李 偉，張廣振，李月娟

(東北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，吉林 吉林 132012)

“十一五”期間，吉林省將加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度，能源消費(fèi)量也將隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展快速增長。目前，省內(nèi)已探明的常規(guī)一次能源資源嚴(yán)重不足，各種能源資源人均占有量僅為全國平均值13%左右，屬“貧能省”。能源生產(chǎn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足能源需求，外省調(diào)入能源量快速增長、自給率逐年降低。加上吉林省屬于老工業(yè)基地，經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不盡合理，傳統(tǒng)的高能耗產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品比重過大，耗能設(shè)備和工藝系統(tǒng)陳舊、落后;加之地處寒冷，冬季長達(dá)170天，使得吉林省能源消費(fèi)量大，能源利用效率低，萬元GDP能源消費(fèi)量比全國平均值高20%以上，能源供給形勢卻十分嚴(yán)峻。由此可見，節(jié)能降耗已經(jīng)成為吉林省經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一項(xiàng)重要而艱巨的任務(wù)。從吉林省能源消費(fèi)的地區(qū)分布來看，省內(nèi)78.3%的能源消耗集中在長春、吉林、四平等大中型城市。為了全面落實(shí)“十一五”節(jié)能規(guī)劃節(jié)能減排目標(biāo)，深入研究吉林省大中型城市節(jié)能減排現(xiàn)狀和潛力，找到制約吉林省大中型城市節(jié)能減排目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的根本性、共同性的問題，提出解決的政策建議，對于吉林省經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，國內(nèi)外學(xué)者在節(jié)能潛力方面的研究主要集中在以下兩個(gè)方面:一是從能源效率出發(fā)，找到不同地區(qū)目前的節(jié)能潛力，并據(jù)此提出相應(yīng)的政策建議。例如:Mukherjee[1](2007;2008)提出了不同環(huán)境下的能源效率測度的幾種方法:基于技術(shù)效率、能源投入最小化、成本最小化、產(chǎn)能利用率調(diào)整等四個(gè)方法。Hu and Wang[2](2006)利用DEA方法對中國各地區(qū)在1995－2002年間的多要素能源利用效率做了系統(tǒng)的比較研究。也有學(xué)者從全要素效率指數(shù)分解的角度(王玉潛[3]，2003年)將能源效率分解為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)影響因素、技術(shù)影響因素，來比較不同地區(qū)的能源效率，找到不同地區(qū)節(jié)能潛力。另外一些學(xué)者則利用DEA模型，將能源效率分解為規(guī)模效率、技術(shù)效率來分析不同地區(qū)的節(jié)能潛力。也有學(xué)者從單一效率指數(shù)角度(史丹[4]，2006年)來分析不同地區(qū)的節(jié)能潛力。二是通過給出不同的節(jié)能潛力定義，按照不同的定義，給出節(jié)能潛力及其影響因素，并提出各種政策建議。學(xué)者史丹在《中國能源效率的地區(qū)差異與節(jié)能潛力分析》中，將節(jié)能潛力定義為:由于各地區(qū)間存在著能源效率的差距，在各省能源效率水平中找到一個(gè)能源效率最高的省市，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平下，全國提高能源效率的最大潛力定義為全國平均能耗水平與能源效率最高省市的差值;金炬，吳巧生[5]等在《中國工業(yè)化進(jìn)程中的節(jié)能估計(jì)》中，將節(jié)能潛力定義為:利用H-P濾波得到節(jié)能率(ESR)的趨勢成分(即潛在節(jié)能率)。節(jié)能缺口表示為實(shí)際節(jié)能率與潛在節(jié)能率之間的差額占潛在節(jié)能率的比率，它可以反映我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中能源消耗減物質(zhì)化周期波動(dòng)的變化軌跡，也可以反映現(xiàn)有節(jié)能潛力的實(shí)現(xiàn)程度(這里指的節(jié)能潛力未包含與國際先進(jìn)水平的差距);沈中元[6]研究員則從能量轉(zhuǎn)換過程的角度，利用熱力學(xué)的相關(guān)定理定義了節(jié)能潛力的大小。一些學(xué)者對于吉林省的節(jié)能潛力也做了一些研究，學(xué)者王玉芹[7]通過分析吉林省目前的能源消耗狀況，指出了吉林省在能源消耗結(jié)構(gòu)、節(jié)能技術(shù)設(shè)備改造升級、節(jié)能技術(shù)管理等方面具有很大的節(jié)能潛力。學(xué)者孟巖[8]吉林省為實(shí)現(xiàn)“十一五”節(jié)能降耗目標(biāo)，應(yīng)以優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、改進(jìn)能源品種結(jié)構(gòu)、大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)為主要方向。

上述國內(nèi)研究從能源效率和節(jié)能潛力定義的角度分析了能源效率的變化和成因，同時(shí)也根據(jù)不同情況對于節(jié)能潛力給出了不同的界定，這為研究吉林省各大中型城市的節(jié)能潛力及節(jié)能效率提供了理論依據(jù)。然而，對于吉林省來說，不同城市、不同地區(qū)之間，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的階段不同、技術(shù)水平不同、能源結(jié)構(gòu)及自然條件等方面的差異，這就使得通過橫向比較判斷吉林省不同城市的節(jié)能潛力不夠客觀。此外，不同地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也是影響節(jié)能潛力的重要因素，這就決定了不同地區(qū)間的能耗差異，也不能客觀的反應(yīng)該地區(qū)的節(jié)能潛力。

本研究針對上述問題，在借鑒已有研究成果的基礎(chǔ)上，以吉林省各大中型城市為研究對象，運(yùn)用DEA模型，將吉林省各大中型城市的節(jié)能潛力定義為其當(dāng)前能源消耗與其能耗生產(chǎn)前沿面之差，利用吉林省各大中型城市相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，將吉林省各大中型城市能耗現(xiàn)狀與其自身的能耗生產(chǎn)前沿面進(jìn)行比較，消除不同地區(qū)間的不可比因素，從而找到各市自身的節(jié)能潛力，為吉林省各市和地區(qū)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)提供客觀的節(jié)能潛力依據(jù)，并通過分析給出節(jié)能降耗的對策和建議。

1 節(jié)能潛力的界定

從宏觀角度講，對節(jié)能潛力的準(zhǔn)確評估與計(jì)算，可以為節(jié)能目標(biāo)、節(jié)能政策的制定提供科學(xué)的理論依據(jù)，也能為節(jié)能減排找到正確的方向和措施。雖然，不同學(xué)者從不同的角度給出了節(jié)能潛力的定義，但都無法客觀的反映某一經(jīng)濟(jì)總體真正的節(jié)能潛力。因此具有很大的局限性，使得我們考慮重新定義節(jié)能潛力，使不同地區(qū)找到其現(xiàn)實(shí)的節(jié)能潛力。

在不同的城市工業(yè)生產(chǎn)中體系中，不同的要素投入組合，包括能源消耗投入，就會(huì)有不同的工業(yè)總產(chǎn)值，在相同的產(chǎn)出下，所有可能的能源投入就構(gòu)成了能源消耗的可能集，在能源消耗可能集中，能源消耗最少的點(diǎn)就形成了能源消耗的前沿面，即對該地區(qū)而言最大產(chǎn)出下的最小能源投入量。通過比較該地區(qū)目前能源消耗現(xiàn)狀與能源消耗前沿面之間的差距，就可以確定該地區(qū)的節(jié)能潛力大小。由于這種比較是該地區(qū)目前能耗與理想狀態(tài)能耗的比較，因此，消除了以前學(xué)者定義的節(jié)能潛力中存在的問題。

根據(jù)DEA模型，對于單投入、單產(chǎn)出的某一經(jīng)濟(jì)總體而言，設(shè)為該經(jīng)濟(jì)總體的投入，為該經(jīng)濟(jì)總體的產(chǎn)出，則該經(jīng)濟(jì)總體能源消耗的可能集的表達(dá)式為:

能源消耗的可能集由兩部分組成:一是集合的邊界，二是集合內(nèi)部，如圖1所示。集合邊界上的點(diǎn)是由不同工業(yè)總產(chǎn)值水平下，最小的能耗對應(yīng)的各點(diǎn)組成的，因此，把集合的上邊界稱為能源消耗生產(chǎn)前沿或能源消耗生產(chǎn)前沿面(如圖1中的曲線)。而位于集合內(nèi)部的點(diǎn)，則是各種不同工業(yè)總產(chǎn)值水平下，各地區(qū)當(dāng)前可能的能耗水平各點(diǎn)構(gòu)成(如圖1中的曲線下方的部分)。通過能耗生產(chǎn)前沿可以給出所要評價(jià)地區(qū)節(jié)能潛力的定義，我們稱位于能耗消耗可能集邊界上的(前沿上面)決策單元為無節(jié)能潛力的單元，位于能源消耗可能集內(nèi)部的點(diǎn)為有節(jié)能潛力單元。

有了能源消耗可能集和能源消耗生產(chǎn)前沿的概念之后，便可以判斷評價(jià)單元節(jié)能潛力的相對大小，也可以確定評價(jià)單元的能耗有效性。

為該地區(qū)的節(jié)能潛力。

圖1 節(jié)能潛力的幾何解

2 DEA模型及相關(guān)概念介紹

2.1 DEA 模型

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)是由Charnes，Cooper和Rhodes在1978年首先提出來的，用于評價(jià)多個(gè)決策單元效率及其有效性的一種非參數(shù)方法。它的基本思想是通過一個(gè)數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，對各個(gè)決策單元的相對效率做出評價(jià)。每一個(gè)決策單元(DMU)都可以看作是相同功能的實(shí)體，利用對其輸入、輸出數(shù)據(jù)的綜合分析，得出每個(gè)DMU的相對效率指標(biāo)，據(jù)此將各DMU定級排序，確定有效的DMU，并指出其他DMU非有效的原因和程度。DEA方法的常用的評估模型是CCR和BCC模型。

生產(chǎn)前沿面是生產(chǎn)有效性分析與測量的重要工具，它是根據(jù)已知的一組投入產(chǎn)出觀察值，構(gòu)造出投入產(chǎn)出一切可能組合的外部邊界，使得所有投入產(chǎn)出觀測點(diǎn)都落在這個(gè)邊界的“下方”，并且與其盡可能接近。因此，生產(chǎn)前沿面是對一個(gè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)最優(yōu)生產(chǎn)行為的描述。

2.1.1 CCR 模型

假設(shè)有n個(gè)決策單元，每個(gè)決策單元都有m種輸入和s種輸出，以xij表示第j個(gè)決策單元對第i種輸入的投入量;yrj表示第j個(gè)決策單元對第r種輸出的產(chǎn)出量，vi表示第i種輸入的權(quán)重，ur表示第r種輸出的權(quán)重。其中，

xij＞ 0，yrj＞ 0，vi≥0，ur≥0，(i=1，2，…，m;r=1，2，…，n)(xij與 yrj均為已知數(shù)據(jù)，一般可以通過歷史資料或預(yù)測得到)。

記 Xj= [x1j，x2j，…，xmj]T，Yj= [y1j，y2j，…，ysj]T，(j=1，2，…，n)，則可用(Xj，Yj)表示第 j個(gè)決策單元DMUj，對應(yīng)的權(quán)系數(shù)表示為v= [v1，v2，…，vm]T，uu= [u1，u2，…，u2]T。每個(gè)決策單元都有相應(yīng)的效率評價(jià)指數(shù):

由于上述模型的目標(biāo)函數(shù)為非線性的，因此可以使用Charnes-Cooper變換將上述原始的CCR模型轉(zhuǎn)化為等價(jià)的線性規(guī)劃問題，并可利用其對偶規(guī)劃進(jìn)行效率求解。

2.1.2 BCC 模型

1984年，Banker，Charnes和Cooper對CCR模型進(jìn)行了改進(jìn)，增加了對最優(yōu)解 的約束，從而剔除了規(guī)模效率的影響，得到了測算決策單元技術(shù)效率的BCC模型。與CCR模型類似，可以得到BCC模型的對偶規(guī)劃形式。帶有剩余變量和松弛變量的BCC模型為:

2.2 綜合效率、規(guī)模效率和技術(shù)效率

為了簡化分析計(jì)算，假定評價(jià)對象的綜合效率由其技術(shù)效率(TE)和規(guī)模效率(SE)決定。技術(shù)效率反映在給定投入的情況下評價(jià)對象獲取最大產(chǎn)出的能力，規(guī)模效率反映了評價(jià)對象是否在最合適的投資規(guī)模下進(jìn)行經(jīng)營。

由DEA方法的CCR模型得出的θ是評價(jià)對象k的綜合效率值，且0≤θ≤1。當(dāng)θ=1時(shí)，評價(jià)對象是綜合效率相對有效的，它是效率前沿面上的點(diǎn)。而由BCC模型得到的是值是評價(jià)對象k的技術(shù)效率。同樣的，0≤θT≤1。當(dāng)θT=1時(shí)，評價(jià)對象處于技術(shù)相對有效狀態(tài)。通過上述兩個(gè)模型得到的綜合效率值和技術(shù)效率值，再考慮規(guī)模效率θS，則三者有如下分解關(guān)系:

即:綜合效率 =技術(shù)效率 ×規(guī)模效率。

3 DEA模型在吉林省大中型城市節(jié)能潛力中的應(yīng)用

3.1 實(shí)證研究

為了得到吉林省大中型城市的綜合效率、規(guī)模效率和技術(shù)效率，利用吉林省統(tǒng)計(jì)年鑒及各市統(tǒng)計(jì)年鑒中一些指標(biāo)的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用CCR模型和BCC模型，對吉林省大中型城市的綜合效率和技術(shù)效率以及規(guī)模效率進(jìn)行了計(jì)算，并對其結(jié)果做了分析說明?？紤]到影響綜合效率、規(guī)模效率和技術(shù)效率因素，研究中選取了2009年吉林省八個(gè)大中型城市的國民生產(chǎn)總值，能源消耗總量作為投入指標(biāo)，2010年吉林省八個(gè)大中型城市的國民生產(chǎn)總值，能源消耗總量作為產(chǎn)出指標(biāo)，利用DEA方法得到了吉林省各大中型城市的綜合效率、技術(shù)效率和規(guī)模效率及節(jié)能潛力。

其中，投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)中，國民生產(chǎn)總值和能源消耗總量的數(shù)據(jù)均直接來自吉林省及各市的統(tǒng)計(jì)年鑒，數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，可信度較高，具有一定的代表性。

3.2 結(jié)果說明

表1 吉林省大中型城市三個(gè)產(chǎn)業(yè)能源效率和節(jié)能潛力

在對吉林省八個(gè)大中型城市的綜合效率、技術(shù)效率和規(guī)模效率分別分析后，從表1可以看出，長春、白城、延邊和通化是相對有效的評價(jià)單元，說明這四個(gè)城市的能源利用效率的整體水平較高。吉林、松原和遼源三個(gè)城市是技術(shù)有效、規(guī)模無效的評價(jià)單元。這說明這三個(gè)城市在規(guī)模的改進(jìn)上還要加大提升的力度，注重節(jié)能潛力的挖掘。而只有四平市技術(shù)效率和規(guī)模效率都是無效的評價(jià)單元。說明四平市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平還有待提高，加大節(jié)能的力度，提升節(jié)能空間。

4 結(jié) 論

本文在對節(jié)能潛力重新界定的基礎(chǔ)上，對吉林省大中型城市總體的節(jié)能潛力進(jìn)行了實(shí)證研究，并對各城市的節(jié)能潛力給出了客觀的評價(jià)。從各城市節(jié)能潛力(以2009年為基準(zhǔn)年)的評價(jià)結(jié)果我們可以看出，由于不同城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)存在差異，在能源的利用效率上也是有所不同，對于一些積極節(jié)能的城市，其中大部分都是技術(shù)相對有效的評價(jià)單元，但這些城市仍需進(jìn)一步增加技術(shù)改造的投入，充分發(fā)揮技術(shù)節(jié)能潛力的潛能;對于那些在規(guī)模上和技術(shù)上均相對無效的城市，要加大產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)改造的力度，為進(jìn)一步提高能源效率做更大的努力。

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