基于環(huán)境約束的電力能源效率評(píng)價(jià)

文/陳雯 謝鵬（安徽新華學(xué)院）

一、引言

隨著我國(guó)各行業(yè)電力需求的不斷增加，電力供應(yīng)情況較為嚴(yán)峻，“電荒”問(wèn)題日益突出[1]。電力能源是人們?nèi)粘Ｉ詈蜕鐣?huì)生產(chǎn)的基本保障。電力能源是社會(huì)正常運(yùn)行的基本動(dòng)力，它是支撐人類生活和生產(chǎn)的重要物質(zhì)資源，是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)進(jìn)步的基本因素。

近年來(lái)，中國(guó)電力能源需求增長(zhǎng)迅速?？陀^全面地研究電力能效問(wèn)題，對(duì)于中國(guó)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、促進(jìn)電力供需平衡具有重要意義，對(duì)節(jié)能低碳發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。而中國(guó)幅員遼闊，地域眾多，各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和資源水平差異較大。因此，有必要在明確中國(guó)區(qū)域能源效率時(shí)空格局和演化特征的基礎(chǔ)上，提高區(qū)域能源效率，制定差別化的能源與環(huán)境政策[2]。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法有其自身的局限性：它要求投入盡可能地削減，而產(chǎn)出盡可能地?cái)U(kuò)大，這與實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程不相符合。

實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，不僅有期望產(chǎn)出，還有非期望產(chǎn)出，只有非期望產(chǎn)出盡可能地減少才能實(shí)現(xiàn)最好的經(jīng)濟(jì)效率[4]。為了解決這一問(wèn)題，許多學(xué)者進(jìn)行了積極的嘗試。Song等人[5]使用兩階段的DEA模型分析中國(guó)32個(gè)省份的環(huán)境效率情況，第一階段使用的是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包絡(luò)模型——CCR（Charnes、Copper、Rhodes） 模 型，第二階段使用的是SBM模型。Shi等人[6]提出在考慮非期望產(chǎn)出的情況下，利用DEA方法對(duì)中國(guó)28個(gè)行政區(qū)域的能源效率進(jìn)行計(jì)算。Sueyoshi和Goto[7]也應(yīng)用SBM模型進(jìn)行環(huán)境效率的評(píng)估。Bai等人[8]運(yùn)用超效率SBM模型計(jì)算了中國(guó)西部11個(gè)省市的能源效率，并分析了影響能源效率的因素。Cui等人[9]選擇了中國(guó)2012年29個(gè)省份的數(shù)據(jù)，基于SBM模型對(duì)煤炭資源利用效率進(jìn)行評(píng)估。

由于DEA方法最優(yōu)的效率值為1，且效率值是不超過(guò)1的，這使得對(duì)效率的排名產(chǎn)生問(wèn)題。于是，有研究學(xué)者針對(duì)相關(guān)問(wèn)題提出解決方法。與上述研究?jī)?nèi)容相比，本文研究的創(chuàng)新之處在于：本文考慮了在環(huán)境約束下研究電力能源效率。因此，在產(chǎn)出指標(biāo)方面，文章選取了3個(gè)非期望產(chǎn)出指標(biāo)。在聚類分析方面，從大數(shù)據(jù)視角出發(fā)，通過(guò)聚類分析挖掘電力能源效率的區(qū)域發(fā)展動(dòng)向及特征。

二、方法

DEA交叉效率模型的基本思路是在交叉效率模型的基礎(chǔ)上，引入評(píng)價(jià)單元之間的博弈關(guān)系，在避免交叉效率模型二次目標(biāo)選擇的同時(shí)，放寬傳統(tǒng)模型嚴(yán)苛的假設(shè)條件，使其更貼切實(shí)際，是對(duì)傳統(tǒng)效率測(cè)度思路和方式的一種改進(jìn)[10-12]。該模型的理論實(shí)現(xiàn)如下：

假設(shè)決策單元DMUd的效率值為αd，則在保持DMUd的效率值不被降低的情況下，最大化其余決策單元DMUj的效率值。由此定義DMUj利用DMUd的權(quán)重所獲得的博弈交叉效率值為：

三、結(jié)果和討論

（一）整體分析

利用DEA交叉效率模型，得到2012至2021年中國(guó)30個(gè)省份在環(huán)境約束下的電力能源效率得分。如圖1所示，結(jié)果表明，不同地區(qū)電力能源效率得分的發(fā)展趨勢(shì)存在差異。其中，北京、上海、湖南、吉林、廣東電力能效呈現(xiàn)曲折上升趨勢(shì)。河南、陜西、江西和重慶的電力能效相對(duì)優(yōu)勢(shì)有所下降。北京、天津、上海、浙江、山東、廣東和海南的電力能效約為0.9，比全國(guó)平均水平要高。由此可見(jiàn)，考慮環(huán)境因素，這7個(gè)地區(qū)的電能投入和輸出是合理的。貴州、云南、甘肅、青海、寧夏、新疆的電力能源效率均為0.6，低于全國(guó)平均水平。這些地區(qū)的電力能源效率的發(fā)展趨勢(shì)是緩慢的。因此有必要進(jìn)行電力能源效率的改進(jìn)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)發(fā)展模式“大規(guī)模生產(chǎn)、大規(guī)模消費(fèi)、大規(guī)模廢棄”的方式，向“低消耗、低排放、高效可持續(xù)”方向轉(zhuǎn)變。

圖1 部分省區(qū)電力能源效率

從中國(guó)的整體情況來(lái)看，2012至2021年中國(guó)電力行業(yè)能效的發(fā)展趨勢(shì)較為明顯。2012至2016年，電力行業(yè)處于“先發(fā)展后環(huán)保，先污染后治理”的發(fā)展階段。

電力體制改革極大地促進(jìn)了發(fā)電工業(yè)的發(fā)展。在這一階段，各大發(fā)電集團(tuán)搶占資源，擴(kuò)大規(guī)模，為迅速扭轉(zhuǎn)中國(guó)電力短缺的局面做出了巨大貢獻(xiàn)。但對(duì)清潔發(fā)展缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，環(huán)保設(shè)施投入不足，利用率低，排放增加、環(huán)境污染等問(wèn)題。因此，在此期間，中國(guó)的電力能源效率有輕微的下降趨勢(shì)。

第二階段是2016年至今，電力行業(yè)處于“結(jié)構(gòu)調(diào)整和清潔發(fā)展”時(shí)期。這一時(shí)期主要表現(xiàn)為綠色低碳發(fā)展，重點(diǎn)調(diào)整供電結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和區(qū)域布局。其中，清潔能源發(fā)電在電力行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，風(fēng)電、太陽(yáng)能、核電、水電等清潔能源得到快速發(fā)展。

（二）區(qū)域性分析

中國(guó)30個(gè)省份可以按照地理位置分成東部地區(qū)、中部地區(qū)和西部地區(qū)。文章利用聚類分析方法，結(jié)合地理區(qū)域劃分對(duì)聚類結(jié)果進(jìn)行提煉總結(jié)，如表1所示。

大部分地區(qū)集中在第一類和第二類，說(shuō)明中國(guó)電力能源效率呈現(xiàn)“前多后少”的格局。

一般來(lái)說(shuō)，第二類的數(shù)量仍然多于其他類別，而第三類在電力能源效率方面相對(duì)落后，這是很大的改進(jìn)和改善的重點(diǎn)。從表1可以看出，第一類主要集中在東部和中部地區(qū)，尤其是東部地區(qū)，第二種類型分布更均勻，第三類主要集中在西部地區(qū)，這意味著西部的電力能源效率最低。由于東部和中部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高，對(duì)西部地區(qū)應(yīng)提供技術(shù)支持，加強(qiáng)三個(gè)地區(qū)之間的交流與合作，推動(dòng)西部地區(qū)的發(fā)展，進(jìn)一步改善西部地區(qū)的能源效率。

表1 電力能源效率的聚類結(jié)果與對(duì)比

與其他兩個(gè)地區(qū)相比，西部地區(qū)的電力能源效率處于最低水平，波動(dòng)較大。電力能耗對(duì)環(huán)境約束敏感，可再生能源占比較高。中國(guó)西部省份的地理面積比較大。青海、新疆、甘肅、寧夏等西部地區(qū)擁有豐富的風(fēng)能和太陽(yáng)能資源，是風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電的重要地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)西部地區(qū)的輻射和日照總量也是全國(guó)最高的，屬于世界上太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)之一。中國(guó)西部擁有全國(guó)一半以上的風(fēng)能資源。青海、甘肅、新疆風(fēng)能可開(kāi)發(fā)儲(chǔ)量分別為1560萬(wàn)千瓦、2734萬(wàn)千瓦、3811萬(wàn)千瓦[13]。中國(guó)西部的風(fēng)能開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)50年代末，80年代進(jìn)入示范推廣階段，90年代逐漸形成規(guī)模。但西部地區(qū)環(huán)境相對(duì)脆弱，利用可再生能源發(fā)電應(yīng)注意環(huán)境保護(hù)[3]。

四、結(jié)論

中國(guó)各省的電力能源效率水平不同。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和地理?xiàng)l件的不同，節(jié)能降耗政策的實(shí)施應(yīng)因地制宜。貴州、甘肅、寧夏和青海是能源效率最低的4個(gè)地區(qū)，有必要分析它們的能源效率構(gòu)成，找到有針對(duì)性的提高電力能源效率的解決方案。對(duì)于遼寧、吉林等粗放型生產(chǎn)的老工業(yè)基地，要尋求適應(yīng)新型工業(yè)化生產(chǎn)道路，走可持續(xù)發(fā)展道路[14-16]。

另一方面，各省在分析和提高能效政策的過(guò)程中，要加大區(qū)域間的開(kāi)放，建立有效的協(xié)調(diào)機(jī)制，區(qū)域間電力效率的提高使得各省在提高自身能源效率的同時(shí)，有效地促進(jìn)了相鄰省份能源效率的提高，最終實(shí)現(xiàn)了我國(guó)能源整體效率的提高。從聚類結(jié)果看，中國(guó)西部地區(qū)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源利用方面與其他地區(qū)存在明顯差異。東部地區(qū)具有良好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)、工業(yè)化水平和獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)。因此，西部地區(qū)要積極開(kāi)發(fā)風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源，推動(dòng)風(fēng)電規(guī)?；l(fā)展，加快太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用?；谥袊?guó)電力能源效率東部高、西部低、中部中等的區(qū)域特征，為有效提高中國(guó)整體電力能源效率，應(yīng)在保證東部地區(qū)電能利用效率穩(wěn)步提高的基礎(chǔ)上，采取有效措施提高中西部地區(qū)的電能利用效率。東部地區(qū)節(jié)能的方法和管理經(jīng)驗(yàn)對(duì)提高中西部地區(qū)的電能利用效率具有重要的參考價(jià)值。

同時(shí),東部地區(qū)應(yīng)該鼓勵(lì)低能耗,高科技行業(yè)的發(fā)展,并提供技術(shù)支持給予中西部地區(qū)，推動(dòng)中西部地區(qū)的發(fā)展，并進(jìn)一步提高中國(guó)整個(gè)電力能源效率。