中国三次产业全要素能源效率研究——基于超效率SBM模型的分析

聂毓敏，韩 立

（宁夏大学经济管理学院，宁夏 银川 750021）

能源对经济社会的发展起到了极大的助推作用，随着经济的快速发展，能源所带来的矛盾也日益凸显，一方面是能源需求的快速增加，一方面是能源供给的不足和各种限制，最后还有由于能源消费所带来的生态环境破坏。这三者之间的冲突与日俱增，因此能源问题已经成为世界性关注的焦点。中国作为世界第二大经济体，能源问题已经成为影响发展和进步的关键性因素。根据《2019年Bp世界能源统计年鉴》数据显示，2018年，中国占全球能源消费量的24%和全球能源消费增长的 34%，中国连续18年成为全球能源增长的最主要来源，2018年中国二氧化碳排放量占世界二氧化碳排放总量的27.8%，是世界二氧化碳排放量最多的国家。因此，能源矛盾是我们能够应对气候变化所带来的全球性挑战，实现经济、社会和生态的可持续发展必须面对和亟待解决的问题。

如何化解和应对能源矛盾，就要从问题入手，可以有以下思路：一是开源，二是节流，三是增效。Murray G patterson(1996）对能源效率的概念、指标和方法进行了描述和讨论，指出能源效率一般而言，是指用较少的能源生产同样数量的服务业或有效产出，就是以最少的投入，获得最大的期望产出以及最低的非期望产出。以中国目前所处的发展阶段和发展现状，提高能源的利用效率是解决能源问题的必然路径之一。

1. 研究方法

数据包络分析（ Data Envelopment Analysis,DEA）由美国的Charnes、Cooper和Rhodes三人于1978年首次提出，是指一种基于被评价对象间相对比较的非参数技术效率分析方法。因此他们创立的第一个DEA模型以三人姓名的首字母来命名，即CCR模型，该模型假设规模收益不变。DEA原理相对简单，尤其是在对多投入多产出的效率分析时具有明显的优势，因而其应用范围迅速扩展到农业、环境、能源、医疗、教育、金融等多个领域。

1.1 SBM模型

原始的DEA模型没有体现无效DMU的当前状态与强有效目标值之间差距的松弛改进部分，Kaoru Tone于2001年提出的SBM模型（Slack Based Measure），有效地解决了这一问题。在某一领域发展的过程中，有好产出也有坏产出，也就是期望产出和非期望产出，Tone的SBM 模型中没有包含非期望产出，但非期望产出又是普遍存在的。基于这一考虑，Tone和Cooper等人在2007年定义的模型中加入了非期望产出，这一改变，使该模型广泛地应用于能源、生态和环境等各领域中的效率评价中。潘丹等（2013）、田伟等（2014）分别选用不同的非期望产出指标，利用SBM模型对中国农业生态效率进行了评价和分析。杨清可等（2014），以长三角地区16城市作为研究对象，加入使用过程中产生的环境外部负效应对其土地利用效率进行评价。方琳等（2018），对中国31个省市1998～2015年农业用水效率，利用非期望产出SBM模型进行了测算。本文所设置的产出包含了二氧化碳这一非期望产出，因此构建如下包含有非期望产出的SBM模型：

s.t. Xλ+s-=xk

Yλ-s+=yk

Bλ+sb-=bk

λ，s-，s+≧0

1.2 超效率SBM模型

在DEA模型分析结果中，通常效率值小于1为无效，等于1为有效，也就是在有，效率值都为1，这些DMU无法进行比较。为解决这一问题，Andersen和petersen 在1993年构建了“超效率”模型，用于对有效DMU进行进一步的区分和比较。将包含有非期望产出的SBM模型与超效率模型相结合，构建如下基于非期望的超效率SBM模型：

以上模型所设计变量，其中：λ为DMU的线性组合系数，m种投入，q种产出，n个DMU，分别表示投入、期望产出和非期望产出的松弛变量。

2. 指标选择与数据来源

本文将采用非径向规模报酬可变下，引入非期望产出的Super-SBM模型，测算中国十年间（2008-2017年）的三次产业的全要素能源利用效率，并进行Malmquist指数分解，考察中国三次产业中各行业的能源利用效率时空演变过程和变化特征。基于能源消费数据来源的限制，将三次产业进行进一步的行业细分，第一产业为分为农、林、牧、渔业，第二产业分为采矿业、制造业、电力燃气及水的生产和供应业、建筑业共四大行业，第三产业分为交通运输和仓储邮政、批发零售和餐饮住宿、其他共三大行业。 由于农、林、牧、渔业各自的能源消费数据的缺失，因此将第一产业作为一个决策单元。指标选取劳动力、资本投入以及能源消费量为投入指标，GDp为期望产出，二氧化碳排放量为非期望产出。相关数据主要来源于《中国统计年鉴》《中国能源统计年鉴》《中国工业统计年鉴》《第三产业统计年鉴》等。

2.1 投入指标

2.1.1 劳动力投入

选取各行业每年年初就业人数与年末就业人数的平均数作为劳动力投入。

2.1.2 固定资本投入

本文选取2008-2017年的资本存量作为资本投入指标，测算方法采用“永续盘存法”(perpetualinventory method)，测算公式为：

其中t为第t年，K为资本存量，I为当年固定资本投资额，δ为折旧率。固定资本投资额根据固定资产投资价格指数进行指数平减。折旧率会随着时间的不同、地域的不同以及资产类别的不同而发生很大的变化，因此这里采用单豪杰（2008）所估算的综合折旧率10.96%。第t-1年的资本存量，以2008年为计算基期，基期资本存量的测算参考1999年Hall的增长率法，公式如下：

2.1.3 能源消费量

以《中国能源统计年鉴》中分行业的不同种类能源消费量作为文中各行业能源消费指标。

2.2 产出指标

2.2.1 国民生产总值GDp

为排除通货膨胀所造成的物价水平变化，本文根据GDp指数将各行业各年名义GDp进行平减处理，得到其以2008年为不变价格的实际GDp。

2.2.2 二氧化碳排放量

能源消费所排放的二氧化碳量无法从相关统计资料中获得，只能通过估算，本文借鉴《IpCC 国家温室气体指南》中的权威方法对三次产业中各行业能源消费所产生的二氧化碳进行测算。

3. 实证结果分析与评价

运行软件MAXDEA8.0，得出相应能源利用效率结果。

表1 中国三次产业全要素能源效率

从表1 中可以发现，第二产业能源利用综合效率明显高于第一和第三产业，效率均值排名前三位的都属于第二产业，都表现为有效，农业牧渔和交通运输仓储邮政业效率均值为无效，第二产业的能源利用高效率主要来自于较高的纯技术效率。根据非导向的模型运行结果可知，造成第一产业效率较低的主要原因来源于其投入和产出两方面的无效率，投入的无效率主要表现为劳动力投入大于目标值，而资本存量值小于目标值，产出的无效率主要来源于二氧化碳排放量大于其目标值。交通运输和仓储邮政业能源利用效率较低主要来自于投入的无效率，包括劳动力与资本的投入不足以及能源消费量的增加。从表中可以看到，2009年交通运输和仓储邮政业的效率值明显下降，分析可能的原因，从中国汽车工业协会所发布的中国汽车销售量数据显示，2009年中国的汽车销售量同比增长45.46%，而2008年只有6.7%。产出的无效率对其效率的影响弱于投入，主要来源于CO2排放的超量排放。

将超效率SBM模型输出结果进一步进行处理，分解为混合效率MIX、纯技术效率pE和规模效率SE。对于混合效率值，制造业在2008-2017年间全部有效，表现出明显的高效率，农林牧渔和第三产业中的其他行业分别只有2008年和2015年为有效，剩余年份均无效。均值排名前两位的分别是制造业和电力热力及水的生产供应，都属于第二产业。第三产业中只有批发零售和餐饮住宿业的混合效率均值有效，排名第三位。因此各产业的混合效率，第二产业最高，其次是第三产，最后为第一产业。对于纯技术效率，均值排前三位的都属于第二产，八大行业中交通运输和仓储邮政业的技术效率的均值为无效。对于规模效率，各行业整体表现为低效率，其中第二产业各行业的规模效率值又明显低于其他各行业 。从图1中可以观察到，三次产业整体来讲，纯技术效率要明显高于混合效率与规模效率。

图1 中国三次产业中各行业分解效率均值分布

4. 结论与建议

4.1 结论

本文基于DEA方法，通过非期望的超效率SBM模型对中国三次产业的全效率能源利用效率进行了测算与比较分析，得出如下结论：

一是从全要素能源效率来看，属于技术密集型的第二产业的能源利用效率普遍高于第一与第三产业，而三次产业总体规模效率偏低。第一产业效率较低，作者认为主要原因就是机械化程度偏低，不能释放剩余劳动力，造成了投入高，有效产出低。第三产业中，能源消费的主要去向就是交通运输，而交通运输的效率均值排名最后，造成其低效率的主要原因是纯技术效率不足。

二是第二产业的全要素生产率普遍低于第一和第三产业，造成这一的原因，可以从第一条结论中找到答案，也就是技术密集型产业的进步速度较慢，因此，第一和第三产业的能源利用效率相比第二产业则具有更大的进步空间。

三是第二产业的能源消费量要远高于第一和第三产业，结合第一条结论，进一步证明了仅以能源作为决定要素的单要素能源效率分析法的片面性。

4.2 建议

基于以上结论，为促进中国社会、经济和生态的可持续发展提出如下建议：

一是在目前普遍关注工业能源利用的背景下，同样应加强对农业和服务业的能源利用的研究力度。根据所处行业的具体特性制定和采取相应的政策措施，从劳动力、资本以及技术水平寻找突破口。农业的能源利用效率问题，要进一步完善和制定相关土地政策，将分散的土地集合成片，这样才能开展机械化作业，提高农业的机械化水平，减少劳动力投入。探讨和解决，也就是中国目前正在实施的供给侧改革中的去产能，就是针对工业自身的特点，淘汰落后产能，转移相对过剩劳动力，进一步提高工业整体的技术水平，进而提高工业的全要素生产力。

二是鼓励创新，完善创新驱动机制，为能源效率的提高创造其成长的良好环境。要提高能源利用效率，科技是关键。积极引进高新技术及相应企业，加强人才交流，重点进行专业人才的培养，并建立健全技术的传导机制。政府制定相关的财政、税收等方面的优惠政策，推动和鼓励企业对先进技术的推广和应用。

三是在探讨传统能源问题的同时，要引入清洁能源，从清洁能源中找到传统能源的替代品，降低传统能源的消费量，对不同的能源组合探寻最佳的组合方案。