中国全要素能源效率测算方法研究——基于经济平衡增长的思想

梁广华

（许昌学院 管理学院，河南 许昌461000）

一、引 言

改革开放以来，中国经济一直保持较高的增长速度，经济总量已经跃居世界第二，然而，中国经济在保持快速增长的同时，资源（尤其是能源）投入也在不断增加，国际能源署的数据表明，中国已经超越美国成为世界上第一大能源消费和碳排放国。因此，为了应对全球气候变暖和经济高速增长过程中能源供需、环境保护等问题，中国将节能减排作为推动资源、环境与经济、社会协调发展的战略措施，在“十一五”和“十二五”规划中均制定了节能减排约束性指标，目的在于提高能源利用效率和减少废弃物排放。那么，能源利用效率是怎样测算的，如何提高能源利用效率呢？当前，能源利用效率的测算方法主要有两种，即单要素能源效率和全要素能源效率。单要素能源效率主要是把能源作为经济增长的唯一要素，测算产出系统的投入与产出比值，常用的指标为能源强度（单位GDP能耗值），能源强度越高，能源利用效率越低，能源强度越低，能源利用效率越高。此方法优点是计算公式确定，计算过程简单，计算结果能够被大部分人接受，其缺点是没考虑经济增长过程中投入的其他要素，尤其是能源与其他要素的替代，节能减排中的“节能”就是指降低能源强度［1－2］。全要素能源效率指在其他要素投入和产出既定条件下，按最佳实践，生产一定的产品所需投入的最少能源占实际能源的百分比。全要素能源效率的优点是考虑经济增长过程中投入的资本、能源和劳动力要素以及能源与其他要素的替代，缺点是现在并没有一种能让大家普遍接受的测算方法，而且数据获取复杂。应该认识到，单要素能源效率和全要素能源效率都是能源利用效率的表现形式，是经济和社会发展过程中人类为提高能源利用效率进行一系列探索的成果，二者并无优劣之分，只是反映问题的角度不同。那么，全要素能源效率如何测算，具有什么规律，全要素能源效率与单要素能源效率有什么关系，这些正是本研究所要解决的问题。

自从Hu等定义了全要素能源效率并使用数据包络分析方法（DEA）研究了中国全要素能源效率，数据包络分析方法便成为国内学者研究全要素能源效率的常用方法［3］。王群伟等运用数据包络分析方法，认为中国总体和区域内的全要素能源效率自2001年后出现退化现象［4］；刘立涛等同样运用数据包络分析方法，却认为中国区域全要素能源效率整体水平不断改进，但区间差异持续扩大［5］。很显然，用同样的方法研究同一个对象，结论却出现明显的不一致，可见现有的全要素能源效率测算结果可信度并不高。有学者试图拓宽研究思路，进一步提高全要素能源效率测算结果的可信度。曹俊文等认为，考虑非期望输出和期望输出对能效的影响，能更好地反映出区域能源效率状况［6］；范丹等认为，不考虑碳排放约束的各省份的全要素能源效率被高估［7］。这些研究使得全要素能源效率测算更加科学。除了用数据包络分析方法测算中国区域全要素能源效率外，也有学者用这种方法测算其他主体全要素能源效率。王姗姗等认为，考虑环境效应的中国制造业行业全要素能源效率总体呈现稳步增长趋势，但远低于不考虑环境污染时制造业全要素能源效率［8］；吴恒煜等研究了金砖国家2003至2010年全要素能源效率，认为金砖国家全要素能源效率整体水平不高，且各国存在显著差异［9］。以上文献在测算全要素能源效率方面有一个共同的特点，就是使用数据包络分析方法，毋庸置疑，这种方法具有很多优点，比如非参数化等，尤其适合对多个决策单位投入与产出的对比评价，然而问题是，由这种方法构造的“前沿面”就是最佳实践吗，怎么才能找到“生产一定的产品所需投入的最少能源”？很显然，DEA方法回答不了以上问题，因为即使在同一个国家，不同的决策单位（区域）经济发展水平、产业结构和技术水平等都不一样，相互对比的结果意义不大，比如，要想对比评价中国各省份全要素能源效率，在没有用DEA测算的情况下，就可以认识到北京的评价结果肯定靠前，原因是北京独特的产业结构和区域优势是其他省份无法比拟的。更为重要的缺陷是，DEA这种方法只能对同一时间点的不同主体进行评价，而对同一主体不同时间点的评价的结果是没有参考价值的，因此，如果仅仅度量改革开放以来中国（不是各省份）全要素能源效率，这种方法立刻失效。于是有学者采用了新的测算方法，庞瑞芝等在指出数据包络分析法存在的缺陷后，提出利用基于面板数据的随机边界生产函数方法测算全要素能源效率［10］。这种研究为探索全要素能源效率的测算方法做出贡献，进一步拓展了研究者的思路。

本文第二部分主要依据经济平衡增长的思想，提出中国全要素能源效率新的测算方法；第三部分对中国全要素能源效率进行测算，并研究了单要素能源效率和全要素能源效率的统计关系；第四部分根据前两部分研究获得提高全要素能源效率的途径，以及“十二五”期间能源投入年均增长率计算方法两个结论，并提出相应的政策建议。

二、平衡增长路径模型简介

假设一个投入产出系统是完全市场化的，系统中存在代表性厂商，其生产函数采用广义柯布—道格拉斯形式，用Y表示产出值，K表示资本投入，L表示劳动力投入，E表示能源投入，A表示知识，其中知识和劳动力为外生变量，技术进步为希克斯中性的，并且满足规模报酬不变，则有：

代表性厂商生产函数中投入要素的动态演化方程为：

由于本文假设生产函数中技术进步为希克斯中性的，因此所得到的产出增长率与索罗模型并不一致，本文只是借鉴了平衡增长的思想。对公式（3）进行变换，可以求出平衡增长路径能源投入增长率为：

记全要素能源效率为TFEE，根据全要素能源效率的定义，平衡增长路径即为最佳实践，平衡增长路径上能源投入量即为“生产一定的产品所需投入的最少能源”，可以得到全要素能源效率的计算公式为：

单要素能源效率一般用能源强度（万元GDP能耗值）表示，即EI＝E／Y，用m＝dEI／EI·dt表示能源强度变化率，如果m＞0，表明能源强度上升（单要素能源效率下降）；如果m＜0，表明能源强度下降（单要素能源效率上升）；如果m＝0，表明能源强度不变（单要素能源效率不变）。根据能源强度变化率的定义可得：

三、全要素能源效率的测算

把式（1）变形为Y／L＝（K／L）α（E／L）βA，两边同时取对数，并对时间求导，得：

运用1980—2012年时间序列数据对上式中参数进行估计，参数估计方法采用普通最小二乘法（OLS），变量间自相关采用杜宾两步法进行修正，参数估计结果如下：

其中括号内数值为相应参数的显著性值，以下同，表1为各变量的均值和标准差。

表1 各变量的均值和标准差表

由生产函数规模报酬不变的假设，可以计算出劳动力弹性1－α－β＝0．12，知识的增长率g约为2．5%，一般来说，知识的增长率g也是通常所说的技术进步率。因此，通过参数估计获得了1980—2012年中国技术进步率为2．5%，根据时间序列数据可以测算出1980—2012年中国GDP年均增长率为9．96%，劳动力增长率n为1．9%，能源投入年均增长率为5．76%。而按照式（4）计算1980—2012年应为6．4%，因此，根据式（5）可以测算出1980—2012年中国全要素能源效率约为121%，其值是由1980—2012年全要素能源效率年均增长率累积而成，全要素能源效率年均增长约为0．6%，这意味着，1980—2012年期间实际投入的能源低于平衡增长路径的能源投入，能源总体高效。得出这个结论可能的原因是：第一，资本存量增速较快，1980—2012年期间中国资本存量增长率约为10．02%，尽管与GDP增长率9．96%差别不大，但是仍然可以确认经济增长偏离平衡状态，资本存量增速高出GDP增长率，过高的资本存量增速替代了能源投入增速；第二，产业结构不断优化，尽管1980—2012年期间中国产业结构优化过程并不一直持续，但是总体上呈现出优化趋势，第二产业比重的降低和第三产业比重的提高促进了劳动力和资本对能源的替代；第三，全社会节能意识提高，随着能源价格不断上涨以及能源对外依存度不断上升，尤其是中国自2006年开始强制实施节能减排政策，企业、个人主动节能的意识在增强，新的设备更新以及使用其他原材料在一定程度上节约和替代了能源。

由式（2）变形可以得到增长速度方程gA（t）＝gY（t）－αgK（t）－βgE（t）－（1－α－β）gL（t），依据增长速度方程可以计算出1980—2012年每年的技术进步率，再把技术进步率代入式（4）计算出平衡增长路径所需要的能源投入增长率，最后，通过式（5）计算每年中国全要素能源效率数据，结果见图1。

图1 1980－2012年中国全要素能源效率（%）

从图1可以看出，1980—2012年中国全要素能源效率整体呈现稳中上升的趋势，但是增长的速度较为缓慢，可以把中国全要素能源效率分成三个阶段：第一阶段为1980—1988年，这一阶段全要素能源效率大都低于100%，处于较低阶段；第二阶段为1989—1994年，这一阶段全要素能源效率围绕100%波动，处于先下降后上升的调整阶段；第三阶段为1995—2012年，这一阶段全要素能源效率大都高于100%，处于平稳上升阶段。数据表明“十五”期间中国全要素能源效率均超过100%，“十一五”期间除2007年外，其他年份全要素能源效率均超过100%，“十二五”前两年全要素能源效率均超过100%；中国全要素能源效率的算术平均值“九五”期间为100．1%，“十五”期间为101．2%，“十一五”期间为103%，“十二五”前两年为104．9%。值得注意的是，中国自“十一五”开始强制执行节能减排约束性目标，可以看出“十一五”期间和“十二五”前两年中国全要素能源效率的算术平均值呈现加速上升的趋势，但是，幅度仍然不大，因此，节能减排政策的实施显著地提高了全要素能源效率，取得了一定的成效。从图2也能看出中国全要素能源效率的三个阶段，平衡增长路径能源增长率大于能源投入实际增长率的年份，全要素能源效率大于100%，反之，全要素能源效率小于100%。

图2 1980－2012年中国能源投入实际增长率等走势图（%）

全要素能源效率与单要素能源效率有什么关系呢？确定性的函数关系很难表述，二者的统计关系可以探索。把全要素能源效率TFEE（百分比）作为被解释变量，能源强度EI（吨标准煤／万元GDP）为解释变量，1980—2012年中国全要素能源效率与能源强度的线性关系如下：

研究结果表明，中国全要素能源效率与能源强度的统计关系显著，两者之间呈现反向关系，即全要素能源效率随着能源强度的降低而提高。能源强度每下降1个单位，全要素能源效率提高6．82%。但是应该认识到，能源强度的值较小（以2012年价格计算，2012年中国能源强度约为0．70吨标准煤／万元GDP），其下降的绝对值已十分有限。因此，如果现有投入产出结构没有发生较大的变化，中国全要素能源效率的提高空间有限，极限值约为108．32%。

四、结论和建议

结论1：提高资本存量增长率可以提高全要素能源效率

对于求解单一年度的全要素能源效率，可以采用更加简单的方法，联立式（2）、（4）、（5）可以得到：

从式（7）可以看出，全要素能源效率是资本存量增长率和平衡路径产出增长率差值的增函数，是能源投入实际增长率的减函数，如果资本存量增长率和平衡路径产出增长率差值大于0，则全要素能源效率大于1；如果资本存量增长率和平衡路径产出增长率差值小于0，则全要素能源效率小于1；如果资本存量增长率和平衡路径产出增长率差值等于0，即经济增长处于平衡增长路径，则全要素能源效率等于1。这一事实说明，资本存量与能源的替代关系，资本存量增长率大于平衡路径产出增长率，说明资本存量投入替代了能源投入，资本利用效率下降，而能源利用效率上升，反之，则资本利用效率上升，而能源利用效率下降。这一结论意味着，在一个固定产出系统中，如果资本是稀缺要素，能源是充足要素，可以降低能源利用效率从而提高资本利用效率；如果资本是充足要素，能源是稀缺要素，可以降低资本利用效率从而提高能源利用效率。当前，中国能源消耗总量仍在不断增加，能源对外依存度也在不断上升，中国面临诸多由于使用化石能源产生的环境污染问题，能源较为稀缺，而中国经济快速增长对国际资本的吸引力并未明显改变，因此，利用资本存量投入替代能源投入依然是经济的和可行的，当然资本存量增长率也不可能无限提高。另外，在产出和资本存量增长率固定的前提下，资本弹性α将保持不变，如果外生变量劳动力投入增长率变大，劳动力弹性将变大，由于假设生产函数满足规模报酬不变，则能源弹性β将变小，α／β将变大，全要素能源效率将提高，因此，劳动力投入增长率变大同样可以提高全要素能源效率，劳动力与能源同样存在替代关系。

结论2：“十二五”期间能源投入年均增长率不应高于4．49%

中国在“十一五”和“十二五”规划中提出了节能减排约束性目标，其中节能指的是降低能源强度，而非提高全要素能源效率。既然是约束性目标，其执行过程必须考虑对其他目标的影响，比如经济增长率等，“十二五”规划中提出中国GDP增速＝7%，单位国内生产总值能耗年均增长m＊≈－3．89%（根据“五年下降18%”计算所得），如果追求经济又快又好增长，即在获得较高经济增长的同时获得较高的能源利用效率，需同时满足产出增长率大于目标增长率单位国内生产总值能耗年均增长低于节能目标，mbgp≤m＊，按照以上两个条件，对式（3）和（6）进行变换，可以得到：

如果假定“十二五”期间劳动力增长率n仍为1．9%，技术进步率仍为2．5%，把所有参数代入式（8），可以计算出“十二五”期间能源投入增长率的变化区间应为［2．61%，4．49%］，如果能源投入实际增长率不在该区间，则“十二五”期间GDP增长率和节能减排约束目标将不能同时完成。通过对式（8）进一步研究可以发现，一般情况下，政府在制定经济增长目标和节能减排目标时，二者之间需满足如下关系：

根据以上研究结论，提出以下政策建议。

建议1：继续加大节能减排力度

由于全要素能源效率与能源强度呈现反向关系，近年来，随着国家持续对各地方政府节能减排目标完成情况进行考核，中国能源强度呈现下降趋势，全要素能源效率呈现上升趋势。因此，应继续加大节能减排力度，适当提高节能目标值，加快其他要素对能源的替代，减轻由于使用较多化石能源而面临的国外减排压力和国内能源紧缺、环境污染等压力。另外，笔者研究发现，节能减排政策的实施不但不会阻碍经济增长，相反促进经济增长［12］。因此，担心加大节能减排力度会阻碍经济增长的经验主义观点是没有必要的。当前，中国加大节能减排力度必然会引起能源投入增长率减少，资本存量增长率增加，有必要研究资本存量增长率增加对产出系统的影响。

建议2：加大清洁能源和可再生能源开发力度

尽管中国全要素能源效率整体呈现稳中上升的趋势，中国能源投入实际增长率放缓，但是，能源投入基数大，能源结构不合理较为严重，可以预见未来中国在较长一段时间内仍将是全球能源投入、碳排放总量最大国。另一方面，中国作为人口最多的发展中国家，仍然享有不可剥夺的发展权利，然而应该认识到，如果按照现有的经济增长模式和能源投入模式，中国经济必然会遇到“增长的极限”。因此，有必要探索一条既能快速发展，又能投入较多能源的可持续发展路径，这就要求中国必须加大清洁能源和可再生能源开发力度，实现经济增长、能源投入增长以及资源供给、环境保护等的协调，树立中国作为负责任大国的国际形象。

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