基于超效DEA的京津冀低碳经济发展效率评价研究

穆莉英， 许娜

(河北科技大学 经济管理学院，河北 石家庄 050018)

一、引言

低碳经济是指通过新能源开发和技术创新等手段降低煤炭、石油等高能耗资源的消耗量，以减少二氧化碳等污染气体排放，达到经济发展与环境保护共赢的一种新的经济形态。自英国首次提出“低碳经济”概念以来，国际社会在各个领域都开展了低碳减排合作[1]。作为我国重点培育的三大经济区之一，京津冀区域肩负着低碳转型的重任。京津冀区域各地市低碳经济发展水平参差不齐，仅北京市低碳经济发展水平相对较高，其他地区距离低碳发展还有一定的差距，河北省仍存在“排放高、收入低、产业结构欠合理”等问题。如何使高能耗、高污染的行业成功转型已成为京津冀协同发展的重要内容之一。

近年来，国内外关于低碳经济的研究主要集中在低碳经济的概念与定位、影响因素分析、效率评价等方面。通过对区域经济的低碳发展效率进行评价，可以深度挖掘地区低碳经济发展的短板和主要制约因素，是区域经济协同发展的一个重要突破口。Sun[2]提出将碳排放强度作为评价一个国家或地区碳排放效率的指标，即单位国内生产总值的二氧化碳排放量。Ramanathan[3]采用数据包络分析模型对能源消耗、碳排放量和GDP的联系进行分析，揭示了全球碳排放效率的时间规律。朱远[4]构建了基于广义碳生产率的碳排放效率测度指标，并对金砖四国进行了实证分析。Zhou等[5]利用环境DEA 模型对18个二氧化碳排放大国进行了二氧化碳减排绩效测度评价。胡玉莹[6]构建了基于非径向和非角度的DEA模型对我国2000—2007年30个省市地区的碳环境技术效率进行了测算。杜克锐等[7]利用随机的前沿分析方法对我国1995—2009年各个省份的碳排放效率进行了测算。余鹏等[8]提出了基于级差最大化组合赋权的TOPSIS灰关联投影动态碳效率评价模型。张军等[9]以绿色“一带一路”为研究背景，对丝绸之路经济带上的32个国家实证测算了低碳发展效率指数。陈艳等[10]运用SBM分析方法测算了长江中游城市群绿色低碳发展的投入产出效率，研究结果表明长江中游城市群绿色低碳效率是显著发散的。

综上，国内外学者对于低碳经济发展效率测评的研究方法主要以数据包络分析(DEA)为主。本文将基于京津冀区域低碳经济发展的现状，选择合适的变量作为评价京津冀区域低碳经济发展效率的综合指标，再利用超效率DEA对京津冀所辖13个城市进行低碳经济发展效率评价分析，同时对评价结果做投入冗余和产出不足分析，为推动京津冀区域低碳协同发展提供理论和实践依据。

二、评价方法

(一)超效率DEA评价模型

数据包络分析(Data Envelopment Analysis，简称DEA)是20世纪70年代由运筹学家Charnes等[11]提出的一种相对效率评价方法。作为综合评价方法，DEA适合于对具有多投入多产出的相同类型部门或单位进行相对有效性评价。近年来，数据包络分析的理论逐步完善，成为运筹学及定量评价的一个重要分支，并在经济生产领域得到广泛应用[12][13]。

最初的DEA模型计算得出的结果会出现多个评价对象同时有效而无法完全排序。为解决全排序的问题，Andersen等[14]提出了超效率DEA模型。近年来超效率DEA 评价模型被更好地应用于经济和计算机等领域[15][16]。CCR模型是DEA的初始模型，也是其他DEA模型的基础，因此本文以此模型为基本模型引入超效率DEA评价模型。

对于第j0个评价对象，建立超效率DEA规划模型为

(1)

其中，Xj=(x1j,x2j,…,xpj)T和Yj=(y1j,y2j,…,yqj)T为第j个决策单元的输入、输出指标数据。u和v是指标权重向量。此线性规划的最优解是第j0个决策单元相对于其他决策单元的评价结果。

低碳经济的发展需要有资金、劳动力等元素的投入，也有其相对的产出元素，比如空气污染的改善和经济发展速度的并存等，因此可以从投入产出的角度，利用数据包络分析的思想对低碳经济发展效率进行技术和规模上的评价分析，从而定量反映区域的低碳经济发展水平，并同时找到产出元素上的差距和投入元素的冗余，为区域低碳经济协同发展的政策制定提供数据定量分析基础。

(二)评价指标体系及指标数据

传统的经济发展效率是指如何以最少的要素投入获得最大的经济产出，因此传统的经济发展效率评价是从资本投入、劳动力投入、科技投入和经济产出等方面进行综合评价。低碳经济发展不仅要追求以最少的要素投入获得最大的经济效率，还要兼顾环境效益。为了提出更加完善的评价标准，确立能够充分反映区域低碳经济发展水平的综合指标体系，在参考借鉴相关研究的基础上，从地区能源资源投入、污染物的排放，以及地区经济发展水平等多方面综合考虑，构建评价指标体系。由于能源投入和污染物排放是相对的，而碳排放量属于非期望的产出，因此在利用DEA的投入产出思想进行低碳经济效率评价时，可将它作为投入指标，这样做也符合“投入越低、期望产出越高”的DEA评价原则，也意味着技术越有效，因此，将能够反映能源投入的碳排放量作为低碳经济DEA效率评价的投入指标。除此之外，引入资本投入和劳动力投入作为投入元素，以地区生产总值作为产出元素，这样构建的投入产出评价指标体系符合经济发展效率评价的一般原则。由于DEA模型要求评价对象的数量为评价指标数量的3倍以上，而本文的研究对象为京津冀区域，评价对象数量仅为13个，因此，本文从能源投入、环境污染、资本投入、劳动力投入、科技投入、经济产出等多种影响因素中选取上述4个没有相关关系的主要影响因素作为低碳经济效率评价的投入产出指标，具体包括3个投入指标：碳排放量、资本投入、劳动力投入，1个产出指标为经济产出。具体指标体系及指标说明见表1。

表1 京津冀区域低碳经济发展效率评价指标体系

碳排放量在我国各地区没有直接公布，而中国城市温室气体工作组基于《中国能源统计年鉴》和IPCC2006给出的碳排放系数对各省(市)区的CO2排放量进行的清单编著也只有2005年和2015年的清单公布于众。由于地级市能源消耗数据的可获得性不高，本研究相关数据基于IPCC2006的计算思路，利用各市能源消耗总量(万吨标准煤×氧化因子×排放系数)的方法得到。由于计算的区域较为集中，可将氧化因子和排放系数统一化，因此，采用各市能源消耗总量(万吨标准煤)等比例代替碳排放量。

为了得到京津冀区域各市的低碳经济发展变化情况，收集了上述投入产出指标2016—2018年的相关数据，具体数据见表2至表4。数据来源于《河北省经济年鉴》(2016—2018年)、《北京统计年鉴》(2016—2018年)、《天津统计年鉴》(2016—2018年)。

表2 2016年京津冀各市投入产出指标数据

表3 2017年京津冀各市投入产出指标数据

表4 2018年京津冀各市投入产出指标数据

三、评价结果分析

(一)相对有效性结果分析

基于以上数据，分别建构京津冀区域所辖13个城市的2016—2018年的超效率DEA模型，利用EMS软件计算相对有效性评价结果(见表5)。计算结果达到(包括)1以上说明该城市的低碳经济发展效率相对于其他城市是相对有效的。计算结果越低，说明该城市的低碳经济发展效率越低，需要从投入冗余和产出不足两方面具体分析其问题所在。从均值可以看出，京津冀区域不同城市的低碳发展效率还是有很大区别的。北京市作为京津冀区域的经济和科技中心，其低碳经济效率评价结果是最高的，均值达到了2.39，而天津市与河北省的大部分城市的评价结果都未达到1，即其低碳经济发展效率比较低。北京市己进入后工业化发展阶段，天津市处于工业化中后期，而河北省仍处于工业化中期阶段，三地区分别处于产业发展的不同阶段，上述低碳经济发展效率的评价结果基本符合京津冀三地的经济发展特征。

表5 京津冀地区各市低碳经济效率评价结果

13个城市的低碳经济发展效率的逐年变化情况如图1所示。北京市2016—2018年的低碳经济发展效率均为有效的，且呈现逐年增大的趋势，2018年比2016年的效率值提高了33%，说明北京市在低碳减排方面的工作成效非常显著，用较少的碳排放、相对较少资金与劳动力投入取得了较好的经济产出效果，其经验值得京津冀区域其他城市借鉴。北京已进入后工业化发展阶段，其经济发展模式已经开始向创新驱动型发展模式转变，未来将以科技作为北京的重点发展战略，科技、知识、人力资本等创新要素成为继续推进城市竞争力提升的核心要素，这也是北京低碳经济发展效率最高的主要原因。

图1 京津冀区域低碳经济效率

天津市的低碳经济发展效率不是很理想，只有2016年的效率值接近1，且2016—2018年呈现出明显的下降趋势。天津市目前处于工业化中后期，对未来的城市发展方向及产业结构体系均作出了明确定位，而且围绕低碳城市的建设目标建立了中新生态城，可以作为承接北京低碳技术研发成果转化为现实生产力的研发转化基地。但天津市低碳经济的发展还需进一步加强，需尽快找到低碳经济发展效率较低的原因。

河北省低碳经济发展效率最高的城市是保定，2016—2018年三年的均值超过了1，是河北省11个城市里唯一均值在1之上的城市，且呈现明显的上升趋势。保定市以建设太阳能城为目标，高度重视新能源产业的发展，目前已形成了较为完整的产业集群，且保定市被确定为我国唯一的“新能源产业国家高新技术产业基地”“可再生能源产业化基地”“太阳能综合应用科技示范城市”。这也是保定市的低碳经济发展效率评价结果比河北省的其他地市高的主要原因。河北省的其他城市低碳效率相对较低，均值在0.8～1之间的城市是唐山、廊坊、衡水，这3个城市的低碳经济发展效率虽然没有达到1，但均接近有效，且整体呈现持平或者上升趋势。唐山市的第二产业起步早，工业体系也较完善，境内的京唐港和曹妃甸两大港口大力发展对外贸易，形成了“内部挖掘+外部合作”的发展形式，推动了低碳经济水平的提高。廊坊位于京津包围之中，积极承接了京津的产业转移，立足建立“绿色之城、教育之城、会展之城”，逐步提升在京津冀区域内的整体竞争力。衡水的低碳经济发展效率能够排在京津冀的均值以上，这与近年来衡水市高度重视环保工作、减少环境污染是分不开的。总之，这3个城市应从近几年的低碳减排工作中甄选有效措施，继续大力实施产业节能低碳改造，推进产业绿色升级，鼓励绿色低碳技术研发，加大碳减排工作力度。有效值在0.8之下的城市为石家庄、张家口、承德、秦皇岛、邢台、邯郸、沧州等7个城市。这7个城市重化工业比重较大，服务业比重相对较小，经济发展还是以传统方式为主，低碳技术创新能力较弱，资金支持不足，环境系统较差，高附加值产品少，耗能严重，能源利用率较低，将作为河北省低碳减排的重点城市。尤其石家庄作为河北省省会城市，具有政策方面的优势，因此可以出台相关优惠政策，吸引外资注入和引进国外先进的低碳技术，且在自身发展的同时，也需要承担帮助南部邻接城市邢台、邯郸两市发展低碳经济的责任。

(二)投入冗余和产出不足分析

利用DEA进行效率评价，不仅能够得到最终的相对效率值，而且可对投入指标进行冗余分析，对产出指标进行不足分析。下面将利用EMS软件得到的2016—2018年各市的超效率DEA结果的投入冗余和产出不足取均值(见表6)，从中找到未达到低碳经济相对有效的城市的问题所在，为政府和相关部门有针对性的制定相关政策措施提供依据。

表6 京津冀地区各市低碳经济投入冗余与产出不足结果

由表6可以看出，京津冀地区13个城市均不存在产出不足的问题，即不需要再进一步加大追求地方生产总值(GDP)的步伐，这与“十三五”规划以来我国的经济增长要求也是一致的。而对于投入指标，除了北京市各投入指标均不存在冗余之外，其他城市在不同的投入指标上均有一定程度的冗余，这说明其资源配置效率还有待提升。其中，天津、石家庄、唐山、沧州和邯郸等市主要是能源消耗和资本投入方面存在较大的投入冗余，因此在提升城市的低碳经济建设效率时应着重从这两方面降低投入；张家口、承德、秦皇岛、廊坊和邢台等市的投入冗余主要体现在能源消耗和劳动力投入方面，这5个城市的低碳经济建设应首先考虑降低高能耗资源的消耗量和提高劳动力生产效率；保定市的整体低碳经济效率已达到相对有效，但是综合2016—2018年的评价结果来看，在资本投入和劳动力投入方面还有降低的空间，衡水市的情况与保定市类似。

四、研究结论与对策建议

(一)研究结论

在构建京津冀区域低碳经济发展效率的超效率DEA模型的基础上，对所辖13个城市2016—2018年的低碳经济效率做出综合评价，并对评价结果进行投入冗余与产出不足的分析。评价结果显示，天津市及河北省多数城市存在能源消耗过多、资源利用效率低下等问题，究其原因，主要是受低碳技术投入不够与产业结构升级的交叉影响。只有北京市和保定市低碳经济发展效率相对于京津冀其他城市是有效的，而北京市作为京津冀的经济核心区域，其低碳经济发展效率连续三年都达到1以上，是京津冀区域里最高的。其次为天津、唐山、廊坊、衡水，这4个城市的低碳经济发展效率虽然没有达到1，但均接近有效，且整体呈现持平或者上升趋势。有效值较低的城市为石家庄、张家口、承德、秦皇岛、邢台、邯郸、沧州，将作为河北省低碳减排工作的重点。由投入冗余和产出不足分析可以看出，京津冀地区13个城市均不存在产出不足的问题，而对于投入指标，除了北京市各投入指标均不存在冗余之外，其他城市在能源消耗上的投入冗余较为显著，其次是资本投入；天津、石家庄、唐山、沧州和邯郸等市在能源消耗和资本投入两方面均存在较大的投入冗余，因此在提升城市的低碳经济发展效率时应着重从这两方面降低投入，提高资源配置效率。保定市和衡水市在资本投入和劳动力投入方面还有降低的空间；张家口、承德、秦皇岛、廊坊和邢台等市的投入冗余主要体现在能源消耗和劳动力投入方面，因此这5个城市的低碳经济建设应首先考虑降低高能耗资源的消耗量和提高劳动力生产效率。

(二)对策建议

由上述研究结论可以看出，京津冀区域所辖市区除了北京市之外，其余城市在能源消耗上的投入冗余最为显著，其次是资本投入，因此，本文从这两方面提出相应的对策建议。

第一，扩大清洁能源的利用，优化能源消费结构，加快可再生能源开发力度，以提高能源效率。以“高能耗、高产出”的邯郸市、唐山市为例，应加快推广洁净煤技术，因地制宜地探索可再生能源，在最大程度上降低煤炭的消耗比重，让清洁能源成为能源消费中的主导。对于具体行业的生产能耗成本也要提高其技术需求的敏感度，以技术创新为导向，努力提高能源利用效率，降低企业生产的能耗排放成本。而且，京津冀有丰富的教育资源和众多科研院所,京津冀地区尤其是河北的企业,应积极加强与高校、科研院所在低碳技术研究领域的合作，将科技成果转化为现实生产力。

第二，政府应为低碳经济发展提供更多的政策与资金支持。对于利用先进技术实现节能减排目标的企业，政府可以给予一定的优惠政策，例如减免税收、直接财政补贴或优先获得融资等，以激励企业低碳发展的积极性；对不进行技术改造、污染环境比较严重、耗费能源较多的企业则可以采取高额罚款或不给予融资机会等惩罚政策，以促进企业创新力和竞争力的提高，进一步扩大低碳经济的发展规模。除此之外，和其他城市群相比,京津冀区域在新能源领域有着不可比拟的优势,京津冀区域可以充分利用北京的政治优势、天津的制造业优势、河北的资源优势，将三地的优势统一为整体，争取国家在政策、资金、技术方面的支持。