沈心怡，馬 駿,2,3，盧玉欽

(1.河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇 南京 211100； 2.江蘇省水資源與可持續(xù)發(fā)展研究中心，江蘇 南京 211100；3.沿海開發(fā)與保護協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210098； 4.福建省永泰縣水利局，福建 福州 350700)

經(jīng)濟社會發(fā)展離不開能源支撐。我國從改革開放以來，能源行業(yè)成長迅猛，在能源生產(chǎn)和消費上已躍居全球首位。但由于能源結(jié)構(gòu)長期以煤為主且油氣對外依存度較高，使我國成為世界碳排放大國。在世界碳中和的目標(biāo)下，習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會上表示：中國力爭于2030年前完成碳達峰，在2060年前實現(xiàn)碳中和。實現(xiàn)雙碳目標(biāo)，要以能源綠色低碳發(fā)展為關(guān)鍵，推動可再生能源從能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的生力軍成長為碳達峰、碳中和的主力軍，加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。電力行業(yè)是實現(xiàn)我國能源轉(zhuǎn)型的主戰(zhàn)場，水電又以其獨特的優(yōu)勢成為能源轉(zhuǎn)型的主要力量。

目前，已有不少學(xué)者對碳達峰、碳中和的實施路徑進行了深入研究。王慧敏等[1]認為水電行業(yè)是推進雙碳目標(biāo)的“加速鍵”，應(yīng)承擔(dān)起推進能源綠色可持續(xù)發(fā)展的重任。程春田[2]認為水電能源可靠、技術(shù)成熟，一直是中國乃至世界的第二大電源。在現(xiàn)在和未來很長一段時間內(nèi)，只有水電是我國實現(xiàn)碳中和目標(biāo)最可靠的選擇。

也有學(xué)者對生態(tài)效率進行了研究。田澤等[3]聚焦長江流域水電能源效率評價及提升的問題，運用DEA方法對各地區(qū)的水電能源效率進行評價研究，提出以水資源作為剛性約束，建立綠色水電認證機制。張云寧等[4]運用DEA-Malmquist模型測算了2010—2017年農(nóng)業(yè)用水效率和全要素生產(chǎn)率指數(shù)，得出規(guī)模效率和純技術(shù)效率下降，限制了全要素生產(chǎn)率的增長。馬駿等[5]以長江經(jīng)濟帶107座城市為研究對象,采用超效率SBM方法對2005—2016年城市生態(tài)效率時空演變特征進行評價,結(jié)果表明城市生態(tài)效率總體呈波動上升趨勢,且流域間差距逐步縮減,部分區(qū)域空間集聚態(tài)勢加強。章恒全等[6]通過含非期望產(chǎn)出的DEA-SBM模型測度工業(yè)水資源綠色效率，研究發(fā)現(xiàn)浙江省工業(yè)水資源綠色效率的提高在一定程度上依賴于對外開放水平的提升，而受制于環(huán)境規(guī)制。陳曉雪等[7]對長江經(jīng)濟帶11省(市)綠色發(fā)展水平進行測度并用聚類分析法對綠色發(fā)展水平較高地區(qū)、較好地區(qū)以及一般地區(qū)進行分類。

針對區(qū)域差異，彭杜云[8]用泰爾指數(shù)對全國、八大社會經(jīng)濟區(qū)和省市3個層面的工業(yè)水資源綠色效率時空差異特征進行根源分析，得出工業(yè)水資源綠色效率大體呈現(xiàn)沿海高于內(nèi)陸、東部高于西部分布。章恒全等[9]利用泰爾指數(shù)分析省際綠色水資源利用效率的空間分布差異，結(jié)果表明綠色水資源利用效率地區(qū)間差異遠高于地區(qū)內(nèi)部差異，且東部對綠色水資源利用效率貢獻率最大。鮑輝[10]運用具有可分解性質(zhì)的泰爾指數(shù)對四大區(qū)經(jīng)濟差異進行分析研究,認為各大區(qū)內(nèi)部差異不容忽視, 應(yīng)采取措施降低經(jīng)濟差異,著力降低組內(nèi)經(jīng)濟差異。

綜合相關(guān)文獻，學(xué)者們運用DEA、SBM方法對水資源利用效率進行了研究，并通過聚類分析、泰爾指數(shù)分析等方法深入探索地區(qū)差異性，但是對水電效率的研究范圍較小，缺少覆蓋全國范圍的研究，且在水電綠色發(fā)展領(lǐng)域的成果仍較欠缺。本文采用我國30個省級行政區(qū)2010—2019年的面板數(shù)據(jù)，利用超效率SBM模型對各地綠色水電碳減排效率進行測算，通過系統(tǒng)聚類方法進行分類，據(jù)此判斷東、中、西部綠色水電碳減排成果的差異情況，并運用泰爾指數(shù)解釋碳減排效率空間分布差異的原因，通過Malmquist指數(shù)對綠色水電碳減排成果進行動態(tài)分析。

1 研究方法與指標(biāo)數(shù)據(jù)

1.1 超效率SBM模型

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)是Charnes等[11]提出用來評價一組多投入、多產(chǎn)出的決策單元間相對效率的方法。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析有CCR和BCC兩種基本模型，但都沒有考慮要素“松弛”現(xiàn)象。Tone[12-13]分別在2001年和2002年提出SBM模型和超效率SBM模型，后者不僅考慮了松弛變量，還可以對效率值大于1的決策單元進行排序。超效率SBM模型如下：

(1)

式中：θ為效率值；x、y分別為投入和產(chǎn)出的要素；m、n分別為投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)的個數(shù)；k為時期；i、r分別為投入和產(chǎn)出的決策單元；s為松弛量。

1.2 泰爾指數(shù)

泰爾指數(shù)是用來衡量地區(qū)間不平等度的一個指標(biāo),引入泰爾指數(shù)，可以進一步描述綠色水電發(fā)展效率的區(qū)域差異。泰爾指數(shù)計算公式如下：

(2)

(3)

(4)

1.3 Malmquist 指數(shù)模型

Malmquist指數(shù)是用于測度研究時期內(nèi)生產(chǎn)率隨時間序列的變化趨勢，模型如下:

(5)

式中：M為Malmquist指數(shù)；D為距離函數(shù)；t為時期；p為投入量；q為產(chǎn)出量。若M>1，說明全要素生產(chǎn)率提高，反之下降。

1.4 評價指標(biāo)與數(shù)據(jù)來源

為了探究我國各省級行政區(qū)綠色水電碳減排效率及其差異性，選取全國30個省級行政區(qū)2010—2019年的面板數(shù)據(jù)(上海市因位于長江入?？?，地勢平坦，地域面積小，不具備水電發(fā)展的基礎(chǔ)條件，歷年水電裝機容量及水力發(fā)電量為零，難以進行效率測算，故不納入統(tǒng)計)。投入指標(biāo)包括：水電裝機容量、行業(yè)固定資產(chǎn)投資、行業(yè)就業(yè)人數(shù)；產(chǎn)出指標(biāo)包括：水力發(fā)電量、CO2減排量[14]。其中，水電裝機容量和水力發(fā)電量數(shù)據(jù)來源于前瞻數(shù)據(jù)庫，選取各省級行政區(qū)統(tǒng)計年鑒中的電力、熱力、燃氣及水生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)就業(yè)人數(shù)和固定資產(chǎn)投資。水電的發(fā)展對碳排放量的減少具有重要的現(xiàn)實意義，是加快生產(chǎn)方式綠色化轉(zhuǎn)型，盡早實現(xiàn)碳中和的重要途徑，因此CO2減排量是最直接的衡量指標(biāo)。根據(jù)國家發(fā)改委提供的數(shù)據(jù)，火電廠平均1 kW·h供電煤耗由2000年的392 g標(biāo)準(zhǔn)煤降到360 g標(biāo)準(zhǔn)煤。查找各種能源平均地位發(fā)熱量及折標(biāo)準(zhǔn)煤參考系數(shù)，得到原煤平均低位發(fā)熱量為20 908 kJ/kg,折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)為每千克0.714 3 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，CO2排放系數(shù)為94 600 kg/TJ。

投入產(chǎn)出指標(biāo)的描述性統(tǒng)計如表1所示。

表1 投入產(chǎn)出指標(biāo)描述性統(tǒng)計

2 實證分析

2.1 綠色水電碳減排效率測度

用MaxDEA 7 Basic軟件，選擇超效率SBM模型規(guī)模報酬不變，產(chǎn)出導(dǎo)向?qū)θ珖?0個省級行政區(qū)2010—2019年的綠色水電碳減排效率進行測度，再用SPSS軟件對結(jié)果采用組間聯(lián)接法進行系統(tǒng)聚類分析。結(jié)果顯示，樣本共分為4類。①第一類:云南省、青海省。這2個省的效率均值都大于1，即在同等投入下，這2個省實現(xiàn)了最大產(chǎn)出，屬于DEA有效狀態(tài)，是綠色水電碳減排工程的重點區(qū)域。②第二類：中部湖北省、西部甘肅省、四川省。這3個省的效率均值與第一梯隊的效率均值非常接近，都是發(fā)展綠色水電的優(yōu)勢地區(qū)，湖北、甘肅、四川3省都擁有超大規(guī)模的水電站，推動了綠色水電的持續(xù)開發(fā)。③第三類包括廣西、福建、陜西、貴州、湖南、重慶、新疆、西藏、江西、河南、寧夏、廣東這12個省級行政區(qū)，除福建、廣東外仍集中于中西部地區(qū)。④第四類:除以上省級行政區(qū)之外的其余13個均排在第四梯隊，包含東部除福建、廣東之外的所有省級行政區(qū)。從分類結(jié)果可以得出，我國綠色水電碳減排效率西部最高，中部次之，東部最低。中國的地形自西向東由高到低呈階梯狀下降，近80%的落差集中在西部地區(qū)，且西部地區(qū)幅員遼闊，水電站的大規(guī)模建設(shè)提高了水力發(fā)電量，取代了部分煤炭發(fā)電，減少了CO2排放量。中部作為東、西部地區(qū)的過渡地帶，地勢落差雖不如西部大，但相較于東部，其自然地理環(huán)境還是屬于多山多水，地域遼闊，適合水電設(shè)施的建設(shè)。東部地區(qū)整體靠海，地勢平坦且城市占地面積廣，水電站建設(shè)條件不足，建設(shè)規(guī)模小，弱勢明顯。由此可見，我國在水電發(fā)展綠色化、低碳化轉(zhuǎn)型方面存在地區(qū)發(fā)展不平衡的問題。

2.2 綠色水電碳減排效率空間差異分析

采用泰爾指數(shù)分析綠色水電碳減排效率的區(qū)域間、區(qū)域內(nèi)差距，結(jié)果見表2。我國綠色水電碳減排效率的總體差距基本保持穩(wěn)定，2010年差距最大，為0.366，2013年差距最小，僅0.181。東部、中部、西部之間綠色水電碳減排效率的差異對總體差距的貢獻率約為39.36%，但近年來區(qū)域間的差距有擴大趨勢。區(qū)域內(nèi)部的差距一直是造成我國綠色水電碳減排總體差距的主要原因，2010—2019年的區(qū)域內(nèi)部差距貢獻率均值為60.64%。從3個區(qū)域的差距貢獻率來看，東部地區(qū)內(nèi)部差距最大，占52.10%，西部地區(qū)內(nèi)部差距最小，僅為17.79%，東部區(qū)域內(nèi)部發(fā)展存在高度的不均衡問題，西部地區(qū)作為發(fā)展水電的優(yōu)勢區(qū)域，各省發(fā)展趨向均衡?？梢娢覈陉P(guān)注區(qū)域發(fā)展不平衡的同時，還應(yīng)高度重視區(qū)域內(nèi)部的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.3 綠色水電碳減排效率Malmquist指數(shù)分析

為了進一步分析效率的變化趨勢，運用DEAP2.1軟件根據(jù)2010—2019年的面板數(shù)據(jù)，選擇Malmquist模型用產(chǎn)出導(dǎo)向、規(guī)模報酬不變來分析30個省級行政區(qū)水電碳減排效率的動態(tài)變化及其各驅(qū)動因素分解，進一步分析其變化的原因。測算結(jié)果如表3所示。

2010—2019年全國各省綠色水電碳減排的全要素生產(chǎn)率年均提升1%，2011年全要素生產(chǎn)率相比上年下降了14%，降幅最明顯，2013年效率上升最快，提升了38%，近兩年效率不斷上升。綜合技術(shù)效率最高為1.32，最低為0.88，平均值為1.00，整體平穩(wěn)，說明在過去10年我國綠色水電的碳減排效率保持穩(wěn)定。從各驅(qū)動因素的分解來看，2011年以來純技術(shù)效率都接近1，且技術(shù)進步指數(shù)除2011年、2016年和2017年略低于1外，其余都大于1，說明我國在該領(lǐng)域技術(shù)水平的提高，是效率提升的主要動力。規(guī)模效率略有所下降，這在一定程度上對綠色水電碳減排的推廣有所制約。全要素生產(chǎn)率的提升依賴于綜合技術(shù)效率和技術(shù)進步的共同推動，所以在取得技術(shù)進步和設(shè)備升級的同時，還要兼顧該領(lǐng)域的制度完善和管理創(chuàng)新等。

表2 全國綠色水電碳減排效率泰爾指數(shù)分解

表3 全國各省市綠色水電碳減排效率Malmquist指數(shù)及其分解

3 穩(wěn)定性檢驗

為了確保研究結(jié)論的穩(wěn)定，本文進行了以下穩(wěn)定性檢驗:第一，擴大樣本范圍，選取了2005—2019年各省級行政區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)進行實證研究;第二，采用單位裝機量碳減排率進行區(qū)域?qū)Ρ取z驗結(jié)果為：2005—2019年我國東部、中部、西部的效率均值分別為0.284、0.488和0.825；2010—2019年東部、中部、西部的單位裝機量碳減排率分別為15 962 Mt/萬kW、25 879 Mt/萬kW和36 729 Mt/萬kW。上述檢驗結(jié)果均不改變本文的研究結(jié)論。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

a. 從效率均值的地區(qū)分類來看，我國西部綠色水電碳減排效果顯著，有利于打造綠色能源綜合生產(chǎn)儲備基地，構(gòu)建新型能源體系。中部地區(qū)得益于其大規(guī)模水電站，在綠色水電碳減排效率上處于中間地位。東部地區(qū)地勢平坦，城市占地多等，在水電發(fā)展上存在明顯弱勢，制約了碳減排效率值的提升。當(dāng)前我國通過綠色水電推進碳減排的這項工程雖然在穩(wěn)步前進，但存在較大的區(qū)域差異，在綠色水電碳減排領(lǐng)域存在地區(qū)發(fā)展不平衡的問題。

b. 從區(qū)域差距的貢獻度來看，區(qū)域內(nèi)部差距是形成我國綠色水電碳減排效率總體差距的主要原因，東部地區(qū)的內(nèi)部差距對總體差距的貢獻率最大，中部次之，西部最小，區(qū)域內(nèi)部發(fā)展差異嚴(yán)重影響了全國范圍的均衡協(xié)調(diào)發(fā)展。東部各省水電裝機量水平等參差不齊，廣東省2019年水電裝機量近1600萬kW，而上海為0，這導(dǎo)致綠色水電碳減排效率差距拉大。西部地區(qū)地多人少，落差大，各省裝機量排名全國前列，獨具發(fā)展水電的優(yōu)越條件。

c. 從Malmquist指數(shù)及分解來看，全要素生產(chǎn)率有所提升，綜合技術(shù)效率穩(wěn)中有升，純技術(shù)效率和技術(shù)進步指數(shù)表現(xiàn)良好，技術(shù)水平的提高推動了綠色水電的持續(xù)發(fā)展，說明大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)是助力我國早日實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要手段，但同時也應(yīng)高度重視規(guī)模效率對綠色水電碳減排效率的推廣作用。

4.2 建議

a. 堅持協(xié)調(diào)統(tǒng)籌規(guī)劃，合理布局各地水電開發(fā)。加快西南地區(qū)水電基地建設(shè)，以青海、云南為重心，結(jié)合受端市場和外送通道建設(shè)，積極推進大型水電基地開發(fā)。建設(shè)雅魯藏布江下游水電基地，推進藏東南“西電東送”接續(xù)基地建設(shè)。西北地區(qū)適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展需要，建設(shè)新疆清潔能源基地，優(yōu)化開發(fā)黃河上游水電基地，開展黃河梯級電站大型儲能項目研究。東中部地區(qū)優(yōu)化開發(fā)剩余水能資源，充分科學(xué)技術(shù)，提高水電轉(zhuǎn)化效率。

b. 大力推進互補合作，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)部協(xié)同發(fā)展。明確區(qū)域內(nèi)各省市的優(yōu)勢與差距，東部地區(qū)應(yīng)積極建設(shè)碳交易市場，抓好煤炭消費減量等量替代；中部地區(qū)吉林、黑龍江等聯(lián)合加快“煤改氣”“煤改電”“煤改生物質(zhì)”等項目的實施，嚴(yán)控能源消費總量；西部地區(qū)加強謀劃國家清潔可再生能源利用示范區(qū)等，充分利用規(guī)模優(yōu)勢，提高水電的輸出效率。我國東、中、西部各省市之間聯(lián)合調(diào)度，做到集中控制、協(xié)同發(fā)展。

c. 精準(zhǔn)培養(yǎng)專業(yè)人才，擴大綠色水電建設(shè)規(guī)模。全國各省都要大力培育一批擁有過硬的專業(yè)本領(lǐng)、豐富的實踐經(jīng)驗、創(chuàng)新的科技思維的人才。加強對外交流，深化多方合作，促進水電相關(guān)企業(yè)綜合實力的提升。加快推廣綠色水電，擴大綠色水電的建設(shè)規(guī)模，立足產(chǎn)業(yè)規(guī)模優(yōu)勢、配套優(yōu)勢鞏固提水電領(lǐng)域的全產(chǎn)業(yè)鏈競爭力，推動清潔能源高效輸出，助力我國碳中和宏偉目標(biāo)的實現(xiàn)。