物流业能源消费的替代效用和城镇化效用研究

王富忠，沈祖志

(1.浙江科技学院经济管理学院，浙江 杭州 310023；2.浙江大学管理学院，浙江 杭州 310058)



物流业能源消费的替代效用和城镇化效用研究

王富忠1，沈祖志2

(1.浙江科技学院经济管理学院，浙江 杭州 310023；2.浙江大学管理学院，浙江 杭州 310058)

在探讨城镇化进程及物流业能源消费现状的基础上，根据柯布——道格拉斯生产函数，将能源要素进行单列，提出了物流业能源需求理论，对物流业能源消费的替代效用和城镇化效用进行了理论分析。然后，建立计量方程并进行了参数估计。实证结果表明，物流业电力消费能显著替代汽柴油消费，减轻了其对汽柴油的依赖。城镇化、物流路网增长、内贸发展也显著地促进了物流业汽柴油消费。案例研究表明，鉴于客户对于物流环保与低碳的高要求，杭州汤氏物流有限公司总部2014年初以来就全部使用电动叉车替代柴油叉车，较好地实现了电力消费替代柴油消费，即环保又节省了成本。建议政府：改善物流业能源消费结构，走低能耗之路；建议大力推广电动车辆应用于物流业中；建议合理推进城镇化的发展并加强内外贸与物流业的协同发展。

物流业; 能源消费; 替代效应; 城镇化效应

1 引言

物流业是一个复合型服务产业。近年来，该产业的发展越来越受到我国各级政府的重视。2009年初，在受国际金融危机影响的背景下，我国出台了《十大产业振兴规划》，物流业被列其中。《十大产业振兴规划》确定了振兴物流业的九大重点工程，以国家未来经济发展的战略高度明确了物流的重要性。

物流业的确应该受到重视，因为它是国民经济命脉中不可或缺的一部分。现实中，物流业的能源消费巨大，造成该产业的能源消费问题一直备受关注。物流业的能源消费种类众多，主要有汽油、柴油、电力等分项，各分项能源之间存在替代性。然而，学术界对物流业能源消费中各分项能源之间的替代效应的研究基本上处于空白状态。

为研究物流业的能源消费问题，首先有必要了解一下我国的能源消费结构和能源效率状况。鉴于我国受能源资源禀赋的约束，蔡圣华等[1]认为：我国2050年前，能源消费结构仍然以化石燃料为主的状况不会改变。赵金楼等[2]认为，虽然我国的能源效率不高，但处于缓慢上升的趋势，离生产前沿边界还有较大距离。诚然，物流业的能源效率也不高，吕荣胜等[3]研究表明，我国物流业整体能源效率水平不高，呈现从东部向中西部递减的趋势。张诚等[4]研究表明，从2002 年开始，我国物流业以天然气为代表的清洁能源产出水平快速增长，其他投入要素的能源产出水平没有明显变化。

在物流业的能源问题研究方面，除了能源效率之外，现有的研究还包括以下几类：(1)能源消费问题研究。Zhang Ming等[5]的研究表明，我国运输业的能源消费较大，它是我国能源消费较大的行业，如不采取有效的控制，未来还会有较大的增长。雍瑞生等[6]也认为我国运输业能耗高。(2)能源政策问题的研究。Bruce[7]对澳大利亚能源问题进行了研究，针对澳大利亚能源大量依赖进口的局面，建议政府未来应该积极寻找可供替代的能源形态。王之泰教授[8]很早就曾建议，物流业应走低能耗之路。其他人员如Dender[9]、Sovacool[10]、Vanderschuren等[11]、文启湘等[12]建议政府对物流业(含运输业)实施鼓励节能政策。

城镇化与物流业的发展问题近年来也颇受关注，在我国，许多行业(如建筑业等)受城镇化的带动非常明显。其中，物流业也受益颇多，因为城镇化带动了相关物流(如建筑、家装、小商品物流)的发展。中国著名经济学家樊纲[13]认为物流将成为中国城市化进程的支撑手段。物流支撑产业转移，推动经济一体化，提升城市与区域核心竞争力。高詹[14]认为，制造业与物流业关联紧密但是互动薄弱，城镇化质量的提高成为破解我国制造业与物流业“联而不动”困境的一剂良药。在城镇化建设中，物流专家王之泰教授[15]特别提出，城镇化必须重视智慧物流的发展。在城镇化与物流业能源消费相关问题的研究方面，Phetkeo等[16]研究表明，城镇化对运输能源使用的影响是正向的。

数据来源：根据《中国统计年鉴》数据进行计算所得。

从研究现状来看，国内外从替代效用和城镇化效应角度来研究物流业能源消费问题的文献比较少见，本文将从这一角度进行研究。

2 城镇化进程与物流业能源消费

2.1 城镇化进程

从全国来看，2000年我国的城镇化率为36.2%，2012年则上升至52.6%。从各地区来看，我国各地区的城镇化进程存在着不均衡现象，东部地区发展较快，中部地区次之，西部地区发展较慢。2012年，东部地区绝大部分的省份(含直辖市)的城镇化率超过了60%。然而，城镇化率超过50%的西部地区省份则寥寥无几，大部分西部地区省份的城镇化率在45%以下。

从前三甲来看，2012年上海的城镇化率接近90%，排第一，其次为北京、天津。各地区2012年城镇化率如图1所示。

我国的城镇化率虽然超过了50%，但与发达国家相比，仍有较大的上升空间。在城镇化进程中，建筑行业的物流量(如钢筋、水泥、家装材料等)必然会增加，这也是城镇化进程中非常重要的物流形态，它会对物流业能源消费产生一定的促进作用。

2.2 物流业能源消费

2012年物流业能源消费总量为31,524.71万吨标准煤，在2000-2012期间的年均增长率为8.973%，高于部分制造业(如纺织业)、农、林、牧、渔、水利业等，位于各行业的前列。近年来物流业能源消费如图2所示。

数据来源：《中国能源统计年鉴》

在物流业能源消费中，2012年汽油消费总量为3753.03万吨，柴油消费总量为10727.03万吨，电力消费量为915.37亿千瓦小时。在2000-2012年期间汽油的年均增长率为8.51%、柴油为11.33%、电力为11.32%。正是因为物流业主要依赖于汽油、柴油和电力消费，且消费量较大，它们之间又具有替代性，故本文将对物流业能源消费的替代效用、城镇化效用进行理论分析。

3 理论分析

3.1 物流业能源需求理论

将能源要素单列，定义CES型生产函数：

Y=A[δ1Lρ+δ2Kρ+δ3Eρ]1/ρ

其中，Y、K、L、A分别为物流业的产出、资本、劳动、技术进步。δi(i=1,2,3)为份额参数，ρ是要素替代弹性参数。

Y=A[(a1L)ρ+(a2K)ρ+(a3E)ρ]1/ρ

在此基础上，各类投入品的成本函数及约束条件为：

min PKK+PLL+PEE

s.t.Y-A[(a1L)ρ+(a2K)ρ+(a3E)ρ]1/ρ=0

拉格朗日函数为：

f(K,L,E,λ)=PKK+PLL+PEE+λ(Y-A[(a1L)ρ+(a2K)ρ+(a3E)ρ]1/ρ)一阶条件为：

求得：

这是E的需求理论函数，它表明了物流业的能源投入意愿随着各类投入品的价格和产出Y的变化而变化。

3.2 物流业能源消费：替代效用

先考虑单个物流企业的情形，由于物流企业使用的能源种类众多，包括汽油、柴油、电力等，假定E代表能源消费量的综合指数，它为能源种类的连续空间上的子效用函数。q(i)表示每种能源的消费量，n表示物流企业消费能源的种类。假设E效用是CES型的，则：

(1)

在(1)式中，ρ表示物流企业消费某种能源的偏好。设物流企业的成本为 C，资本和劳动的价格为PK、PL，p(i)为每种能源的价格，物流企业成本线为：

(2)

如要求能源组合的成本最低，则要求：

(3)

(4)

对任一组q(i)和q(j)，均有：

q(i)=q(j)((p(j)/p(i))1/(1-ρ)

(5)

(6)

第j种能源的支出是p(j)q(j)，故：

(7)

物流企业决策是：在成本约束条件下选择资本、劳动、能源的投入组合，使产出最大化，即：

maxQ=f(K,L,E)

s.t.PKK+PLL+PEE=C

很显然，对上述利润问题: π=f(K,L,E)-C，针对固定的成本C0，解决这一问题的拉格朗日方程：π=f(K,L,E)+λ(C0-PKK-PLL-PEE)

产出最大化的一阶条件为：

根据一阶条件，可得到最优能源消费总量E*和最优能源消费成本EC*：

E*=E(PK,PL,PE,C0)

(8)

EC*=PE*E*

(9)

以上的理论分析表明，式(5)表示不同能源(例如电力与汽油、柴油等)之间存在替代效用关系，式(8)和式(9)则给出了物流企业最优能源消费总量E*和最优能源消费成本EC*。以上研究的是单个物流企业的情形，可以推广到整个物流业，我们认为，物流业中的各分项能源消费与(5)式一样也存在替代效用关系，物流业的最优能源消费总量和最优能源消费成本也与式(8)和式(9)描述的保持一致。

3.3 物流业能源消费：城镇化效用

为了深入分析城镇化效用，根据物流业的演化特征和实际情况，我们认为：城镇商品丰富，人口聚集，从近距离城乡比较来看，城镇所拥有的物流能力要大于非城镇，即城镇居民享有的物流服务总体上大于农村居民。农村居民一旦成为城镇居民之后，就会享有更多的物流服务，也会加大物流业的能源消费。根据这一思路，数理分析如下：

考虑城镇化所带来的城乡人口变化。设某地区第i年的城镇化率为：URi。城乡总人口为PEO，假定人口短期内总量不变(仅考虑人口的转移)，则第i+1年城镇人口：

PEOi+1=PEOi=PEO

(10)

第i年的城镇人口数量为PEO×URi，第i+1年的城镇人口数量为PEO×URi+1。第i年由农村向城镇转移的人口为：

ΔPEOi=PEO(URi+1-URi)

(11)

第i年由农村转移到城镇的这部分人口ΔPEOi所享有的物流服务增量为ΔSi，由ΔSi所引起的物流业能源消费增量为ΔEi。据此，可以用函数的形式表达ΔSi与ΔPEOi、ΔEi与ΔSi的关系，针对时间序列，可得：

ΔE=f(ΔS)=g(ΔPEO)

(12)

根据(11)式及前面假设(人口短期内总量不变)，故(12)式可表示为：

ΔE=g(ΔPEO)=PEO×g(ΔUR)

(13)

式(13)仅仅是考虑城镇化进程中人口转移(没有考虑其它因素)所带来的物流业能源消费量的增长函数，体现出城镇化对物流业能源消费的影响，这种影响我们称之为物流业能源消费的城镇化效用。

3.4 物流业能源和其他要素初始投入变化分析

考虑物流业的初始生产函数为：Y=f(K,L,E)，假定它为一次线性齐次的。Y, K,L,E分别为物流业产出、资本、劳动和能源的初始投入。

假设物流业产出、资本、劳动和能源均发生变化，用Y′表示新的物流业产出，ΔK、ΔL、ΔE表示物流业资本、劳动和能源的变化量，由于假设该方程是一次线性齐次的，故有：

在物流业能源和其他要素初始投入变化分析中，从大类要素投入来看，可以看出，资本、劳动与能源投入也存在替代关系。

4 计量模型

4.1 变量

我们可以把因变量分成三个：GAS(汽油消费量)、DIE(柴油消费量)、GAS_DIE(汽柴油消费量)。自变量分为三组：城镇化及物流路网变量组、替代能源变量组、控制变量组。各自变量分别说明如下：

(1)城镇化及物流路网变量组。该组中包括两个变量：一为城镇化率(UR)。据前面的理论分析，城镇化导致大量的农村人口进入城镇，享受了更多的物流服务，增加了物流业能源消费。二为物流路网变量。之所以引入该变量，是因为考虑到我国的城镇化带来了物流基础设施的改善与提升，特别是城镇化推动了物流路网质量改善与增长。我们用运输线路增长率(lineRate)来体现物流路网的变化，物流路网的变化能反映出城镇化外延扩展变化，所以该变量不能被遗漏。

(2)替代能源变量组。这个变量组只包括电力消费量一个变量(ELE)，用来考察物流业能源消费中，汽油、柴油、汽柴油和电力消费之间的替代效应。

(3)控制变量组。我们引入两个控制变量。第一个是外贸增长率，用ieRate表示。第二个为内贸增长率，用crRate表示。引入这两个控制变量的原因是因为物流业能源消费与内外贸存在比较紧密的关系。

各变量的说明如表1所示。

需要说明的是，lineRate、ieRate、crRate分别表示物流路网增长指数、外贸进出口增长指数、内贸增长指数，这三个变量以增长率为基础，进行了指数处理。

表1 变量说明

4.2 数据

本文选取的样本数据，主要来源于各年的《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》，鉴于能源数据的可得性，数据时间段定为2000-2012年。由于西藏、宁夏的数据不完整，故没有包括进来，样本数据包括29个省、直辖市377个样本。

4.3 计量模型

根据前面的分析，建立如下的计量方程：

lnGASit=α+β1lnELEit+β2lnieRateit+β3lncrRateit+εit

(模型I)

lnDIEit=α+β1lnELEit+β2lnieRateit+β3lncrRateit+εit

(模型Ⅱ)

lnGAS_DIEit=α+β1lnlineRateit+β2lnieRateit+β3lncrRateit+εit

(模型Ⅲ)

lnGAS_DIEit=α+β1lnURit+β2lnlineRateit+β3lnieRateit+β4lncrRateit+εit

(模型Ⅳ)

lnGAS_DIEit=α+β1lnURit+β2lnELEit+β3lnlineRateit+β4lnieRateit+β5lncrRateit+εit

(模型V)

5 实证结果与分析

5.1 实证结果

在处理面板数据时，究竟使用固定效应模型还是随机效应模型进行参数估计，本文先进行了豪斯曼检验，检验结果表明应该使用固定效应模型。通过使用固定效应模型得到的估计系数如表2、表3所示。

表2 固定效应模型(I,Ⅱ)估计系数

表3 固定效应模型(Ⅲ,Ⅳ,V)估计系数

5.2 结果分析

根据表2和表3，我们可以得到以下结论：

在不考虑城镇化及物流路网变量组的计量模型中(模型I、Ⅱ)，模型I实证结果表明，从系数符号来看，物流业电力消费能替代汽油消费，但不显著，而模型Ⅱ实证结果表明，电力消费能替代柴油消费，影响十分显著。模型I和模型Ⅱ的实证结果均表明，外贸对物流业能源消费(汽油、柴油)的影响不显著，而内贸显著。鉴于模型I和模型Ⅱ的模型设定没有考虑城镇化及物流路网变量组，故模型I和模型Ⅱ的实证结果只能作为参考。

模型Ⅲ中考虑了物流路网变量，但没有考虑城镇化率。模型Ⅳ考虑了城镇化与物流路网变量组。从模型Ⅲ和模型Ⅳ的估计结果来看，城镇化率的提升、物流路网的增长显著带动了物流业汽柴油消费。这是因为城镇化、物流路网的增长大力促进了物流业发展的缘故。

在模型V中，它考虑了三组变量(城镇化及物流路网变量组、替代能源变量组、控制变量组)对物流业汽柴油消费的影响。实证结果表明，不仅城镇化、物流路网的增长显著带动了物流业汽柴油消费，而且电力和汽柴油之间也存在替代关系。这表明在物流业能源消费中，随着电动车辆(如汽车、叉车、搬运车)逐渐应用于物流业中，电力消费替代汽柴油消费越来越显得重要。模型V的实证结果也同样表明，外贸对物流业汽柴油消费的影响不显著，而内贸显著。

6 电力消费替代柴油消费案例研究

杭州汤氏物流有限公司是一家以国内外知名饮料物流为主导的综合性现代物流企业。通过到该物流公司总部进行调研，现对该公司总部的叉车使用情况及在柴油、电力消费方面作一个对比分析。至2015年，杭州汤氏物流有限公司总部有8台电动叉车以维持10300平方米仓储的装卸搬运。公司总部2014年初就全部使用电动叉车替代柴油叉车，究其原因是因为汤氏物流有限公司的客户主要是大型的外资企业和国内知名食品饮料企业，如康师傅、可口可乐、娃哈哈、达能、农夫山泉等企业，这些外资企业和国内知名企业对杭州汤氏物流有限公司的物流作业要求是：低碳、环保。鉴于电动叉车环保，柴油叉车不环保且可能影响饮料食品产品包装外观或质量，故自2014年初开始，公司总部全部采用电动叉车。电动叉车与柴油叉车相比，有以下的优点：

(1)电动叉车比柴油叉车环保。柴油叉车的废气排放较多，柴油叉车工人每天工作时，鼻腔吸入废气过多，会不利于身体健康，且排放的废气可能会影响饮料食品产品包装外观或质量。

(2)电动叉车维修成本低，柴油叉车维护成本高。据叉车工人介绍，电动叉车基本上不需要维护，主要是电瓶使用寿命问题(这一部分放在运行成本部分进行分析)。而柴油叉车的小毛病较多，工作两年及以上的柴油叉车的维修费在4000元/年至5000元/年(如每天15个小时左右高强度工作的柴油叉车寿命仅能工作2年)，而且要专门配备一个修理工，否则出现问题就无法工作，影响公司的物流运转。

(3)电动叉车日运行成本低，柴油叉车日运行成本高。每辆电动叉车购置价格为15万元左右，每个电瓶的价格在3万元左右，每辆柴油叉车8万元左右。一般来说，高强度工作(如一天工作15个小时左右)的每辆电动叉车要配备3块电瓶，大致每个电瓶的使用寿命为2～3年，每个电瓶的价格在3万元左右，以2年为计算依据(如果以3年为计算依据，则电动叉车运行成本更低)，每辆电动叉车每年的电瓶使用费为4.5万元/年(一年若以360天为计算单位，则每天约为125元)，新电瓶充一次电用时10小时左右，用电60度，旧电瓶充一次电用时8小时左右，用电40至45度，新电瓶高强度工作6至7小时，旧电瓶高强度工作4至5小时，高强度工作的每辆电动叉车每个工作日用电量在135度左右，工业用电每度为1元，按最大的工作强度和最短的电瓶使用寿命估算，故每辆电动叉车的电费和电瓶使用费最多约为260元/天。按最大的工作强度计算，每辆柴油叉车每天约使用柴油90到100升，考虑到汤氏物流有限公司作为一家知名大型物流公司，可以从柴油经销商处获得比市场价略低的柴油价格(约为5元/升，以5元计)，共为450元至500元左右。显然，柴油叉车的日运行成本高于电动叉车。经我们简单估计，如果考虑电动叉车和柴油叉车购置成本和日运行成本(两者合称为总运营成本)，每辆电动叉车的总运营成本在1年内要高于每辆柴油叉车，1年以后，柴油叉车的总运营成本要高于电动叉车。

(4)电动叉车寿命较长，而柴油叉车寿命较短。一般来讲，高强度工作的柴油叉车寿命在2年左右。而杭州汤氏物流有限公司自2014年初以来，高强度工作的电动叉车还在继续使用，还没有报废的情况。

经过我们对杭州汤氏物流有限公司的调研，可以得出一个结论：杭州汤氏物流有限公司在电力消费替代柴油消费方面迈出了重要的一步，使用电动叉车既是客户所希望的，也能以更低的成本进行物流作业。对公司而言，简言之，既环保，又节省成本。

7 结语

将能源要素单列，定义CES型生产函数，从而推导出物流业能源需求理论函数，它表明物流业的能源投入意愿随着各类投入品的价格和产出的变化而变化。进而，构建了能源组合的成本最低函数，由于不同能源之间的替代属性，构建了不同能源之间的替代关系函数。假定物流成本固定，在成本约束条件下选择资本、劳动、能源的投入组合，则可根据产出最大化的一阶条件，可得到最优能源消费总量和最优能源消费成本。在城镇化效用中，假定人口短期内总量不变(仅考虑人口的转移)，构建了城镇化影响物流业能源消费的关系函数，这种影响关系的本质是由于农村转移到城镇的这部分人口促使了物流业务量的提升，这种影响关系短期内是存在的。如果城镇化进程继续推进，这种影响关系也会长期存在。

本文的研究也不尽全面，例如，在城镇化效用中，如果短期内人口总量变化，城镇化影响物流业能源消费的函数关系也需要重新进行构建，这也是作者下一步研究的思路和方向。

从本文的研究中，我们还建议政府：引导物流业改善能源消费结构，走低能耗之路。其中，大力推广电动车辆应用于物流业中就是一条可行的路子。鉴于城镇化和内外贸的发展有利我国的经济增长，而且也能促进物流发展，因此，在合理推进城镇化的同时也应加强内外贸与物流业的协同发展。此外，采取措施进一步推广节能技术在物流业中的应用，以及强化物流企业的节能意识(如节能灯的应用等)，这些对于降低物流业能源消费也都具有积极意义。

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Research on Substitution Effect and Urbanization Effect on Energy Consumption of the Logistics Industry

WANG Fu-zhong1,SHEN Zu-zhi2

(1.College of Economics and Management, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023,China;2.School of Management, ZheJiang University, Hangzhou 310058,China)

The logistics industry acts as a complex service industry, and recently it attracts attention of all levels of government. Based on the discussion for urbanization process and energy consumption of the logistics industry, by using the Cobb-Douglas production function, in which energy is as an input row, an energy demand theory is proposed in this paper. It shows the energy inputs willingness of the logistics industry changed with the price of various types of inputs and outputs. And then, a theoretical analysis is made for the substitution effect and urbanization effect on energy consumption of the logistics industry. There has no similar studies from this point of view before. From the view point of the substitution effect, because there exist numerous types of energy in the logistics industry, and the logistics industry relies on gasoline, diesel fuel and electricity, there are alternatives between the individual energy utility. From the viewpoint of energy input and other initial input factors, there is also an alternative relationship between capital, labor and energy. From the viewpoint of the urbanization effect, the logistics industry will increase energy consumption because of transfer of rural population to urban areas. Then, an econometrics equation is established and corresponding parameter estimation is finished. The panel data is used and fixed effect estimations are done. The empirical results show that the electricity consumption of the logistics industry can significantly substitute for gasoline and diesel consumption, and then reduce the dependence on gasoline and diesel oil. The process of urbanization, the logistics network and domestic trade development also can promote gasoline and diesel consumption of the logistics industry. Case studies show that, in view of the customer for the logistics of environmental protection and low-carbon high demand, Hangzhou Tangshi logistics headquarters Ltd has replaced diesel forklifts by the use of electric forklifts since early 2014 because electric power consumption can achieve a better alternative to diesel consumption, namely can achieve environmental protection and cost savings, and also, the electric forklifts are more friendly to the environment than the diesel forklifts, and the electric forklifts have lower maintenance cost than the diesel forklifts, and the electric forklifts have lower day running cost than the electric forklift, and the electric forklifts have longer life than the diesel forklifts. Suggestions: the governments should improve the energy consumption structure of the logistics industry in order to go on a low energy consumption of the road; the governments should promote the application of electric cars in the logistics industry; the governments should reasonably promote the urbanization development and strengthen the collaborative development of internal and foreign trade and the logistics industry. Taking measures to further promote energy-saving technology in the logistics industry and logistics enterprises to strengthen energy-saving awareness, which has positive implications for the logistics industry to reduce energy consumption.

logistics industry; energy consumption; substitution effect; urbanization effect

2015-04-14；

2016-02-28

教育部人文社科青年基金项目(13YJC790141)；浙江省哲学社会科学规划课题 (15NDJC186YB)

简介：王富忠(1976-)，男(汉族)，湖南衡南人，浙江科技学院经济管理学院副教授，博士，研究方向：物流业能源效率，E-mail:wfz212126@126.com.

F222.3

A

1003-207(2016)09-0045-08

10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2016.09.006