基于超效DEA的京津冀低碳經(jīng)濟發(fā)展效率評價研究

穆莉英， 許娜

(河北科技大學 經(jīng)濟管理學院，河北 石家莊 050018)

一、引言

低碳經(jīng)濟是指通過新能源開發(fā)和技術創(chuàng)新等手段降低煤炭、石油等高能耗資源的消耗量，以減少二氧化碳等污染氣體排放，達到經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護共贏的一種新的經(jīng)濟形態(tài)。自英國首次提出“低碳經(jīng)濟”概念以來，國際社會在各個領域都開展了低碳減排合作[1]。作為我國重點培育的三大經(jīng)濟區(qū)之一，京津冀區(qū)域肩負著低碳轉型的重任。京津冀區(qū)域各地市低碳經(jīng)濟發(fā)展水平參差不齊，僅北京市低碳經(jīng)濟發(fā)展水平相對較高，其他地區(qū)距離低碳發(fā)展還有一定的差距，河北省仍存在“排放高、收入低、產(chǎn)業(yè)結構欠合理”等問題。如何使高能耗、高污染的行業(yè)成功轉型已成為京津冀協(xié)同發(fā)展的重要內容之一。

近年來，國內外關于低碳經(jīng)濟的研究主要集中在低碳經(jīng)濟的概念與定位、影響因素分析、效率評價等方面。通過對區(qū)域經(jīng)濟的低碳發(fā)展效率進行評價，可以深度挖掘地區(qū)低碳經(jīng)濟發(fā)展的短板和主要制約因素，是區(qū)域經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展的一個重要突破口。Sun[2]提出將碳排放強度作為評價一個國家或地區(qū)碳排放效率的指標，即單位國內生產(chǎn)總值的二氧化碳排放量。Ramanathan[3]采用數(shù)據(jù)包絡分析模型對能源消耗、碳排放量和GDP的聯(lián)系進行分析，揭示了全球碳排放效率的時間規(guī)律。朱遠[4]構建了基于廣義碳生產(chǎn)率的碳排放效率測度指標，并對金磚四國進行了實證分析。Zhou等[5]利用環(huán)境DEA 模型對18個二氧化碳排放大國進行了二氧化碳減排績效測度評價。胡玉瑩[6]構建了基于非徑向和非角度的DEA模型對我國2000—2007年30個省市地區(qū)的碳環(huán)境技術效率進行了測算。杜克銳等[7]利用隨機的前沿分析方法對我國1995—2009年各個省份的碳排放效率進行了測算。余鵬等[8]提出了基于級差最大化組合賦權的TOPSIS灰關聯(lián)投影動態(tài)碳效率評價模型。張軍等[9]以綠色“一帶一路”為研究背景，對絲綢之路經(jīng)濟帶上的32個國家實證測算了低碳發(fā)展效率指數(shù)。陳艷等[10]運用SBM分析方法測算了長江中游城市群綠色低碳發(fā)展的投入產(chǎn)出效率，研究結果表明長江中游城市群綠色低碳效率是顯著發(fā)散的。

綜上，國內外學者對于低碳經(jīng)濟發(fā)展效率測評的研究方法主要以數(shù)據(jù)包絡分析(DEA)為主。本文將基于京津冀區(qū)域低碳經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)狀，選擇合適的變量作為評價京津冀區(qū)域低碳經(jīng)濟發(fā)展效率的綜合指標，再利用超效率DEA對京津冀所轄13個城市進行低碳經(jīng)濟發(fā)展效率評價分析，同時對評價結果做投入冗余和產(chǎn)出不足分析，為推動京津冀區(qū)域低碳協(xié)同發(fā)展提供理論和實踐依據(jù)。

二、評價方法

(一)超效率DEA評價模型

數(shù)據(jù)包絡分析(Data Envelopment Analysis，簡稱DEA)是20世紀70年代由運籌學家Charnes等[11]提出的一種相對效率評價方法。作為綜合評價方法，DEA適合于對具有多投入多產(chǎn)出的相同類型部門或單位進行相對有效性評價。近年來，數(shù)據(jù)包絡分析的理論逐步完善，成為運籌學及定量評價的一個重要分支，并在經(jīng)濟生產(chǎn)領域得到廣泛應用[12][13]。

最初的DEA模型計算得出的結果會出現(xiàn)多個評價對象同時有效而無法完全排序。為解決全排序的問題，Andersen等[14]提出了超效率DEA模型。近年來超效率DEA 評價模型被更好地應用于經(jīng)濟和計算機等領域[15][16]。CCR模型是DEA的初始模型，也是其他DEA模型的基礎，因此本文以此模型為基本模型引入超效率DEA評價模型。

對于第j0個評價對象，建立超效率DEA規(guī)劃模型為

(1)

其中，Xj=(x1j,x2j,…,xpj)T和Yj=(y1j,y2j,…,yqj)T為第j個決策單元的輸入、輸出指標數(shù)據(jù)。u和v是指標權重向量。此線性規(guī)劃的最優(yōu)解是第j0個決策單元相對于其他決策單元的評價結果。

低碳經(jīng)濟的發(fā)展需要有資金、勞動力等元素的投入，也有其相對的產(chǎn)出元素，比如空氣污染的改善和經(jīng)濟發(fā)展速度的并存等，因此可以從投入產(chǎn)出的角度，利用數(shù)據(jù)包絡分析的思想對低碳經(jīng)濟發(fā)展效率進行技術和規(guī)模上的評價分析，從而定量反映區(qū)域的低碳經(jīng)濟發(fā)展水平，并同時找到產(chǎn)出元素上的差距和投入元素的冗余，為區(qū)域低碳經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展的政策制定提供數(shù)據(jù)定量分析基礎。

(二)評價指標體系及指標數(shù)據(jù)

傳統(tǒng)的經(jīng)濟發(fā)展效率是指如何以最少的要素投入獲得最大的經(jīng)濟產(chǎn)出，因此傳統(tǒng)的經(jīng)濟發(fā)展效率評價是從資本投入、勞動力投入、科技投入和經(jīng)濟產(chǎn)出等方面進行綜合評價。低碳經(jīng)濟發(fā)展不僅要追求以最少的要素投入獲得最大的經(jīng)濟效率，還要兼顧環(huán)境效益。為了提出更加完善的評價標準，確立能夠充分反映區(qū)域低碳經(jīng)濟發(fā)展水平的綜合指標體系，在參考借鑒相關研究的基礎上，從地區(qū)能源資源投入、污染物的排放，以及地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平等多方面綜合考慮，構建評價指標體系。由于能源投入和污染物排放是相對的，而碳排放量屬于非期望的產(chǎn)出，因此在利用DEA的投入產(chǎn)出思想進行低碳經(jīng)濟效率評價時，可將它作為投入指標，這樣做也符合“投入越低、期望產(chǎn)出越高”的DEA評價原則，也意味著技術越有效，因此，將能夠反映能源投入的碳排放量作為低碳經(jīng)濟DEA效率評價的投入指標。除此之外，引入資本投入和勞動力投入作為投入元素，以地區(qū)生產(chǎn)總值作為產(chǎn)出元素，這樣構建的投入產(chǎn)出評價指標體系符合經(jīng)濟發(fā)展效率評價的一般原則。由于DEA模型要求評價對象的數(shù)量為評價指標數(shù)量的3倍以上，而本文的研究對象為京津冀區(qū)域，評價對象數(shù)量僅為13個，因此，本文從能源投入、環(huán)境污染、資本投入、勞動力投入、科技投入、經(jīng)濟產(chǎn)出等多種影響因素中選取上述4個沒有相關關系的主要影響因素作為低碳經(jīng)濟效率評價的投入產(chǎn)出指標，具體包括3個投入指標：碳排放量、資本投入、勞動力投入，1個產(chǎn)出指標為經(jīng)濟產(chǎn)出。具體指標體系及指標說明見表1。

表1 京津冀區(qū)域低碳經(jīng)濟發(fā)展效率評價指標體系

碳排放量在我國各地區(qū)沒有直接公布，而中國城市溫室氣體工作組基于《中國能源統(tǒng)計年鑒》和IPCC2006給出的碳排放系數(shù)對各省(市)區(qū)的CO2排放量進行的清單編著也只有2005年和2015年的清單公布于眾。由于地級市能源消耗數(shù)據(jù)的可獲得性不高，本研究相關數(shù)據(jù)基于IPCC2006的計算思路，利用各市能源消耗總量(萬噸標準煤×氧化因子×排放系數(shù))的方法得到。由于計算的區(qū)域較為集中，可將氧化因子和排放系數(shù)統(tǒng)一化，因此，采用各市能源消耗總量(萬噸標準煤)等比例代替碳排放量。

為了得到京津冀區(qū)域各市的低碳經(jīng)濟發(fā)展變化情況，收集了上述投入產(chǎn)出指標2016—2018年的相關數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見表2至表4。數(shù)據(jù)來源于《河北省經(jīng)濟年鑒》(2016—2018年)、《北京統(tǒng)計年鑒》(2016—2018年)、《天津統(tǒng)計年鑒》(2016—2018年)。

表2 2016年京津冀各市投入產(chǎn)出指標數(shù)據(jù)

表3 2017年京津冀各市投入產(chǎn)出指標數(shù)據(jù)

表4 2018年京津冀各市投入產(chǎn)出指標數(shù)據(jù)

三、評價結果分析

(一)相對有效性結果分析

基于以上數(shù)據(jù)，分別建構京津冀區(qū)域所轄13個城市的2016—2018年的超效率DEA模型，利用EMS軟件計算相對有效性評價結果(見表5)。計算結果達到(包括)1以上說明該城市的低碳經(jīng)濟發(fā)展效率相對于其他城市是相對有效的。計算結果越低，說明該城市的低碳經(jīng)濟發(fā)展效率越低，需要從投入冗余和產(chǎn)出不足兩方面具體分析其問題所在。從均值可以看出，京津冀區(qū)域不同城市的低碳發(fā)展效率還是有很大區(qū)別的。北京市作為京津冀區(qū)域的經(jīng)濟和科技中心，其低碳經(jīng)濟效率評價結果是最高的，均值達到了2.39，而天津市與河北省的大部分城市的評價結果都未達到1，即其低碳經(jīng)濟發(fā)展效率比較低。北京市己進入后工業(yè)化發(fā)展階段，天津市處于工業(yè)化中后期，而河北省仍處于工業(yè)化中期階段，三地區(qū)分別處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不同階段，上述低碳經(jīng)濟發(fā)展效率的評價結果基本符合京津冀三地的經(jīng)濟發(fā)展特征。

表5 京津冀地區(qū)各市低碳經(jīng)濟效率評價結果

13個城市的低碳經(jīng)濟發(fā)展效率的逐年變化情況如圖1所示。北京市2016—2018年的低碳經(jīng)濟發(fā)展效率均為有效的，且呈現(xiàn)逐年增大的趨勢，2018年比2016年的效率值提高了33%，說明北京市在低碳減排方面的工作成效非常顯著，用較少的碳排放、相對較少資金與勞動力投入取得了較好的經(jīng)濟產(chǎn)出效果，其經(jīng)驗值得京津冀區(qū)域其他城市借鑒。北京已進入后工業(yè)化發(fā)展階段，其經(jīng)濟發(fā)展模式已經(jīng)開始向創(chuàng)新驅動型發(fā)展模式轉變，未來將以科技作為北京的重點發(fā)展戰(zhàn)略，科技、知識、人力資本等創(chuàng)新要素成為繼續(xù)推進城市競爭力提升的核心要素，這也是北京低碳經(jīng)濟發(fā)展效率最高的主要原因。

圖1 京津冀區(qū)域低碳經(jīng)濟效率

天津市的低碳經(jīng)濟發(fā)展效率不是很理想，只有2016年的效率值接近1，且2016—2018年呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。天津市目前處于工業(yè)化中后期，對未來的城市發(fā)展方向及產(chǎn)業(yè)結構體系均作出了明確定位，而且圍繞低碳城市的建設目標建立了中新生態(tài)城，可以作為承接北京低碳技術研發(fā)成果轉化為現(xiàn)實生產(chǎn)力的研發(fā)轉化基地。但天津市低碳經(jīng)濟的發(fā)展還需進一步加強，需盡快找到低碳經(jīng)濟發(fā)展效率較低的原因。

河北省低碳經(jīng)濟發(fā)展效率最高的城市是保定，2016—2018年三年的均值超過了1，是河北省11個城市里唯一均值在1之上的城市，且呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。保定市以建設太陽能城為目標，高度重視新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前已形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)集群，且保定市被確定為我國唯一的“新能源產(chǎn)業(yè)國家高新技術產(chǎn)業(yè)基地”“可再生能源產(chǎn)業(yè)化基地”“太陽能綜合應用科技示范城市”。這也是保定市的低碳經(jīng)濟發(fā)展效率評價結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對較低，均值在0.8～1之間的城市是唐山、廊坊、衡水，這3個城市的低碳經(jīng)濟發(fā)展效率雖然沒有達到1，但均接近有效，且整體呈現(xiàn)持平或者上升趨勢。唐山市的第二產(chǎn)業(yè)起步早，工業(yè)體系也較完善，境內的京唐港和曹妃甸兩大港口大力發(fā)展對外貿(mào)易，形成了“內部挖掘+外部合作”的發(fā)展形式，推動了低碳經(jīng)濟水平的提高。廊坊位于京津包圍之中，積極承接了京津的產(chǎn)業(yè)轉移，立足建立“綠色之城、教育之城、會展之城”，逐步提升在京津冀區(qū)域內的整體競爭力。衡水的低碳經(jīng)濟發(fā)展效率能夠排在京津冀的均值以上，這與近年來衡水市高度重視環(huán)保工作、減少環(huán)境污染是分不開的?？傊?，這3個城市應從近幾年的低碳減排工作中甄選有效措施，繼續(xù)大力實施產(chǎn)業(yè)節(jié)能低碳改造，推進產(chǎn)業(yè)綠色升級，鼓勵綠色低碳技術研發(fā)，加大碳減排工作力度。有效值在0.8之下的城市為石家莊、張家口、承德、秦皇島、邢臺、邯鄲、滄州等7個城市。這7個城市重化工業(yè)比重較大，服務業(yè)比重相對較小，經(jīng)濟發(fā)展還是以傳統(tǒng)方式為主，低碳技術創(chuàng)新能力較弱，資金支持不足，環(huán)境系統(tǒng)較差，高附加值產(chǎn)品少，耗能嚴重，能源利用率較低，將作為河北省低碳減排的重點城市。尤其石家莊作為河北省省會城市，具有政策方面的優(yōu)勢，因此可以出臺相關優(yōu)惠政策，吸引外資注入和引進國外先進的低碳技術，且在自身發(fā)展的同時，也需要承擔幫助南部鄰接城市邢臺、邯鄲兩市發(fā)展低碳經(jīng)濟的責任。

(二)投入冗余和產(chǎn)出不足分析

利用DEA進行效率評價，不僅能夠得到最終的相對效率值，而且可對投入指標進行冗余分析，對產(chǎn)出指標進行不足分析。下面將利用EMS軟件得到的2016—2018年各市的超效率DEA結果的投入冗余和產(chǎn)出不足取均值(見表6)，從中找到未達到低碳經(jīng)濟相對有效的城市的問題所在，為政府和相關部門有針對性的制定相關政策措施提供依據(jù)。

表6 京津冀地區(qū)各市低碳經(jīng)濟投入冗余與產(chǎn)出不足結果

由表6可以看出，京津冀地區(qū)13個城市均不存在產(chǎn)出不足的問題，即不需要再進一步加大追求地方生產(chǎn)總值(GDP)的步伐，這與“十三五”規(guī)劃以來我國的經(jīng)濟增長要求也是一致的。而對于投入指標，除了北京市各投入指標均不存在冗余之外，其他城市在不同的投入指標上均有一定程度的冗余，這說明其資源配置效率還有待提升。其中，天津、石家莊、唐山、滄州和邯鄲等市主要是能源消耗和資本投入方面存在較大的投入冗余，因此在提升城市的低碳經(jīng)濟建設效率時應著重從這兩方面降低投入；張家口、承德、秦皇島、廊坊和邢臺等市的投入冗余主要體現(xiàn)在能源消耗和勞動力投入方面，這5個城市的低碳經(jīng)濟建設應首先考慮降低高能耗資源的消耗量和提高勞動力生產(chǎn)效率；保定市的整體低碳經(jīng)濟效率已達到相對有效，但是綜合2016—2018年的評價結果來看，在資本投入和勞動力投入方面還有降低的空間，衡水市的情況與保定市類似。

四、研究結論與對策建議

(一)研究結論

在構建京津冀區(qū)域低碳經(jīng)濟發(fā)展效率的超效率DEA模型的基礎上，對所轄13個城市2016—2018年的低碳經(jīng)濟效率做出綜合評價，并對評價結果進行投入冗余與產(chǎn)出不足的分析。評價結果顯示，天津市及河北省多數(shù)城市存在能源消耗過多、資源利用效率低下等問題，究其原因，主要是受低碳技術投入不夠與產(chǎn)業(yè)結構升級的交叉影響。只有北京市和保定市低碳經(jīng)濟發(fā)展效率相對于京津冀其他城市是有效的，而北京市作為京津冀的經(jīng)濟核心區(qū)域，其低碳經(jīng)濟發(fā)展效率連續(xù)三年都達到1以上，是京津冀區(qū)域里最高的。其次為天津、唐山、廊坊、衡水，這4個城市的低碳經(jīng)濟發(fā)展效率雖然沒有達到1，但均接近有效，且整體呈現(xiàn)持平或者上升趨勢。有效值較低的城市為石家莊、張家口、承德、秦皇島、邢臺、邯鄲、滄州，將作為河北省低碳減排工作的重點。由投入冗余和產(chǎn)出不足分析可以看出，京津冀地區(qū)13個城市均不存在產(chǎn)出不足的問題，而對于投入指標，除了北京市各投入指標均不存在冗余之外，其他城市在能源消耗上的投入冗余較為顯著，其次是資本投入；天津、石家莊、唐山、滄州和邯鄲等市在能源消耗和資本投入兩方面均存在較大的投入冗余，因此在提升城市的低碳經(jīng)濟發(fā)展效率時應著重從這兩方面降低投入，提高資源配置效率。保定市和衡水市在資本投入和勞動力投入方面還有降低的空間；張家口、承德、秦皇島、廊坊和邢臺等市的投入冗余主要體現(xiàn)在能源消耗和勞動力投入方面，因此這5個城市的低碳經(jīng)濟建設應首先考慮降低高能耗資源的消耗量和提高勞動力生產(chǎn)效率。

(二)對策建議

由上述研究結論可以看出，京津冀區(qū)域所轄市區(qū)除了北京市之外，其余城市在能源消耗上的投入冗余最為顯著，其次是資本投入，因此，本文從這兩方面提出相應的對策建議。

第一，擴大清潔能源的利用，優(yōu)化能源消費結構，加快可再生能源開發(fā)力度，以提高能源效率。以“高能耗、高產(chǎn)出”的邯鄲市、唐山市為例，應加快推廣潔凈煤技術，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，讓清潔能源成為能源消費中的主導。對于具體行業(yè)的生產(chǎn)能耗成本也要提高其技術需求的敏感度，以技術創(chuàng)新為導向，努力提高能源利用效率，降低企業(yè)生產(chǎn)的能耗排放成本。而且，京津冀有豐富的教育資源和眾多科研院所,京津冀地區(qū)尤其是河北的企業(yè),應積極加強與高校、科研院所在低碳技術研究領域的合作，將科技成果轉化為現(xiàn)實生產(chǎn)力。

第二，政府應為低碳經(jīng)濟發(fā)展提供更多的政策與資金支持。對于利用先進技術實現(xiàn)節(jié)能減排目標的企業(yè)，政府可以給予一定的優(yōu)惠政策，例如減免稅收、直接財政補貼或優(yōu)先獲得融資等，以激勵企業(yè)低碳發(fā)展的積極性；對不進行技術改造、污染環(huán)境比較嚴重、耗費能源較多的企業(yè)則可以采取高額罰款或不給予融資機會等懲罰政策，以促進企業(yè)創(chuàng)新力和競爭力的提高，進一步擴大低碳經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)模。除此之外，和其他城市群相比,京津冀區(qū)域在新能源領域有著不可比擬的優(yōu)勢,京津冀區(qū)域可以充分利用北京的政治優(yōu)勢、天津的制造業(yè)優(yōu)勢、河北的資源優(yōu)勢，將三地的優(yōu)勢統(tǒng)一為整體，爭取國家在政策、資金、技術方面的支持。