中国东部地区能源环境效率评价及环境策略选择研究——基于自然处置和管理处置动态交叉效率模型.pdf

第 卷第 期运 筹 与 管 理 ，年 月 收稿日期：基金项目：福建省创新战略研究项目（）作者简介：向小东（），通讯作者，男，四川广安人，教授，博士，研究方向：系统评价；项伟（），男，浙江温州人，硕士研究生，研究方向：系统评价。中国东部地区能源环境效率评价及环境策略选择研究 基于自然处置和管理处置动态交叉效率模型向小东，项 伟（福州大学 经济与管理学院，福建 福州 ）摘要：随着环境问题的日益严峻，如何提高能源利用效率，逐渐成为中国经济发展亟待解决的重要问题。而东部地区是中国改革开放的先行区域，其节能减排经验和措施可以在一定程度上为其他区域提供参考。为从自互评体系研究中国东部地区在自然处置和管理处置策略下的动态能源环境效率，论文建立了自然处置和管理处置动态交叉效率模型，根据 中国统计年鉴（），中国能源统计年鉴（）的相关数据，对 年中国东部地区的能源环境效率和环境策略选择进行实证研究。结果表明：年期间，大多数省市在自然处置下的能源环境效率更高，而管理处置下大部分省市能源环境效率偏低，有较大的节能减排潜力。从整个研究时期来看，天津之外的省市采取自然处置策略对能源环境效率的提高更有效，而天津采取管理处置策略对提高效率更有帮助。关键词：能源环境效率；压他型交叉效率；自然处置；管理处置；环境策略中图分类号：文章标识码：文章编号：（）：，（，）：，“”，（），：（），（），（），（）（），：；引言近年来，中国经济增长所面临的资源环境压力成为政府和社会各界关注的焦点。如何提高能源利用效率，成为中国经济发展亟待解决的问题。东部地区是中国改革开放的先行区域，肩负着辐射其他地区、推动中国经济发展的重要使命，其节能减排经验和措施可以为其他区域提供参考。因此，使用科学定量化方法评价东部地区的能源环境效率，对提高其能源利用效率，进而全面建立“资源节约与环境友好”的两型社会具有重要意义。目前，学术界在能源环境效率评价的研究中所采用的方法主要为 方法，可分为静态效率分析 和 动 态 效 率 分 析。在 静 态 效 率 评 价 方 面，等 和闫庆友等 采用 模型对能源环境效率进行评价，但静态模型忽略了生产系统中投入要素的累积效应，无法研究效率在不同时期的变化及跨期效率。在能源环境动态效率评价中，学者们主要使用了 模 型 和 窗 口 分 析 模 型。如，向 小 东 和 林 健 建 立 双 前 沿 面 全 局 网络模型，对工业生产系统进行评价。王锋和冯根福 通过构建能源环境 窗口分析模型，评价了中国各省市的能源环境效率。传统的 模型和 窗口分析模型忽视了生产投入要素的结转效应，得到的效率结果在一定程度上不够准确。为克服上述两类模型的缺陷，近年来已有学者在能源环境动态效率的评价中考虑结转活动的影响。如，等 和 等 采用动态 模型对能源环境效率进行评价。但这些研究基于自评模型不能对有效单元进行进一步区分。在已有文献中，有关能源环境动态交叉效率评价的研究较少。仅 和 建立动态交叉效率模型，以机队规模为结转变量对国际航空公司的能源环境效率进行评价。但在非期望产出的处理上采取强可处置方式，不符合实际生产过程。综上，可以发现：（）以往研究很少从他评体系进行评价，得到的评价结果不够全面；（）有关非期望产出，以往的研究大多是通过区分其弱可处第期向小东，等：中国东部地区能源环境效率评价及环境策略选择研究 基于自然处置和管理处置动态交叉效率模型置和强可处置建立 模型，弱可处置假设所有决策单元采取相同的减排策略，而强可处置假设非期望产出可随意减少，都与决策单元的实际生产过程不符；（）以往的研究很少对决策单元在应对环境规制时的环境策略选择进行分析。针对以上不足，本文建立自然处置和管理处置下的动态交叉效率新模型，对中国东部地区的能源环境效率与环境策略选择进行实证研究。模型构建 能源环境动态交叉效率评价模型考虑到前一时期资本存量投入会对本期资本存量投入水平造成影响，可以用图 来表示考虑结转活动的多时期能源环境生产系统。在该系统中，假设共有 个评价时期，表示第 时期的第 个决策单元，表示第 时期决策单元 的第 个常规投入，表示第 时期决策单元 的第 个期望产出，表示第 时期决策单元 的第 个非期望产出，表示第 时期决策单元 的第 个资本存量。资本存量 （）既是第 时期决策单元 的期望产出，也是其第 时期的非常规投入。为表示方 便，令 （，），（，），（，），（，），（）（），（）。图 多时期能源环境系统效率分析框架 考 虑到弱 可处置 和强 可 处置 方 法的 缺 陷，和 提出了非期望产出的自然处置假设和管理处置假设。自然处置是种消极策略，决策单元通过减少投入适当缩小生产规模，将非期望产出减少到满足环境规制的要求。管理处置是种积极策略，决策单元通过增加技术创新方面的投入或提高管理水平，实现非期望产出减少和期望产出的增加。和 认为资本存量投入与创新技术进步有密切关系，在管理处置下决策单元可通过增加资本存量投入来提高创新技术水平，以减少非期望产出和增加期望产出。自然处置下动态交叉效率评价模型根据交叉效率评价的基本原理，自然处置下能源环境动态交叉效率的评价，可以分为四个步骤。第 步借鉴 和 的研究，在自然处置和规模报酬不变下 时期决策单元 的整体效率自评模型如式（）。（）（）（），（），；，（）（），（），；，；，；，；，根据 式（）得 到 的 最 优 权 重 ，（），可以计算出自然处置下第 时期被评单元 的自评效率 ：（）（），；，（）第 步将压他型交叉效率模型思想拓展到考虑结转活动和非期望产出的 模型中，在保证被评单元 各时期效率不变的情况下，选取一组最优权重使其他决策单元在 时期整体平均交叉效率最小。自然处置下动态压他型交叉效率模型如式（）。（，）（）（），（）（），；，（）（，（），（），），（），；，；，；，；，运 筹 与 管 理 年第 卷第 步利用式（）得到的最优权重，可得到第 时期决策单元 的他评效率值，公式如下：（）（），；，。（）为第 时期决策单元 在决策单元 的最优权重下的效率。通过对式（）求解 次，可得到组最优权重，最终得到在自然处置下第 时期的交叉效率矩阵：，（）其中主对角线为第 时期决策单元 的自评效率值，非主对角线为他评效率值。第 步利用算术平均计算第 时期的交叉效率矩阵，求得自然处置下第 时期决策单元 的最终效率值 ，计算公式见式（）。，；，（）决策单元 在 时期的效率 为其各时期最终效率的加权和，其中第 时期效率的权重由其投入占时期总投入的比重确定，见式（）。（）（），（）管理处置下动态交叉效率评价模型管理处置下能源环境动态交叉效率的评价，可仿照自然处置下的计算步骤，得到决策单元 第 时期的效率 和 时期的整体效率。第 步在管理处置和规模报酬不变下 时期决策单元 的整体效率自评模型如式（）。（）（）（）（），；，（）（），（），；，；，；，；，根据式（）得到的最优权重，可以计算出管理处置下第 时期被评单元 的自评效率 ：（）（），；，（）第 步管理处置下动态压他型交叉效率模型如式（）。（，（），（），）（）（）（），（）（），；，（，），（），；，；，；，（）第 步利用式（）得到的最优权重，可得第 时期决策单元 的他评效率值：（）（），；，（）对式（）求解 次，最终得到在管理处置下第 时期的交叉效率矩阵：（）第 步管理处置下决策单元 第 期的最终效率值 见式（）。，；，（）决策单元 在 时期的效率 见式（）。第期向小东，等：中国东部地区能源环境效率评价及环境策略选择研究 基于自然处置和管理处置动态交叉效率模型 （），（）决策单元环境策略选择模型自然处置和管理处置代表了决策单元在应对环境规制时减少非期望产出的不同策略。赵林林 提出了一个指标，即管理处置下的能源环境效率与自然处置下能源环境效率的比值，用于描述决策单元策略转化对效率的影响，本文将其扩展到动态情形。因此，第 时期决策单元 在管理处置下的能源环境效率与自然处置下效率的比值 可以表示为：，；，（）同理，时期决策单元 在管理处置下的能源环境效率与自然处置下效率的比值 可表示为：，（）如果 （），说明在第 时期（时期），决策单元 将自然处置策略转化为管理处置策略会对能源环境效率带来积极影响，决策单元采用增加资本存量促进技术创新的措施，能够更有效地提高能源环境效率。如果 （），说明在第 时期（时期）减少投入适当缩小生产规模对决策单元效率的提高更加有效。而 （），说明在第 时期（时期），决策单元 进行策略转化不会对能源环境效率带来影响。能源环境动态效率模型的应用 指标说明及数据来源为评价中国东部地区的能源环境效率，本文采用省际面板数据，样本区间为 年。选取能源消费总量、就业人数作为常规投入指标，资本存量为非常规投入指标，并作为连续时期之间的结转变量，地区生产总值作为期望产出指标，二氧化硫和二氧化碳排放量作为非期望产出指标。其中：能源消费总量采用万吨标准煤当量；就业人数采用各省市年底城镇单位就业人员数；地区生产总值为 年各省市的生产总值；资本存量参考张军等 的方法，以 年为不变价格，利用永续盘存法推算至 年，计算公式为：（）（）（）式（）中，表示第 年的第 个省市的资本存量，表示各省市固定资本形成总额的经济折旧率，固定为 ，表示第 年第 个省市的固定资本形成总额。根据式（）可估算出中国各省市的资本存量，单位为亿元。二氧化硫排放量数据可直接得到，单位为万吨。二氧化碳排放量没有直接的数据可以获得，借鉴陈真玲等 的方法，通过化石能源消费估算得到：（）式（）中，为二氧化碳排放量；表示第 种能源的消费量，包括煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油和天然气这 种能源；为第 种能源的净发热值；为第 种能源的碳含量；为第 种能源的氧化因子；为二氧化碳和碳的分子量比率。各种能源的净发热值、碳含量、氧化因子数据参考潘家华和张丽峰 的研究。根据式（）可估算出中国各省份的二氧化碳排放量，单位为万吨。以上涉及到的数据来源于 中国统计年鉴（）、中国能源统计年鉴（）。中国东部地区能源环境效率评价结果分析以及环境策略选择利用 软件，自然处置和管理处置下，年间中国东部地区的年度能源环境效率和整体能源环境效率，如表 和表 。表 自然处置下年度效率和整体效率省份 整体效率整体效率排名北京 天津 河北 上海 江苏 浙江 福建 山东 广东 海南 平均值 运 筹 与 管 理 年第 卷从表 可知，年，自然处置下，中国东部地区的能源环境效率出现了持续下降的情况。效率的平均值从 年的 逐步降低至 年的 ，意味着在这期间，减少投入适度缩小生产规模对东部地区提高能源环境效率的效果在减弱。相较其他省市，广东在整个时期效率值下降幅度最大，从 年的 降低到了 年的 ，跌幅达 。从整个时期来看，自然处置下中国东部地区整体能源环境效率偏低，其平均值为 。其中整体能源环境效率高于平均值的省市有六个，而河北的效率在东部排名最后。河北是煤炭供应丰富的省市。中国东部发达地区存在着能源短缺问题，需要从具有煤炭资源优势的省市进口电力。因此河北在 年间能 源 消 耗 量 大。将 北 京 与 河 北 作 比 较，在 年间，河北的能源消费总量约是北京的 倍，但地区总产值仅约为北京的 倍，说明河北的地区生产总值相对不足，存在能源利用率相对较低的问题。表 管理处置下年度效率和整体效率省份 整体效率整体效率排名北京 天津 河北 上海 江苏 浙江 福建 山东 广东 海南 平均值 从表 可知，年，大部分省市效率都出现了连续下降的情况，效率的平均值从 降低至 ，意味着在这期间增加资本存量促进技术创新，并不能有效提高它们的能源环境效率。而在 年，大部分省市的能源环境效率出现大幅增长，在这两年效率的平均值从 增长至 。管理处置下整体能源环境效率的平均值为 ，低于自然处置下的 。管理处置下，整体能源环境效率高于平均值的只有天津、北京、上海，意味着多数省市在管理处置下有着较大的节能减排潜力。综合表 和表 来看，北京和天津无论是在自然处置还是管理处置下，整体能源环境效率排名都位于前列，它们可以被视为中国东部其他省市提高能源环境效率的基准。他们的优异表现可归因于多种因素，包括其经济结构、能源供应状况和政策支持。而河北和山东的排名都相对靠后，因两省高耗能产业比重较高，经济发展对能源依赖程度高，导致环境污染相对严重。根据式（）（），可以计算出各时期东部地区的 和，结果如表 所示。表 两种策略下效率的比值 和 省份 整个时期北京 天津 河北 上海 江苏 浙江 福建 山东 广东 海南 平均值 由表 可知，年，仅天津在 和 年的效率比值大于 。而到了 年，除北京、河北、上海和广东之外的省市，其效率比值都大于 ，说明在这期间不同环境策略对中国东部地区能源环境效率的影响出现了较大变化。具体来看，在 年，大多数省市的效率比值都有第期向小东，等：中国东部地区能源环境效率评价及环境策略选择研究 基于自然处置和管理处置动态交叉效率模型所下降。其中山东下降幅度最大，说明在这一时期，增加资本存量对其效率提高的效果较差，反而可能会增加它的人力和物力负担，导致能源环境效率较低。而在 年，大部分省市的效率比值出现增长，增长的原因有两个方面。一方面，适度缩小生产规模对其提高能源环境效率的效果在减弱，这一时期大部分省市在自然处置下的效率有所降低。另一方面，增加资本存量对其提高能源环境效率的作用在加强，使这些省市在管理处置下的效率得到提高。从整个研究时期来看，除天津之外，其他省市整个时期效率比值都小于 ，意味在这期间，这些省市采取自然处置策略对提高效率更有帮助。因为东部地区是中国改革开放和经济发展的先行区域，其大部分省市工业起步早，发展相对饱和，工业发展对环境带来了一定的负担。因此，在这期间这些省市应该采取自然处置策略，减少投入适当缩小生产规模，重视能源消耗的控制，而不是单纯依靠技术进步。而天津在管理处置策略下的整体效率与自然处置策略下整体效率的比值为 ，从两种策略下整体效率的比较关系来看，考察期内天津更适合采取管理处置策略。因此天津需要进一步增加资本存量，加大技术创新及管理改善投入力度，促进能源的利用效率提高。结论通过研究，论文得到以下结论：考察期内，大多数省市在自然处置下的能源环境效率值更高，但它们的效率出现了持续下降的情况。管理处置下，在 年，大部分省市效率都出现了下降的情况，而在 年，它们的能源环境效率出现增长。从所研究的 年整个时期来看，天津以外的省市采取自然处置策略，适度缩减生产规模，对提高效率更有帮助。而天津采取管理处置策略，增加资本存量，促进技术创新，对能源环境效率的提高更加有效。因此，在国家资本有限的情况下，不同省市需采取不同的策略。天津应通过资本积累进行技术创新，国家需加大对其资金支持力度。天津以外的省市需要限制其高耗能产业盲目扩大规模，加快完成产业结构升级，转移或者淘汰相关落后企业。同时，其他省市应加强与天津的技术交流，分享天津的技术创新成果，从而促进整个东部地区能源环境效率的提高。参考文献：，：，（）：闫庆友，桂增侃，张文华，等 中国能源影子价格和能源环境效率 省 际 差 异 资 源 科 学，（）：向小东，林健 环境规制下中国工业全要素生产率评价研 究基 于 全 局 网 络 指 数 科技管理研究，（）：王锋，冯根福 基于 窗口模型的中国省际能源与环境效率评估 中国工业经济，（）：，：，（）：，（）：，（）：，：，（）：赵林林 基于数据包络分析（）的能源与环境效率研究 合肥：中国科学技术大学，张军，吴桂英，张吉鹏 中国省际物质资本存量估算：经济研究，（）：陈真玲，赵伟刚，李金铠 中国制造业能源拥挤效应研究：基于 模型的分析 系统工程理论与实践，（）：潘家华，张丽峰 我国碳生产率区域差异性研究 中国工业经济，（）：运 筹 与 管 理 年第 卷