技术进步视角下我国能源强度研究

王富忠

（浙江科技学院 经济与管理学院，浙江 杭州 310023）

一、引言

从技术进步角度来看，计算机的发明以及之后的科学技术的快速发展，社会生产力快速提升，人类进入了“大量生产—大量消费”的时代，能源消费巨大，资源环境因而面临较大压力。随着我国改革开放以来经济的快速发展，煤炭依赖、能源资源紧张以及粗放型增长所导致的环境压力越发凸显。

近些年我国非常重视环境保护和节能减排，可持续发展理念深入人心。随着我国对于环境问题及能源安全的日益重视，践行“双碳”战略，就要不断减少对高碳能源的消费需求，破除长期以来对传统能源的依赖，要增大其他清洁能源的使用量，还要通过种植树木等其他形式，全方位减少能源消费和碳排放。目前，我国煤炭消费占比由20 世纪末的70%左右下降到如今的56%左右。其他能源，如天然气、水电、风能、核能等能源的消费占比也有了较大程度提升，能源结构正在逐渐改善。中国作为全球最大的能源消费国之一，优化能源消费结构，践行低碳农业、低碳工业和低碳生产性服务业的科技发展之路十分必要。

二、文献综述

从技术进步和外商直接投资视角对能源强度进行研究的文献不多，其研究视角基本上可分为以下几类：

一是技术进步或技术创新的抑制影响。

Welsch&Ochsen(2005)研究认为，技术进步有利于节省能源[1]。冯永晟等(2020)、魏丽莉和陈熙(2022)等的研究也认为，技术进步有利于降低能源强度或节能降耗，能源增长型技术水平的提升显著地抑制了我国的能源强度[2，3]。就研发投入而言，刘慧慧、许超(2020)认为，研发投入有利于抑制我国能源强度[4]，但也有观点认为，R&D 支出对抑制能源强度并没有表现出明显的积极影响[5]。

二是外商直接投资(FDI) 的技术溢出影响。

现有的多数研究认为，外商直接投资(FDI)的技术溢出有利于抑制能源强度。如FDI 能通过促进技术溢出效应而有助于降低能源强度[6]。FDI 能显著降低我国工业能源强度[7]。沈小波等(2021)研究我国能源强度时发现，优化外商直接投资有助于驱动能源强度下降[5]。张跃军、梁安然(2021)研究认为，相较于国外技术溢出，本土研发对降低能源强度有更大的作用[8]。孙可哿等(2022)针对中国火力发电企业层面数据的研究表明，外商直接投资的技术溢出效应带来显著的中性技术进步和要素节约，对能源强度下降有显著贡献[9]。

三是其他影响能源强度的因素。

第一，能源价格。Liu &Zhao(2015)、He 等(2016)均认为，能源价格能抑制能源强度[10，11]。孙祥栋等(2023)则研究“一带一路”沿线国家能源问题时发现，沿线国家能源相对价格的提高在整体上降低了能源强度水平[12]。

第二，对外贸易。沈小波等(2021)研究认为，对外贸易的发展既能对自身能源强度的下降做出贡献，又能通过溢出效应对其他地区降低能源强度产生积极作用[5]。

第三，能源结构。Ma&Yu(2017)、Cai&Menegaki(2019)均认为，能源结构对能源强度起调整作用[13，14]。张寅浩(2022)从煤炭能源结构研究发现，煤炭占能源消费总量的比例下降，有利于单位GDP 能耗下降[15]。

三、现状与理论分析

1. 现状分析

（1） 技术进步

第一，研发经费。我国研究与试验发展经费支出由2000年的896 亿元上升至2021 年的27956.3 亿元，年均增长率为17.8%，超过了GDP 在此期间的年均增速12.32%，属于较快的增长。研究与试验发展经费支出包括基础、应用和试验发展经费支出三项。这三项在2000—2021 年间的年均增长率分别为19.04%、15.52%、18.11%。当前，我国的研究与试验发展经费支出在我国国内生产总值中的比重由2000 年的0.89%上升到2021 年的2.43%，有了较大的提升，这与我国一直重视技术研发与科技创新有关。

第二，发明专利。以专利为代表的知识产权型战略是国家软实力提升的重要组成部分。2000 年我国专利申请数为170682 项，2021 年上升至5243592 项，2000—2021 年间的年均增长率在17.71%左右，增长速度较快，而发明专利申请数、专利申请授权数、发明专利申请授权数也保持较快的增速，年均增速均达到了17%以上，其中发明专利申请授权数的年均增速最高，达到了21%。从现有的数据来看，我国的专利数量每年达数百万，可见我国的国家软实力和竞争力有了很大提升。

（2） 能源消费与能源强度

第一，能源消费。我国的能源消费总量在2000—2021 年间的年均增长速度为5.03%，而物流业能源消费维持在5.31%的年均增长速度，高于工业(4.8%)、农林牧渔业(3.22%)，低于建筑业(5.82%)、批发、零售业和住宿、餐饮业(6.03%)等行业。从各行业的能耗占比变化来看，工业能耗占比由2000 年的70.09%下降到2021 年的66.28%，农林牧渔业能耗由2000 年的2.88%下降到2021 年的1.84%，工业和农林牧渔业的能耗占比下降反映了低碳工业和低碳农业的推进工作起了作用，煤改电、油改气等大量工程的建设同样取得了成效。

第二，能源强度。据《中国能源发展报告2023》显示，我国能源消费仍呈现刚性增长态势，随着我国能源政策体系不断完善，有力保障了我国的能源安全可靠供应。通过对历年统计年鉴的数据进行测算，能源强度名义值和能源强度实际值如图1 所示。其中，能源强度实际值处于上升状态，在2000—2006年间上升较快，之后基本保持缓慢上升状态。

图1 能源强度名义值和能源强度实际值（计算GDP 实际值时以2000 年为基期）

2. 理论分析

（1） 技术进步理论分析

将能源要素单列，设生产函数包括三种投入要素，即资本K、劳动L、能源E，产出为Y。若能源投入要素以高碳能源为主，生产函数则写为若能源投入要素以低碳能源为主，生产函数则写为。这两种情况下的α1、β1、γ1、α2、β2、γ2分别为相应投入要素的产出弹性。Ah、Al分别表示两种情形下的技术进步系数。

假定经济社会的能源投入要素以高碳能源为主，用公式表示为：能源投入要素以低碳能源为主，用公式表示为假定社会的产出量在使用高碳能源或使用低碳能源时是一样的，即产出量在使用高碳能源或使用低碳能源时相等，故Yh和Yl相等（即无论使用何能源，产出量不受影响）。鉴于高碳能源的耗用量大于低碳能源，即Eh>El，同时成立。假定资本投入和产出弹性维持不变，即如果从长期来看，考虑到老龄化因素，劳动投入会逐渐被机器取代，可能会存在单位劳动的产出弹性上升，即β1<β2，但仍会有的关系存在。将上述分析总结归纳如下：

由式(1)~式(4)，可推断出Ah

（2） 能源强度理论分析

设C-D 函数为Y=f(K，L，E)，Y=AKαLβEγ。设总成本为C，资本、劳动、能源的价格分别为PK、PL、PE。生产决策的依据为：在成本约束条件下选择资本、劳动、能源的最优投入组合，使产出最大化，则有：

针对固定总成本C0，利润函数为π=f(K，L，E)+λ(C0-PKKPLL-PEE)。根据产出最大化的一阶条件，分别求∂π/∂K、∂π/∂L、∂π/∂E、∂π/∂λ，而后计算得到：

设EI为能源强度，则最优能源强度为：

在此基础上，将高碳能源(Eh)、低碳能源(El)要素分别单列，则C-D 生产函数可写为：。其中，γ1>0，γ2>0，代表弹性系数。设总成本为C，高碳能源、低碳能源的价格分别为PEh、PEl。根据投入与产出的决策依据有：

针对固定的总成本C0，根据产出最大化的一阶条件，可算出高碳能源、低碳能源的最优投入分别为Eh*和El*，继而得到分类能源共存情形下的最优能源强度可表示为：

EI*就是高碳能源和低碳能源共存时的最优能源强度。若未来低碳能源完全替代高碳能源，则有：

3. 研究假设

文章根据各指标对能源强度的影响，提出不同研究假设。

（1） 电商发展

近年来，中国电子商务交易规模持续扩大，稳居全球网络零售市场首位。电子商务行业的迅猛发展给社会带来巨大经济效益和便利，但同时也带来了能源消耗增加的问题。据此，提出如下假设：

假设H1：电商发展与能源强度正相关。

（2） 技术进步

文章通过研发支出和发明专利两个指标来体现技术进步。研发支出反映的是通过技术引进、消化吸收、技术创新、技术扩散等在内的复杂的系统工程，提升包括能源领域在内的诸多领域的技术水平。截至2022 年底，世界知识产权组织最新发布的《世界知识产权指标》报告显示，我国发明专利有效量位居世界第一，我国有效发明专利实现量质齐升。能源领域的发明专利越多，越有利于提升能源技术效率。因此，提出以下研究假设：

假设H2：研发支出与能源强度负相关。

假设H3：发明专利与能源强度负相关。

（3） 内贸发展

内贸业务涉及生产生活中的诸多方面，与商品的流通息息相关，关系到能源的耗用。我国的内贸总额近年来有了显著的提升，自2015 年以来，内贸总额已经稳稳超过了外贸总额。内贸业务的快速发展意味着能源耗用也在增加。因此，提出如下研究假设：

假设H4：内贸发展与能源强度正相关。

（4） 外贸发展规模

2005 年，我国货物贸易进出口总额首次超过10 万亿元，2010 年突破20 万亿元，2018 年超过30 万亿元，再到2022 年的42.07 万亿元，外贸规模连续迈上新台阶。在2002—2014 年间，每年的外贸总额稳稳超越了内贸总额，我国外贸依存度在此期间最高达到了60%以上。并且，我国的外贸运输绝大部分是通过远洋运输来完成，单位成本虽比较低廉但运输周期较长。据此，提出如下假设：

假设H5：外贸发展规模与能源强度负相关。

（5） 能源结构

能源主要分为煤、油、气、电等，又可根据能源换算系数将上述这些能源分为高碳能源集合体和低碳能源集合体两大类。低碳能源集合体包括天然气和电力等，其他为高碳能源集合体。文章以低碳能源集合体的数量占总能源消费的比例来体现能源结构的变化。“双碳”目标的提出宣告了我国绿色低碳转型的决心和雄心，因此低碳能源替代高碳能源是未来发展的趋势。鉴于此，提出如下研究假设：

假设H6：能源结构与能源强度负相关。

（6） 产业结构

产业结构是影响能源强度的直接因素之一。文章以第二产业占比来体现产业结构的变化。第二产业即工业，包括采矿业，制造业，电力、燃气及水的生产和供应业等行业。中国制造业能源消耗占比高，与增加值占比水平不匹配，导致能源利用效率低。据此，提出如下研究假设：

假设H7：产业结构与能源强度正相关。

（7） 外商直接投资

我国国内的市场环境较优，吸引了大量的外资，对于我国经济发展有着较大的贡献。随着外商直接投资的领域逐渐扩展，外商直接投资规模的不断扩大不仅带来了优秀的管理及人才、先进的能源技术和装备，还有利于产业链的构建，而且还有利于完善我国能源产业体系及提升能源技术效率，具有技术溢出效应。据此，提出以下研究假设：

假设H8：外商直接投资与能源强度负相关。

四、模型构建与实证分析

1. 变量说明

针对我国能源强度发展的各种影响因素，设置如下变量，具体变量说明如表1 所示。

表1 变量说明

2. 数据来源

文章的样本数据来自历年《中国能源统计年鉴》 《中国统计年鉴》 等公开资料。鉴于数据的可得性，数据时间段定为2006—2021 年，样本数据共包括30 个省份（除西藏和港澳台地区） 的480 个样本。

3. 能源强度的回归分析

（1） 技术进步

为了解决自相关、同期相关等问题，使用FGLS 方法进行估计。针对电商与技术进步，分别增加了电商发展和技术进步变量，构建模型如下：

其中，i为地区，t为年份，uit为扰动项。模型中各变量均为对数，用以消除模型中可能存在的异方差。模型1 包含电商发展关键变量，模型2 加入了技术进步关键变量。模型1 与模型2 的FGLS 估计如表2 所示。

表2 能源强度的FGLS 估计结果（技术进步）

从电商发展与技术进步的角度分析，电商发展有利于经济增长，但电商产品的生产与流通均需要耗用能源，故电商发展可以提升能源强度，验证了假设H1。而代表技术进步的研发投入和有效专利的回归系数是显著为负，抑制能源强度上升，验证了假设H2 和假设H3。内贸的增加对能源强度有促进作用，验证了假设H4。外贸影响为负且显著，这是因为外贸的载运量大、运输成本低（包括能源成本），有利于抑制我国能源强度上升，验证了假设H5。能源结构显著为负，低碳能源占比的上升有利于抑制我国能源强度，验证了假设H6。产业结构的回归结果表明，第二产业占比的上升（工业占比的上升） 会促进我国能源强度的上升，验证了假设H7。

（2） FDI 技术溢出效应

如前所述，外商直接投资(FDI)具有技术溢出效应。因此，建立如下的计量模型：

模型3 至模型4 加入了关键变量外商直接投资，回归结果如表3 所示。表3 结果验证了假设H8。原因在于，外商直接投资不仅会带来优秀的管理及人才、先进的能源技术和装备，有利于产业链的构建，而且还有利于完善我国能源产业体系及提升能源技术效率，进而抑制我国能源强度。

表3 能源强度FGLS 回归结果（FDI 技术溢出）

表4 能源强度FGLS 回归结果（地区不平衡分析）

（3） 地区不平衡

在上述模型的基础上，分别增加虚拟变量central和west，分别代表中部地区和西部地区，用于与东部地区进行比较。再单独增设北方地区虚拟变量north。模型分别如下：

模型5 至模型8 相应的地区不平衡分析模型估计结果如表4 所示。就地区分析结果而言，可以判断出三大区域的能源强度发展水平呈现西部地区最高，中部地区次之，东部地区最低的不平衡特征。就南方、北方地区而言，北方地区的能源强度高于南方地区。

五、结论与政策建议

文章以能源强度作为切入点，从技术进步层面、FDI 技术溢出层面、地区不平衡层面研究了我国能源强度。主要得出以下四点研究结论：

第一，我国的能源强度实际值呈上升趋势，表明能源效率不高。短期内抑制能源消费需求的因素有很多，国家提倡的节能减排、低碳能源成本较低等可能是较为重要的因素，长期来看走低碳化之路及践行“碳达峰、碳中和”战略目标势在必行。

第二，低碳能源充分替代高碳能源时，技术进步也在提升。反之，若技术进步提升了（特别是能源技术水平提升了），也会有助于加快低碳能源替代高碳能源。

第三，从技术进步角度来看，研发支出和发明专利的提升有助于抑制我国能源强度，而外贸借助规模优势、外商直接投资的技术溢出、低碳能源消费占比的提升也有助于抑制我国能源强度，而内贸、电商发展、第二产业占比的上升会促进我国能源强度。

第四，从区域异质性来看，我国能源强度呈现出西部地区省份总体较高、中部地区次之、东部地区省份总体较低的特征。从南方、北方地区来看，北方地区省份的能源强度高于南方地区省份。

鉴于上述研究结论，提出如下对策建议：

第一，加强低碳工业和低碳物流业的发展。鉴于工业的能源消费量最大，改善工业的能源消费效率并抑制工业的能源强度是重中之重，因而应加强工业的低碳化发展，走科技创新之路实现工业强国。鉴于物流运输业的能源消费较大且能源强度较高，故大力推广天然气动力船舶、天然气动力卡车、电动重卡和电动小货车、电动作业车辆（如叉车等） 等低碳化装备应用于物流运输业中，有助于降低物流运输业的总体能耗强度。

第二，促进经济高质量发展，持续扩大对外开放，大力引进外商直接投资，加大能源技术的研发，以此抑制能源强度。应加快内贸、外贸的高质量发展，推行高水平对外开放，鼓励能源技术领域的合作与研究。积极促进产业、能源结构转型，以高附加值的制造业发展提高能源效率。以产业结构优化、技术进步推动节能产业的快速发展。立足现实、务实推进节能、提效工作；放眼未来，争占全球绿色、低碳转型发展的战略制高点，实现经济繁荣和环境可持续性。