中游城市群范圍內，參照共同前沿，其能效均值為0.596，節能潛力可以提升至40.4%，遠高于群組前沿下的22.8%的改進幅度。

其他城市的比較也得到了類似的結論。主要原因在于兩種前沿下，參考技術集是不同的，群組前沿參照的只是該區域的潛在最優生產技術，而共同前沿參照的是整個城市群潛在最優生產技術。同時可以看出，在群組前沿下，武漢城市圈能源效率最高，為0.910；其次是環鄱陽湖城市群，為0.829；長株潭城市群能源效率最低，為0.811。而在共同前沿下，環鄱陽湖城市群能源效率最低，但三個區域能源效率差異不大，其全要素能效均值分別為0.806、0.779和0.757。為了進一步驗證兩種前沿下長江中游城市群全要素能源效率的差異性，本文通過非參數KruskalWallis檢驗來進行分析，我們假設三個區域的能源效率沒有差異。結果顯示KruskalWallis統計量的值為1.605，P值=0.448，表明不能拒絕原假設，即三個區域的能源效率是沒有顯著差異的。這說明從能源效率的角度來看，長江中游城市群區域一體化協同發展取得了巨大進展。

2.3 能源效率技術缺口分析

雖然三大區域間的能源效率沒有顯著差異，但長江中游城市群整體能源效率水平較低，故本文在測算各城市全要素能源效率的基礎上，利用技術缺口比率（TGR）定量分析長江中游城市群區域能源技術差距，可由方程（5）計算得出。圖2給出了2005—2014年環鄱陽湖城市群、武漢城市圈和長株潭城市群能源利用技術缺口比率（TGR）均值的差異和變動情況。

通過計算可得，三大區域的TGR的均值分別為0.923，0.879和0.963。其中，長株潭城市群在維持經濟產出不變的條件下，可以達到整個長江中游城市群潛在能源利用水平的96.3%，為最高水平。從動態視角來看（圖2），樣本期內長株潭城市群TGR呈現出一種上升趨勢，近幾年來維持在1這一水平線上，說明該城市群各城市之間的生產技術的差異比較小。相比之下，武漢城市圈的TGR在“十一五”期間逐漸上升，而在“十二五”期間又逐漸下降，即該城市群各城市之間的生產技術的差異先逐漸縮小，后又逐漸擴大，這一現象可能與政府的相關政策傾斜和新能源新技術的發明創造有關。環鄱陽湖城市群的TGR處于兩者之間，為0.923，與共同前沿相比，其能源技術還有7.7%的改進空間。總體而言，三大區域之間的能源技術差距不是很大。

2.4 各城市能源非效率分析

根據方程（6）計算出各城市技術缺口的非效率（TGI）和管理的非效率（GMI）。如表3所示。

以武漢城市圈的鄂州市為例。總的能源的非效率為0.528，技術缺口的非效率為0.104，管理的非效率為0.424。很明顯，鄂州市的TGI比GMI小，這意味著能源效率的損失主要是由管理的非效率導致的。由管理等因素導致能源非效率的城市還有很多，如環鄱陽湖城市群的景德鎮市、九江市、萍鄉市和新余市，長株潭城市群的株洲市、湘潭市、益陽市和婁底市。由技術缺口因素導致能源

非效率的城市也有很多，如鷹潭市、上饒市、黃石市、孝感市和長沙市等。

同時可以看出，武漢城市圈的TGI為0.105，GMI為0.101，能源的非效率是由技術缺口和管理等因素共同導致的，兩者的作用大致相同。而從圖3進一步可以看出，環鄱陽湖城市群能源的非效率主要是由管理等因素導致的，近幾年來，該城市群由技術缺口導致的能源非效率所

占的比重逐漸上升；而武漢城市圈由技術缺口導致的能源非效率所占的比重先逐漸下降，后又逐漸上升；長株潭城市群能源的非效率幾乎都是由管理等因素導致的。由此可見目前長江中游城市群節能減排的任務艱巨，一方面要繼續提高能源利用的技術條件，各城市間加強交流以及推廣節能減排的技術；另一方面要加強管理基礎設施建設，提高勞動力質量和能源利用的管理水平以及加大對節能減排的宣傳力度。

2.5 能源強度相關比較分析

基于相對效率測量能源效率，它是一個全要素能源效率指標，明顯不同于能源強度（單要素能源效率指標）。然而，這兩類指標之間也存在一些內在聯系。考慮輸入的約束條件，一個城市在群組前沿和共同前沿下的能源消費和GDP的優化組合分別為（1-ρj）e，（1+ρj）y和（1-ρmeta）e，（1+ρmeta）y。同樣，在兩種前沿下潛在的能量強度可以分別計算為（1-ρj）e（1+ρj）y和（1-ρmeta）e（1+ρmeta）y。圖4給出了

2005—2014年期間，長江中游城市群在共同前沿下的真實能源強度和潛在能源強度的比較分析。

真實能源強度與潛在能源強度的變化趨勢基本一致，但前者明顯大于后者（見圖4）。例如，在2005年，每萬元GDP的能源消耗是1.443 t，而優化后的數值為0.868 t。

這與上文得出的多數城市都具有節能潛力的結論是一致的。此外，可以看出，自2005年以來，無論是真實的能源強度，還是潛在的能源強度都具有一定下降的趨勢，而且

兩者之間的差距逐漸縮小。這種現象表明，近年來長江中游城市群節能減排工作已經取得了一定的成效。

3 結論與啟示

本文通過實證分析主要得出了以下結論：

（1）當前長江中游城市群全要素能源效率整體水平偏低，但地區差異不是非常顯著。在共同前沿和群組前沿下，樣本期內長江中游城市群全要素能源效率均值分別為0.781和0.850，表明在整個城市群能源投入削減21.9%和15%的情況下，仍然能夠實現現有經濟產出水平。非參數KruskalWallis檢驗結果表明三個區域的能源效率沒有顯著差異。

（2）三大區域之間的能源技術差距不是很大。三大區域的TGR的均值分別為0.923、 0.879和0.963。其中，長株潭城市群在維持經濟產出不變的條件下，可以達到整個長江中游城市群潛在能源利用水平的96.3%，為最高水平。

（3）技術缺口和管理等因素對不同區域能源非效率的作用不同。武漢城市圈能源的非效率是由技術缺口和管理等因素共同導致的，兩者的作用大致相同。而環鄱陽湖城市群和長株潭城市群能源的非效率主要是由管理等因素導致的。

（4）真實能源強度與潛在能源強度的變化趨勢基本一致，但前者明顯大于后者。真實的能源強度和潛在的能源強度都具有一定下降的趨勢，而且兩者之間的差距逐漸縮小。這種現象表明，近年來長江中游城市群節能減排已經取得了一定的成效。

以上結論蘊含的政策啟示包括以下幾點：

（1）實證分析表明三大區域的能源效率沒有顯著差異且區域之間的能源技術差距不是很大，這說明從能源效率的角度來看，長江中游城市群區域一體化協同發展取得了巨大進展。

（2）根據能源效率損失的來源，可以使用兩種方法來提高各區域能源效率：縮小技術差距、提高管理能力。長江中游城市群應努力加強區域間的技術交流和合作，積極地將先進的節能減排技術從發達城市向落后城市轉移和擴散，不斷提高自主創新能力。此外，應將提高各城市管理水平放在突出位置，進而提高長江中游城市群以及各城市的全要素能源效率。

（3）三大區域以及各城市間潛在的節能水平并不相同。所以在制定區域節能戰略時必須堅持“求同存異”的原則，既要考慮國情、省情，也要注意每個城市的實際情況，然后制定出不同的節能政策措施。

（4）加大對長江中游城市群的政策傾斜力度。為了進一步提高長江中游城市群的能源效率，政府在制定和實施相關政策時應適當向長江中游城市群傾斜，這樣才能充分挖掘長江中游城市群的節能減排潛力，這對提升中國區域能源效率的整體水平具有重大意義，有利于促進綠色經濟轉型以及加快推進新型城鎮化建設。

（編輯：李 琪）

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Abstract Improving energy efficiency and promoting the transformation of lowcarbon economy are the key and difficult point of the current regional coordinated development and new urbanization construction in the middle reaches of the Yangtze River city group. Based on the metafrontier theory， the nonparametric frontier was constructed by using the data envelopment analysis method and sulfur dioxide emissions， the undesirable output， were incorporated into the DEA model. This paper compared and analyzed the regional differences in totalfactor energy efficiency in the middle reaches of the Yangtze River city group and technology gap ratio was used to measure the technology gap of energy utilization among the three regions. On the basis of this， the decomposition of energy inefficiency and the correlation analysis of the actual energy intensity and the potential energy intensity were studied. The results showed that： ①At present， the overall level of totalfactor energy efficiency in the middle reaches of the Yangtze River city group was low， but the regional differences were not significant. ②The technology gap of energy utilization among the three regions was not great. ③Effects of technology gap and management factors on energy inefficiency of different regions were different. ④Both the actual energy intensity and the potential energy intensity were in a certain downward trend， and the gap between the two was gradually narrowing. Finally， some conclusions were drawn， adhering to the principle of ‘seek common ground while reserving differences in the development of regional energysaving strategy， accelerating technological progress， carrying out energy technology innovation actively and improving the level of management constantly. At the same time， the government should

provide more policy support to the middle reaches of the Yangtze River city group， so as to fully explore the potential of energysaving and emissions reduction in the middle reaches of the Yangtze River city group， which is significant to enhance the overall level of Chinas regional energy efficiency and promote the transformation of green economy.

Key words energy efficiency； technology gap； the undesirable output； inefficiency decomposition； metafrontier DEA