徐麗萍 ,王 立 ,李金林 (1.北京城市系統(tǒng)工程研究中心,北京 100089；.北京市科學(xué)技術(shù)研究院,北京100089；.北京理工大學(xué)管理與經(jīng)濟學(xué)院,北京 100089)

基于隱含能的行業(yè)完全能源效率評價模型研究

徐麗萍1*,王 立2,李金林3(1.北京城市系統(tǒng)工程研究中心,北京 100089；2.北京市科學(xué)技術(shù)研究院,北京100089；3.北京理工大學(xué)管理與經(jīng)濟學(xué)院,北京 100089)

針對各行業(yè)能源利用效率的評價比較問題,考慮能源、經(jīng)濟、環(huán)境之間相互依存和相互制約的關(guān)系,基于隱含能思想提出了行業(yè)完全能源效率的概念,構(gòu)建了評價指標體系,并將投入產(chǎn)出模型和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法相結(jié)合建立了評價模型,模型綜合考慮了行業(yè)生產(chǎn)中能源消耗和碳排放對經(jīng)濟社會發(fā)展與環(huán)境演變的作用與價值.通過實證分析,對北京市 42個行業(yè)的完全能源效率進行了評價,鑒別其在生產(chǎn)全流程能源消費中存在的問題,并給出了提高行業(yè)完全能源效率的潛力和改進途徑.實證研究結(jié)果表明,北京市第一產(chǎn)業(yè)的完全能源效率很低,有些服務(wù)業(yè)的完全能源效率也較低,相反地有些工業(yè)行業(yè)的完全能源效率卻比較高.這說明,為了實現(xiàn)節(jié)能減排目標,政府不應(yīng)該簡單地限制所有工業(yè)行業(yè)發(fā)展,也不應(yīng)該盲目地鼓勵發(fā)展所有服務(wù)業(yè),而應(yīng)該參考各行業(yè)的完全能源效率情況,在充分衡量其對經(jīng)濟社會發(fā)展的貢獻之后做出綜合決策.

能源效率；隱含能；隱含碳排放；數(shù)據(jù)包絡(luò)分析；投入產(chǎn)出模型

研究表明,我國GDP能源消費強度遠超過發(fā)達國家,也超過世界平均水平.2008年,中國GDP能源強度為 0.74t標準煤/美元,是世界平均水平的2.73倍,是美國的3.55倍,是歐洲國家平均水平的4.98倍,是德國的5.55倍和日本的5.63倍;此外,2009年我國一次能源消費碳強度為0.62t碳/t標準煤,比世界平均水平高24%,比OECD國家高33%,比歐盟國家高 38%,比印度還高出 5.2%[1].可見,實現(xiàn)我國節(jié)能減排目標的關(guān)鍵是在發(fā)展經(jīng)濟的過程中大力提高能源利用效率和降低能源消費碳排放強度,而這需要通過深度調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、改善能源消費模式來實現(xiàn).

世界能源委員會定義能源效率為減少提供同等能源服務(wù)的能源投入. 從經(jīng)濟學(xué)角度來說,能源效率是指給定能源投入條件下實現(xiàn)最大經(jīng)濟產(chǎn)出的能力,或是給定經(jīng)濟產(chǎn)出水平下實現(xiàn)投入能源最小化的能力.能源效率可以由多種指標來進行測算.由于能源消費所引起的環(huán)境問題日益嚴重,在研究不應(yīng)僅考慮經(jīng)濟產(chǎn)出,還須考慮環(huán)境影響.魏楚[2]認為,能源效率評價是在經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境約束條件下對能源利用水平的判斷.合理的能源效率評價方法可以為制定各行業(yè)節(jié)能減排措施和調(diào)整地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)提出有價值的建議和決策支持.

對于能源利用效率的評價常有 2種不同的方式:一種是單要素評價,即只把能源要素與產(chǎn)出進行比較,不考慮其他相關(guān)要素,如以能源強度的倒數(shù)作為能源效率指標;另一種是多要素評價,考慮與能源消耗相關(guān)的各種要素的相互作用,也稱全要素能源效率評價方法,思想來源于微觀經(jīng)濟學(xué)上的全要素生產(chǎn)理論.全要素評價考慮經(jīng)濟社會系統(tǒng)的多種因素之間的相互作用關(guān)系,對從能源、經(jīng)濟、環(huán)境、社會之間的協(xié)調(diào)發(fā)展的角度研究能源效率評價問題更具有優(yōu)勢.

關(guān)于多要素能源效率評價的研究,目前主要是針對國家層面和區(qū)域?qū)用娴姆治鯷3-8].從行業(yè)層面研究能源效率的文獻比較少[9-12].目前,關(guān)于能源效率的研究文獻主要是分析能源技術(shù)效率或是進行地區(qū)間能源效率的對比.尚沒有對區(qū)域內(nèi)各行業(yè)能源利用效率的比較分析.而分析比較各行業(yè)的能源利用效率,可以為通過深度調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)地區(qū)整體節(jié)能減排目標,進而為地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級提供參考.本研究采用投入產(chǎn)出分析和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析相結(jié)合的方法,研究基于產(chǎn)業(yè)鏈能耗分析的區(qū)域各行業(yè)能源利用效率的評價方法,旨在揭示區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與能源利用效率的內(nèi)在關(guān)系.

1 行業(yè)完全能源效率及其評價模型

在評價行業(yè)能源效率時,不僅要考慮行業(yè)生產(chǎn)所直接消耗的能源和碳排放,還應(yīng)考慮“隱含”在生產(chǎn)和服務(wù)的各個環(huán)節(jié)中的能耗和碳排放.隱含能是指某種產(chǎn)品或服務(wù)生產(chǎn)過程中直接和間接消耗的能源總量.隱含能消費所帶來的碳排放稱為隱含碳排放.

利用隱含能和隱含碳,評價行業(yè)生產(chǎn)的全流程能耗與碳排放,能夠全方位地揭示能源消費對經(jīng)濟和環(huán)境的影響.另外,在進行能源效率分析時,除了經(jīng)濟產(chǎn)出和環(huán)境影響以外,還應(yīng)考慮社會發(fā)展和居民生活因素.因此,本文定義行業(yè)完全能源效率為:在給定能源資源和環(huán)境需求的條件下,考慮生產(chǎn)全流程的能耗與碳排放,某行業(yè)實現(xiàn)最大經(jīng)濟產(chǎn)出和社會效益的能力.將行業(yè)完全能源效率記為TEES(Total Energy Efficiency of Sectors).

本研究構(gòu)建行業(yè)完全能源效率 TEES的評價指標體系,提出利用經(jīng)濟計量學(xué)投入產(chǎn)出分析進行指標測算的方法,并運用規(guī)模報酬可變的投入導(dǎo)向型DEA方法建立TEES評價模型,最后以北京為案例進行實證分析.

1.1 模型描述

由于本研究測算的是不同行業(yè)(或稱部門)的能源消費和碳排放對城市經(jīng)濟發(fā)展、人民生活和就業(yè)的貢獻大小,目標是找出那些應(yīng)該首先降低能源強度和碳排放強度的行業(yè),故本文運用投入型DEA方法開展研究.

本研究中，行業(yè)分類以區(qū)域投入產(chǎn)出表為基準.假設(shè)有 n個行業(yè)或評價單元 DMU,每個DMUj都有m種輸入(即投入)和k種輸出(即產(chǎn)出),相應(yīng)的向量分別為 Xj=(x1j,x2j,…,xmj)T和Yj=(y1j,y2j,…,ykj)T,Xj和 Yj均是非負向量(j=1, 2,…,n).對于第j0個評價單元DMUj0進行相對效率評價,采用的規(guī)模報酬可變的投入型 DEA模型(稱BCC模型)為:

式中, X0和Y0為DMUj0的輸入和輸出向量;λj表示通過現(xiàn)有的評價單元重新組合構(gòu)造一個有效DMU時,第j個評價單元DMUj的組合比例;θ表示有效前沿面的徑向優(yōu)化量或“距離”,稱為相對效率,在本文中表示被評價行業(yè)DMUj0的完全能源效率,θ越小表示行業(yè)完全能源效率水平越低,行業(yè)的耗能結(jié)構(gòu)和發(fā)展戰(zhàn)略越需要調(diào)整.

根據(jù) DEA理論,線性規(guī)劃(1)用來衡量每個評價單元DMUj的綜合有效性,其經(jīng)濟含義是:保持DMUj的產(chǎn)出水平不降低,以其他DMU的實際投入產(chǎn)出水平為基準優(yōu)化 DMUj時,其投入要素同比例減少所能達到的最低程度.

DEA方法評價的有效性是相對意義上的有效,而非絕對有效,亦即各評價單元在相互比較優(yōu)勢之下的效率值.當(dāng)評價單元DMUj0非DEA有效時,必定是因為投入冗余或產(chǎn)出不足.根據(jù)投影定理[13],非 DEA有效的評價單元在生產(chǎn)前沿面上的投影是DEA有效的,即通過調(diào)整非DEA有效的評價單元的投入產(chǎn)出指標數(shù)值使其轉(zhuǎn)化為DEA有效,投影公式為:

對于非 DEA有效的評價單元,利用式(2)計算投入冗余量(投入指標需要減少的量)和產(chǎn)出不足量(即該產(chǎn)出指標應(yīng)該予以擴大的量),進而決策非DEA有效的評價單元的改進方向.

在大部分DEA模型中,DEA有效的評價單元往往不只一個.因此,需解決有效單元的排序問題.研究者進行過有益的嘗試, 其中 Super-SBM模型[14]較好地解決了DEA有效單元排序問題.

式中: ε為非阿基米德無窮小量,在實證研究中取為ε=10-8; em和ek分別為m維和k維分量全為1的行向量.該模型的主要改進在于評價決策單元時,把該評價單元與其他所有評價單元的線性組合做比較,使評價單元 j的投入和產(chǎn)出被其它所有的評價單元投入產(chǎn)出的線性組合替代,而將第j個評價單元排除在外.實際上,Super- SBM模型是對DEA有效單元評價計算時,去掉了效率指標小于等于1的隱形約束條件,此時會得到大于等于1的效率,稱之為超效率.一個DEA有效的評價單元可以使其投入比例增加,產(chǎn)出保持不變,并與其他評價單元的組合保持平衡,投入增加的最小比例即是其超效率值.在能源效率評價中將超效率β稱為完全能源超效率,并利用其對行業(yè)的能源效率進行排序.

1.2 行業(yè)和評價指標選取

進行行業(yè)能源效率的綜合評價主要目的是,對地區(qū)的各行業(yè)在經(jīng)濟活動中能源消耗和碳排放水平在整個經(jīng)濟體和社會生活中所處的地位和作用的理性認識.因此,需要評價能源效率的行業(yè)是對城市經(jīng)濟社會有重要影響的行業(yè),以區(qū)域投入產(chǎn)出表的行業(yè)分類為基準選取被評價的行業(yè),如對北京選取2007年價值型投入產(chǎn)出表中的42個部門作為評價對象.

確定合理的輸入輸出指標是建立有效的行業(yè)完全能源效率評價 DEA模型的前提和基礎(chǔ).在選取輸入輸出指標時,輸入指標作為評價單元的投入應(yīng)為成本型指標,輸出指標作為評價單元的產(chǎn)出應(yīng)為效益型指標.

輸入指標選取的關(guān)鍵在于確定投入要素.本研究主要分析能源利用水平對社會經(jīng)濟的貢獻,以比較各行業(yè)在可持續(xù)發(fā)展方面的優(yōu)勢.能源利用水平一般是通過能源消耗總量、能源強度(也稱能耗系數(shù))、能源消耗彈性系數(shù)等指標衡量.而能源生產(chǎn)和使用中產(chǎn)生的污染物和碳排放給環(huán)境帶來不可忽視的影響,故應(yīng)將能源消費的碳排放強度納入到能源效率評價中.因此,本研究選取各行業(yè)的能耗系數(shù)和碳排放系數(shù)作為輸入指標,其中能耗系數(shù)又分為直接能耗系數(shù)DEE和完全能耗系數(shù) TEE,碳排放系數(shù)又分為直接碳排放系數(shù)DCE和完全碳排放系數(shù)TCE.其中,直接能耗系數(shù)和直接碳排放系數(shù)度量的是行業(yè)生產(chǎn)活動中直接消耗的能源和碳排放.由于生產(chǎn)過程中需要投入原料和中間產(chǎn)品,而它們的生產(chǎn)也會帶來能耗和碳排放,行業(yè)能耗效率分析中還應(yīng)考慮原料和中間產(chǎn)品隱含的間接能耗和間接碳排放.因此,從全流程分析和產(chǎn)品隱含能的角度,選取完全能耗系數(shù)和完全碳排放系數(shù)作為分析指標.

對于能源的產(chǎn)出度量,一般是考慮經(jīng)濟產(chǎn)出或物理產(chǎn)出.物理產(chǎn)出由于形式的多樣性可能會給產(chǎn)出指標造成偏差,在能源效率分析很少采用.經(jīng)濟產(chǎn)出是指以市場價格測量的經(jīng)濟指標,對于國家和地區(qū)層面就是國民生產(chǎn)總值,對于行業(yè)和企業(yè)來說就是增加值.經(jīng)濟指標雖然可以度量能源使用的經(jīng)濟價值,但是不能衡量能源使用的社會價值,因此,在選取產(chǎn)出指標時,主要考慮行業(yè)的經(jīng)濟指標,行業(yè)生產(chǎn)對提升本地居民生活水平的貢獻,以及行業(yè)的經(jīng)濟活動對全社會就業(yè)數(shù)量的貢獻.

具體地,根據(jù)能源使用對經(jīng)濟社會的影響價值取向,選取 3個輸出指標:行業(yè)增加值占地區(qū)GDP的比例 ADD,行業(yè)的最終消費量占行業(yè)總產(chǎn)值的比例 FC,行業(yè)就業(yè)數(shù)占全市就業(yè)人數(shù)的比例EP.指標ADD是經(jīng)濟指標的比例形式,用以描述行業(yè)增加值對地區(qū)GDP的貢獻.指標FC描述行業(yè)產(chǎn)品有多少是供給本地最終消費了,包括居民消費和政府消費2部分.這些數(shù)據(jù)都可以利用統(tǒng)計年鑒上數(shù)據(jù)計算得到.

綜上,行業(yè)完全能源效率評價DEA模型中包含了7個輸入輸出指標,而被評價的行業(yè)有42個,符合DEA方法對評價單元數(shù)量的要求,即DMU的數(shù)量至少是投入產(chǎn)出指標數(shù)量之和的 2倍,以及DMU數(shù)量不少于輸入指標數(shù)量與輸出指標數(shù)量之積.因此,評價模型及其分析結(jié)果是有意義的.

2 關(guān)鍵指標的測算方法

在行業(yè)完全能源效率評價模型中,各行業(yè)能耗系數(shù)DEE和TEE,以及碳排放系數(shù)DCE和TCE是需要測算的關(guān)鍵指標.直接能耗系數(shù)DEE等于行業(yè)年能源消費量與年總產(chǎn)值之比,可通過統(tǒng)計年鑒的數(shù)據(jù)計算.另外3個輸入指標的測算則較為復(fù)雜.本文在投入產(chǎn)出經(jīng)濟學(xué)的完全需求系數(shù)理論[15]的基礎(chǔ)上,提出行業(yè)完全能耗系數(shù)TEE,以及碳排放系數(shù)DCE和TCE的測算方法.

行業(yè)完全能耗是指與各項生產(chǎn)活動和使用相關(guān)的所有能耗,包括直接能耗和間接能耗.其中,直接能耗是行業(yè)生產(chǎn)中直接消耗的能源,而間接能耗是指生產(chǎn)的中間投入所有環(huán)節(jié)的能源消耗.一個行業(yè)的生產(chǎn)勢必需求其他一些行業(yè)的產(chǎn)品,被需求行業(yè)的能源消耗便是該行業(yè)生產(chǎn)所帶來的間接能耗.投入產(chǎn)出理論中的 Leontief逆矩陣可用來計算各行業(yè)由中間投入疊加所產(chǎn)生的對其他行業(yè)的完全需求系數(shù),可以利用其來計算行業(yè)完全能耗系數(shù),公式為

式中: et為行業(yè)完全能耗系數(shù)構(gòu)成的向量, ed為行業(yè)直接能耗系數(shù)構(gòu)成的向量,(I ?A)?1為Leontief逆矩陣.

行業(yè)的碳排放主要是經(jīng)濟活動中的能源使用所造成的.能源消費的碳排放強度可通過分品種能源的使用結(jié)構(gòu)來測度,因為不同類型的能源所帶來的碳排放和污染物排放水平是有差異的.不同品種能源的碳排放因子不同[16].由于各個行業(yè)的能源消費量和消費結(jié)構(gòu)不同,因此碳排放系數(shù)也不同.本研究考慮的分品種能源有煤炭、焦炭、汽油、柴油、煤油、燃料油、液化石油氣和天然氣,它們的碳排放因子取為《2006年 IPCC國家溫室氣體清單》[16]上的缺省值.

行業(yè)直接碳排放系數(shù)是行業(yè)活動直接消耗的各種能源所帶來的碳排放水平.對于第 j個行業(yè),直接碳排放系數(shù)為

式中: ci為第i種能源的碳排放因子,K為能源的種類數(shù),eij為第 j個行業(yè)對第 i種能源的消耗量,Pj為該行業(yè)的總產(chǎn)值.各行業(yè)分品種能源的消耗量來自北京統(tǒng)計年鑒的數(shù)據(jù).

行業(yè)完全碳排放量是行業(yè)生產(chǎn)活動各環(huán)節(jié)中由能源使用所產(chǎn)生的所有碳排放量,包括直接碳排放和間接碳排放.對一個地區(qū)來說,在確定行業(yè)完全碳排放水平時應(yīng)考慮進口、調(diào)入所產(chǎn)生的排放轉(zhuǎn)移因素,即滿足本地需求的產(chǎn)品,其制造所產(chǎn)生的直接或間接碳排放并不都發(fā)生在本地.因為,如果產(chǎn)品或中間投入來自于進口或調(diào)入(如電力),調(diào)入品的生產(chǎn)碳排放并不會形成對本地的環(huán)境壓力.因此,在行業(yè)完全碳排放系數(shù)的計算中考慮本地自給系數(shù),即為各行業(yè)中間產(chǎn)品中本地區(qū)生產(chǎn)所占的比例.完全碳排放系數(shù)的計算公式見式(6).

式中: ct為行業(yè)完全碳排放系數(shù)構(gòu)成的向量,cd為行業(yè)直接碳排放系數(shù)DCEj構(gòu)成的向量, α為本地自給系數(shù)矩陣.各行業(yè)在生產(chǎn)中所消耗的中間產(chǎn)品有些是本地生產(chǎn)的,有些是外地調(diào)入或進口的,各行業(yè)同一種中間產(chǎn)品的本地自給比例可能不相等,但該數(shù)據(jù)沒有可用的統(tǒng)計資料.因此,為了便于分析,假設(shè)各個行業(yè)在生產(chǎn)過程中所消耗的同一種中間投入具有相同的本地區(qū)生產(chǎn)比重.這樣,本地自給系數(shù)矩陣α簡化成對角陣,主元素為每個行業(yè)的總產(chǎn)出占該行業(yè)總產(chǎn)出與本地區(qū)進口、調(diào)入之和的比例,可利用投入產(chǎn)出表的數(shù)據(jù)計算求得.

3 實證研究

1980年以來,北京市以較低的能耗增速支撐了較快的經(jīng)濟發(fā)展.1980～2008年,全市能源消費平均增速約為 4.4%,低于 5.6%的全國平均水平,但同歐洲國家相比,增速仍然較高(英國為-0.3%、德國為-1.9%),主要原因在于北京仍然是發(fā)展中地區(qū),經(jīng)濟社會發(fā)展勢必帶來能源消費的持續(xù)增長.在《北京市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》中作為約束性指標提出,北京在“十二五”期間的萬元地區(qū)生產(chǎn)總值能耗和二氧化碳排放的降低幅度均要達到國家要求.雖然北京提前一年完成“十一五”萬元GDP能耗降低 20%的目標,但是過去幾年主要靠首鋼等高耗能企業(yè)的退出,通過“以退促降”推進節(jié)能.而“十二五”時期北京工業(yè)領(lǐng)域“以退促降”的空間進一步縮小,與其他省市相比,以傳統(tǒng)手段推進節(jié)能減碳工作的邊際成本逐漸增加,后續(xù)節(jié)能減排壓力很大,必須從“以退促降”向以深化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)節(jié)能和管理節(jié)能為核心的“內(nèi)涵促降”轉(zhuǎn)變.因此,本節(jié)對北京各行業(yè)進行完全能源效率評價,以期識別各行業(yè)在能源利用方面存在的問題,并提出改進潛力和調(diào)整方向,為北京深度調(diào)整各次產(chǎn)業(yè)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)提供科學(xué)依據(jù).

3.1 數(shù)據(jù)處理

選取北京市 2007年投入產(chǎn)出表[17]上的 42個行業(yè)作為評價單元.由于投入產(chǎn)出表與北京統(tǒng)計年鑒分行業(yè)能源消費的行業(yè)分類不一致,以投入產(chǎn)出表分類為基準,采用歸并和分解的方法調(diào)整統(tǒng)計年鑒上的行業(yè)分類及其相應(yīng)數(shù)據(jù).

對4個投入指標的數(shù)據(jù)處理方法是:直接能耗系數(shù)DEE等于行業(yè)年能源消費量與年總產(chǎn)值之比,可通過《北京統(tǒng)計年鑒2008》[18]數(shù)據(jù)計算得到;系數(shù)TEE、DCE和TCE利用北京2007年投入產(chǎn)出表[17]和統(tǒng)計年鑒[18]上的數(shù)據(jù),運用公式(4)、(5)、(6)進行計算.

對3個產(chǎn)出指標的數(shù)據(jù)處理方法是:行業(yè)增加值占地區(qū)GDP的比例ADD和行業(yè)最終消費量占行業(yè)總產(chǎn)值的比例FC可根據(jù)北京2007年42個部門的投入產(chǎn)出表[17]的數(shù)據(jù)計算得到;行業(yè)就業(yè)數(shù)占全市就業(yè)人數(shù)的比例指標EP以北京統(tǒng)計年鑒上的國民經(jīng)濟各行業(yè)城鎮(zhèn)單位在崗職工人數(shù)為基礎(chǔ)計算,由于統(tǒng)計年鑒與投入產(chǎn)出表的行業(yè)分類不完全一致,需要進行相應(yīng)的歸類統(tǒng)計.

3.2 行業(yè)完全能源效率的DEA有效性分析

運用 BCC模型測度各行業(yè)完全能源效率的DEA有效性.采用MATLAB7.0軟件運行模型,運算結(jié)果表明北京有 21個行業(yè)的完全能源效率小于1,其中包括第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)的14個行業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)的 6個行業(yè),這些都是非 DEA有效的行業(yè).其他完全能源效率等于1的行業(yè)都是DEA有效的,即沒有弱DEA有效的行業(yè).表1給出了非 DEA有效的行業(yè)完全能源效率值,同時給出了這些行業(yè)的投入冗余量和產(chǎn)出不足量的計算結(jié)果.

3.2.1 第一產(chǎn)業(yè)完全能源效率 傳統(tǒng)上對第一產(chǎn)業(yè)的認識是能源強度低、污染排放小,但是模型結(jié)果卻顯示其是非DEA有效的,完全能源效率只有 0.5774.此結(jié)果是其生產(chǎn)過程中的中間投入所帶來的間接能耗較高所導(dǎo)致:第一產(chǎn)業(yè)的直接能耗系數(shù)只有 0.35,但是完全能耗系數(shù)卻達到了2.46,這說明由于產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理,使得第一產(chǎn)業(yè)的間接能源消耗量過大,導(dǎo)致其完全能源效率很低.根據(jù)對投入冗余和產(chǎn)出不足的分析,第一產(chǎn)業(yè)若想提高完全能源效率,轉(zhuǎn)化為DEA有效的,其DEE值須降低0.1496,通過改善內(nèi)部結(jié)構(gòu)使其TEE值降低1.0385,并通過改善用能結(jié)構(gòu)使DCE值降低0.2911,TCE值至少降低0.2,同時本地消費比例須提高1.89%.

3.2.2 第二產(chǎn)業(yè)完全能源效率行業(yè)特點 第二產(chǎn)業(yè)中大部分行業(yè)的生產(chǎn)能耗高、能源強度大、能源消費碳排放強度大,從計算結(jié)果來看,第二產(chǎn)業(yè)中有56%的行業(yè)都是非DEA有效的.由于直接/完全能耗系數(shù)和直接/完全碳排放系數(shù)都較高,一些工業(yè)行業(yè)完全能源效率很低,如金屬采選業(yè)、非金屬礦及其他礦采選業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)和金屬冶煉及壓延加工業(yè).另外,非金屬礦物制品業(yè)的本地消費僅占 1.4%,其他3個行業(yè)都在北京本地沒有消費,因此,從提高城市整體的能源效率出發(fā),北京應(yīng)限制這四個行業(yè)的發(fā)展.

工業(yè)中的石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè),除直接碳排放系數(shù)以外,DEE、TEE和TCE的冗余量都較大,要想提高其完全能源效率,不僅要努力降低2個能耗系數(shù)和2個碳排放系數(shù),而且要使就業(yè)比例提高 4.99%,本地消費比例提高21.7%.

化學(xué)工業(yè)的直接/完全能耗系數(shù)的冗余量較大,但是直接/完全碳排放系數(shù)的冗余量并不大,因此提高完全能源效率關(guān)鍵是降低能耗系數(shù).

其他工業(yè)行業(yè)的直接能耗系數(shù)雖然不高,但是完全能耗系數(shù)很大,使得完全能源效率偏低,如建筑業(yè)、食品制造及煙草加工業(yè),造紙印刷及文教體育用品制造業(yè)、金屬制品業(yè)、通用、專用設(shè)備制造業(yè)、交通運輸設(shè)備制造業(yè)、電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè),這主要是因為這些行業(yè)在生產(chǎn)的中間投入環(huán)節(jié)消耗了過多的能源,故可通過改變行業(yè)的中間投入結(jié)構(gòu)來降低完全能耗系數(shù),提高完全能源效率.

3.2.3 第三產(chǎn)業(yè)完全能源效率的行業(yè)特點 第三產(chǎn)業(yè)雖然表面上看能源強度都很低,污染排放也少,但是有些行業(yè)的完全能源效率卻不高,如交通運輸與倉儲業(yè)、郵政業(yè)、住宿和餐飲業(yè)、綜合技術(shù)服務(wù)業(yè)、水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)、居民服務(wù)和其他服務(wù)業(yè)等.其中,前3個行業(yè)的直接能耗系數(shù)和完全能耗系數(shù)都有較大的降低需求,同時前2個行業(yè)的碳排放系數(shù)也須降低,后3個行業(yè)主要是完全能耗系數(shù)需要大幅度降低.另外,綜合技術(shù)服務(wù)業(yè)應(yīng)提高行業(yè)增加值的占比,其他幾個非DEA有效的服務(wù)行業(yè)須提高本地消費的比例.

綜上所述,完全能源效率非DEA有效的行業(yè)主要是由于能耗系數(shù)和碳排放系數(shù)過大,也有一部分是因為在行業(yè)增加值、就業(yè)和本地消費方面的不足,因此應(yīng)降低這些行業(yè)的能源強度,并改善用能結(jié)構(gòu)以降低碳排放強度,使之達到DEA有效前沿.為提高完全能源效率,各行業(yè)應(yīng)根據(jù)自身情況采取不同的措施.

3.3 行業(yè)排序結(jié)果及分析

從表2可以看到,完全能源超效率居前的行業(yè)有:工藝品及其他制造業(yè)、金融業(yè)、通信設(shè)備、計算機及其他電子設(shè)備制造業(yè)、衛(wèi)生、社會保障和社會福利業(yè)、石油和天然氣開采業(yè)、儀器儀表及文化、辦公用機械制造業(yè)、木材加工及家具制造業(yè)等.排名前10位的行業(yè)中有6個是工業(yè)行業(yè),而后10位全部是工業(yè)行業(yè).

從行業(yè)完全能源效率排序結(jié)果來看,不是所有服務(wù)業(yè)都應(yīng)該鼓勵發(fā)展,可以優(yōu)先發(fā)展的服務(wù)業(yè)有:金融業(yè)、衛(wèi)生、社會保障和社會福利業(yè)、公共管理和社會組織、研究與試驗發(fā)展業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)、批發(fā)和零售業(yè)、教育、文化、體育和娛樂業(yè)、信息傳輸、計算機服務(wù)和軟件業(yè)、租賃和商務(wù)服務(wù)業(yè)等.同時,不是所有的工業(yè)都要限制發(fā)展,有些工業(yè)的完全能源效率較高,可以鼓勵其發(fā)展,以促進本地經(jīng)濟增長和增加就業(yè),如,通信設(shè)備、計算機及其他電子設(shè)備制造業(yè)、工藝品及其他制造業(yè)、儀器儀表及文化、辦公用機械制造業(yè)、廢品廢料業(yè)、電氣機械及器材制造業(yè)等.

綜上,政府不應(yīng)該為了降低能源消耗量和碳排放強度而片面地壓縮那些能耗高和能源強度大的行業(yè),或者限制它們的發(fā)展,也不應(yīng)該盲目地鼓勵發(fā)展所有服務(wù)業(yè).作為社會管理者,政府應(yīng)該參考這些行業(yè)的完全能源效率,在充分考慮其對社會和經(jīng)濟發(fā)展的貢獻之后做出綜合決策,從提高區(qū)域能源利用效率的角度實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的深化調(diào)整和優(yōu)化升級.

4 結(jié)論

4.1 第一產(chǎn)業(yè)和交通運輸與倉儲業(yè)、住宿和餐飲業(yè)、綜合技術(shù)服務(wù)業(yè)等的完全能源效率是非DEA有效的，對這些服務(wù)業(yè)的發(fā)展應(yīng)予以適當(dāng)控制.通信設(shè)備、計算機及其他電子設(shè)備制造業(yè)、工藝品及其他制造業(yè)等工業(yè)行業(yè)的完全能源效率是DEA有效的,是應(yīng)該鼓勵發(fā)展的行業(yè).

4.2 利用 Super-SBM 超效率模型對各行業(yè)的完全能源效率進行的排序表明,很多工業(yè)行業(yè)的排序靠前,而有些服務(wù)業(yè)的排序卻靠后.這進一步說明,不是所有的工業(yè)行業(yè)都要限制其發(fā)展,也不是所有的服務(wù)業(yè)都應(yīng)鼓勵其發(fā)展.

[1] The energy data and modeling center, the institute of energy economic, Japan. Handbook of energy and economic statistics in Japan 2011[M]. Japan: Published by the energy conservation center, Japan, 2011.

[2] 魏 楚.中國能源效率問題研究 [D]. 杭州:浙江大學(xué), 2009.

[3] Azadeh A, Amalnick M S, Ghaderi S F, et al. An integrated DEA PCA numerical taxonomy approach for energy efficiency assessment and consumption optimization in energy intensive manufacturing sectors [J]. Energy Policy, 2007,35(7):3792-3806.

[4] Ang B W. Monitoring changes in economy -wide energy efficiency: from energy GDP ratio to composite efficiency index [J]. Energy Policy, 2006,5:574-582.

[5] Hu J L, Wang S C . Total-factor energy efficiency of regions in China [J]. Energy Policy, 2006,34(17):3206-3217.

[6] 武春友,吳 琦.基于DEA的能源效率評價模型研究 [J]. 管理科學(xué), 2009,22(1):103-112.

[7] 曾賢剛.我國能源效率、CO2減排潛力及影響因素分析 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2010,30(10):1432-1440.

[8] 魏 楚,沈滿洪.能源效率與能源生產(chǎn)率:基于DEA方法的省際數(shù)據(jù)比較 [J]. 數(shù)量經(jīng)濟技術(shù)經(jīng)濟研究, 2007,(9):110-121.

[9] Mukherjee Kankan. Energy use efficiency in the Indian manufacturing sector: an interstate analysis [J]. Energy Policy, 2008,(2):662-672.

[10] Mukherjee Kankan. Energy use efficiency in U.S. manufacturing: a nonparametric anal-ysis [J]. Energy Economics, 2008,(1):76-96.

[11] Wei Y M, Liao H, Fan Y. An empirical analysis of energy efficiency in China's iron and steel sector [J]. Energy, 2007, 32(12):2262-2270.

[12] 李廉水,周 勇.技術(shù)進步能提高能源效率嗎? ——基于中國工業(yè)部門的實證檢驗 [J]. 管理世界, 2006,(10):82-89.

[13] Cooper W W, Seiford L M, Zhu J. Handbook on data envelopment analysis [M]. Boston: Kluwer Academic Publishers, 2004.

[14] Kemmler Andreas Spreng. Energy indicators for tracking sustainability in developing countries [J]. Energy Policy, 2007, 35(4):2466-2480.

[15] Siebe T. Important intermediate transactions and multi-sectoral modeling [J]. Economic Systems Research, 1996,8(2):183-193.

[16] 政府間氣候變化專門委員會.《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》 [M]. 日本:日本全球環(huán)境戰(zhàn)略研究所, 2006.

[17] 北京市統(tǒng)計局.北京市2007年投入產(chǎn)出基本流量表 [Z]. 北京:北京統(tǒng)計信息網(wǎng), 2010.

[18] 北京市統(tǒng)計局,國家統(tǒng)計局北京調(diào)查總隊.北京統(tǒng)計年鑒 2008 [M]. 北京:中國統(tǒng)計出版社, 2009.

Evaluation model of sectors’ energy efficiency based on embodied energy.

XU Li-ping1*, WANG Li2, LI Jin-lin3(1.Beijing Research Center of Urban Systems Engineering, Beijing 100089, China；2.Beijing Academy of Science and Technology, Beijing 100089, China；3.School of Management and Economic, Beijing Institute of Technology, Beijing 100089, China). China Environmental Science, 2012,32(11)：2095～2102

Considering the interdependence and mutual restriction relationship between energy, economic and environment, this paper emphasized on energy efficiency of various sectors of social economy, and put forward the concept of total energy efficiency of sectors based on embodied energy. At the same time, an evaluation index system was discussed. Moreover, an evaluation model was established by combining the input-output model and data envelopment analysis method, which considered the comprehensive effect of energy consumption and carbon emissions on social economic development and environmental evolution. An empirical study of 42 sectors in Beijing was conducted, which identified the problems existing in the processes of energy consumption. Furthermore, the case study investigated how to improve the total energy efficiency of various sectors. Results demonstrated that instead of simply restricting on industrial development in order to achieve emission reduction targets or blindly encouraging the development of all service sectors, government should put forward a comprehensive decision-making after considering the total energy efficiency of various sectors and their contribution for economic and social development.

energy efficiency；embodied energy；embodied carbon emissions；data envelopment analysis；input-output model

2012-03-25

國家自然科學(xué)基金資助項目(71172172);北京市自然科學(xué)基金項目(9122011); 北京市科學(xué)技術(shù)研究院項目(PXM2012_ 178215_000004)

* 責(zé)任作者, 副研究員, csxtgc@126.com

X24

A

1000-6923(2012)11-2095-08

致謝：感謝中國科學(xué)院研究生院管理學(xué)院許建老師在項目合作中為本論文研究提供了部分基礎(chǔ)資料!

徐麗萍(1970-),女,遼寧沈陽人,副研究員,博士,主要從事能源環(huán)境系統(tǒng)分析、收益管理、管理決策方法研究.發(fā)表論文近20篇.