基于超效率SBM 的能源效率測算——以長江經(jīng)濟帶為例

李攀LI Pan；蔣高鵬JIANG Gao-peng

（①安徽工業(yè)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院，馬鞍山 243002；②安徽工業(yè)大學(xué)復(fù)雜系統(tǒng)多學(xué)科管理與控制安徽普通高校重點實驗室，馬鞍山 243002）

0 引言

氣候變化危機是人類面臨的共同挑戰(zhàn)，所有國家都無法置身事外。為有效應(yīng)對氣候危機，世界各國陸續(xù)提出了雙碳目標(biāo)[1]。2020 年，習(xí)近平總書記在第75 屆聯(lián)合國大會上提出了中國2030 年碳達(dá)峰、2060 年實現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標(biāo)，這意味著未來我國將向著更高效的能源利用、更生態(tài)環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展模式邁進(jìn)。目前，中國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化尚未全面完成，未來較長時間內(nèi)能源消費總量仍會持續(xù)增加，在此背景下，提高能源的利用效率仍是緩解氣候與能源問題、推進(jìn)“雙碳”工作的重要途徑。

長江經(jīng)濟帶在我國區(qū)域發(fā)展格局中有著極其重要的戰(zhàn)略地位，是推動我國高質(zhì)量發(fā)展形成優(yōu)勢互補的先行區(qū)域。長江經(jīng)濟帶橫跨西部、中部、東部三大板塊，覆蓋云南、四川、重慶、貴州、湖北、湖南、安徽、江西、江蘇、浙江、上海等11 個省市，面積約205.23 萬平方公里，占中國版圖的21.4%，2020 年數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示其人口總量為全國的42.9%，生產(chǎn)總值為全國的46.4%，對全國的經(jīng)濟發(fā)展有重要支撐引領(lǐng)作用。然而遺憾的是，大量研究顯示，長江經(jīng)濟帶能源效率不高，區(qū)域粗放式發(fā)展還在繼續(xù)。為此，明確能源效率的提升受到哪些具體因素的促進(jìn)或阻礙，對推動長江經(jīng)濟帶高質(zhì)量發(fā)展具有重大意義。相關(guān)結(jié)論和政策建議對其他區(qū)域提升能源效率也具有一定的借鑒和參考價值。

能源效率的研究一直是學(xué)界熱點。本文在綜合現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，選擇長江經(jīng)濟帶的28 個核心城市作為研究對象，選擇考慮非期望產(chǎn)出的超效率SBM 模型對長江經(jīng)濟帶能源效率進(jìn)行測算。

1 長江經(jīng)濟帶的能源利用現(xiàn)狀

1.1 能源消費變化趨勢

上升為國家戰(zhàn)略之后，長江經(jīng)濟帶在中央政策的扶持下，走上了平穩(wěn)、快速、可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展之路。收集2006-2019 年間長江經(jīng)濟帶能源消費數(shù)據(jù)，不難看出，長江經(jīng)濟帶能源消費的兩個階段分別為：①銳減階段（2006-2013）：該階段長江經(jīng)濟帶能源消費量總體仍在逐年增加，不過其增長速度呈大幅下降態(tài)勢。②波動階段（2014-2019）：相對于第一階段，這一階段的增速呈波動增長態(tài)勢。2017 年7 月，隨著《長江經(jīng)濟帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》的頒布，長江經(jīng)濟帶的煤炭消費、煤炭清潔利用以及區(qū)域能源結(jié)構(gòu)迎來了新的挑戰(zhàn)：“浙江、江蘇、上海三個省市要達(dá)成負(fù)增長的煤炭消耗總量目標(biāo)，不僅如此，長江經(jīng)濟帶整體區(qū)域煤炭消耗總量在2020 年要控制在12×108噸以下。此外，湖南、湖北、四川、重慶四省市以2015 年煤炭消耗總量為峰值，控制未來煤炭消耗總量?！币?guī)劃出臺后，成效顯著，2018 年長江經(jīng)濟帶區(qū)域能源消費增速大幅下降，2019年增速略有回升，但幅度不大。（圖1）

圖1 長江經(jīng)濟帶2006-2019 能源消費總量及其增速

長江經(jīng)濟帶經(jīng)濟發(fā)展與其區(qū)域的政策形式基本一致，同樣地，長江經(jīng)濟帶能源消費增長趨勢也與其區(qū)域的發(fā)展?fàn)顩r基本吻合，存在2 個關(guān)鍵節(jié)點。第一個節(jié)點為2008年。此時金融風(fēng)暴席卷全球，中國經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)入“新常態(tài)”，在這經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵期和經(jīng)濟提速的換擋期，長江經(jīng)濟帶區(qū)域能源消費量增速難免受到?jīng)_擊。第二個節(jié)點為2014 年9 月。隨著國務(wù)院《關(guān)于依托黃金水道推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展的指導(dǎo)意見》的出臺，長江經(jīng)濟帶的發(fā)展正式上升為國家戰(zhàn)略，經(jīng)濟騰飛離不開能源支撐，長江經(jīng)濟帶能源消耗量在新一輪經(jīng)濟發(fā)展的帶動下增長速度迅速攀升。

1.2 能源消費結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

長江經(jīng)濟帶積極響應(yīng)國家綠色發(fā)展號召，不斷優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)（如表1 所示），電力消費占比逐年增加。然而值得注意的是，雖然化石能源消費占比有逐年下降趨勢，但2019 年長江經(jīng)濟帶化石能源消耗占比仍然高達(dá)86.86%。其中，石油消費占比逐年攀升態(tài)勢明顯，2019 年占比達(dá)到29.03%，天然氣雖有逐年增加趨勢，但增幅較小，2019 年占比為5.69%。相對來說，焦炭消費占比較為穩(wěn)定，始終在5%的水平上下波動。

表1 2006-2019 年長江經(jīng)濟帶能源消費結(jié)構(gòu)占比

從長江經(jīng)濟帶11 省市能源消費總量統(tǒng)計情況中不難看出，雖然近年來長江經(jīng)濟帶煤炭消費占比有所下降，但長期以來，煤炭始終是長江經(jīng)濟帶消費占比最高、用量最大的能源品種，其在化石能源中的消費占比仍在50%以上，在長江經(jīng)濟帶能源消費總量中消費占比也超過40%。中國城鎮(zhèn)化還在繼續(xù)，工業(yè)化進(jìn)程尚未完成，未來能源消費量仍會持續(xù)攀升，以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)還會持續(xù)相當(dāng)長的一段時期。為此，從不同角度測算長江經(jīng)濟帶能源效率情況，為制定相應(yīng)的能源消費政策具有一定參考價值。

2 能源效率測算--考慮非期望產(chǎn)出的Super-SBM模型

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）及其模型自1978 年由Charnes等提出以來，得到了十分廣泛的應(yīng)用。但由于沒有考慮到松弛變量，導(dǎo)致傳統(tǒng)DEA 模型效率評價與實際情況存在偏差。為此，Tone[2]提出了帶有投入和產(chǎn)出松弛變量的非徑向DEA 模型--SBM 模型。然而SBM 模型與傳統(tǒng)DEA 模型都存在相同的缺陷，即面對效率都為1 的DMUs 無法進(jìn)行進(jìn)一步的區(qū)分。針對這一現(xiàn)象Super-SBM 模型應(yīng)運而生。其模型公式為：

上式中，決策單元的個數(shù)用n 表示，m 表示投入，s1表示期望產(chǎn)出，s2表示非期望產(chǎn)出，x、yd、yu分別表示投入矩陣中的元素、期望產(chǎn)出矩陣中的元素、非期望產(chǎn)出矩陣中的元素，ρ 為能源效率值。當(dāng)ρ≥1 時，表示該區(qū)域的能源效率是相對有效的；若ρ＜1，則表示該區(qū)域的能源效率需要進(jìn)一步改善。

3 評價指標(biāo)體系構(gòu)建與數(shù)據(jù)來源

目前，能源效率評價體系的指標(biāo)選取尚未形成共識，對現(xiàn)有效率評價文獻(xiàn)中的指標(biāo)體系進(jìn)行綜合，本文的具體指標(biāo)如下：

3.1 投入指標(biāo)

①資本投入。本文的資本投入計算采用當(dāng)下主流的永續(xù)盤存法，以2006 年為基期，其計算公式為：

t-1 期、t 期的資本存量分別用K（t-1）、Kt表示，It為第t年以當(dāng)年價格計算所得到的固定資產(chǎn)投資額，δ 為資本的折舊率，本文借鑒張軍等[3]的計算方法，選擇δ=9.6%，It=I0/（δ+g），I0為2006 年的固定資產(chǎn)投資額，g 為2006-2019 年全社會新增固定資產(chǎn)的平均增長率。

②能源投入。地級市能源數(shù)據(jù)年鑒并未提供，因此這里借鑒吳健生[4]的做法，采用全球穩(wěn)定夜間燈光值擬合。

③勞動力投入。本文選擇市轄區(qū)從業(yè)人數(shù)作為這一變量的投入值。

④土地資源投入。以市轄區(qū)建成區(qū)面積表示。

⑤技術(shù)投入。以地級市財政支出（全市）中的科學(xué)技術(shù)支出表示。

⑥教育投入。以地級市財政支出（全市）中的教育支出表示。

3.2 期望產(chǎn)出

①不變價GDP。本文將2006-2019 年長江經(jīng)濟帶沿線28 個地級市的生產(chǎn)總值作為期望產(chǎn)出指標(biāo)之一，考慮到價格因素的影響，選擇以2006 年為基期的不變價GDP作為期望產(chǎn)出；②市轄區(qū)綠化面積。黨的十八大以來，習(xí)近平總書記多次強調(diào)金山銀山不如綠水青山，認(rèn)為經(jīng)濟發(fā)展不應(yīng)以犧牲環(huán)境為代價，特別指出符合綠色生態(tài)環(huán)境的發(fā)展才是可持續(xù)的、真正的發(fā)展，因此本文將城市綠化面積也納入指標(biāo)體系。

3.3 非期望產(chǎn)出

將二氧化碳排放量、工業(yè)二氧化硫排放量以及工業(yè)煙塵排放量作為非期望產(chǎn)出指標(biāo)，其中二氧化碳排放量的測算借鑒吳建新等[5]的方法，既考慮了燃?xì)狻⒁夯蜌獾戎苯酉哪茉吹亩趸寂欧?，又涵蓋了電力、交通運輸及熱能消耗所產(chǎn)生的二氧化碳排放，加總后得到各城市的二氧化碳總排放量。最終參考邱士雷等[6]的方法以社會支付意愿作為權(quán)重（如表2 所示）將3 個非期望產(chǎn)出擬合成1個環(huán)境污染排放指數(shù)。

表2 各污染物的社會支付意愿及權(quán)重

上述變量數(shù)據(jù)均來源于《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國城市統(tǒng)計年鑒》、《中國能源統(tǒng)計年鑒》、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》以及各相關(guān)城市的城市統(tǒng)計年鑒，少量缺失值通過平均增長率補齊法和均值插補法進(jìn)行補充修正。（表3）

表3 投入產(chǎn)出指標(biāo)體系

4 結(jié)果與分析

依托非期望產(chǎn)出超效率SBM 模型理論方法，借助MaxDEA 8 Ultra 軟件測算出2006-2019 年長江經(jīng)濟帶沿線28 個核心城市的能源效率值，具體情況如表4 所示。

表4 2006-2019 年長江經(jīng)濟帶能源效率年均值

首先從整體角度進(jìn)行分析，2006-2019 年期間長江經(jīng)濟帶僅有上海、南京、長沙、常州、揚州、杭州、武漢、重慶8個城市的能源效率均值大于1，占總體樣本的28.6%，大部分所選城市的效率均值仍處于較低水平，這說明長江經(jīng)濟帶這14 年以來整體能源效率形勢不容樂觀。

其次，從時間維度進(jìn)行分析，為克服數(shù)據(jù)表格對能源效率時間序列上的發(fā)展趨勢直觀性不足的缺陷，本文繪制了2006-2019 年長江經(jīng)濟帶能源效率發(fā)展趨勢圖，如圖2所示，長江經(jīng)濟帶能源效率均值為0.846，整體能源效率不高。2006-2010 年長江經(jīng)濟帶能源效率處于觀測期高位，此后便開始有波動下降趨勢，2016 年后更是有直線下降的態(tài)勢，主要原因在于2016 年3 月25 日中共中央政治局審議通過了《長江經(jīng)濟帶發(fā)展規(guī)劃綱要》，綱要要求大力保護(hù)長江生態(tài)環(huán)境、創(chuàng)新驅(qū)動產(chǎn)業(yè)升級，同時強調(diào)共抓大保護(hù)，不搞大開發(fā)。換言之，這意味著長江經(jīng)濟帶高投入、高排放的粗放型經(jīng)濟發(fā)展模式正在不斷改善，雖然近期能源效率略有下降，但可以預(yù)見，不久的將來各城市能源效率和生態(tài)環(huán)境便會開始得到明顯的提升和改善。

最后從區(qū)域維度分析，從圖2 中可以看出，在本文樣本觀測期間長江經(jīng)濟帶能源效率存在區(qū)域差異，模型測算結(jié)果顯示，上、中、下游三大區(qū)域的能源效率均值分別為0.791、0.823、0.885。長江經(jīng)濟帶下游地區(qū)作為中國經(jīng)濟核心區(qū)之一，地理環(huán)境優(yōu)越，經(jīng)濟實力強勁，具備完善的政策體系，能夠吸引到更優(yōu)質(zhì)的公司，能源效率提升方面有一定優(yōu)勢。值得注意的是，2006-2008 年期間上游區(qū)域能源效率提升明顯，在2008 年達(dá)到觀測期間的第一個峰值0.880，經(jīng)過幾年的波動發(fā)展之后，于2016 開始逐年增長的態(tài)勢明顯，一度超越中、下游，穩(wěn)居首位。中游能源效率則表現(xiàn)出高開低走的態(tài)勢，尤其是2016 年后，下降趨勢明顯，究其原因，主要是中游區(qū)域一體化發(fā)展水平相對較低，關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)以及創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化能力不強，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和空間布局不合理，環(huán)境污染問題較為突出，在《長江經(jīng)濟帶發(fā)展規(guī)劃綱要》出臺后中游受到的沖擊在三大區(qū)域中最大，能源效率持續(xù)大幅下降的狀態(tài)加劇[7]。

圖2 長江經(jīng)濟帶能源效率發(fā)展趨勢圖

5 結(jié)論

本文以二氧化碳、二氧化硫以及煙塵排放量作為非期望產(chǎn)出，運用考慮非期望產(chǎn)出的超效率SBM 模型對長江經(jīng)濟帶28 個地級市的能源效率進(jìn)行了測算。結(jié)果表明：

①從整體角度分析，2006-2019 年期間長江經(jīng)濟帶僅有上海、南京、長沙、常州、揚州、杭州、武漢、重慶8 個城市的能源效率均值大于1，占總體樣本的28.6%，大部分所選城市的效率均值仍處于較低水平。②從時間維度來看，長江經(jīng)濟帶高投入、高排放的粗放型經(jīng)濟發(fā)展模式正在不斷改善，不久的將來各城市能源效率和生態(tài)環(huán)境便會開始得到明顯的提升和改善。③從區(qū)域維度分析，考察期內(nèi)長江經(jīng)濟帶能源效率存在區(qū)域差異，模型測算結(jié)果顯示，上、中、下游三大區(qū)域的能源效率均值分別為0.791、0.823、0.885。