王喜平， 楊莉坤

(華北電力大學 經(jīng)濟與管理學院，河北 保定 071003)

0 引言

電力行業(yè)是支撐國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎產(chǎn)業(yè)，同時也是能源規(guī)模性消耗和污染排放的“罪魁禍首”。我國在“十三五”規(guī)劃中明確提出：“到2020年，我國能源消費總量控制在50億t標準煤以內(nèi)，二氧化硫、氮氧化物排放總量要比2015年下降15%的污染防控目標”。在此背景下，電力工業(yè)居高不下的能源消費比重加之巨大的污染減排潛力使其首當其沖成為實現(xiàn)國家戰(zhàn)略目標的關(guān)鍵領(lǐng)域。盡管近年來我國大力推進風電、水電等清潔能源發(fā)電的建設，但“富煤”的資源稟賦特點決定了火電在未來相當長一段時間仍將是我國電力工業(yè)的主要支撐。電力、熱力生產(chǎn)和供應業(yè)仍舊是主要大氣污染物排放的主要來源[1]。因此，對火電行業(yè)效率進行科學、客觀評價與解構(gòu)，探尋火電行業(yè)效率提升的方向、路徑和政策著力點不僅有助于實現(xiàn)國家“十三五”節(jié)能減排目標，而且對于電力工業(yè)自身的綠色、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

對發(fā)電效率的研究，早期主要是基于傳統(tǒng)Shephard距離函數(shù)[2]進行的，如文獻[3]運用基于Shephard距離函數(shù)的數(shù)據(jù)包絡分析方法，對美國伊利諾斯州發(fā)電企業(yè)的純技術(shù)效率，規(guī)模效率與投入要素擁擠情況進行了研究；文獻[4]運用基于Shephard距離函數(shù)的DEA-Malmquist方法對我國省際發(fā)電效率及其變動指數(shù)進行了測算。由于DEA方法自身的局限，上述研究沒有考慮發(fā)電過程中的污染排放。隨著環(huán)境問題的日益突出，忽略環(huán)境因素測算的發(fā)電效率會有失偏頗，甚至會誤導政策建議。隨著Chung等提出的方向性距離函數(shù)(DDF)[5]區(qū)分了合意產(chǎn)出的強可處置性和非合意產(chǎn)出的弱可處置性，可同時實現(xiàn)合意產(chǎn)出的增加和非合意產(chǎn)出的減少，為測算把污染因素納入到發(fā)電效率框架提供了可能。因而許多學者在這一框架下對我國火電發(fā)電效率進行了分析。文獻[6]運用DDF在考慮環(huán)境約束前提下對中國30個省火電行業(yè)2001～2007年的技術(shù)效率進行了測度；文獻[7]在考慮SO2、CO2等非期望產(chǎn)出的基礎上，測算了電力工業(yè)效率?？紤]到DDF的徑向局限性，有學者進一步在非徑向方向距離函數(shù)框架下測算了我國火力發(fā)電效率。文獻[8]運用SBM方向距離函數(shù)對河北省13家火電企業(yè)2009～2011 年的相對效率進行了測算；文獻[9]運用SBM方向距離函數(shù)對中國10家上市的火力發(fā)電企業(yè)的環(huán)境效率進行了測算。文獻[10]采用Malmquist-Luenberge生產(chǎn)率指數(shù)對中國30個省份火電行業(yè)生產(chǎn)率進行測度分解。

綜上所述，發(fā)電效率一直是學界關(guān)注的焦點且相關(guān)研究不斷深入，現(xiàn)有發(fā)電效率的研究已愈發(fā)接近電力生產(chǎn)實際。盡管如此，現(xiàn)有研究只關(guān)注了發(fā)電過程中的投入和最終產(chǎn)出之間的關(guān)系，忽略了發(fā)電環(huán)節(jié)的中間過程，因而可能對發(fā)電效率的度量產(chǎn)生較大的偏差，因此打開“黑箱”成為學者們努力的方向。在這方面，文獻[11]提出的網(wǎng)絡DEA模型相比傳統(tǒng)DEA模型更有優(yōu)勢，其在評價效率時不僅考慮了系統(tǒng)內(nèi)部子過程之間的相互作用，同時可以實現(xiàn)對各時期各個子系統(tǒng)效率的客觀評價，從而有助于深入分析系統(tǒng)無效率來源并提出相應的改進措施，因而也在電力系統(tǒng)得到了應用。文獻[12，13]將電力系統(tǒng)分為發(fā)電環(huán)節(jié)和電網(wǎng)環(huán)節(jié)，運用兩階段網(wǎng)絡DEA模型測算了電力行業(yè)的環(huán)境技術(shù)效率。文獻[14]運用網(wǎng)絡DEA方法構(gòu)建了火電行業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)，測度了中國火電行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟效率。然而上述研究是針對整個電力系統(tǒng)(包括發(fā)電環(huán)節(jié)和電網(wǎng)環(huán)節(jié))，專門針對發(fā)電環(huán)節(jié)的研究還相對少見，由于污染主要發(fā)生在發(fā)電環(huán)節(jié)，所以對發(fā)電環(huán)節(jié)的更深入研究對于實現(xiàn)電力節(jié)能減排更具現(xiàn)實意義。本文將火力發(fā)電過程分解為火電生產(chǎn)過程和環(huán)境治理過程兩個環(huán)節(jié)，在此基礎上構(gòu)建NSBM模型并對我國30個省份火電行業(yè)效率進行測算和解構(gòu)，以探尋火電行業(yè)效率提升的方向、路徑和政策著力點。

1 方法模型與變量選擇

本文首先構(gòu)建測算省際火電效率的NSBM模型，在此基礎上，對模型中的相關(guān)變量和數(shù)據(jù)來源進行了說明。

1.1 方法模型

將我國30個省級行政單位的火力發(fā)電部門視為決策單元，假設各省的火力發(fā)電過程包括2個子過程，即火電生產(chǎn)過程(T1)和環(huán)境治理過程(T2)。具體如圖1所示。

圖1 火力發(fā)電網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

1.2 變量選擇與數(shù)據(jù)說明

在火電生產(chǎn)階段，發(fā)電企業(yè)投入勞動力(L)、資本(K)、能源(E)3種要素,生產(chǎn)期望產(chǎn)出火力發(fā)電量(Y)同時得到中間產(chǎn)出電力SO2排放量(B)。在環(huán)境治理階段，增加環(huán)境治理投資，最終產(chǎn)出為SO2減排量。即I=3，M=1，K=1，P=1，Q=1。各階段具體投入、產(chǎn)出指標選取如圖2所示。

圖2 投入產(chǎn)出指標

各指標具體說明如下：

勞動力，理論上勞動時間是衡量勞動投入的最好指標，但考慮到數(shù)據(jù)的可得性，勞動力變量采用與電力行業(yè)高度相關(guān)的電力、熱力生產(chǎn)與供應從業(yè)人數(shù)來代替，數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》。資本投入以各省每年的火電裝機容量表征；能源投入由發(fā)電量乘以發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟指標中的標準煤耗計算得到，均折算成標準煤；發(fā)電量則直接以火力發(fā)電量表示，上述指標均取自《中國電力統(tǒng)計年鑒》。

由于沒有火電行業(yè)二氧化硫排放量的單獨統(tǒng)計，本文對電力SO2排放量和SO2減排量利用賦權(quán)法進行計算，將不同年份電力行業(yè)SO2排放在工業(yè)SO2排放中所占比重作為權(quán)重，計算公式如下，

式中：DE、SR、TDE分別代表各省SO2排放量、各省SO2減排量、全國SO2排放量；power代表電力行業(yè)；indus代表工業(yè)。表1是2014年各投入、產(chǎn)出變量的描述性統(tǒng)計。

表1 2014年投入、產(chǎn)出變量的描述性統(tǒng)計

2 實證分析

2.1 火力發(fā)電效率

表2列出了2005～2014年間我國30個省(含自治區(qū)、直轄市)火力發(fā)電綜合效率及排名結(jié)果。

從表2的結(jié)果可以看出，整體上，我國火電效率較低且呈波動上升趨勢。樣本期間我國30個省份的火力發(fā)電效率平均值為0.67，存在較大的提升空間。整體上效率值呈現(xiàn)近似“M”型的波動趨勢，2個峰值分別出現(xiàn)在2006年和2011年，尤其2011年效率值為0.75，這也是樣本期間的效率最高值。這背后的原因可能和電力行業(yè)推出“上大壓小”戰(zhàn)略有關(guān)，“十一五”期間，全國關(guān)停的高耗能、高排放、低產(chǎn)量的小火電組超過7 000萬kW，與此同時推行大容量、高參數(shù)、高效率的機組，并在一些大城市實現(xiàn)以燃氣替代燃煤發(fā)電，多措并舉導致火電效率的提升。

表2 2005～2014中國各省份火力發(fā)電綜合效率及排名結(jié)果

從區(qū)域?qū)用婵?，樣本期?nèi)全國及三大經(jīng)濟區(qū)域的火電效率變動趨勢大體一致，均呈現(xiàn)波動性上升。從三大區(qū)域火電效率的平均值來看，區(qū)域分化較為明顯，西部效率平均值為0.73，遠高于全國平均水平；東部、中部效率值依次為0.64、0.60，均低于全國平均水平。由此可見，火電綜合效率呈現(xiàn)西部、東部、中部依次遞減的格局。

從省級層面看，效率值排名前五位的省份分別為貴州、重慶、北京、寧夏和上海，平均效率值大于0.74；進一步分析會發(fā)現(xiàn)這些省份或者由于環(huán)境治理效率相對較高(貴州、重慶)或者由于生產(chǎn)效率和治理效率均高(北京、上海、寧夏)。北京、上海作為發(fā)達的一線城市，在注重經(jīng)濟發(fā)展的同時開始關(guān)注環(huán)境保護，對工業(yè)廢水、廢氣等污染物進行嚴格管控，這當然有助于火力發(fā)電過程中SO2等污染物排放的制約與控制。效率值排名后五位的省份分別為福建、山東、湖北、吉林和天津，這些省份或者由于環(huán)境治理效率較低(山東、福建、天津)、或者由于生產(chǎn)效率和治理效率均較低(吉林、湖北)。表明這些省份火電生產(chǎn)仍舊沿襲著傳統(tǒng)的粗放增長模式，對環(huán)境保護重視不夠。

為進一步分析我國火電效率在樣本期間的動態(tài)演進過程，圖3采用核密度方法描述了火電效率在2005～2014年的分布特征。從全局看來，發(fā)電效率的密度函數(shù)有2個峰值，表明發(fā)電效率存在兩極分化現(xiàn)象。密度函數(shù)的變化區(qū)間從2005～2014年有所減小，并且向右發(fā)生移動，表明在樣本考查期間發(fā)電效率在不斷提高，地區(qū)之間的差距在縮小。從演變過程看來，2010年相比2005年，密度函數(shù)中心右移，峰值基本保持不變，表明2010年相比較于2005年發(fā)電綜合效率整體呈上升趨勢。2014年相較于2010年，密度函數(shù)中心左移，但峰值增大，表明2014年相比較于2010年，地區(qū)間的差距有所減小，整體發(fā)電綜合效率有所變大。

圖3 發(fā)電綜合效率核密度估計

2.2 火力發(fā)電效率解構(gòu)

表3給出了基于NSBM模型的全國及三大區(qū)域火電效率解構(gòu)結(jié)果。由表3可知，2005～2014年我國各省火電生產(chǎn)效率均值為0.75，而環(huán)境治理效率均值僅為0.41，生產(chǎn)效率明顯高于治理效率，表明現(xiàn)實中火電行業(yè)的發(fā)展明顯存在“重生產(chǎn)、輕治理”的問題。進一步計算了生產(chǎn)效率和治理效率的標準差分別為0.04和0.14，表明生產(chǎn)效率相比治理效率要穩(wěn)定得多。這主要得益于我國火電生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟與不斷發(fā)展，而治理效率則很大程度上受政策的影響。

從區(qū)域?qū)用娣治?，東部地區(qū)火電生產(chǎn)效率長期高于0.8的均值，中西部地區(qū)除2005～2007年發(fā)生較大波動之外，其火電生產(chǎn)效率大都穩(wěn)定在0.7以上。治理效率則從2005年的0.29穩(wěn)步上升至2014年的0.57，這表明隨著國家對火電行業(yè)節(jié)能減排、污染防治等問題的重視，我國區(qū)域火電環(huán)境治理效率呈現(xiàn)出平緩增長趨勢。但不同于以往對東部地區(qū)技術(shù)發(fā)達的認知慣性，測算結(jié)果表明，西部地區(qū)的環(huán)境治理效率稍高于東部及中部地區(qū)，這一結(jié)果進一步表明“先污染、后治理”的發(fā)展模式將會在相當長的時期內(nèi)放大東部地區(qū)的環(huán)境治理成本。

圖4進一步基于“生產(chǎn)效率—治理效率”的平均值構(gòu)建了我國30個省份的兩維效率矩陣，將30個省份的效率組合細分為差異化的4種效率狀態(tài)，即：組合A為“雙高效率”狀態(tài)，主要包括北京、上海、寧夏、海南、河北等5個省份，這些省份在生產(chǎn)效率和治理效率上均表現(xiàn)良好，是其他地區(qū)的學習參照對象。未來，上述省份應繼續(xù)深挖潛力強化其在電力生產(chǎn)和環(huán)境治理方面的優(yōu)勢地位。組合B和組合C為“一高一低”效率狀態(tài)，組合B代表低生產(chǎn)效率與高治理效率，包括遼寧、重慶、廣西、新疆、江西、四川、貴州、河南8個省份，這些省份生產(chǎn)效率較低但治理效率卻相對較高，生產(chǎn)效率的提升應是其關(guān)注的重點；組合C代表高生產(chǎn)效率與低治理效率，包括江蘇、山西、天津、內(nèi)蒙古、浙江、廣東、安徽、福建8個省份，此類地區(qū)應在兼顧生產(chǎn)效率的同時著重提高治理效率。組合D為“雙低效率”狀態(tài)，即低生產(chǎn)效率與低治理效率，相關(guān)地區(qū)在發(fā)電環(huán)節(jié)與治理環(huán)節(jié)的效率都比較低下，能源浪費及污染物過度排放的問題較為嚴重，在實踐中應充分發(fā)揮政府的引導作用，做好節(jié)能減排的管制和監(jiān)督工作，探尋發(fā)電效率和治理效率的共同提高。圖4表明對于不同地區(qū)的不同效率組合狀態(tài)，應當推行差異化的效率提升政策。

表3 2005～2014年中國火電生產(chǎn)效率和環(huán)境治理效率

圖4 火電生產(chǎn)效率和治理效率

3 結(jié)論

基于NSBM模型對我國30個省級行政區(qū)域的火力發(fā)電效率的測算和解構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)：樣本期間我國火力發(fā)電效率呈波動上升趨勢，但仍存在一定的提升空間；發(fā)電生產(chǎn)效率(均值0.75)明顯高于火力發(fā)電治理效率(效率均值為0.41)，治理效率的改善將是未來提升火力發(fā)電效率的關(guān)鍵。另從區(qū)域角度分析，東部雖是火電生產(chǎn)效率最高的地區(qū)，但其治理效率卻低于全國平均水平，因而拖累了其綜合效率表現(xiàn)；中部地區(qū)作為生產(chǎn)效率和治理效率“雙低效率”區(qū)域應是提升效率重點關(guān)注區(qū)域。進一步從省級層面，按照“生產(chǎn)效率—治理效率”兩維視角將30個省份細分為4類不同的效率組合狀態(tài)?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，本文認為提升火電行業(yè)效率應重點關(guān)注以下幾個方面的問題。

(1)“生產(chǎn)與治理”雙管齊下、共同提升火電效率。改善火電環(huán)境治理效率是提升火電效率的重中之重。國家應綜合考慮火電建設規(guī)模、現(xiàn)有技術(shù)挑戰(zhàn)、環(huán)境承載能力與新技術(shù)風險等現(xiàn)實因素，在嚴格控制火電建設規(guī)模的基礎上充分發(fā)掘現(xiàn)有機組發(fā)電潛力，加大對環(huán)境污染治理投資與火電行業(yè)環(huán)保創(chuàng)新資本的投入。與此同時，加強對煤炭資源豐富的地區(qū)的監(jiān)管與管制，減少電力生產(chǎn)的能源浪費、打破以往的“資源詛咒”。

(2)因地制宜、推行差異化效率提升政策。鑒于各地效率組合狀態(tài)的不同，應因地制宜、制定差異化的針對性策略以提升火電行業(yè)效率：①針對B→A和C→A的發(fā)展實踐，應堅持“突破式單邊提升路徑”，即在提高綜合發(fā)電效率的過程中，聚焦于低效率對象，以最大程度減少不必要的資源損耗；②諸如D→C→A和D→B→A的發(fā)展實踐，應踐行“漸進式的提升路徑”，即優(yōu)先發(fā)展地區(qū)優(yōu)勢，同時兼顧劣勢項目的提升，經(jīng)由過渡區(qū)域C和B并最終到達A區(qū)域；③對于D→A的跨越，應遵循“跳躍式的發(fā)展路徑”，即通過生產(chǎn)效率和治理效率的共同提升實現(xiàn)跨越式的發(fā)展，當然，這對當?shù)卣闹卫砟芰εc企業(yè)的技術(shù)水平有著相對較高的要求。

(3)加強區(qū)域交流合作。研究表明聚焦于單個產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減排政策具有較為顯著的促進作用。針對區(qū)域電力生產(chǎn)與環(huán)境治理效率的空間差異性，可嘗試建立一種多邊或雙邊定期交流機制，進一步加強電力行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)及制度安排等方面的交流和擴散，尤其要通過完善電力市場的區(qū)域流通機制，實現(xiàn)資金、技術(shù)、人才等要素合理的流動、轉(zhuǎn)移和擴散。

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