偏向性技術進步下中國能源強度變動研究

劉慧慧，許 超

（1.北京大學經濟學院博士后流動站，北京 100871；2.復旦大學管理學院博士后流動站，上海 510641）

1 研究背景

我國能源強度在改革開放之后就在不斷降低，1980年與2016年萬元地區生產總值（GDP）能耗分別為3.93 tce和1.02 tce，在這一期間萬元GDP能耗降低了74%。但能源的一般消費規律是，在經濟發展的初級階段能源強度會有所上升，而經濟水平達到一定程度后能源強度才會有所下降。我國這種違背能源規律的能源消費現象在其他發展中國家以及發達國家當中并未出現，由此引發了世界范圍內多國學者的關注，很多學者就我國這一特殊現象展開了研究，并且獲得了眾多的結論，如Kambara［1］等針對我國這一現象進行研究后提出，我國在調整工業結構后使得輕工業與重工業的比例發生了明顯的變化，輕工業占比急劇上升，進而導致我國能源強度隨著時間的推移而不斷地下降；Sinton等［2］、Huang［3］等提出導致我國出現這一現象的原因是技術水平有了顯著的提高；Karen等［4］在經過深入研究后提出，能源價格不斷上漲也是導致國內能源強度不斷降低的重要因素；甚至有學者如Sinton［5］、Rawski［6］等對我國的統計數據提出質疑，認為我國20世紀90年代的國內生產總值和能源消費數據存在水分。

國內學者史丹［7］于20世紀90年代末到21世紀初期間，最先從我國的實際情況出發對這一特殊現象進行了研究，指出我國在經濟水平較低時就進行了經濟結構的調整，這點與其他發展中國家以及先進國家有著明顯的區別，所以不能用經驗的能源消費彈性數據來評價中國的實際能源消費彈性，并基于描述性分析與定性分析得出產業結構調整是導致20世紀80年代我國能源強度大幅下降的關鍵原因，而90年代能源強度的下降得益于工業部門能源效率的提高、對外開放和經濟體制改革。繼史丹之后，我國又有眾多學者針對這一問題展開了研究，比如張宗成等［8］在經過研究后提出，結構的改變以及經濟體制的改革是導致能源強度不斷降低的重要原因，其中結構的變化是指能源消費、產品以及產業結構的變化；杭雷鳴等［9］在收集相關數據后利用回歸分析進行研究發現，能源價格的上漲也是國內能源強度不斷降低重要原因；此外，王玉潛［10］、韓智勇等［11］等眾多學者提出是國內子部門能源效率的提高使得八九十年代我國的能源強度出現不斷下降。但大量的研究還是涌現于我國政府于2006年提出的“十一五”規劃之后，學者在這一階段進行研究時并不僅僅基于結構因素和技術進步等就這一現象進行解釋，已通過回歸分析等方式探索深層的原因，如尹宗成等［12］在收集自1985年起至2006年期間的相關數據后，探討了產業結構與R&D投入、人力資本、外商直接投資（FDI）和能源強度間的聯系，并且發現，能源強度會直接受到R&D投入、人力資本以及FDI的影響，不過如果提高二產所占的比重，那么就會對能源強度的降低起到一定的抑制作用。近些年來，學者們不再只著眼于研究FDI、貿易、R&D等這些傳統指標，而開始將焦點轉向一些較新的影響因素，比如樊茂清等［13］在研究中選擇了信息化投資、體現型技術水平以及能源價格作為影響因素，并得出能源強度變化的主要原因是體現型技術水平的提升、信息化投資規模的增加以及能源價格增長等；王班班等［14］在研究后指出，偏向性技術進步下的要素替代效應是技術進步影響能源強度的主要渠道；王子龍［15］選取了運輸線路單位長度能耗、運輸線路產出能耗、人均生活用能、人均收入等較新的八大指標進行了能源強度的研究；甚至有學者如廖進球等［16］研究了企業創新對能源強度的影響。

由此可見，就我國能源強度變化的相關研究而言，學術界的成果已經相當豐富，但其中也存在著一些不足之處：第一，研究缺乏經濟理論基礎，學者在研究過程中一般選擇計量模型針對各影響因素進行分析，而未融合相關理論進行探討，盡管也有學者在研究的過程中基于謝潑德引理探討能源價格和能源強度這樣的關系，但此類研究未能分析能源價格的引起技術變化（induced technical change，ITC）作用，所以常常會低估能源價格效應；第二，回歸法方面的文獻在產業結構指標的選擇上較為混亂，有學者用二產比重作為結構因素，而有的學者采用三產比重，還有學者將二產和三產都納入模型。

針對以上不足，本研究將通過兩種方式對其進行改進：其一，基于CES生產函數，在理論層面分析能源價格、技術進步與能源強度之間的關系，并在內生偏向性技術進步下，推導出包含ITC效應的能源價格對能源強度影響的理論模型；其二，在針對能源強度變化進行研究的過程中融合回歸法和LMDI分解法，采取這種方式能夠有效避免回歸法的指標亂用問題，同時也能夠更為全面地針對眾多因素對能源強度變化的影響進行研究。本文希望基于內生與外生偏向技術理論，就我國能源強度變化進行因素分解，找到影響能源強度的關鍵因素，并對我國能源強度違背一般能源消費規律現象作出解釋。

2 外生偏向性技術進步下的能源強度分解

2.1 理論模型推導

本文采用非嵌套CES生產函數來推導能源強度分解模型：

式（1）中：Y為總產出；L、K、E分別為勞動、資本、能源； 衡量要素增強型的技術進步；代表的是替代參數。

式（2）中：q、P分別為能源價格、總產出價格。

由式（1）（2）得能源強度與能源增強型技術進步及能源實際價格之間的關系：

這意味著能源強度的增長率可分解成兩方面內容，兩者可以分別通過能源價格與技術進步進行解釋。

2.2 分解結果

將1981—2016年我國31個省份（未含港澳臺地區，下同）的實際數據代入到前文公式，分解歷年的能源強度增長率能夠發現，導致我國能源強度顯著下降的重要原因是技術的進步，年均能源強度降幅是3.6%，而由于技術進步導致的降幅為2.6%、由于能源價格上漲而引發的降幅僅為1%，也就是說能源價格和技術進步分別解釋了28%、72%的能源強度變化。部分年份的測算結果如表1所示。

表1 外生偏向性技術下我國2000—2016年的能源強度增長率

不過假如分階段進行分析，我國的能源價格與技術進步對能源強度的貢獻度卻存在一定的波動（見表2）：1981—1984年期間，技術進步是我國能源強度變化的重要原因。在這一階段，能源價格對能源強度變化反而發揮了一定的抑制作用，出現這種現象的原因是我國改革了經濟體制，提升了各要素的經濟效率，但此時能源價格市場化改革效果還未顯現，能源價格共下降了4.9%，下降的能源價格將增加企業對能源的使用，由此使這一階段的能源強度平均每年增加0.4%。1985—1993年期間，能源價格主導著能源強度的變化。在這一階段能源強度年均降幅數值為3.7%，能源價格增長對能源強度下降的貢獻度達70.3%，出現這種現象的原因是我國能源價格市場化改革在不斷加快，能源價格的年均增長速度為7.5%，而能源價格的增長使國內能源強度年均降幅最大達到2.6%。自1994年起到2016年期間，能源價格對能源強度的影響逐漸降低，這些年份當中甚至出現了能源價格導致能源強度上升的現象。其中，就貢獻度而言，技術進步在這期間對能源強度的影響程度達到了87.9%，能源強度年均降低幅度是3.3%，而技術進步與能源價格引發的變化分別為2.9%與0.4%，出現這種現象的原因是我國在這一階段加深了對外開放的程度，政府制定了控制能源強度的相關計劃，這些都使能源效率得到了提升，但此階段能源價格的上升并未如上一階段那么快速，這導致技術進步主導了這一階段的能源強度變化。

表2 我國3個階段的能源強度增長率

3 內生偏向性技術進步下的能源強度分解

所有能夠使總經濟效率得到提升的相關因素均可以納入廣義技術進步范疇當中，在外生偏向性技術進步下的能源強度增長率分解模型中，除了能源價格外，其他所有因素引起的能源強度變化都可以理解為是技術進步產生的影響，因此，假如在研究能源強度變化的過程中僅針對技術進步進行分析，那么就很難挖掘出相關的作用機制以及深層的因素，所以，有學者在后續的研究當中基于技術進步的方向與強度均具有一定內生性的基礎，就理論以及實踐層面針對能源強度的增長率進行分解，獲得研發投入、國際貿易、FDI、能源價格、產業結構等因素探討能源強度受到這5個因素的影響。

對能源強度的影響因素分析，學術界主要運用了回歸法與分解法，兩者均具有一定的優勢，同樣也存在一定的不足。比如說，在針對結構效應進行研究的過程中，指數分解法具有無可比擬的優勢，不過這種方法不能針對深層因素進行挖掘。2007年Wang［18］根據生產理論提出了生產理論分解分析（production theory decomposition analysis，PDA）方法，這種方法可以幫助我們深入地探討影響能源強度的內因，不過采用這種方法針對能源與產業結構效應進行研究時所獲得的結論卻可能與現實背道而馳。2014年，林伯強等［19］綜合應用PDA與指數分解分析（index decomposition analysis，IDA）方法提出了一種分解框架，盡管該方法能夠在針對能源強度進行分析的過程中更有優勢，不過采用該方法進行研究時卻只能針對技術效應、替代效應以及結構效應等因素研究，無法分析對外開放、ITC效應以及能源價格等因素對能源強度的影響。相對而言，回歸法的靈活性更為出色，該方法可以研究所有因素對能源強度的影響，不過該方法也具有一定的不足：其一，無法基于相關理論進行研究；其二，假如研究的因素數量過多，那么就可能會出現自由度以及多重貢獻等方面的問題；其三，無法獲得精確的數據，該方法在分析的過程中通常僅能針對部分因素進行研究，而無法全面分析全部因素對能源強度的影響。

基于此，本文融合回歸法與分解法，發揮雙方的優勢，針對能源強度進行研究。在研究的過程中，本文先是利用指數分解法獲得產業結構效應，然后借用內生偏向性技術進步模型挖掘出能源價格效應，主要包括ITC效應與替代效應，此后針對能源價格與產業結構不能解釋的內容選擇了回歸法進行分析。本文采取的研究方法具有3方面的優勢：其一，能夠全面精確地對產業結構因素作出研究；其二，通過分解法和理論推導分解出能源價格效應與產業結構效應，因而就能夠有效降低回歸分析當中所涉及的變量數量；其三，能夠針對能源價格與產業結構不能解釋的內容展開回歸分析，由此可以更為全面地分析與能源強度相關的影響因素，有利于進一步提升研究結論的準確性。

3.1 產業結構效應

首先根據LMDI指數分解法分解能源強度增長率：

為了更好地理解能源強度發展速度分解方程，將式（6）兩邊取對數：

因此，通過測算歷年的三大產業結構變化率及其權重，便可算出產業結構變化在能源強度增長率中的貢獻值，即產業結構效應 。如果從1981—2016年期間產業結構每年的平均效應來講，幾乎無法通過產業結構對國內能源強度變化進行解釋，每年能源強度平均下降3.6%而能通過產業結構進行解釋的僅為0.2%，貢獻度占比為6.4%，不過假如認定產業結構對能源強度變化并無影響，顯然會與我國政府優化升級產業結構的初衷背道而馳。部分年份的測算結果如表3所示。

表3 LMDI分解法下我國2000—2016年產業結構的能源強度效應

本文在綜合分析歷年我國產業結構對能源強度的貢獻之后發現，產業結構的貢獻存在階段性的特點（見表4）： 1981—1999年期間，產業結構明顯地影響到了能源強度，在3.9%的能源強度降低幅度當中產業結構能夠針對其中24.5%的部分進行解釋，主要原因是這一階段我國政府針對產業結構進行了調整，逐漸通過宏觀調控加大了三產的扶持，其中二產在所有產業中的占比降低了7%，而這一現象對我國能源強度變化的貢獻率為33%，所以產業結構對這一時期對國內能源強度產生了顯著的影響；在1991—2006年，產業結構變化抑制了我國能源強度的下降，這一時期國內產業結構的變化產生的作用與上一時期具有明顯的不同，產業結構導致能源強度每年以0.8%的速度增長，產業結構作出的貢獻度竟是負數，為-27.5%。主要原因是我國在這一階段加快了城鎮化與工業化的進程，因此第二產業數量有所增加，比重在這一期間共上升了6.5個百分點； 2007—2016年期間，產業結構的變化又重新抑制了能源強度的增長，其能夠針對能源強度變化的14%進行解釋，此階段產業結構又出現正效應，可能由于我國越來越重視節能減排，并在“十一五”期間針對產業結構進行了大力的調整，在優化升級產業結構的過程中二產占比有了明顯的降低，降低了7.6%，同時三產增長了9.7%，因此產業結構的調整又導致國內能源強度出現了明顯的降幅。

表4 我國3個階段產業結構的能源強度效應

3.2 能源價格效應

接下來，本文借用內生偏向性技術進步模型來分解出能源價格效應。借鑒Acemoglu［20］內生偏向性技術的分析框架，本文設最終產品生產部門和中間品生產部門的生產函數如下：

在針對分析進行簡化后，取p=1，根據式（16）至式（21），可以得到能源強度表達式：

再將式（16）至式（18）代入式（12）得各中間品價格之間的關系：

式（24）至式（26）與式（19）至式（21）聯合可得到：

將式（31）（32）代入式（23）得：

將式（34）兩邊取對數再差分，可得到能源價格增長率與能源強度增長率之間的關系：

由于本文僅針對能源強度受到能源價格的影響進行研究，而并未分析其他要素對能源強度的影響，因此本文針對資本價格與勞動價格進行了假定，假定二者并未發生變化，在這個假定下,可以將式（36）重新寫為：

分析公式（39）能夠發現：第一，能源強度和能源價格呈負相關，后者對前者的影響可能在當期就有所體現，同時也可能存在一定的滯后性，但滯后期的影響相對小于當期影響，每提升當前能源價格1%，那么就能夠降低0.313%的能源強度，而滯后期的這一數據為0.292%；之所以能源價格造成的影響會存在一定的滯后性，原因有二，其一，能源價格需要經過一定的時間才可能對能源強度產生影響，比如能源價格需要經過1年才可以使資本相對增強技術產生改變，而需要2年的時間才可以使勞動相對增強技術產生改變；其二，有廠商認為價格提升只是一種短期現象或是廠商可以通過其他要素進行替代，那么在短期內常常就可能會利用替代的方式降低能源的使用。第二，外生偏向型技術進步與內生偏向型技術進步比較而言，能源強度受到前者能源價格的影響要大于后者，兩者分別提高1%能源價格的增速，那么前者與后者能源強度增長率的降低幅度分別為0.347%與0.605%；出現這一現象的原因是，后者同時考慮了ITC效應與要素替代效應，而前者卻并未考慮ITC效應對能源強度的影響。第三，在影響能源強度的過程中，能源價格主要通過ITC效應與替代效應對能源強度產生作用，而ITC效應與要素替代效應比較而言，前者需要一定的時間，后者可以即刻發生；假如提高1%能源價格增長的速度，那么就能夠降低0.605%的能源強度，其中要素替代效應作出了0.313%的貢獻，ITC效應作出的貢獻為0.292%，要素替代效應稍大于ITC效應。

將能源價格增速值代入公式（39）可求得我國歷年能源價格效應，通過分析能夠發現能源強度的變化受到了能源價格明顯的影響：自1983年起直至2016年1），每年我國能夠降低3.5%的能源強度，而由于增加能源價格引發的能源強度的降幅為1.7%，貢獻率為48.57%。部分年份的測算結果如表5所示。

表5 我國2000—2016年的能源價格效應

分析表6當中各階段的指標能夠發現，自1983年起至2008年，我國平均每年能夠降低3.2%的能源強度，而因為能源價格增長導致能源強度降低的幅度是2.6%，在這一階段能源價格貢獻率為81.25%，甚至在從2005年起到2008年這4年期間能源價格共實現了123%的貢獻度，平均每年能夠使能源強度降低3.7%；不過自2009年起直到2016年，能源價格對能源強度反而起到了一定的抑制作用，這一階段能源價格的貢獻度是負數，為-29.54%。

表6 我國3個階段的能源價格效應

3.3 FDI、國際貿易與研發效應

最后，本文對扣除產業結構效應和能源價格效應的能源強度增長率（記為 ）再進行因素分析，分析過程中選用的指標是FDI、國際貿易和研發投入?？紤]到前期的能源強度增長率也許會由于狀態依存性而對當期能源強度產生一定的影響，因而本文在研究的過程中也考慮了狀態依存效應的問題。由于非研發指標并不會對能源強度和研發間的關系產生影響，因而本文僅針對研發指標進行了選擇，最終選用了 ，并構建了研究模型，具體如下：

本文對通過進出口總額對國際貿易進行衡量，通過外商投資額對FDI進行描述，選用我國研究與試驗發展內部經費支出來衡量研發投入。但由于我國并未公布R&D存量數據，因此本文對R&D存量進行了測算2），在測算過程中應用了永續存盤法，部分年份的測算結果如表7所示。

表7 我國2000—2016年的R&D存量值單位：億元

采用普通最小二乘法對式（40）進行估計，本文將1988—2016年3）期間我國的相關數據作為樣本，基于施瓦茲準則（SC）和赤池信息準則（AIC）對相關變量的滯后期進行選擇，結果如下：

將變量實際值代入式（41）可得FDI效應、國際貿易效應、研發效應、狀態依存效應，由測算結果可知FDI和研發投入均對我國能源強度的降低產生了重要的正向影響，不過相對而言后者的影響更大。1993—2016年4）由于我國持續增加研發投入，因而使得每年能夠降低4.1%的能源強度，貢獻率是121%，FDI則使能源強度年均下降0.5%，貢獻率是16.05%，能源強度在順延效應的影響下年均降幅為2.9%，但國際貿易的增加使得我國能源強度每年增長了0.7%。部分年份的測算結果見表8所示。

表8 我國2000—2016年的FDI、國際貿易、研發投入與能源強度關系效應

3.4 能源強度增長率分解結果

綜合前文測算得到的產業結構效應、能源價格效應、FDI效應、國際貿易效應、研發效應及狀態依存效應，本文對我國1993—2016年5）能源強度增長率進行分解。模型當中的常數可以認為是能源強度變化的一種確定趨勢，具體數值為0.049，因此在后文的分解當中，本研究通過合并，將確定性趨勢與狀態依存效應作為自發效應。由分解結果可知，本文對能源強度增長率能實現較好的擬合，通過計算擬合優度R2=0.857，可以發現，本文構建的模型能夠針對我國的能源強度變化進行85.7%的解釋。整體而言，研發投入不斷增加是我國能源強度持續降低的重要原因。提高研發投入后就推動了相關技術的發展，因而就降低了能源強度；同時，在狀態依存下持續增加的研發投入又會進一步降低國內的能源強度。除此之外，提高能源價格后企業通常會選擇其他要素進行替代，因而就降低了能源的需求；同時，能源價格的提高也使得企業更為重視節能技術的研發與應用，因而就降低了對能源的依賴；但是產業結構、FDI、國際貿易對能源強度變化的解釋微弱。1993—2016年期間，我國能源強度每年平均降低3.4%，我國這一階段能源價格與研發投入帶來的降幅分別為1.4%與4.1%，兩者的貢獻度分別為40%與121%，FDI與產業結構的貢獻度分別為16%與近0%，而自發效應與國際貿易會導致能源強度每年提高2%與0.7%。部分年份的測算結果見表9所示。

表9 內生偏向性技術進步下我國2000—2016年的能源強度增長率分解

從分階段來看，造成我國能源強度在1993—2006年期間與2007—2016年期間降低的原因存在一定的差異（如表10）：1993—2006年期間，能源價格與研發投入對我國能源強度的變化產生的影響最為顯著，在這一期間平均每年會降低2.5%的能源強度，能源價格與研發投入分別帶來了3.1%、2.6%的降幅，貢獻度分別達125.53%和105.03%；而自2007年起直至2016年，產業結構與研發投入對國內能源強度的變化影響更為明顯，在這一時期能源強度年均下降4.6%，而僅研發效應就為-5.4%，貢獻度達117.59%，在這一階段產業結構促進了我國能源強度的降低，貢獻度數據為23.89%。

表10 內生偏向性技術進步下我國1993—2016年的分階段能源強度增長率分解

4 結論

本文從偏向性技術進步的視角重新審視能源強度這一舊課題，由此對我國能源強度不斷下降這一違背一般能源消費規律的現象作出解釋，得到的結論主要有：第一，在外生偏向性技術進步分解模型下，能源增強型技術進步在我國能源強度的變化中起著主要的解釋作用；第二，借用內生偏向性技術進步下的分解模型進一步發現，研發投入的快速增長和能源價格的提高是我國近年來能源強度不斷下降的原因，產業結構和FDI在相應階段對能源強度降幅產生影響；第三，由前文得到的第i產業結構變化對能源強度增長率的年均影響系數 、能源價格增長率對于能源強度增長率的各期累計影響系數，及能源強度增長率關于研發投入、國際貿易、FDI增長率的彈性系數，本文發現產業結構中的二產比重變化對能源強度降幅的拉動作用最明顯，具體數值為0.82；拉動作用居于第2位的是能源價格，具體數值是0.605；居于第3位的是研發投入，具體數值為0.364；FDI拉動作用最小，具體數值為0.045；國際貿易對能源強度降幅的影響為負。

注釋：

1）因為模型中存在2年滯后期，此部分的測算時間為1983—2016年。

2）根據可獲得的資料，R&D存量數據的時間范圍為1988—2016年。

3）因R&D存量指標數據的時間范圍為1988—2016年，因此模型測算的時間范圍為1988—2016年。

4）模型中存在5年滯后期，此部分的測算時間為1993—2016年。

5）模型中存在5年滯后期，此部分的測算時間為1993—2016年。