基于超效率SBM,的能源效率测算——以长江经济带为例
时间：2023-04-22 17:50:04 来源：千叶帆 本文已影响人
李攀LI Pan；
蒋高鹏JIANG Gao-peng
（①安徽工业大学管理科学与工程学院，马鞍山 243002；
②安徽工业大学复杂系统多学科管理与控制安徽普通高校重点实验室，马鞍山 243002）
气候变化危机是人类面临的共同挑战，所有国家都无法置身事外。为有效应对气候危机，世界各国陆续提出了双碳目标[1]。2020 年，习近平总书记在第75 届联合国大会上提出了中国2030 年碳达峰、2060 年实现碳中和的“双碳”目标，这意味着未来我国将向着更高效的能源利用、更生态环保的可持续发展模式迈进。目前，中国工业化和城镇化尚未全面完成，未来较长时间内能源消费总量仍会持续增加，在此背景下，提高能源的利用效率仍是缓解气候与能源问题、推进“双碳”工作的重要途径。
长江经济带在我国区域发展格局中有着极其重要的战略地位，是推动我国高质量发展形成优势互补的先行区域。长江经济带横跨西部、中部、东部三大板块，覆盖云南、四川、重庆、贵州、湖北、湖南、安徽、江西、江苏、浙江、上海等11 个省市，面积约205.23 万平方公里，占中国版图的21.4%，2020 年数据统计显示其人口总量为全国的42.9%，生产总值为全国的46.4%，对全国的经济发展有重要支撑引领作用。然而遗憾的是，大量研究显示，长江经济带能源效率不高，区域粗放式发展还在继续。为此，明确能源效率的提升受到哪些具体因素的促进或阻碍，对推动长江经济带高质量发展具有重大意义。相关结论和政策建议对其他区域提升能源效率也具有一定的借鉴和参考价值。
能源效率的研究一直是学界热点。本文在综合现有研究的基础上，选择长江经济带的28 个核心城市作为研究对象，选择考虑非期望产出的超效率SBM 模型对长江经济带能源效率进行测算。
1.1 能源消费变化趋势
上升为国家战略之后，长江经济带在中央政策的扶持下，走上了平稳、快速、可持续的高质量发展之路。收集2006-2019 年间长江经济带能源消费数据，不难看出，长江经济带能源消费的两个阶段分别为：①锐减阶段（2006-2013）：该阶段长江经济带能源消费量总体仍在逐年增加，不过其增长速度呈大幅下降态势。②波动阶段（2014-2019）：相对于第一阶段，这一阶段的增速呈波动增长态势。2017 年7 月，随着《长江经济带生态环境保护规划》的颁布，长江经济带的煤炭消费、煤炭清洁利用以及区域能源结构迎来了新的挑战：“浙江、江苏、上海三个省市要达成负增长的煤炭消耗总量目标，不仅如此，长江经济带整体区域煤炭消耗总量在2020 年要控制在12×108吨以下。此外，湖南、湖北、四川、重庆四省市以2015 年煤炭消耗总量为峰值，控制未来煤炭消耗总量。”规划出台后，成效显著，2018 年长江经济带区域能源消费增速大幅下降，2019年增速略有回升，但幅度不大。（图1）
图1 长江经济带2006-2019 能源消费总量及其增速
长江经济带经济发展与其区域的政策形式基本一致，同样地，长江经济带能源消费增长趋势也与其区域的发展状况基本吻合，存在2 个关键节点。第一个节点为2008年。此时金融风暴席卷全球，中国经济发展进入“新常态”，在这经济发展方式转变的关键期和经济提速的换挡期，长江经济带区域能源消费量增速难免受到冲击。第二个节点为2014 年9 月。随着国务院《关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》的出台，长江经济带的发展正式上升为国家战略，经济腾飞离不开能源支撑，长江经济带能源消耗量在新一轮经济发展的带动下增长速度迅速攀升。
1.2 能源消费结构现状
长江经济带积极响应国家绿色发展号召，不断优化能源消费结构（如表1 所示），电力消费占比逐年增加。然而值得注意的是，虽然化石能源消费占比有逐年下降趋势，但2019 年长江经济带化石能源消耗占比仍然高达86.86%。其中，石油消费占比逐年攀升态势明显，2019 年占比达到29.03%，天然气虽有逐年增加趋势，但增幅较小，2019 年占比为5.69%。相对来说，焦炭消费占比较为稳定，始终在5%的水平上下波动。
表1 2006-2019 年长江经济带能源消费结构占比
从长江经济带11 省市能源消费总量统计情况中不难看出，虽然近年来长江经济带煤炭消费占比有所下降，但长期以来，煤炭始终是长江经济带消费占比最高、用量最大的能源品种，其在化石能源中的消费占比仍在50%以上，在长江经济带能源消费总量中消费占比也超过40%。中国城镇化还在继续，工业化进程尚未完成，未来能源消费量仍会持续攀升，以煤炭为主的能源结构还会持续相当长的一段时期。为此，从不同角度测算长江经济带能源效率情况，为制定相应的能源消费政策具有一定参考价值。
数据包络分析（DEA）及其模型自1978 年由Charnes等提出以来，得到了十分广泛的应用。但由于没有考虑到松弛变量，导致传统DEA 模型效率评价与实际情况存在偏差。为此，Tone[2]提出了带有投入和产出松弛变量的非径向DEA 模型--SBM 模型。然而SBM 模型与传统DEA 模型都存在相同的缺陷，即面对效率都为1 的DMUs 无法进行进一步的区分。针对这一现象Super-SBM 模型应运而生。其模型公式为：
上式中，决策单元的个数用n 表示，m 表示投入，s1表示期望产出，s2表示非期望产出，x、yd、yu分别表示投入矩阵中的元素、期望产出矩阵中的元素、非期望产出矩阵中的元素，ρ 为能源效率值。当ρ≥1 时，表示该区域的能源效率是相对有效的；
若ρ＜1，则表示该区域的能源效率需要进一步改善。
目前，能源效率评价体系的指标选取尚未形成共识，对现有效率评价文献中的指标体系进行综合，本文的具体指标如下：
3.1 投入指标
①资本投入。本文的资本投入计算采用当下主流的永续盘存法，以2006 年为基期，其计算公式为：
t-1 期、t 期的资本存量分别用K（t-1）、Kt表示，It为第t年以当年价格计算所得到的固定资产投资额，δ 为资本的折旧率，本文借鉴张军等[3]的计算方法，选择δ=9.6%，It=I0/（δ+g），I0为2006 年的固定资产投资额，g 为2006-2019 年全社会新增固定资产的平均增长率。
②能源投入。地级市能源数据年鉴并未提供，因此这里借鉴吴健生[4]的做法，采用全球稳定夜间灯光值拟合。
③劳动力投入。本文选择市辖区从业人数作为这一变量的投入值。
④土地资源投入。以市辖区建成区面积表示。
⑤技术投入。以地级市财政支出（全市）中的科学技术支出表示。
⑥教育投入。以地级市财政支出（全市）中的教育支出表示。
3.2 期望产出
①不变价GDP。本文将2006-2019 年长江经济带沿线28 个地级市的生产总值作为期望产出指标之一，考虑到价格因素的影响，选择以2006 年为基期的不变价GDP作为期望产出；
②市辖区绿化面积。党的十八大以来，习近平总书记多次强调金山银山不如绿水青山，认为经济发展不应以牺牲环境为代价，特别指出符合绿色生态环境的发展才是可持续的、真正的发展，因此本文将城市绿化面积也纳入指标体系。
3.3 非期望产出
将二氧化碳排放量、工业二氧化硫排放量以及工业烟尘排放量作为非期望产出指标，其中二氧化碳排放量的测算借鉴吴建新等[5]的方法，既考虑了燃气、液化石油气等直接消耗能源的二氧化碳排放，又涵盖了电力、交通运输及热能消耗所产生的二氧化碳排放，加总后得到各城市的二氧化碳总排放量。最终参考邱士雷等[6]的方法以社会支付意愿作为权重（如表2 所示）将3 个非期望产出拟合成1个环境污染排放指数。
表2 各污染物的社会支付意愿及权重
上述变量数据均来源于《中国统计年鉴》、《中国城市统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》、《中国环境统计年鉴》以及各相关城市的城市统计年鉴，少量缺失值通过平均增长率补齐法和均值插补法进行补充修正。（表3）
表3 投入产出指标体系
依托非期望产出超效率SBM 模型理论方法，借助MaxDEA 8 Ultra 软件测算出2006-2019 年长江经济带沿线28 个核心城市的能源效率值，具体情况如表4 所示。
表4 2006-2019 年长江经济带能源效率年均值
首先从整体角度进行分析，2006-2019 年期间长江经济带仅有上海、南京、长沙、常州、扬州、杭州、武汉、重庆8个城市的能源效率均值大于1，占总体样本的28.6%，大部分所选城市的效率均值仍处于较低水平，这说明长江经济带这14 年以来整体能源效率形势不容乐观。
其次，从时间维度进行分析，为克服数据表格对能源效率时间序列上的发展趋势直观性不足的缺陷，本文绘制了2006-2019 年长江经济带能源效率发展趋势图，如图2所示，长江经济带能源效率均值为0.846，整体能源效率不高。2006-2010 年长江经济带能源效率处于观测期高位，此后便开始有波动下降趋势，2016 年后更是有直线下降的态势，主要原因在于2016 年3 月25 日中共中央政治局审议通过了《长江经济带发展规划纲要》，纲要要求大力保护长江生态环境、创新驱动产业升级，同时强调共抓大保护，不搞大开发。换言之，这意味着长江经济带高投入、高排放的粗放型经济发展模式正在不断改善，虽然近期能源效率略有下降，但可以预见，不久的将来各城市能源效率和生态环境便会开始得到明显的提升和改善。
最后从区域维度分析，从图2 中可以看出，在本文样本观测期间长江经济带能源效率存在区域差异，模型测算结果显示，上、中、下游三大区域的能源效率均值分别为0.791、0.823、0.885。长江经济带下游地区作为中国经济核心区之一，地理环境优越，经济实力强劲，具备完善的政策体系，能够吸引到更优质的公司，能源效率提升方面有一定优势。值得注意的是，2006-2008 年期间上游区域能源效率提升明显，在2008 年达到观测期间的第一个峰值0.880，经过几年的波动发展之后，于2016 开始逐年增长的态势明显，一度超越中、下游，稳居首位。中游能源效率则表现出高开低走的态势，尤其是2016 年后，下降趋势明显，究其原因，主要是中游区域一体化发展水平相对较低，关键技术攻关以及创新成果转化能力不强，产业结构和空间布局不合理，环境污染问题较为突出，在《长江经济带发展规划纲要》出台后中游受到的冲击在三大区域中最大，能源效率持续大幅下降的状态加剧[7]。
图2 长江经济带能源效率发展趋势图
本文以二氧化碳、二氧化硫以及烟尘排放量作为非期望产出，运用考虑非期望产出的超效率SBM 模型对长江经济带28 个地级市的能源效率进行了测算。结果表明：
①从整体角度分析，2006-2019 年期间长江经济带仅有上海、南京、长沙、常州、扬州、杭州、武汉、重庆8 个城市的能源效率均值大于1，占总体样本的28.6%，大部分所选城市的效率均值仍处于较低水平。②从时间维度来看，长江经济带高投入、高排放的粗放型经济发展模式正在不断改善，不久的将来各城市能源效率和生态环境便会开始得到明显的提升和改善。③从区域维度分析，考察期内长江经济带能源效率存在区域差异，模型测算结果显示，上、中、下游三大区域的能源效率均值分别为0.791、0.823、0.885。
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