能源强度对工业绿色转型的影响:创新效应视角

侯 建 ,白婉婷 ,陈建成 ,严文华

(1.河南农业大学 信息与管理科学学院,郑州 450046;2.北京林业大学 经济管理学院,北京 100083)

当前,中国能源资源过度使用对人类健康、生态环境与经济发展等诸多方面带来了巨大挑战,尤其是雾霾污染所形成的“灰色长城”迅速凸显。相对日本而言,中国的能源利用率仅占到1/3左右,但对能源的消耗量却远远高于包括日本在内的主要发达国家。因此表明,传统的工业增长模式所带来的能源消费水平增加、能源利用率低下等问题难以适应经济高质量发展的需要,降低能源强度以促进工业绿色转型迫在眉睫。“绿色转型”本质上不仅强调在经济发展中更加关注绿色化、质量化,而且强调在生态文明建设中注重可持续化发展方式。工业绿色转型既要体现在绿色全要素生产率的提升,还应体现在环境质量提升、能源利用率、污染排放减少以及经济持续发展等各项指标的完善[1]。由此可见,工业绿色转型不仅是新常态下产业升级和经济高质量发展的必要前提,更是促进国家生态安全的重要保障。

能源消费水平的不断提高对中国环境问题产生了重要影响,尤其是在工业化和城市化过程中,中国的能源消耗量持续增加的状况在短期之内恐难以得到有效的解决,能源利用率的低下将会对生态文明建设带来巨大的压力,而能源消费水平的不断增加和经济快速增长之间的矛盾就要求以更先进、更前瞻的创新模式来解决中国当前的生态环境问题[2]。同时,能源系统是一个较为复杂的系统,能源强度会受到经济、社会等因素的影响,它反映了经济发展过程中对能源的利用效率,是衡量绿色经济发展程度的重要指标[3]。在保持中国经济稳定增长的过程中,工业的主导地位不可动摇,因此,降低工业能源强度不仅是中国经济高质量发展的必然要求,更是关系到全球绿色发展和竞争的重要标准。

为了推动工业绿色有效转型,需要以更科学、更优越的创新效应模式来保障中国的生态文明安全,以此推动行业的绿色转型升级。创新效应的实现须在充分发挥自身优势的基础上,增强行业间自主创造能力,促进创新主体和生态环境间的有效平衡。研究表明,不管是直接通过技术创新所产生的影响,还是间接产生的影响,都会对自己所在区域以及在空间上相近和经济基础相似地区的绿色转型发展产生正向的辐射效应[4]。此外,Li等[5]使用省际面板数据分析创新对工业绿色发展各因素的作用,证实区域工业绿色发展水平与创新之间呈倒U 型关系。值得注意的是,由于驱动工业绿色转型的因素众多,故在研究促进中国工业绿色转型的影响方面会有所差异,由此就产生了一个进一步研究和分析的方向:在中国不同的工业行业中,由于创新效应产生的差异,目前,能源强度对于绿色转型存在怎样的作用机制和内生差别? 降低能源强度是否能促进工业绿色转型? 如何在创新效应水平下通过降低能源强度,促进工业行业绿色生态转型发展,以缓和能源消费环境和经济发展之间的矛盾,带动行业绿色健康发展?

综上所述,在保障全球生态文明安全的战略背景下,对中国行业的能源强度进行系统分析,进一步研究能够促进工业绿色转型的影响因素和路径选择,从而为决策者在能源保护和生态安全方面提供更多的视角和方案。

1 文献综述

众多研究表明,产业结构、自主研发、技术进步、环境规制等因素显著影响中国能源强度的变化[6-8]。随着工业化进程日益加快,中国能源消耗及能源储备压力迅速增长,如何降低能源强度,实现中国工业发展的绿色转型已成为学术界的一个研究热点。基于1975～2013年期间金砖四国绿色增长的4大影响因素分析,Zaman 等[9]发现,环境变量是影响经济可持续发展的关键。综合相关研究可以发现,近20年来,绿色增长主要是由技术进步推动的[10]。Zhu等[11]提出了技术进步是影响绿色TFP最重要的因素,而下降的规模效率和管理效率是两个抑制因素,技术变化是促进绿色生产力的主要来源。Wang等[12]利用面板阈值回归技术测算了20国集团国家正式与非正式环境法规对于绿色增长的影响,研究结果表明,以环境相关技术和教育水平为代表的非正式环境法规对绿色增长的影响是积极且显著的。

本文从创新效应角度探讨能源强度对工业绿色转型的影响。研究表明,新能源技术改革是促进中国工业绿色转型的重要因素,其产生的影响会显著提升中国工业绿色转型效率[13]。对此,Chen等[14]认为技术创新的作用是无可替代的,在保持区域绿色可持续发展中占据重要地位。同时,在产业层面,Miao等[15]通过随机前沿分析方法表明,技术创新对战略性新兴产业的绿色转型产生了显著的正驱动作用,并呈现出发展趋势。此外,在技术创新方式选择方面,岳鸿飞等[16]认为在实现绿色转型的方式中自主创新与政府支持发挥着关键作用,但由于行业性质不同,影响绿色转型的方式也有所差异。

综上所述,针对已有研究的不足和需要改进之处,本文从如下3个方面进行完善:

(1)现有工业绿色转型因素的研究着重于环境规制和技术创新等方面[17],研究层面也仅局限于区域上。基于此,本文将研究聚焦于工业层面,研究在不同工业行业间的绿色转型水平及其存在的差异性。

(2)已有研究极少讨论能源强度和工业绿色转型之间的关系。因此,本文从创新效应视角研究能源强度对工业绿色转型的影响,为促进工业绿色转型提供更多的研究路径和政策方案。

(3)已有研究极少关注相关经济变量可能存在的非线性关系[18],而且忽略变量之间可能存在的内生性关系。因此,本文从创新效应视角探讨能源强度和工业绿色转型之间的关系。

2 中国工业绿色转型测度

2.1 Super-SBM 模型设定

通过借鉴中国社会科学院工业经济研究所课题组[19]、Hou等[20]以及彭星等[21]的研究成果,本文将工业绿色转型归结为两个方面:一方面从工业增长模式而言,强调从粗放型工业向集约型工业转化的过程;另一方面从工业污染控制而言,强调从高碳型污染方式逐渐降低能耗实现节能减排的过程,两者相互统一,并行纳入产业结构优化升级和绿色技术创新中。同时,绿色全要素生产效率包含绿色技术进步指数、绿色纯技术效率指数、绿色规模效率指数和绿色技术规模变动指数[22],本文采用工业绿色全要素生产率与工业经济增长率的比值作为衡量工业绿色转型的指标[20]。

工业绿色转型的测量可以利用非期望产出的Super-SBM 模型进行评估。Super-SBM 模型在有效处理投入产出变量的松弛性问题和非期望产出的拟合性问题方面具有明显优势。此外,它能对多个有效决策单元(DMU)进行对比分析[23],这种估计方式能兼顾科学性、有效性和合理性。

基于Super-SBM 模型特征,本文在构建工业绿色全要素生产率的测算指标时,选取工业行业从业人员均值作为劳动投入指标;以分行业工业企业固定资产净值平均余额作为资本投入指标[24],以工业行业的能源消费总量作为能源投入指标。为了保证数据的可获得性,数据处理过程中按标准煤折合系数的方式将其转化为万吨标准煤。此外,工业行业的期望产出以主营业务收入计算。工业废水排放量、工业废气排放量以及工业固体废弃物是导致环境质量降低的关键因素,故将这3种指标作为工业行业的非期望产出。

2.2 中国工业绿色转型测算结果及分析

由表1和图1可见,2010～2016年,中国工业绿色转型的平均值仅为-0.081 38,说明中国工业绿色转型的水平整体还比较低,具有很大的发展空间,以粗放型为特点的传统工业发展模式仍然存在,这也与文献[21]中的研究保持一致。其主要原因是,在工业发展的早期阶段,不合理的传统工业增长方式给中国的生态环境造成巨大影响,这明显不利于中国工业绿色转型水平的提高。综合来看,不同工业的行业之间在资源条件、产业结构以及经济基础等方面存在差异。具体而言,饮料制造业、烟草制品业、纺织服装、鞋、帽制造业以及家具制造业等行业的转型水平较高,原因在于它们拥有重产出、低投入、轻污染的先天优势。但是,对于以工业品和农林品等作为原料的纺织业、造纸及纸制品业、印刷业和记录媒介的复制、有色金属冶炼及压延加工业等行业工业绿色转型水平较低,原因在于这些行业创新驱动不足、技术创新效率较低,能源消耗较高且污染比较严重。

图1 工业行业绿色转型平均水平(2010～2016年)

从变动趋势上看(见表1),以2012 年为分界线,在此之前,中国大多数工业行业的绿色转型水平保持稳定态势,此后出现了下降趋势。其原因是,在“十二五”时期,政府推出了多项节能减排政策,促进了工业绿色转型。然而,由于技术水平的影响限制、创新驱动不足以及工业规模持续扩张等因素的影响,反过来在一定程度上刺激了工业的发展,使得能源消耗水平有所增加。一些电子设备制造的相关行业绿色转型水平很低,甚至出现负值,而烟草制品业、纺织服装、鞋、帽制造业和家具制造业等行业在样本考察范围内已经实现了工业绿色转型,并呈现出稳定发展的态势。

表1 工业各行业绿色转型水平(2010～2016年)

整体而言,转型中的工业技术基础较差,节能减排效率较低,生态环境压力仍然较大。因此,中国工业绿色转型仍任重道远。

3 动态面板门槛模型构建

3.1 动态门槛模型

显然,不同行业之间是有差异的,忽略行业间创新效应的影响将会使评价结果产生偏差[4],故采用Hansen[25]提出的面板门槛模型,并基于此进行了改进。首先通过Hansen模型估计出相应的门槛数值,再利用该数值来划分不同的门槛等级,研究在不同的门槛水平下能源强度对工业绿色转型的影响。同时,采用系统GMM 估计法[26]评估不同区间水平下具体的斜率系数,进而描述其动态变化趋势。

本文以分行业工业绿色转型(IGT)为被解释变量,以能源强度(ENE)为核心解释变量,以创新效应(INO)为门槛变量,并加入规模效应(NUM)、要素结构(ESS)、外商投资(FDI)和出口(EXP)等一系列控制因素,分析在中国工业各行业中不同的创新效应门槛水平下能源强度对绿色转型的作用。进而设定面板门槛模型(以单一门槛为例)为

式中:L1为滞后一阶变量;L2为滞后二阶变量;I(·)为指示函数;γ为变量门槛值;μi为个体的特定效应;Vt为时间的特定效应;εit是随机干扰项。

3.2 变量与数据

本文主要测算能源强度、创新效应与工业绿色转型的关系。其中,能源强度(ENE)作为衡量能源利用效率的重要方式,在一定程度上反映了能源消费的产出效益。由于中国工业各行业之间资源要素和基础设施的不同,在一定程度上会影响行业间的能源消费情况。同样地,就整个工业而言,其内部所存在的规模结构和地理环境的不同,能源强度的影响变化也会有所不同。因此,本文选择用不同单位产出所需要的能源使用总量来衡量中国工业行业能源强度,计算方式为:行业能源消费/行业总资产。在中国,有效发明专利指标可以在一定程度上规避政策原因引起的“专利泡沫”困扰,故以行业有效发明专利数来衡量创新效应(INO),以更好地展现工业技术创新的动态能力[27]。工业绿色转型(IGT)指数计算方式如3.1节所述。学界对创新效应的影响还没有形成统一的看法,多数学者认为,一定程度的创新会对企业的技术进步产生激励作用,从而能够提高能源利用率,促进绿色发展。与此相反,创新可能产生一定的负效应而不利于企业生产效率的提升[17]。

参考已有文献[23,28-30],本文还设置了一系列控制变量。①适当的规模扩张在一定程度上对工业绿色转型起到促进作用,因此,本文用单个行业的企业数量来衡量规模效应(NUM)。②行业要素结构(ESS)用行业总资产与行业年平均从业人数比率表示。③外商投资在促进中国工业绿色转型中发挥着重要作用,故在进行外商投资(FDI)测量时选用各工业行业外商和港澳台商投资的资产额与本工业行业总资产的比重表示。在衡量出口(EXP)时用单一指标即行业的出口交货值来测算。

表2给出了所有变量的统计表述。2009年中国宣布了一项关于绿色转型的规定:决定在经济方面进行绿色转型。由于政策的出现到实施效果呈现需要接受时间检验,故选取2010～2016年的数据来反映政策颁布后7年间中国工业行业绿色转型情况。各指标数据来自《中国统计年鉴》《中国工业统计年鉴》《中国能源统计年鉴》《中国环境统计年鉴》和《工业企业科技活动统计年鉴》。其中,利用GDP平减指数和固定资产投资价格平减指数将名义变量测算为实际变量,以2010年为基期。

表2 变量的统计表述

4 能源强度对中国工业绿色转型的行业异质门槛效应

4.1 门槛效应检验

根据门槛效应检验结果(见表3)可知,创新效应的双重门槛和三重门槛都没有通过检验,只有单一门槛在5%的显著水平上通过了检验,故采用单重门槛模型进行估计。

表3 门槛显著性检验

根据门槛理论,创新效应的单重门槛值为8.071且在95%置信区间[7.847,8.071]内,具体结果如表4 所示。由此可以划分为低创新效应(INO≤8.071)和高创新效应(INO>8.071)两种类型。同时,图2反映了门槛变量的估计值和置信区间。综上结果可知,能源强度驱动工业绿色转型存在显著的创新效应单门槛结果。

表4 门槛值估计结果和置信区间

图2 门槛置信区间结构

4.2 动态门槛回归估计

根据上述门槛值的区间划分,进一步分析能源强度对中国工业绿色转型的影响。

表5呈现了在不同创新效应门槛水平下能源强度对工业绿色转型的影响。在创新效应较低的情况下(INO≤8.071),能源强度对工业绿色转型的影响呈现显著的负向效应;相反,随着创新效应水平的提高并进一步跨越阈值(INO>8.071),能源强度对工业绿色转型存在显著的正向影响,即此时降低能源强度能够有效地促进工业绿色转型。上述结果证明了能源强度和工业绿色转型之间具有明显的门槛效应。较低水平的创新效应并不利于降低能源强度驱动工业绿色转型,而随着创新效应水平的提高并突破“临界点”,则有利于通过降低能源强度来进行工业绿色转型。

表5 参数估计结果

对于促进工业绿色转型的其他驱动力,现阶段中国规模效应和行业要素结构对驱动工业绿色转型都产生了显著抑制作用。虽然规模效应在一定程度上能增加经济效益,但反过来也刺激了生产,增加了资源利用强度,从而破坏了生态环境,这在一定程度上不利于中国工业绿色转型。另外,对于整个中国工业而言,其行业性质难以实现完全的转化,工业产业转型升级仍然未能充分完成,这在一定程度上不利于中国工业绿色转型发展。相对而言,出口贸易对工业绿色转型的作用是正向的。其原因可能是,中国重视对出口贸易方面的管理,使得资金的流动范围也在不断扩大,倒逼着国内一些工业行业被迫进行转型[31]。外商投资与工业绿色转型呈现负相关关系,但两者效应关系并不显著。这主要是因为发展中国家在承接外来企业时对环境标准要求较低,而发达国家为了缓解本国经济发展和生态保护之间的压力,往往在进行产业转移时会将一部分污染型企业转移出去,这使得发展中国家的环境质量下降,不利于工业绿色转型。因此,有必要协同政府加强对环境质量的引导,实现绿色技术创新。

最后,由Hansen过度识别检验知,P=0.439,在10%的水平上不能拒绝模型工具变量的设定是合理的原假设。一阶自相关模型AR(1)、二阶自相关模型AR(2)检验不拒绝“扰动项{εit}无自相关”的原假设,同时表明,所设模型及采用系统GMM 是合理且稳健的[18,32]。具体结果如表6所示。

表6 一阶自相关模型AR(1)与二阶自相关模型AR(2)检验

5 讨论

一般而言,创新效应对于促进工业绿色转型具有重要作用。本文结果显示,中国能源强度对工业绿色转型的影响因创新效应水平的不同而呈现出非线性关系。具体而言,当创新效应处于较低水平时,降低能源强度对中国的工业绿色转型起到的促进作用不明显;当创新效应水平不断提高并且跨过临界值时,所呈现的结果会有所不同。本文认为,在高排放、低效率的工业增长方式下,各行业都需要引进绿色清洁技术并协同政府规制来激发创新效应,以此提高能源利用率,促进工业绿色转型。

当创新效应处于较低水平时,多数行业受制于长期高能耗生产模式的锁定效应以及创新效应不足的影响,短期内对先进技术的消化和吸收能力有限,加之能源节约型技术创新发展滞后[33],致使能源利用效率的提升和某些技术要素之间互相消弭[34]。进而导致能源强度增高,不利于中国工业绿色转型。

相对的,随着创新效应水平的进一步提高,那些依赖于外来技术的行业则可以借助自身优势进行绿色技术创新,并且随着产业结构的不断优化,进一步降低企业利用绿色清洁技术的成本,有利于推动中国工业行业绿色转型[35-36]。此外,部分高污染、高耗能企业会退出市场,而重视绿色技术创新企业的市场竞争力会得到提升。

总之,当创新效应水平提升至行业承受范围之内时,能源强度对工业绿色转型的促进作用是较为明显的,同时,随着创新效应水平的不断提高,会倒逼企业节能减排,降低能耗,从而促进工业绿色转型。

6 结论

利用Super-SBM 效率测度技术对中国工业绿色转型水平进行了测量,在此基础上,设立了动态面板门槛模型,从创新效应视角进一步分析了能源强度对不同行业绿色转型的影响。所得结论如下:

总体上,中国工业绿色转型的平均值为-0.081 38,说明中国工业绿色转型还没有实现,尤其是食品制造业与造纸和纸制品等行业对能源资源的依赖性未有减弱。工业绿色转型升级任务任重道远。

能源强度对于工业绿色转型的作用受到创新效应水平的显著影响。较低水平的创新效应并不有利于提高能源利用率来驱动工业绿色转型,而随着创新效应水平的提高并突破“临界点”,在一定程度上有效降低了能源强度,进而促进工业绿色转型。

在推动工业绿色转型的其他影响因素中,出口贸易可以促进中国的工业绿色转型水平,规模效应和行业要素结构却呈现出相反的结果,在一定程度上对工业绿色转型的作用相对不利。此外,外商投资在其中的作用也有待进一步研究。

根据上述研究结果,本文提出如下政策建议:

(1)针对传统工业发展模式所带来的能源消耗和生态破坏等问题,应加快清洁技术的研发,逐步淘汰不适应经济发展和社会需要的落后产业,推进产业集聚来合理配置资源,提升能源利用率。

(2)要格外重视行业之间的差异性,因地制宜、因势利导,根据不同行业的具体情境进行绿色转型。此外,要注重激发企业创新活力,适当加大对科技以及人才的投入,优化人才引进机制,以降低对外来绿色清洁技术的依赖,缓解成本压力。

(3)在进行工业绿色转型的过程中还要关注不同行业所具有的基础。对于创新效应水平较低的行业,应坚持优胜劣汰的原则,将高耗能、高排放、高污染以及技术水平相对落后的行业进行优化重组,发挥优势行业的先锋作用,引导产业结构调整,同时也要增强其绿色技术创新能力,加强对外商投资者的识别和监督,确保引入有利于促进工业绿色转型的外商投资;对于创新效应水平较高的行业,应充分发挥“创新补偿”带来的竞争优势,适度加强行业绿色技术创新和制度创新,降低能源强度以驱动工业绿色转型升级。