劉海濱，郭正權

（中國礦業(yè)大學（北京）管理學院，北京100083）

基于環(huán)境因素的我國區(qū)域全要素能源效率分析

劉海濱，郭正權

（中國礦業(yè)大學（北京）管理學院，北京100083）

文章基于環(huán)境因素，采用超效率模型，分析了我國1998～2007年間區(qū)域的全要素能源效率，結果顯示上海、海南等7省能源效率處于有效前沿；全國以及中部、西部地區(qū)能源效率總體趨勢是不斷提高，東部地區(qū)能源效率先上升后下降；省際之間的能源效率差距經先縮小、后擴大的趨勢。

能源效率；環(huán)境；DEA

1 文獻綜述

目前國內、外關于能源效率的研究文獻不少。綜合分類主要有單要素法與多要素法。單要素能源效率常被定義為一個經濟體的有效產出和能源投入的比值。在生活中最為常用的單要素能效指標是單位能源的國內生產總值。魏楚（2007、2009），楊紅亮，丹史等（2008）等認為基于單要素生產率結構的能源效率指標沒有考慮其它投入要素的影響，無法反映勞動力、資本、技術以及其它要素對能源的替代作用，存在較大的局限性。全要素能源效率的方法來源于微觀經濟學上的全要素生產理論，社會生產的各投入要素在一定程度上可以相互替代，而決定最終產出的并非是能源或人力等某一個生產要素，而是各種生產要素的組合。全要素能效可以使用不同的統(tǒng)計分析方法來確定效率前沿。近年來見于文獻的全要素能源效率的分析文章使用的方法較多的是DEA無參數(shù)估計法，但也有少數(shù)采用隨即效率前沿法（SFA），即參數(shù)方法估計了全要素能源效率。代表性的文章如：Hu和Wang（2006）首先開啟了基于全要素能源效率的研究先河，采用規(guī)模報酬不變的DEA模型，考慮了能源、資本、勞動、生物質能四種投入要素與產出，測算了中國29個省市1995～2002年能源效率，得出的結論是東部能源效率最高，中部卻最低。魏楚等（2007）用DEA方法，以資本存量、勞動力、能源為投入指標、GDP為產出指標，分析了1999～2004年我國29個省市的全要素能源效率，并與傳統(tǒng)的單要素法做了比較。得出我國大多數(shù)省份能源效率“先上升、再下降”，全要素能源效率較單要素更有優(yōu)點。楊紅亮、史丹等（2008）分別采用單要素能源效率、多要素能源效率的DEA無參數(shù)、SFA參數(shù)法，以2005年的數(shù)據(jù)為基礎，分別比較了各種能源效率計算方法計算結果。結果顯示，多要素法在揭示一個地區(qū)要素稟賦結構對其能效的影響方面有單要素替代不了的優(yōu)勢，我國的總體能效率水平偏低。李世詳、成金華（2008）采用基于技術效率、基于能源投入最小化、基于成本最小化、基于產能利用率等DEA方法，以勞動、資本、能源作為投入，GDP作為產出，分別計算了1990～2006年間我國29個省市的全要素能源效率，工業(yè)部門以及6個主要耗能行業(yè)的能源效率。結果顯示能源效率總水平低，省際、區(qū)際差距大，工業(yè)部門以及6個主要耗能行業(yè)能源效率都比較低。

綜上所述，基于全要素生產率結構的能源效率指標則將“單投入”擴展為“多投入”結構；考慮了不同投入要素間的配合，能夠更好地呈現(xiàn)出效率內涵，在分析能源效率方面更為全面，但這兩種評價指標均忽略了污染物產出，可能導致了對能源效率一定的高估。關于這方面的探討只見魏楚（2009）提出：基于環(huán)境績效效率測度的研究大大有助于我們將能源效率進一步深化和拓展。對于環(huán)境污染與能源利用、經濟增長之間“嵌入”關系的研究還非常少，如何將污染物納入到已有的理論模型，從而為深入理解三者之間的內在聯(lián)系與作用機理提供一個分析框架[1]。

本文的研究目的就是在考慮環(huán)境影響的基礎上，研究我國區(qū)域的能源效率，使能源效率更為有效，更具有實際指導意思。在分析方法上，用方法評價決策單元的相對效率（能源效率）時，最后的結果很可能出現(xiàn)多個單元同時為相對有效，效率都為1，模型對這些相對有效的單元卻無法做進一步的評價與比較。故本文采用一種超效率模型，對決策單元效率評價，有助于對各個地區(qū)的能源效率高低進行比較。

2 模型與變量選擇

2.1 模型選擇

數(shù)據(jù)包絡分析（簡稱）是近些年發(fā)展起來的一種新的效率評價方法。它由著名的運籌學家Charnes和Cooper等人于1978年提出，主要思想是通過數(shù)學規(guī)劃計算、比較決策單元之間的相對效率，對評價對象作出評價。方法用于評價多個同質決策單元的相對有效性，特別適用于對多投入、多產出的復雜系統(tǒng)的效率評價。的計算方法有基于投入導向的，即為了獲得既定產出的最小投入；也有基于產出導向的，既定投入可以獲得的最大產出。本文用基于投入導向的規(guī)模收益不變的模型。其基本模型如下模型1：

模型2：超效率模型

模型1假定有n個需要評價的對象（決策單元，記為DMU），每個DMU有m種投入和s種產出，其中，Xi表示輸入變量，Yi表示輸出變量，S-和S+分別為剩余變量和松弛變量，λj為系數(shù)向量，θ為參數(shù)。

上述模型（一）的最優(yōu)解為λ0，S0，S+0，θ則有：

（1）若θ<1，則MDUJ0不為DEA有效；

（2）若θ=1，則MDUJ0為DEA有效。

用傳統(tǒng)的C2R模型評價決策單元的相對效率時，最后的結果很可能出現(xiàn)多個單元同時為“1”的相對有效，C2R模型對這些有效的單元卻無法做進一步的評價與比較。在超效率C2R模型，模型2示，每個決策單元不與自己比較，計算出的效率值可以大于1，因此對有效單元之間效率的高低也可以相互比較。因此，本位用改進的超效率C2R模型分析我國區(qū)域全要素能源效率。

2.2 變量選擇與說明

一般來說，污染是作為生產過程產生的一種副產出納入生產理論，但是DEA模型主要考察了決策單元在平面坐標系上的投影，原點與有效前沿面之間的距離與原點與實際投影點之間距離的比例。其效率的大小反映的是投入最小化、產出最大化的結果，但是對于環(huán)境作為一種副產出，一般研究都把這些非期望的產出作為投入來處理。但是這種處理方法將破壞模型的凸性要求。關于如何處理非期望產出，F(xiàn)are等(1989)年提出了曲線轉換法，但是由于該方法，由于該方法屬于非線形規(guī)劃，很難得到精確的結果，還有其它作者也提出了有關方法，但是各有利弊。Seiford and Zhu（2002）提出了徑向數(shù)據(jù)包羅模型，其實就是線形轉化法，yjb=-yjb+w>0，其中yjb非期望產出，w為一足夠大的向量，yjb為轉化后的期望產出，通過把yjb加入到常規(guī)的模型中，就可以有效的處理非期望產出。本文將采用Seiford and Zhu提出的方法來轉化環(huán)境污染變量。

投入變量為勞動、資本、能源消費量、生活與工業(yè)SO2排放量。產出為各個省、市的GDP。由于重慶、西藏數(shù)據(jù)的缺失，重慶與四川合并，考察樣本為全國29個省、市，時間跨度為1998～2007年。

產出變量為各個省GDP。并以2000年的GDP平減指數(shù)為基準，折算相應的不變價格產出。數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》。

資本投入量為以各個省、市的資本存量。采用張軍等（2004）提出的“永續(xù)盤存法”計算方法，以2000年的資本存量為基數(shù)，并以2000年固定資產投資價格指數(shù)為基準，向前后折算為以2000年的不變價格為基礎的資本存量。數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》。

勞動投入一般采用人力資本存量概念，即平均受教育年限和勞動力數(shù)量的乘積，類似方法也得到了一些經濟學家的認可和采用。但是由于不同省份之間勞動者的教育、培訓、工作經驗不同，導致勞動力質量差距大，這種差異對能源消耗產生一定的影響，但難以準確、估計，但分析單位數(shù)據(jù)大，按照統(tǒng)計規(guī)律，總體影響趨于平均，因此，可以不需要做區(qū)分。[2]本文采用各個省份年末就業(yè)人數(shù)作為勞動的投入量。數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》。

能源投入使用各省每年的能源消費量來表示，能源消費量為把原煤、原油、天然氣、水電、核能及其他動力能(如風能、地熱能等)消耗量折算為標準煤來衡量。數(shù)據(jù)來源于《中國能源統(tǒng)計年鑒》。

環(huán)境污染的產出量選擇，我國的能源生產和消費結構主要以煤炭和石油為主，多年來煤炭和石油一直占能源消費量的90%以上，即使2007年能源消費煤炭和石油所占比例仍為89.2%。一般來說能源消費所造成的環(huán)境污染包括廢水、廢氣、固體廢物等。廢水污染中由于能源直接消費導致的量比較小。固體廢物由能源消費所導致的主要爐渣，但是回收率相對比較高。大量能源消費導致最大污染是廢氣排放，主要包括，煙塵排放、工業(yè)粉塵排放、二氧化硫排放、二氧化碳排放等。結合數(shù)據(jù)的可得性，本文以最具有代表性的二氧化硫排放量作為環(huán)境污染的衡量指標，包括工業(yè)與生活二氧化硫排放。數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》。

3 能源效率分析結果

3.1 有效前沿分析

考慮環(huán)境因素以后，10年以來平均效率水平處于生產前沿的省份為天津、上海、福建、湖北、廣東、海南、青海等7個省份，其能源效率水平最高。與魏楚等（2007）分析比較，差別比較大，其分析1995～2004年全要素能源效率最高省份為黑龍江、上海和云南。與Hu等（2006）計算的全要素能源效率比較，1995～2002年間能源效率最高的地區(qū)是上海、廣東、福建、四川。魏楚與Hu由于在資本存量估算上的差異造成了其能源效率計算的差異。與本文分析結果的差異主要是由于考慮了地區(qū)的產出環(huán)境變量因素，處于效率前沿的地區(qū)或者是經濟發(fā)達，或者是由于當?shù)氐哪茉唇Y構，環(huán)境污染小。

3.2 區(qū)域能源效率分析

考慮環(huán)境因素以后，分析我國全國、東部、中部、西部地區(qū)的能源效率。按照傳統(tǒng)，我們將全國劃分為東、中、西部三個區(qū)域，其中東部地區(qū)包括：北京、天津、河北、遼寧、上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東和海南；中部地區(qū)包括：山西、吉林、黑龍江、安徽、江西、河南、湖北、湖南；西部地區(qū)包括：四川、云南、貴州、陜西、甘肅、青海、新疆、寧夏、內蒙古、廣西。

結果顯示，全國以及中、西部地區(qū)能源效率總體水平不斷提高，2006、2007有略微有所下降，2002年以前，東部能源效率高于中部地區(qū)，但是2003年以后，中部地區(qū)能源效率高于東部地區(qū)，但相互之間的差距逐漸縮小，并到2007年接近相同，西部地區(qū)的能源效率水平最低。與魏楚等（2007）分析結果得到，東北老工業(yè)基地能源效率最高，其次是東部沿海地區(qū)，中部較西部高，西部最低。Hu（2006）等分析結果顯示，東部地區(qū)能源效率最高，西部地區(qū)次之，中部最低。究其原因一方面是由于計算的期間選擇差異，魏楚等分析的是1994～2005年時間段，Hu（2006）分析的是1995～2002年時間短，另一方面由于考慮的環(huán)境變量因素，東部地區(qū)經濟發(fā)達，產出高，能源需求量與環(huán)境污染也比較嚴重，西部地區(qū)經濟發(fā)展落后，中部地區(qū)在2003年以后在發(fā)展經濟的過程中更為注重環(huán)境保護。

3.3 能源效率收斂性分析

本文用變異系數(shù)分析分析我國能源效率的收斂性，其計算公式為：CV-σ/μ，其中變異系數(shù)，反映單位均值上的離散程度，σ為標準差，μ為均值。可以看出，我國各個省份之間的能源效率差距，經歷了先縮小后擴大的過程，并于2003年達到最小。而史丹等（2002）、巍楚等（2007）分析結果為1999年之前，省際之間的能源效率的變異系數(shù)逐漸減少，1999年之后能源效率差距不斷擴大，不具有趨同性。由此可見，各個省份之間的能源效率差距比較大，地區(qū)間的差距具有不斷擴大的趨勢。

[1]魏楚,沈滿洪.能源效率研究發(fā)展及趨勢:一個綜述[J].浙江大學學報（人文社會科學版）,2009，(3).

[2]楊紅亮,史丹.能效研究方法和中國各地區(qū)能源效率的比較[J].經濟理論與經濟管理,2008，(3).

[3]魏楚,沈滿洪.能源效率及其影響因素:基于DEA的實證分析[J].管理世界,2007，(8).

[4]張軍,吳桂英,張吉鵬.中國省際物質資本存量估算:1952～2000[J].經濟研究,2004，(10).

[5]李世詳,成金華.中國能源效率評價及其影響因素分析[J].統(tǒng)計研究,2008，(10).

[6]郭均鵬,吳育華,李汶華.改進的DEA模型及其在地區(qū)行業(yè)經濟評價中的應用[J].系統(tǒng)工程理論方法應用,2003，(6).

[7]王玉忠譯.效率與生產率分析導論（第二版）[M].北京:中國人民大學出版社.

[8]Yiwen Bian.Efficiency Evaluation with Undesirable Factors Based on DEA[C].Net working and Mobile Computing，2008.

[9]A.Hadi Vencheh,R.Kazemi Matin,M.Tavassoli Kajani.Undesirable Factors in Efficiency Measurement Applied Mathematics and Computation，2005，（163）.

[10]Lawrence M.Seiford,Joe Zhu.Modeling undesirable Factors in Efficiency Evaluation[J].European Journal of Operational Research，2002，（142）.

[11]Fare,R.,Grosskopf,S.,Lovell,C.A.K.,Pasurka,C.Multilateral Productivity Comparisons when Some Outputs are Undesirable:a Nonparametric Approach[J].The Review of Economics and Statistics，1989,(71).

[12]Jin-Li Hu,Shih-Chuan Wang.Total-factor Energy Efficiency of Regions in China[J].Energy Policy，2006,(34).

（責任編輯/浩天）

F206

A

1002－6487（2011）06－0086-03

國家自然科學基金資助項目（70773111）

劉海濱（1969-），男，吉林公主嶺人，教授，博士生導師，研究方向：能源經濟學，安全工程。