空間視角下電能替代對能源強度的影響及其機制研究

劉自敏， 張 婭

（西南大學 經(jīng)濟管理學院， 重慶 400716）

一、問題提出與文獻概述

改革開放以來， 中國經(jīng)濟高速發(fā)展， 在短時期內集中出現(xiàn)了發(fā)達國家百年工業(yè)化過程中分階段出現(xiàn)的環(huán)境污染與能源剛性需求等問題。 現(xiàn)階段中國能源消耗強度雖逐年降低， 但仍遠高于世界平均水平，甚至高于一些發(fā)展中國家， 主要原因在于能源消耗增速高于經(jīng)濟增速， 能源消耗總量大， 能源發(fā)展陷入瓶頸之中。 而電能在能源消費中極具經(jīng)濟性與便捷性， 以電為核心的能源轉換成為控制能源消費、 降低能源強度的重要突破口。 因此， 將單位GDP 能耗作為能源強度的現(xiàn)實指標以考察中國電能替代對能源強度的具體影響是實現(xiàn)節(jié)能降耗需要重點關注的核心問題。

為緩解中國生態(tài)能源矛盾、 降低單位GDP 能耗， 國家電網(wǎng)公司于2013 年8 月印發(fā)了《電能替代實施方案》， 在經(jīng)營區(qū)域內全面啟動電能替代工作， 積極倡導“以電代煤、 以電代油、 電從遠方來” 的能源消費新模式， 不斷提高電能占終端能源消費比重。 2016 年， 國家發(fā)展改革委等八部委聯(lián)合印發(fā)了《關于推進電能替代的指導意見》， 部署了居民電取暖、 生產(chǎn)制造、 交通運輸、 電力供應與消費四大重點領域相關任務， 從具體著力點深化電能替代。 2018 年中國政府發(fā)布了《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》， 對地區(qū)電能替代提出具體要求， 政策措施從全局逐步落實到細節(jié)。 然而截至2018 年， 中國電能占終端能源消費比重僅為25.5%， 其中煤電占比為75%。 這表明當前中國電能占比較低， 電能替代有待深化， 能源結構還需改善。 基于此， 在測算能源強度和電能替代空間關聯(lián)的基礎上， 本文考察電能替代對能源強度的具體影響， 為實現(xiàn)有效控制煤炭消費總量、 助力打贏污染防治攻堅戰(zhàn)提供切實可行的政策建議。

電能替代作為控制能源消費總量的重點突破口， 是學術界與實務界關注的重點問題， 相關研究主要集中在以下三個方面：

第一， 電能替代的成本效益。 現(xiàn)有國內外研究主要集中在對電能替代進行效益分析［1］。 電能替代是在終端能源消費環(huán)節(jié)使用電能替代燃煤、 燃油的能源消費方式［2］。 針對電能替代的衡量指標主要為電能替代量和電能占比， 常用的電能替代量定義方法主要為終端化石能源的轉換量和基于基準年消除能源消費總量影響后的電能增加量［3-4］。 就電能替代方式而言， 中國主要以煤炭發(fā)電為主， 煤炭發(fā)電是中國環(huán)境污染和碳排放的重要來源［5］。 有學者認為火力發(fā)電能降低發(fā)電煤耗， 比煤電更具經(jīng)濟效益［6］， 還有學者認為生物質能源作為重要可再生能源［7］， 其低碳、 低硫、 少氮的環(huán)境特性為適量補充或替代燃煤發(fā)電帶來可行性。 但總體上， 電能替代能夠顯著改善能源結構， 提高能源利用效率和生態(tài)環(huán)境效率能增加公眾福利和社會效益［8-9］。

第二， 能源強度的影響因素。 國外相關研究主要是通過對數(shù)平均迪氏指數(shù)（LMDI） 等方法對能源強度及其影響因素進行分析， 研究結果表明， 產(chǎn)業(yè)結構、 能源結構、 經(jīng)濟增長、 交通結構和研發(fā)等因素均會對能耗產(chǎn)生影響［10-16］。 根據(jù)國內相關研究， 技術創(chuàng)新、 產(chǎn)業(yè)結構、 能源消費結構、 城鎮(zhèn)化水平、 對外開放程度和環(huán)境規(guī)制等因素能夠影響能耗［17-20］， 其中， 科技進步、 產(chǎn)業(yè)結構和能源消費結構對能耗的影響更為顯著。 同時， 宋躍剛和吳耀國（2016） 認為， 普通回歸模型會忽略經(jīng)濟要素間的個體效應和交互效應［19］， 實證考察中必須考慮經(jīng)濟要素的地理空間效應。

第三， 電能替代和能源強度的聯(lián)系。 國內外相關研究鮮有直接考察電能替代和能源強度間的關系。就兩者的直接聯(lián)系而言， 郭菊娥等（2008） 認為在技術可行和能源價格合理的基礎上， 實現(xiàn)1 單位的以油代煤可使單位GDP 能耗降低0.605 4%， 實現(xiàn)1 單位的以氣代煤可降低單位GDP 能耗0.651 5%， 水電使用比例提高1%有利于降低單位GDP 能耗0.9%［21］。 宋衛(wèi)東和王乾坤（2013） 通過多元回歸得到電力消費比例增加會降低單位GDP 能耗的結論［22］。 就間接聯(lián)系而言， 大多是分析電能替代對能源結構、 能源利用效率和生態(tài)環(huán)境效率等因素的影響［7-8］。 電力資源對其他化石能源有較強的替代效應［23］， 深化電能替代有助于加快節(jié)能減排工作的推進， 優(yōu)化企業(yè)的能源生產(chǎn)與消費結構， 提升能源利用效率， 電能替代有利于降低能源強度。

通過梳理上述文獻發(fā)現(xiàn)： 首先， 孫毅等（2017） 對電能替代的定義削弱了能源消耗總量不斷增長所帶來的影響， 量化結果更加準確［4］。 其次， 能源強度影響因素除能源、 資本等基本要素外， 產(chǎn)業(yè)結構、對外開放程度、 環(huán)境規(guī)制等因素都能對能耗產(chǎn)生較大影響。 最后， 現(xiàn)有研究少用空間計量方法研究能源強度問題， 而空間角度下能夠充分考慮研究要素間的地理空間效應， 使估計結果更加準確。

本文首先測算分析中國電能替代和能源強度的空間相關性， 在此基礎上， 通過空間計量模型分層面考察電能替代對能源強度的具體影響， 并借助實證結果提出相應的政策建議。 本文的貢獻和可能存在的創(chuàng)新點主要有以下四點： 第一， 利用莫蘭指數(shù)（Moran's I） 測算全局及局部電能替代和能源強度的空間相關性， 既考慮了全局相關性， 也統(tǒng)籌了局部關聯(lián)。 第二， 利用空間計量模型考察電能替代對能源強度的影響， 考慮了各要素的空間效應， 并對效應進行了分解， 使分析結果更加透徹清楚。 第三， 分層面考察了電能替代對能源強度的影響， 考慮了地區(qū)差異， 結果更具有針對性。 第四， 對電能替代如何影響能源強度進行了傳導機制分析， 分析了內部機理。

本文后續(xù)部分內容安排如下： 第二部分為理論分析， 首先從理論角度進行分析， 再對所用模型進行簡要說明； 第三部分為數(shù)據(jù)說明及變量定義， 對本文所設定的權重指標及應用數(shù)據(jù)進行說明； 第四部分為實證結果及分析， 首先對電能替代和能源強度的空間相關性以及兩者的空間關聯(lián)進行分析， 再通過空間計量方法分層面考察電能替代對能源強度的影響； 第五部分為機制分析， 采用中介效應模型來識別電能替代對能源強度影響的機制； 第六部分基于結論提出相應政策建議。

二、理論分析

能源強度也稱為單位產(chǎn)值能耗， 是衡量能源消費水平和節(jié)能降耗狀況的主要指標， 反映經(jīng)濟結構和能源利用效率的變化， 一般采用單位GDP 能耗進行衡量， 其基本內涵分為兩個方面： 一是能源消耗， 二是經(jīng)濟產(chǎn)出。 因此， 降低能源強度也應遵循上述結構， 從能源消費角度和經(jīng)濟產(chǎn)出角度出發(fā)， 實現(xiàn)節(jié)能降耗［24-25］。 一是提高能源生產(chǎn)、 能源消費、 能源轉換等環(huán)節(jié)的能源技術效率， 減少滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對能源生產(chǎn)消費的邊際需求量， 即技術節(jié)能。 二是通過轉變經(jīng)濟發(fā)展方式與產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)方式， 優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構從而達到從源頭優(yōu)化能源消費結構的目的， 進而減少終端能源服務需求， 即結構節(jié)能。

電能替代具體是指在終端能源消費環(huán)節(jié)， 使用電能替代散燒煤、 燃油的能源消費方式， 提高電能占終端能源消費的比重。 當前， 中國電氣化水平偏低， 大量的散燒煤與燃油消費是造成嚴重霧霾的主要因素之一， 與其他能源發(fā)電相比， 煤電的經(jīng)濟效益相對較低。 楊書嫻等（2017） 認為提高火力發(fā)電能降低發(fā)電煤耗， 能有效控制煤炭消費總量和降低CO2及污染物排放［6］。 郭菊娥等（2008） 通過通徑分析發(fā)現(xiàn)降低煤炭消費比例可以使能源強度有效降低［20］。 王斯一（2018） 認為， 在納入環(huán)境效益和經(jīng)濟發(fā)展因素后， 生物質發(fā)電比傳統(tǒng)能源更具優(yōu)勢， 因此在電能替代中， 應以可再生、 低污染的能源作為優(yōu)先發(fā)電能源［26］。 同時， 電能替代作為一種相對清潔的能源消費方式， 雖然能增加公眾福利和社會效益， 但其成本較高， 投資回報也和一般衡量方式有所不同， 必須有政策支持才能實施。 總體來講， 電能具有清潔、 安全、 便捷等優(yōu)勢， 還可通過科技等稟賦改善發(fā)電結構， 故實施電能替代對落實國家能源戰(zhàn)略、 促進能源清潔化發(fā)展有著重要意義。 電能替代不僅有利于構建層次更高、 范圍更廣的新型電力消費市場， 提升中國電氣化水平， 提高人民群眾生活質量， 還能帶動相關設備制造行業(yè)發(fā)展， 拓展新經(jīng)濟增長點。

單位產(chǎn)值能耗一般計算公式為： 單位產(chǎn)值能耗=能源消費總量／總產(chǎn)值， 電能替代有利于提升能源利用效率、 促進經(jīng)濟增長［9］， 但電能轉換需要高額經(jīng)濟成本和環(huán)境治理成本， 對經(jīng)濟發(fā)展的作用是雙向的。一方面， 通過技術實現(xiàn)終端化石能源的轉換， 減緩能源消費增長， 控制能源消費總量， 通過提高能源利用效率拉動經(jīng)濟發(fā)展， 進而降低能源強度。 另一方面， 電能較高的利用效率有助于促進經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定增長， 但同時轉換成本較高， 不僅是經(jīng)濟成本， 還有轉換過程中形成的二氧化碳等排放造成的環(huán)境治理成本， 導致環(huán)境污染會反向制約經(jīng)濟增長。 因此， 電能替代對能源強度的影響是復雜的， 必須進行定量研究才能得出具體的影響關系。

三、數(shù)據(jù)說明及變量定義

（一） 權重定義及莫蘭指數(shù)

普通回歸并未考慮要素空間效應以及要素間的空間關聯(lián)， 因此往往會導致估計結果產(chǎn)生偏誤［27-29］。空間計量模型充分考慮了地理空間效應所帶來的影響， 但采用該方法必須確認要素具有空間效應， 并度量區(qū)域之間的空間距離。 地理特征與社會經(jīng)濟特征都是影響能源強度及其變動的重要因素［30］， 本文借鑒杜江等（2017）［31］的方式分別構建了（0-1） 空間鄰近權重矩陣（W1）、 空間地理權重矩陣（W2） 和空間經(jīng)濟地理權重矩陣（W3）。 地理和經(jīng)濟地理權重具體定義如下：

其中，dij表示地區(qū)間省會的球面距離，diag表示對角矩陣，為省份i經(jīng)過調整之后的人均實際GDP平均值，為所有省份GDP 的平均值。

在考察電能替代對能源強度是否具有空間效應時， 先要分析變量之間是否具有空間關聯(lián)。 本文借鑒陸遠權等（2016）［32］的方法， 采取莫蘭指數(shù)、 莫蘭散點圖和LISA 聚集圖來進行具體的分析判斷。 全局莫蘭指數(shù)主要用于探索整個研究區(qū)域的空間關聯(lián)性， 取值范圍皆為［-1， 1］。 其公式為：

其中，n為研究對象數(shù)目，xi表示區(qū)域單元i的屬性值，wij是二元對稱空間權重矩陣。 采用統(tǒng)計量來檢驗莫蘭指數(shù)顯著性， 其中E（I） 為指數(shù)均值，V（I） 為指數(shù)方差。

（二） 數(shù)據(jù)及變量定義

限于數(shù)據(jù)可得性， 本文選取1998—2017 年除西藏、 香港、 澳門和臺灣之外的30 個省份作為樣本， 指標數(shù)據(jù)主要來源于《中國統(tǒng)計年鑒》 《中國能源統(tǒng)計年鑒》。 本文選取能源強度作為反映能源消費水平和節(jié)能降耗的主要指標， 用于考察經(jīng)濟結構和能源利用效率的變化， 本文借鑒徐陽和何永秀（2016）［33］的研究思路， 采用單位GDP 能耗， 即全年能源消耗總量與實際GDP 的比值來衡量能源強度。 電能替代量的增加會對能源消費總量及結構產(chǎn)生影響， 進而影響能源強度。 本文借鑒孫毅等（2017）［34］對電能替代的量化計算， 設定基準年為TB， 在減弱能源消費總量不斷增長這一因素的影響下， 如果終端用能格局依然維持基準年的消費水平， 則電能所占終端能源比重與基準年相同。 將第t年電能消耗相比基準電能消耗增加量定義為電能替代：

De，t= Ce，t- CtCe，TB／CTB（3）

其中，De，t為電能替代量，Ce，t為第t年實際電能消費量，TB為基準年，Ct為第t年終端能源消費總量。

重要控制變量定義： 產(chǎn)業(yè)結構調整會致使三大產(chǎn)業(yè)比重發(fā)生變化， 以第二產(chǎn)業(yè)增加值占國內生產(chǎn)總值的比重來衡量產(chǎn)業(yè)結構； 通過各地區(qū)治理工業(yè)污染的總投資與規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)的主營成本的比值來表示環(huán)境規(guī)制； 采用化石燃料能源消耗占比來度量能源消費結構［35］； 以外貿依存度（進出口貿易總額與國內生產(chǎn)總值之比） 來表示對外開放程度； 選取實用新型專利和發(fā)明專利實際授權量來衡量科技進步水平； 通過人口城鎮(zhèn)化指標， 即某地區(qū)城鎮(zhèn)常住人口占該地區(qū)常住總人口的比例來度量城鎮(zhèn)化。 以基于上一年實際GDP 的增長率來表示經(jīng)濟增長水平。

有關各項指標的描述性統(tǒng)計如表1 所示。

表1 變量描述性統(tǒng)計分析

四、電能替代與能源強度空間計量分析

（一） 電能替代與能源強度空間自相關分析

分別測算電能替代與能源強度的莫蘭指數(shù)并分析其空間相關性與空間關聯(lián)［36-38］， 考察和電能替代與能源強度的時空動態(tài)分布特征。

1. 全局空間自相關檢驗

電能替代與能源強度各年份全局莫蘭指數(shù)結果如表2 所示。 在正態(tài)分布的假設之上， 空間鄰近權重下僅2009 年的電能替代具有顯著的正向空間自相關性， 各省份電力體制及制度具有一定自主性和差異性，對相鄰地區(qū)電能替代的相關性有所削弱； 空間地理權重矩陣下的空間自相關性具有間斷性。 2008 年中國經(jīng)濟發(fā)展邁入新階段， 隨著經(jīng)濟發(fā)展水平提高， 電能替代能力和要求顯著提高。 這表明電能替代空間自相關性在時間上具有非連續(xù)的特點， 總體上電能替代存在正向空間發(fā)展水平的提升。

采用相同的方法考察能源強度是否存在空間相關性， 結果顯示能源強度全局莫蘭指數(shù)均大于0，能源強度具有顯著空間正相關性。 且能源強度的全局莫蘭指數(shù)在時間維度上總體呈現(xiàn)上升趨勢， 并且相同時間點上W1（I） ＞W(wǎng)2（I） ＞W(wǎng)3（I）， 這表明三種權重矩陣下中國能源強度在省際空間集聚效應隨著時間的推移呈現(xiàn)分異變化， 產(chǎn)業(yè)集聚到分散的分布變化與能源供給多元化會削弱能源強度的集聚性。

表2 電能替代與能源強度全局莫蘭指數(shù)

2. 局部空間自相關檢驗

全局空間自相關的前提假設是空間要素均質性， 空間異質性在區(qū)域分析中經(jīng)常出現(xiàn)。 本文用局部莫蘭指數(shù)進一步揭示電能替代在鄰域空間的自相關性。 根據(jù)測算結果， 1998 年和2017 年電能替代的相關程度雖然較低， 但總體上仍呈現(xiàn)正的相關性。 同樣地， 1998 年與2017 年能源強度總體上也呈現(xiàn)正的空間相關性， 這表明1998—2017 年中國地區(qū)電能替代與能源強度與相鄰地區(qū)存在顯著的空間關聯(lián)。 在此基礎上借助地區(qū)電能替代與能源強度局部莫蘭指數(shù)在時間趨勢上的變化考察電能替代與能源強度是否存在空間關聯(lián)。 通過對比電能替代與能源強度的空間分布可以發(fā)現(xiàn)， 中國省域電能替代與能源強度存在著顯著的空間關聯(lián)性， 二者在地理分布上具有明顯的反向“路徑依賴” 特性， 并在絕大部分區(qū)域形成了反向聚集區(qū)域。 電能替代在除東北地區(qū)外的東部沿海及偏西部地區(qū)分別形成了H-H 聚集區(qū)和L-L 聚集區(qū)， 這說明東部沿海地區(qū)電能替代成效和力度更加明顯， 而以四川為中心的低值地區(qū)電能替代力度還有待提高。 能源強度在東南沿海、 貴州以及北部地區(qū)分別形成了L-L 聚集區(qū)、 H-L 聚集區(qū)和H-H 聚集區(qū)，這說明東南沿海雖屬于經(jīng)濟高速發(fā)展區(qū)域， 但能耗增速低于經(jīng)濟增長速度， 因此能源強度較低， 而貴州和北部地區(qū)能耗較高， 這可能是由于能源利用效率較低造成的。 對比發(fā)現(xiàn)， 電能替代與能源強度的空間分布有一定程度上的重合， 因而可以推斷出， 區(qū)域性深化電能替代可以在該區(qū)域展開， 從而降低能源強度。

（二） 電能替代與能源強度的空間效應分析

1. 空間計量模型設定

為了進一步驗證電能替代對降低能源強度的作用， 本文將采用空間計量方法實證考察電能替代對能源強度的影響。 在考慮地理空間相互作用的基礎上， 建立如下模型：

其中，EI為能源強度；EES為電能替代，Xit為控制變量；W為n×n階的空間權重矩陣；i、t代表地區(qū)與年份；ρ為空間相關系數(shù)；λ為空間誤差系數(shù)；ω和τ分別是能源強度滯后一期及其空間滯后項的系數(shù)；ε和π為隨機誤差向量， 且服從正態(tài)分布，μi、εt為個體和時間固定效應。 空間依賴關系的產(chǎn)生源于不同區(qū)位間能源強度的內生交互效應、 某一區(qū)位電能替代對另一區(qū)位能源強度的外生交互效應以及不同區(qū)位間誤差項的交互效應。 按照交互效應的不同， 對式（4） 進行拆分①若λ=0 則為空間杜賓模型（spatial Dubin model， SDM）， 主要關注自變量與因變量之間的外生性空間關聯(lián)；λ=0 且θ1=0 時為空間滯后模型（spatial lag model， SLM）， 主要考察各變量在某一地區(qū)是否存在滯后效應；ρ=λ=0 且θ1=0 則為空間誤差模型（spatial error model， SEM）， 主要度量臨近地區(qū)變量所產(chǎn)生的誤差或隨機沖擊對本地區(qū)變量的影響。。 若ω = τ =0， 對三種空間計量模型進行分步判別， 最終采用SDM 模型。

2. 全樣本電能替代與能源強度的空間效應分析

根據(jù)上述檢驗結果， 采用SDM 模型進行后續(xù)分析， 即式（3） 中λ =0。 為克服傳統(tǒng)普通最小二乘估計中變量的內生性問題和由此產(chǎn)生的估計偏誤， 從而科學反映變量間的空間依賴性， 使用極大似然估計（MLE） 法來估計SDM 模型的參數(shù)。

根據(jù)表3 中的估計結果， 能源強度的時間滯后效應系數(shù)均在1% 水平上顯著為正， 表明各地區(qū)的能源強度變化存在明顯的動態(tài)持續(xù)變化特征， 當期能源強度的優(yōu)化降低將導致下一期能源強度優(yōu)化水平繼續(xù)提高。 這一結果說明當期改善能源強度所做出的努力將對后續(xù)節(jié)能減排產(chǎn)生深遠的積極影響， 反之亦然。同時能源強度的短期空間滯后效應為負， 長期空間滯后效應顯著為正， 這說明省級能源強度存在明顯的空間集聚特征， 能源強度在長期發(fā)展過程中受到產(chǎn)業(yè)結構、 科技進步與能源消費結構等因素的驅動呈現(xiàn)關聯(lián)的空間分布特征。 此外， 能源強度的時空滯后系數(shù)亦均顯著為正， 說明上一期地理或經(jīng)濟上相鄰地區(qū)的能源強度優(yōu)化促進了目標地區(qū)當期能源強度的降低， 這意味著鄰近地區(qū)能源強度優(yōu)化對目標地區(qū)產(chǎn)生了“示范效應”， 即面對之前鄰近地區(qū)能源強度降低的成果， 本地區(qū)出于輿論壓力及政績考核等因素的考慮， 會采取措施不斷促進節(jié)能降耗。 此外， 空間、 時間以及時空效應的系數(shù)滿足ω +τ +ρ ＜1， 因而動態(tài)SDM 面板估計是穩(wěn)健的［39］。

對比發(fā)現(xiàn)， 空間經(jīng)濟地理權重下SDM 回歸更具解釋力。 目標地區(qū)電能替代均能顯著降低該地區(qū)的能源強度， 并且深化電能替代不僅可以顯著降低當期的能源強度， 還會對下一期能源強度的降低產(chǎn)生深遠影響。 此外， 相鄰地區(qū)短期電能替代會提高本地區(qū)的能源強度， 卻會在長期降低本地區(qū)的能源強度， 這可能是由于能源的有限性導致電能資源短期的競爭性， 電能替代降低能源強度的作用需要在長期才能發(fā)揮出來。 普通面板模型的系數(shù)明顯大于空間計量模型的系數(shù)， 由于忽略了地理空間效應帶來的影響， 嚴重高估電能替代對能源強度的影響。

表3 全國層面電能替代對能源強度的空間效應

當空間溢出效應存在時， 電能替代會同時對本地區(qū)能源強度及相鄰地區(qū)的能源強度產(chǎn)生影響， 表3 中的估計結果只能確定存在空間效應， 卻無法確定是否存在空間溢出效應。 本文利用勒沙杰和佩斯（LeSage＆ Pace， 2009）［40］提出的方法， 通過動態(tài)空間杜賓模型進一步估計電能替代及其他控制變量對能源強度影響的直接效應和間接效應， 具體估計結果如表4 所示①空間鄰近權重下的面板模型須采用隨機效應估計， 無法進行空間效應的長短期分解， 故采用空間地理權重與空間經(jīng)濟地理權重進行后續(xù)的空間效應分解。。

由于本文所采用的空間經(jīng)濟地理權重與空間地理權重相比綜合考慮到了經(jīng)濟因素的影響， 故主要關注空間經(jīng)濟地理權重下的估計結果。 根據(jù)估計結果， 從長短期來看， 電能替代的系數(shù)均為負， 且長期效應系數(shù)均大于短期效應系數(shù)， 表明電能替代對能源強度具有更加深遠的長期影響。 從直接效應與間接效應來看， 電能替代與能源強度均呈現(xiàn)負相關關系， 電能替代直接效應系數(shù)均為負， 表明本地區(qū)電能替代深化可以降低該地區(qū)的能源強度或通過影響相鄰地區(qū)的能源強度進而有助于該地區(qū)的能源強度降低， 即空間反饋效應。 電能替代間接效應系數(shù)均為負， 這說明本地區(qū)優(yōu)化電能替代對促進相鄰地區(qū)能源強度降低有明顯作用， 相鄰地區(qū)增加電能替代也會促進本地區(qū)節(jié)能降耗， 即電能替代存在空間溢出效應。 電能替代所產(chǎn)生的直接效應均大于間接效應， 表明若想要實現(xiàn)節(jié)能降耗， 不能依賴相鄰地區(qū)的外部效應， 而是采取措施促進本地區(qū)電能消費量增加。

表4 電能替代對能源強度影響的空間效應分解

3. 分地區(qū)樣本電能替代與能源強度的空間效應分析

電能替代和能源強度的空間相關性表明， 兩者在地理空間上形成了不同的集聚區(qū)， 這說明了分地區(qū)考察電能替代對能源強度影響的必要性。 基于空間經(jīng)濟地理權重對中、 東、 西部地區(qū)樣本分別進行回歸①東部地區(qū)包括海南、 福建、 上海、 天津、 江蘇、 河北、 北京、 遼寧、 浙江、 山東和廣東； 中部地區(qū)包括河南、 湖北、 湖南、 山西、吉林、 安徽、 江西和黑龍江； 西部地區(qū)包括廣西、 陜西、 四川、 青海、 貴州、 云南、 甘肅、 重慶、 寧夏、 新疆、 內蒙古。， 具體結果如表5 所示。

從能源強度自身效應來看， 中、 西部地區(qū)能源強度的時間滯后效應顯著為正， 而東部地區(qū)能源強度的時間滯后效應顯著為負， 且系數(shù)絕對值與中、 西部存在明顯差異。 這表明各地區(qū)的能源強度呈現(xiàn)明顯的路徑依賴特征， 中、 西部地區(qū)當期降低能源強度將導致下一期能源強度的優(yōu)化降低持續(xù)深化， 而東部地區(qū)正好相反， 這可能是因為東部地區(qū)主要能源消費是由中、 西部提供的。 同時， 東部地區(qū)能源強度的長短期空間滯后效應均顯著為正， 中、 西部地區(qū)能源強度的短期空間滯后效應顯著為負， 而長期空間滯后效應顯著為正， 這表明東、 中、 西部地區(qū)能源強度均在空間上呈現(xiàn)明顯的空間集聚特征， 雖然中、 西部地區(qū)在短期受限于能源總量約束， 省際競爭導致能源強度的空間溢出效應不能有效地發(fā)揮出來， 但能源強度在長期發(fā)展過程中仍然呈現(xiàn)相互關聯(lián)的空間分布特征。 此外， 東、 中部地區(qū)能源強度的時空滯后系數(shù)均顯著為正， 說明東、 中部地區(qū)上一期相鄰省份的能源強度優(yōu)化促進了目標省份當期能源強度的降低， 這意味著鄰近省份能源強度優(yōu)化成果具有顯著“示范效應”， 即面對之前鄰近省份能源強度降低的成果， 目標省份政府會不斷采取措施追趕， 如此循環(huán)往復， 從而提高節(jié)能降耗水平。

從能源強度影響因素估計結果來看， 東、 中、 西部動態(tài)SDM 的結果更具說服力。 東、 中、 西部地區(qū)電能替代均對能源強度存在顯著的負向影響， 但存在差異， 東部最大， 西部次之， 中部最小。 對于各因素的空間滯后效應， 東部地區(qū)周邊省份電能替代對本地區(qū)的能源強度存在顯著正向影響， 中部地區(qū)周邊省份電能替代對本地區(qū)的能源強度存在顯著負向影響， 表明中部地區(qū)周邊省份的“示范效應” 更強， 周邊地區(qū)電能替代措施的實施具有顯著的正外部性。

表5 分地區(qū)層面電能替代對能源強度的空間效應

表5（續(xù)）

對各區(qū)域能源強度空間效應進行效應分解， 具體結果如表6 所示。 首先， 東部地區(qū)省份電能替代的直接效應顯著為負， 其中， 短期間接效應顯著為負， 長期間接效應顯著為正， 表明東部地區(qū)省份電能替代深化可以降低該地區(qū)的能源強度， 或通過影響相鄰省份的能源強度進而有助于該省的能源強度降低， 存在顯著的空間反饋效應。 值得注意的是， 電能替代的長期間接效應與長期總效應顯著為正，與短期效應相反， 省際出現(xiàn)負的空間溢出效應， 東部地區(qū)各省份能源缺口較大， 長期發(fā)展過程中容易受制于能源剛性需求。 其次， 中部地區(qū)省份電能替代的短期直接效應、 長期總效應與短期總效應顯著為負， 可以判斷時間趨勢上電能替代政策的實施能顯著降低該省份能源強度。 分解效應存在， 但不具有統(tǒng)計意義， 這表明中部地區(qū)電能替代的道路還任重而道遠， 并未在省際形成示范效應。 最后， 西部地區(qū)省份總體上電能替代的長短期直接效應與間接效應均為負， 但不具有統(tǒng)計意義。 原因可能在于，一是中國西部地區(qū)經(jīng)濟地理情況與能源消費方式存在特殊性， 二是效應分解太過細致， 當前數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的空間效應不明顯。

表6 分地區(qū)層面電能替代對能源強度影響的效應分解

五、機制分析

通過理論和實證分析可知， 電能替代能顯著降低能源強度， 并分為直接影響和間接影響， 但是在上述實證中是無法提出電能替代具體是通過何種路徑來影響能源強度的。 為此， 本文采用中介效應模型來識別電能替代對能源強度影響的機制。

（一） 傳導機制分析

已有的大量研究表明， 電能替代能顯著改善能源結構進而彌補能源缺口［41］， 電能替代能通過技術條件提高能源利用效率， 抑制能源需求增長速度， 進而降低能源缺口［42］。 本文借鑒王玉梅等（2016）［43］的“能源要素—能源結構—碳強度” 傳導機制分析方法， 分析了“電能替代—能源缺口／科技進步—能源強度” 的傳導機制， 具體如圖1 所示。 一方面， 通過煤等化石能源轉化形成的電能比原油等能源更加清潔、便捷與高效。 但現(xiàn)階段電能的轉換、 配送以及利用都需要科學技術支撐， 電能替代會驅動科學技術提高，進而降低在電能生產(chǎn)、 消費以及配送環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的生產(chǎn)成本、 交易成本與環(huán)境治理成本， 在此基礎上所得到的經(jīng)濟產(chǎn)出更加可觀， 更有利于實現(xiàn)能耗的降低。 另一方面， 與其他終端化石能源相比， 電能在實現(xiàn)能源轉換、 配送以及利用時的效率更高， 各省份能源自給率提高， 相對降低能源消耗需求量， 并且能源供應得以保障， 能源缺口在供需共同作用下得以減小， 從而緩解能源消費總量的增長， 擴大經(jīng)濟產(chǎn)出，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標。

圖1 “電能替代—能源缺口／科技進步—能源強度”傳導機制

（二） 中介效應檢驗

中介效應是指以相關變量為鏈接點的間接因果鏈分析， 在檢驗電能替代是否通過影響科技進步和能源缺口對能源強度產(chǎn)生影響的中介效應分析過程中， 鑒于研究方法的局限， 并沒有考慮中介變量間的相關性， 即單獨考察每個變量的中介效應。 本文借鑒溫忠麟等（2004）［44］的方法， 依次構建兩個模型分析其傳導機制。 其一是檢驗電能替代是否通過影響能源缺口來影響能源強度， 如式（5） 所示； 其二是檢驗電能替代是否通過影響科技進步來影響能源強度， 如式（6） 所示。 本文分別選取發(fā)明專利審核通過量（ST） 和人均能源供需缺口（AEG） 作為科技進步和能源缺口的衡量指標， 在控制經(jīng)濟增長、 產(chǎn)業(yè)結構和環(huán)境規(guī)制等變量的基礎上， 將其作為中介變量進行中介效應檢驗。

其中，α、α′是電能替代對能源強度的總效應和直接效應，λθ是中介變量能源缺口／科技進步對能源強度的中介效應， 效應間的關系為α = α′ + λθ， 中介效應在總效應中所占比例為λθ／α， 最終選用索貝爾（Sobel） 檢驗①索貝爾檢驗統(tǒng)計量與正態(tài)分布時的統(tǒng)計量有所差別， 因此對應顯著性水平下的臨界值也不同。進行估計， 其中， 統(tǒng)計量為估計量）， 具體估計結果如表7 所示。

表7 電能替代對能源強度的中介效應分析

根據(jù)表7 的回歸結果， 檢驗一的結果表明， 在以科技進步作為中介變量考察電能替代對能源強度影響的機制分析中， 通過了顯著性水平為1%的檢驗， 故以能源結構作為中介變量的中介效應顯著存在， 該中介效應在總效應中所占比例為36.23%。 同樣地， 檢驗二的結果顯示， 通過了顯著性水平為5%的檢驗，在以能源缺口作為中介變量考察電能替代對能源強度影響的機制分析中， 存在以能源缺口作為中介變量的中介效應， 在總效應中的占比為12.60%。 上述結果表明， 在電能替代降低能源強度的過程中， 科技進步和能源缺口是重要的中間橋梁， 在電能替代逐步深化的過程中， 能源轉換、 配送以及終端利用都對科學技術有著較高的要求， 科學技術的提高對能源強度的降低作用非常明顯， 生產(chǎn)、 消費以及運輸和環(huán)境治理成本都能得以降低。 同理， 能源缺口減小對于降低能源強度的成效也是顯著的， 電能替代能夠提高各省份的能源自給率， 提高能源利用、 配送效率， 通過保障能源供給和緩解能源消費總量進而降低能源強度。

上述中介效應檢驗反映了中國電能替代在降低能源強度的過程中存在“電能替代—科技進步／能源缺口—降低能源強度” 傳導機制， 根據(jù)中介效應占比可以看出以科技進步和能源缺口為中介變量的中介效應效果顯著， 應將能源缺口和科技進步作為電能替代深化的關鍵點， 借助科學技術和能源缺口情況的改善強化電能替代降低能源強度的力度。

六、研究結論與政策建議

本文利用ESDA 方法分析能源強度在地理空間上的自相關性和集聚性， 在此基礎上， 通過SDM 模型分層面考察電能替代對能源強度的影響， 進而為節(jié)能降耗提出相關政策建議。

本文的研究結論和政策建議主要包括以下四個方面：

首先， 中國電能替代和能源強度存在空間關聯(lián)， 形成了集聚區(qū)， 這表明應充分利用兩者的空間特性，重視分布的差異性， 針對聚集地區(qū)制定專項能源政策。 電能替代在除東北地區(qū)外的東部沿海及偏西部地區(qū)分別形成了H-H 聚集區(qū)和L-L 聚集區(qū)， 這說明東部沿海地區(qū)電能替代成效和力度更加明顯， 以四川為中心的低值地區(qū)電能替代力度還有待提高； 能源強度在東南沿海、 貴州以及北部地區(qū)分別形成了L-L 聚集區(qū)、 H-L 聚集區(qū)和H-H 聚集區(qū)， 中、 西部能源強度雖然普遍低于東部地區(qū)， 但經(jīng)濟發(fā)展水平也明顯落后于東部地區(qū)。 研究結論表明， 應注重電能替代高集聚區(qū)的作用， 加強地區(qū)間的經(jīng)濟聯(lián)系與互動， 拓寬合作渠道， 削弱地理空間約束， 以高替代區(qū)域帶動低替代區(qū)域發(fā)展。 同時， 對于以貴州、 青海為中心的能源強度集聚區(qū)， 應采取重點突破的差異化措施， 通過專項能源政策拉動經(jīng)濟增長以促進能耗強度降低。

其次， 全國層面， 能源強度存在時間、 空間及時空滯后效應， 本省份及相鄰省份的電能替代均能顯著降低該省份能源強度， 且電能替代的長期效應明顯大于短期效應， 這說明降低能源強度的政策特別是電能替代政策應該長時間、 大范圍、 全方位的落實。 從能源強度的空間效應看， 當期能源強度的增加將導致下一期能源強度繼續(xù)提高， 能源強度在長期經(jīng)濟發(fā)展過程中呈現(xiàn)關聯(lián)的空間集聚特征， 鄰近地區(qū)的能源強度優(yōu)化能夠對目標地區(qū)產(chǎn)生良好的“示范效應”。 降低能源強度政策需要大范圍長期實行更見成效， 應強化政府對電能替代政策的引導， 加強宣傳示范帶動作用。 根據(jù)具體結果， 中國電能替代量每增加1 標準煤， 這說明萬元GDP 所需的能耗將降低0.76 標準煤， 電能替代對降低能源強度的作用突出， 應增加電力資源在生活和工業(yè)方面的使用， 改善能源結構。 此外， 在進行城鎮(zhèn)化建設， 促進經(jīng)濟發(fā)展和外貿水平提高時， 需要重點關注能耗， 轉變經(jīng)濟發(fā)展方式以促進經(jīng)濟集約式增長。

再次， 分地區(qū)層面， 各地區(qū)能源強度的空間效應依然存在， 電能替代對能源強度的影響及直接效應和間接效應均存在差異， 其中東部最大， 西部次之， 中部最小， 這說明各地區(qū)現(xiàn)實情況存在差異， 必須因地制宜， 實行差異化政策。 對于電能替代的空間效應， 東部地區(qū)電能替代的長短期直接效應和間接效應均顯著存在， 中部地區(qū)的短期效應更為顯著。 經(jīng)濟發(fā)展水平較高的東部地區(qū)應該充分發(fā)揮經(jīng)濟優(yōu)勢，促進東部地區(qū)再電氣化， 從而降低能源強度。 中、 西部地區(qū)能源消費總量較大， 但電力消費量較少， 電能占比較低， 因此必須強化電力配套服務， 推行激勵政策， 助力電力資源代替其他終端化石能源， 發(fā)揮各地區(qū)電能替代的最大潛力。 值得注意的是， 西部地區(qū)電能替代對于降低能源強度的成效是優(yōu)于中部地區(qū)的， 中、 西部地區(qū)對自然資源和能源依賴程度較高， 且東部地區(qū)的“三高” 產(chǎn)業(yè)多數(shù)轉移到了中部地區(qū)， 中部地區(qū)正處于工業(yè)發(fā)展階段， 能源消費總量高速增長， 故電能替代對降低能源強度的成效低于西部地區(qū)。 所以應準確把握各地區(qū)發(fā)展的階段性特征， 將高速發(fā)展和高質量發(fā)展相結合， 從源頭降低能源強度。

最后， 能源缺口與科技進步是電能替代降低能源強度的重要手段， 這說明在全局提高電能替代力度時應該充分利用科技進步和能源缺口的橋梁作用。 以科技進步作為中介變量的中介效應在總效應中所占比例為36.23%， 以能源缺口作為中介變量的中介效應在總效應中的占比為12.60%， 電能替代可以通過驅動科學技術進步和減小能源缺口進而緩解能源消費總量的增長速度， 增加同等資源消耗下的經(jīng)濟產(chǎn)出，進而有效降低能源強度。 根據(jù)之前的分析， 中國各地區(qū)電能替代的現(xiàn)狀及現(xiàn)實情況均存在著較大的差異，電能替代對能源強度的影響也各不相同， 在中、 西部地區(qū)， 應該充實技術力量并充分利用科技等稟賦帶來的正外部性， 加速高能耗工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品升級換代。 同時， 強化大容量輸送能力， 緩和能源缺口， 實現(xiàn)能源大范圍優(yōu)化配置， 為實現(xiàn)經(jīng)濟穩(wěn)步發(fā)展、 增加經(jīng)濟總量奠定良好的能源基礎。 例如東部地區(qū)的能源消費大部分來自中、 西部的能源輸送， 因此， 降低東部各省份的能源缺口是電能替代深化降低能源強度的重要突破點。 總之， 應充分重視科技進步和能源缺口的橋梁作用， 發(fā)揮電能替代的時空效應， 進而構建一個清潔低碳、 安全高效的能源體系。