偏向性技术进步下中国能源强度变动研究

刘慧慧，许 超

（1.北京大学经济学院博士后流动站，北京 100871；2.复旦大学管理学院博士后流动站，上海 510641）

1 研究背景

我国能源强度在改革开放之后就在不断降低，1980年与2016年万元地区生产总值（GDP）能耗分别为3.93 tce和1.02 tce，在这一期间万元GDP能耗降低了74%。但能源的一般消费规律是，在经济发展的初级阶段能源强度会有所上升，而经济水平达到一定程度后能源强度才会有所下降。我国这种违背能源规律的能源消费现象在其他发展中国家以及发达国家当中并未出现，由此引发了世界范围内多国学者的关注，很多学者就我国这一特殊现象展开了研究，并且获得了众多的结论，如Kambara［1］等针对我国这一现象进行研究后提出，我国在调整工业结构后使得轻工业与重工业的比例发生了明显的变化，轻工业占比急剧上升，进而导致我国能源强度随着时间的推移而不断地下降；Sinton等［2］、Huang［3］等提出导致我国出现这一现象的原因是技术水平有了显著的提高；Karen等［4］在经过深入研究后提出，能源价格不断上涨也是导致国内能源强度不断降低的重要因素；甚至有学者如Sinton［5］、Rawski［6］等对我国的统计数据提出质疑，认为我国20世纪90年代的国内生产总值和能源消费数据存在水分。

国内学者史丹［7］于20世纪90年代末到21世纪初期间，最先从我国的实际情况出发对这一特殊现象进行了研究，指出我国在经济水平较低时就进行了经济结构的调整，这点与其他发展中国家以及先进国家有着明显的区别，所以不能用经验的能源消费弹性数据来评价中国的实际能源消费弹性，并基于描述性分析与定性分析得出产业结构调整是导致20世纪80年代我国能源强度大幅下降的关键原因，而90年代能源强度的下降得益于工业部门能源效率的提高、对外开放和经济体制改革。继史丹之后，我国又有众多学者针对这一问题展开了研究，比如张宗成等［8］在经过研究后提出，结构的改变以及经济体制的改革是导致能源强度不断降低的重要原因，其中结构的变化是指能源消费、产品以及产业结构的变化；杭雷鸣等［9］在收集相关数据后利用回归分析进行研究发现，能源价格的上涨也是国内能源强度不断降低重要原因；此外，王玉潜［10］、韩智勇等［11］等众多学者提出是国内子部门能源效率的提高使得八九十年代我国的能源强度出现不断下降。但大量的研究还是涌现于我国政府于2006年提出的“十一五”规划之后，学者在这一阶段进行研究时并不仅仅基于结构因素和技术进步等就这一现象进行解释，已通过回归分析等方式探索深层的原因，如尹宗成等［12］在收集自1985年起至2006年期间的相关数据后，探讨了产业结构与R&D投入、人力资本、外商直接投资（FDI）和能源强度间的联系，并且发现，能源强度会直接受到R&D投入、人力资本以及FDI的影响，不过如果提高二产所占的比重，那么就会对能源强度的降低起到一定的抑制作用。近些年来，学者们不再只着眼于研究FDI、贸易、R&D等这些传统指标，而开始将焦点转向一些较新的影响因素，比如樊茂清等［13］在研究中选择了信息化投资、体现型技术水平以及能源价格作为影响因素，并得出能源强度变化的主要原因是体现型技术水平的提升、信息化投资规模的增加以及能源价格增长等；王班班等［14］在研究后指出，偏向性技术进步下的要素替代效应是技术进步影响能源强度的主要渠道；王子龙［15］选取了运输线路单位长度能耗、运输线路产出能耗、人均生活用能、人均收入等较新的八大指标进行了能源强度的研究；甚至有学者如廖进球等［16］研究了企业创新对能源强度的影响。

由此可见，就我国能源强度变化的相关研究而言，学术界的成果已经相当丰富，但其中也存在着一些不足之处：第一，研究缺乏经济理论基础，学者在研究过程中一般选择计量模型针对各影响因素进行分析，而未融合相关理论进行探讨，尽管也有学者在研究的过程中基于谢泼德引理探讨能源价格和能源强度这样的关系，但此类研究未能分析能源价格的引起技术变化（induced technical change，ITC）作用，所以常常会低估能源价格效应；第二，回归法方面的文献在产业结构指标的选择上较为混乱，有学者用二产比重作为结构因素，而有的学者采用三产比重，还有学者将二产和三产都纳入模型。

针对以上不足，本研究将通过两种方式对其进行改进：其一，基于CES生产函数，在理论层面分析能源价格、技术进步与能源强度之间的关系，并在内生偏向性技术进步下，推导出包含ITC效应的能源价格对能源强度影响的理论模型；其二，在针对能源强度变化进行研究的过程中融合回归法和LMDI分解法，采取这种方式能够有效避免回归法的指标乱用问题，同时也能够更为全面地针对众多因素对能源强度变化的影响进行研究。本文希望基于内生与外生偏向技术理论，就我国能源强度变化进行因素分解，找到影响能源强度的关键因素，并对我国能源强度违背一般能源消费规律现象作出解释。

2 外生偏向性技术进步下的能源强度分解

2.1 理论模型推导

本文采用非嵌套CES生产函数来推导能源强度分解模型：

式（1）中：Y为总产出；L、K、E分别为劳动、资本、能源； 衡量要素增强型的技术进步；代表的是替代参数。

式（2）中：q、P分别为能源价格、总产出价格。

由式（1）（2）得能源强度与能源增强型技术进步及能源实际价格之间的关系：

这意味着能源强度的增长率可分解成两方面内容，两者可以分别通过能源价格与技术进步进行解释。

2.2 分解结果

将1981—2016年我国31个省份（未含港澳台地区，下同）的实际数据代入到前文公式，分解历年的能源强度增长率能够发现，导致我国能源强度显著下降的重要原因是技术的进步，年均能源强度降幅是3.6%，而由于技术进步导致的降幅为2.6%、由于能源价格上涨而引发的降幅仅为1%，也就是说能源价格和技术进步分别解释了28%、72%的能源强度变化。部分年份的测算结果如表1所示。

表1 外生偏向性技术下我国2000—2016年的能源强度增长率

不过假如分阶段进行分析，我国的能源价格与技术进步对能源强度的贡献度却存在一定的波动（见表2）：1981—1984年期间，技术进步是我国能源强度变化的重要原因。在这一阶段，能源价格对能源强度变化反而发挥了一定的抑制作用，出现这种现象的原因是我国改革了经济体制，提升了各要素的经济效率，但此时能源价格市场化改革效果还未显现，能源价格共下降了4.9%，下降的能源价格将增加企业对能源的使用，由此使这一阶段的能源强度平均每年增加0.4%。1985—1993年期间，能源价格主导着能源强度的变化。在这一阶段能源强度年均降幅数值为3.7%，能源价格增长对能源强度下降的贡献度达70.3%，出现这种现象的原因是我国能源价格市场化改革在不断加快，能源价格的年均增长速度为7.5%，而能源价格的增长使国内能源强度年均降幅最大达到2.6%。自1994年起到2016年期间，能源价格对能源强度的影响逐渐降低，这些年份当中甚至出现了能源价格导致能源强度上升的现象。其中，就贡献度而言，技术进步在这期间对能源强度的影响程度达到了87.9%，能源强度年均降低幅度是3.3%，而技术进步与能源价格引发的变化分别为2.9%与0.4%，出现这种现象的原因是我国在这一阶段加深了对外开放的程度，政府制定了控制能源强度的相关计划，这些都使能源效率得到了提升，但此阶段能源价格的上升并未如上一阶段那么快速，这导致技术进步主导了这一阶段的能源强度变化。

表2 我国3个阶段的能源强度增长率

3 内生偏向性技术进步下的能源强度分解

所有能够使总经济效率得到提升的相关因素均可以纳入广义技术进步范畴当中，在外生偏向性技术进步下的能源强度增长率分解模型中，除了能源价格外，其他所有因素引起的能源强度变化都可以理解为是技术进步产生的影响，因此，假如在研究能源强度变化的过程中仅针对技术进步进行分析，那么就很难挖掘出相关的作用机制以及深层的因素，所以，有学者在后续的研究当中基于技术进步的方向与强度均具有一定内生性的基础，就理论以及实践层面针对能源强度的增长率进行分解，获得研发投入、国际贸易、FDI、能源价格、产业结构等因素探讨能源强度受到这5个因素的影响。

对能源强度的影响因素分析，学术界主要运用了回归法与分解法，两者均具有一定的优势，同样也存在一定的不足。比如说，在针对结构效应进行研究的过程中，指数分解法具有无可比拟的优势，不过这种方法不能针对深层因素进行挖掘。2007年Wang［18］根据生产理论提出了生产理论分解分析（production theory decomposition analysis，PDA）方法，这种方法可以帮助我们深入地探讨影响能源强度的内因，不过采用这种方法针对能源与产业结构效应进行研究时所获得的结论却可能与现实背道而驰。2014年，林伯强等［19］综合应用PDA与指数分解分析（index decomposition analysis，IDA）方法提出了一种分解框架，尽管该方法能够在针对能源强度进行分析的过程中更有优势，不过采用该方法进行研究时却只能针对技术效应、替代效应以及结构效应等因素研究，无法分析对外开放、ITC效应以及能源价格等因素对能源强度的影响。相对而言，回归法的灵活性更为出色，该方法可以研究所有因素对能源强度的影响，不过该方法也具有一定的不足：其一，无法基于相关理论进行研究；其二，假如研究的因素数量过多，那么就可能会出现自由度以及多重贡献等方面的问题；其三，无法获得精确的数据，该方法在分析的过程中通常仅能针对部分因素进行研究，而无法全面分析全部因素对能源强度的影响。

基于此，本文融合回归法与分解法，发挥双方的优势，针对能源强度进行研究。在研究的过程中，本文先是利用指数分解法获得产业结构效应，然后借用内生偏向性技术进步模型挖掘出能源价格效应，主要包括ITC效应与替代效应，此后针对能源价格与产业结构不能解释的内容选择了回归法进行分析。本文采取的研究方法具有3方面的优势：其一，能够全面精确地对产业结构因素作出研究；其二，通过分解法和理论推导分解出能源价格效应与产业结构效应，因而就能够有效降低回归分析当中所涉及的变量数量；其三，能够针对能源价格与产业结构不能解释的内容展开回归分析，由此可以更为全面地分析与能源强度相关的影响因素，有利于进一步提升研究结论的准确性。

3.1 产业结构效应

首先根据LMDI指数分解法分解能源强度增长率：

为了更好地理解能源强度发展速度分解方程，将式（6）两边取对数：

因此，通过测算历年的三大产业结构变化率及其权重，便可算出产业结构变化在能源强度增长率中的贡献值，即产业结构效应 。如果从1981—2016年期间产业结构每年的平均效应来讲，几乎无法通过产业结构对国内能源强度变化进行解释，每年能源强度平均下降3.6%而能通过产业结构进行解释的仅为0.2%，贡献度占比为6.4%，不过假如认定产业结构对能源强度变化并无影响，显然会与我国政府优化升级产业结构的初衷背道而驰。部分年份的测算结果如表3所示。

表3 LMDI分解法下我国2000—2016年产业结构的能源强度效应

本文在综合分析历年我国产业结构对能源强度的贡献之后发现，产业结构的贡献存在阶段性的特点（见表4）： 1981—1999年期间，产业结构明显地影响到了能源强度，在3.9%的能源强度降低幅度当中产业结构能够针对其中24.5%的部分进行解释，主要原因是这一阶段我国政府针对产业结构进行了调整，逐渐通过宏观调控加大了三产的扶持，其中二产在所有产业中的占比降低了7%，而这一现象对我国能源强度变化的贡献率为33%，所以产业结构对这一时期对国内能源强度产生了显著的影响；在1991—2006年，产业结构变化抑制了我国能源强度的下降，这一时期国内产业结构的变化产生的作用与上一时期具有明显的不同，产业结构导致能源强度每年以0.8%的速度增长，产业结构作出的贡献度竟是负数，为-27.5%。主要原因是我国在这一阶段加快了城镇化与工业化的进程，因此第二产业数量有所增加，比重在这一期间共上升了6.5个百分点； 2007—2016年期间，产业结构的变化又重新抑制了能源强度的增长，其能够针对能源强度变化的14%进行解释，此阶段产业结构又出现正效应，可能由于我国越来越重视节能减排，并在“十一五”期间针对产业结构进行了大力的调整，在优化升级产业结构的过程中二产占比有了明显的降低，降低了7.6%，同时三产增长了9.7%，因此产业结构的调整又导致国内能源强度出现了明显的降幅。

表4 我国3个阶段产业结构的能源强度效应

3.2 能源价格效应

接下来，本文借用内生偏向性技术进步模型来分解出能源价格效应。借鉴Acemoglu［20］内生偏向性技术的分析框架，本文设最终产品生产部门和中间品生产部门的生产函数如下：

在针对分析进行简化后，取p=1，根据式（16）至式（21），可以得到能源强度表达式：

再将式（16）至式（18）代入式（12）得各中间品价格之间的关系：

式（24）至式（26）与式（19）至式（21）联合可得到：

将式（31）（32）代入式（23）得：

将式（34）两边取对数再差分，可得到能源价格增长率与能源强度增长率之间的关系：

由于本文仅针对能源强度受到能源价格的影响进行研究，而并未分析其他要素对能源强度的影响，因此本文针对资本价格与劳动价格进行了假定，假定二者并未发生变化，在这个假定下,可以将式（36）重新写为：

分析公式（39）能够发现：第一，能源强度和能源价格呈负相关，后者对前者的影响可能在当期就有所体现，同时也可能存在一定的滞后性，但滞后期的影响相对小于当期影响，每提升当前能源价格1%，那么就能够降低0.313%的能源强度，而滞后期的这一数据为0.292%；之所以能源价格造成的影响会存在一定的滞后性，原因有二，其一，能源价格需要经过一定的时间才可能对能源强度产生影响，比如能源价格需要经过1年才可以使资本相对增强技术产生改变，而需要2年的时间才可以使劳动相对增强技术产生改变；其二，有厂商认为价格提升只是一种短期现象或是厂商可以通过其他要素进行替代，那么在短期内常常就可能会利用替代的方式降低能源的使用。第二，外生偏向型技术进步与内生偏向型技术进步比较而言，能源强度受到前者能源价格的影响要大于后者，两者分别提高1%能源价格的增速，那么前者与后者能源强度增长率的降低幅度分别为0.347%与0.605%；出现这一现象的原因是，后者同时考虑了ITC效应与要素替代效应，而前者却并未考虑ITC效应对能源强度的影响。第三，在影响能源强度的过程中，能源价格主要通过ITC效应与替代效应对能源强度产生作用，而ITC效应与要素替代效应比较而言，前者需要一定的时间，后者可以即刻发生；假如提高1%能源价格增长的速度，那么就能够降低0.605%的能源强度，其中要素替代效应作出了0.313%的贡献，ITC效应作出的贡献为0.292%，要素替代效应稍大于ITC效应。

将能源价格增速值代入公式（39）可求得我国历年能源价格效应，通过分析能够发现能源强度的变化受到了能源价格明显的影响：自1983年起直至2016年1），每年我国能够降低3.5%的能源强度，而由于增加能源价格引发的能源强度的降幅为1.7%，贡献率为48.57%。部分年份的测算结果如表5所示。

表5 我国2000—2016年的能源价格效应

分析表6当中各阶段的指标能够发现，自1983年起至2008年，我国平均每年能够降低3.2%的能源强度，而因为能源价格增长导致能源强度降低的幅度是2.6%，在这一阶段能源价格贡献率为81.25%，甚至在从2005年起到2008年这4年期间能源价格共实现了123%的贡献度，平均每年能够使能源强度降低3.7%；不过自2009年起直到2016年，能源价格对能源强度反而起到了一定的抑制作用，这一阶段能源价格的贡献度是负数，为-29.54%。

表6 我国3个阶段的能源价格效应

3.3 FDI、国际贸易与研发效应

最后，本文对扣除产业结构效应和能源价格效应的能源强度增长率（记为 ）再进行因素分析，分析过程中选用的指标是FDI、国际贸易和研发投入。考虑到前期的能源强度增长率也许会由于状态依存性而对当期能源强度产生一定的影响，因而本文在研究的过程中也考虑了状态依存效应的问题。由于非研发指标并不会对能源强度和研发间的关系产生影响，因而本文仅针对研发指标进行了选择，最终选用了 ，并构建了研究模型，具体如下：

本文对通过进出口总额对国际贸易进行衡量，通过外商投资额对FDI进行描述，选用我国研究与试验发展内部经费支出来衡量研发投入。但由于我国并未公布R&D存量数据，因此本文对R&D存量进行了测算2），在测算过程中应用了永续存盘法，部分年份的测算结果如表7所示。

表7 我国2000—2016年的R&D存量值单位：亿元

采用普通最小二乘法对式（40）进行估计，本文将1988—2016年3）期间我国的相关数据作为样本，基于施瓦兹准则（SC）和赤池信息准则（AIC）对相关变量的滞后期进行选择，结果如下：

将变量实际值代入式（41）可得FDI效应、国际贸易效应、研发效应、状态依存效应，由测算结果可知FDI和研发投入均对我国能源强度的降低产生了重要的正向影响，不过相对而言后者的影响更大。1993—2016年4）由于我国持续增加研发投入，因而使得每年能够降低4.1%的能源强度，贡献率是121%，FDI则使能源强度年均下降0.5%，贡献率是16.05%，能源强度在顺延效应的影响下年均降幅为2.9%，但国际贸易的增加使得我国能源强度每年增长了0.7%。部分年份的测算结果见表8所示。

表8 我国2000—2016年的FDI、国际贸易、研发投入与能源强度关系效应

3.4 能源强度增长率分解结果

综合前文测算得到的产业结构效应、能源价格效应、FDI效应、国际贸易效应、研发效应及状态依存效应，本文对我国1993—2016年5）能源强度增长率进行分解。模型当中的常数可以认为是能源强度变化的一种确定趋势，具体数值为0.049，因此在后文的分解当中，本研究通过合并，将确定性趋势与状态依存效应作为自发效应。由分解结果可知，本文对能源强度增长率能实现较好的拟合，通过计算拟合优度R2=0.857，可以发现，本文构建的模型能够针对我国的能源强度变化进行85.7%的解释。整体而言，研发投入不断增加是我国能源强度持续降低的重要原因。提高研发投入后就推动了相关技术的发展，因而就降低了能源强度；同时，在状态依存下持续增加的研发投入又会进一步降低国内的能源强度。除此之外，提高能源价格后企业通常会选择其他要素进行替代，因而就降低了能源的需求；同时，能源价格的提高也使得企业更为重视节能技术的研发与应用，因而就降低了对能源的依赖；但是产业结构、FDI、国际贸易对能源强度变化的解释微弱。1993—2016年期间，我国能源强度每年平均降低3.4%，我国这一阶段能源价格与研发投入带来的降幅分别为1.4%与4.1%，两者的贡献度分别为40%与121%，FDI与产业结构的贡献度分别为16%与近0%，而自发效应与国际贸易会导致能源强度每年提高2%与0.7%。部分年份的测算结果见表9所示。

表9 内生偏向性技术进步下我国2000—2016年的能源强度增长率分解

从分阶段来看，造成我国能源强度在1993—2006年期间与2007—2016年期间降低的原因存在一定的差异（如表10）：1993—2006年期间，能源价格与研发投入对我国能源强度的变化产生的影响最为显著，在这一期间平均每年会降低2.5%的能源强度，能源价格与研发投入分别带来了3.1%、2.6%的降幅，贡献度分别达125.53%和105.03%；而自2007年起直至2016年，产业结构与研发投入对国内能源强度的变化影响更为明显，在这一时期能源强度年均下降4.6%，而仅研发效应就为-5.4%，贡献度达117.59%，在这一阶段产业结构促进了我国能源强度的降低，贡献度数据为23.89%。

表10 内生偏向性技术进步下我国1993—2016年的分阶段能源强度增长率分解

4 结论

本文从偏向性技术进步的视角重新审视能源强度这一旧课题，由此对我国能源强度不断下降这一违背一般能源消费规律的现象作出解释，得到的结论主要有：第一，在外生偏向性技术进步分解模型下，能源增强型技术进步在我国能源强度的变化中起着主要的解释作用；第二，借用内生偏向性技术进步下的分解模型进一步发现，研发投入的快速增长和能源价格的提高是我国近年来能源强度不断下降的原因，产业结构和FDI在相应阶段对能源强度降幅产生影响；第三，由前文得到的第i产业结构变化对能源强度增长率的年均影响系数 、能源价格增长率对于能源强度增长率的各期累计影响系数，及能源强度增长率关于研发投入、国际贸易、FDI增长率的弹性系数，本文发现产业结构中的二产比重变化对能源强度降幅的拉动作用最明显，具体数值为0.82；拉动作用居于第2位的是能源价格，具体数值是0.605；居于第3位的是研发投入，具体数值为0.364；FDI拉动作用最小，具体数值为0.045；国际贸易对能源强度降幅的影响为负。

注释：

1）因为模型中存在2年滞后期，此部分的测算时间为1983—2016年。

2）根据可获得的资料，R&D存量数据的时间范围为1988—2016年。

3）因R&D存量指标数据的时间范围为1988—2016年，因此模型测算的时间范围为1988—2016年。

4）模型中存在5年滞后期，此部分的测算时间为1993—2016年。

5）模型中存在5年滞后期，此部分的测算时间为1993—2016年。