對外開放與工業行業能源技術效率——基于隨機前沿模型的分析

熊妍婷，黃 寧

(廈門大學 經濟學院，福建 廈門 361005)

對外開放與工業行業能源技術效率
——基于隨機前沿模型的分析

熊妍婷，黃 寧

(廈門大學 經濟學院，福建 廈門 361005)

提高能源利用效率是實現可持續發展的重要途徑，對外開放通過貿易、投資等渠道影響我國能源利用技術水平。通過設定帶非效率影響的隨機前沿函數，利用非平衡面板數據和聯立的最大似然估計法，對1999-2008年中國34個工業行業的能源技術效率進行測度，分析對外開放對其的影響機制，發現我國工業行業整體的能源技術效率不斷提高，但不同要素密集型工業行業間存在顯著差異，而對外貿易依存度和外資參與度水平的加深對我國工業行業的能源技術效率起著積極的促進作用。

能源技術效率；對外開放；隨機前沿分析；行業分析

一、引言

近年來，中國在成為貿易大國和世界工廠的同時，能源消耗問題日益引起國內外的廣泛關注。2009年我國一次能源消費總量達28.5億噸標煤，年燃燒排放CO2超過美國，成為世界第一碳排放大國。我國對外開放的不斷深化對能源消耗產生兩方面的影響：從量的角度，對外開放使得我國通過貿易方式向世界出口了大量隱含在商品里的能源，加大了能源消費，也加劇了能源資源短缺；從質的角度，對外開放通過外商直接投資的技術溢出效應、國際競爭效應、對進出口商品結構和能源價格變化的影響、國際技術貿易等途徑影響著能源利用效率。現有一些研究考察了能源消費總量與對外開放之間的聯系，而科學合理地利用能源、提高能源利用效率是實現低碳經濟增長，保障可持續發展戰略的重要途徑。與農業、服務業等部門相比，我國工業部門的能源消費量占比在近10年一直維持在70%左右，是能源消費的主力軍，因此從質的角度研究對外開放對我國工業行業能源利用效率的影響具有較強的現實意義。

二、文獻綜述

近年來國內學者開始研究對外開放對我國能源利用效率的影響。大多數研究從區域層面探討兩者的作用機制，如史丹(2002)利用能源消耗強度指標指出對外開放、產業結構和經濟體制是導致中國能源利用效率顯著改善的三個主要因素;[1]魏楚、沈滿洪(2007)認為，在全國層面上對外開放對我國能源利用效率產生了負面影響。[2]而從行業層面出發的相關研究較少，丁剛（2007）用中國2001-2005年行業數據的測算表明，以FDI為載體的國際產業轉移加大了中國工業能源消耗總量，但國際產業轉移并—沒有加大中國的能源消耗強度，而是總體上優化了中國工業的能源消耗結構，抑制了中國工業能源消耗強度;[3]李未無（2008）利用1999-2005年中國35個工業行業面板數據探討對外開放對我國能源利用效率的影響，認為對外開放對我國能源利用效率的提高具有積極影響;[4]張少華（2009）在闡述經濟全球化的含義和構建經濟全球化的指數基礎上，基于33個工業行業1998-2005年的面板數據，采用PCSE穩健估計發現經濟全球化顯著提高了我國能源利用效率，同時技術進步、產權結構、要素稟賦結構和產業結構也對能源利用效率產生不同的影響。[5]

但已有研究還存在以下兩方面的不足：

（1） 能源效率的測算指標

能源效率可從經濟和技術兩方面衡量，而這兩類指標存在本質的差別，前者指用相同或者更少的能源獲得更多產出，如能耗強度、能源生產率等；后者則指由于技術進步、經濟結構調整、管理的改善來減少特定能源的使用，如技術效率等。能源生產率這一類指標只是衡量了能源投入與產出之間的一個比例關系，并沒考慮其他投入要素所產生的影響，而在生產中，最后的經濟產出是和所有的投入要素相關聯的，僅僅將能源與產出比值測度能源利用效率存在很大的局限性。[6-7]

目前國內研究能源效率的文獻絕大多數采用能源生產率等衡量能源效率，本文根據技術效率的含義，采用能源技術效率（定義為單位能耗產出的實際值與最優值的比率）來衡量能源利用水平，以真正反映技術層面上的能源效率提升與否。

（2） 研究方法

現有文獻對能源效率的測定及影響因素分析大多基于非參數估計的數據包絡分析法（DEA——Data Envelopment Analysis），而在技術上更具優勢的隨機前沿分析方法(SFA——Stochastic Frontier Analysis)并沒有得到廣泛的采用。從技術上而言，SFA在測算技術效率水平和影響技術效率因素方面比DEA具有更多優勢，最重要的是，在確定效率前沿的時候它可以把隨機因素的影響分離出來，相對而言不易受到個別不準確數據點的影響。另外，在技術上DEA方法是“兩步法”，即先測出能源技術效率，再分析影響因素，因此不如SFA的“一步法”嚴謹。

鑒于上述不足，本文擬設定帶非效率影響的隨機前沿函數并利用中國34個工業行業1999-2008年的非平衡面板數據和聯立的最大似然估計法，對我國對外開放影響各工業行業能源技術效率的效應進行估計和分析。

三、模型設定與數據處理

（一）模型設定

本文的隨機前沿生產函數是以Battese和Coelli（1995）提出的適用于面板數據并包含技術非效率影響的隨機前沿模型為基礎。[8]該模型的特點之一是，它在設定隨機前沿函數時明確包括了非效率因素的影響，從而克服了先前文獻研究中將非效率的影響脫離隨機前沿函數的設定而產生的偏誤。此外，由于該模型是對面板數據的分析，因此可以同時在行業層面和時間層面上考察非效率的影響。本文采用Coelli（1996）編寫的Frontier4.1程序對下述模型進行聯立的最大似然法估計。具體聯立模型設定如下：

式（1）代表對外開放對中國工業行業能源技術效率影響的隨機前沿方程，它采用了納入能源要素的柯布—道格拉斯生產函數。其中yit=Yit/Eit、Eit、Kit、Lit分別表示第i工業行業第t年的單位能耗產出、能源消耗量、資本存量、勞動力投入；β0是截距項，β1+1、β2和β3分別為能源、資本和勞動的產出彈性；Vit是隨機誤差項，Uit是一個非負的隨機變量，它表示在給定的各產出和準投入水平下的非技術效率，它的分布是正態分布N(uit的大于0的部分，其均值uit由式（2） 定義。

式（2）為單位能耗產出的非效率影響方程，表明單位能耗產出的非效率受對外貿易依存度和外資參與度等因素的影響。δ0、δ1和δ2是待估參數，變量(TRADE/GIOV)it、(FIAV/IAV)it分別代表第i工業行業第t年進出口貿易額占該工業行業總產值的比重，及該工業行業外商投資企業的工業增加值占全部工業行業工業增加值的比重。

隨機前沿模型的方差參數可以表示為：

式（3）表示非效率影響的方差是總誤差方差的構成比例，其中，該參數是判定是否要包含非效率影響因素方程（即式（2））的重要指標，越接近1說明非效率方程的設定越合理。式（4）為第i工業行業第t年的單位能耗產出的能源技術效率，在給定產出和準固定投入的情況下，其可定義為單位能耗產出的實際值和理論值的比例。理論值是指當uit=0時的單位能耗產出，即能源的利用率是完全有效的，不存在非效率的影響。能源技術效率TE取值在0和1之間，越接近于1效率越高。

（二）數據來源及說明

1.不同要素密集行業的確定

本文選取1999-2008年中國34個工業行業的數據，采用資源集約度產業分類方法，將選取的34個工業行業分成表1所示的三類：資源密集型、勞動密集型和資本密集型（技術密集型行業歸入資本密集型行業）。

表1 不同要素密集工業行業分類

2.數據來源及說明

（1）單位能耗產出（yit）的度量：采用分行業工業總產值與能源消費量的比值，數據來源于相應年份的《中國統計年鑒》，其中分行業工業總產值按照1998年工業行業的不變價格進行換算，能源消費量以萬噸標煤為單位。

（2）能源投入（Eit）的度量：采用各年分行業能源消費量，數據來源于相應年份《中國統計年鑒》，單位為萬噸標煤。

（3）資本投入（Kit）的度量：目前的統計資料中沒有對各工業行業資本存量進行專門的統計。本文以王玲（2004）[9]估算的1998年各工業行業的資本存量為基期數據，計算了1999-2008年我國34個工業行業的資本存量。估算過程中需用到的固定資產原值來源于相應年份的《中國統計年鑒》。

資本存量的具體計算步驟如下：第一步，把1998年各工業行業基期資本存量分為建筑資產和設備資產兩類（黃永峰，2002）；[10]第二步，根據《中國統計年鑒》固定資產投資建筑和設備比重，將1999-2009各年固定資本形成凈值分為建筑和設備兩類；第三步，采用1999-2009年《中國統計年鑒》固定建筑和設備兩類資產投資價格指數獲得建筑和設備固定資本形成凈值，以1998年不變價格進行折算；第四步，假設1999-2009年各行業設備和建筑的折舊率分別為2.44%和8.99%（Wu和Xu，2002)，[11]計算中國各工業行業建筑和設備的固定資本存量凈值，匯總得各行業固定資本存量凈值；第五步，將基期資本存量加上每年固定資產存量凈值，即得各工業行業1999-2009年的資本存量值。表2僅列示個別年份估算的資本存量數據。

表2 中國34個工業行業資本存量的估算數據（1998年為基期） （單位：億元）

（4）勞動力投入（Lit）的度量：采用各工業行業歷年年均從業人數，數據來源于相應年份的《中國統計年鑒》。

（5）對外貿易額（TRADEit）的度量：現有的統計資料沒有分行業進出口總額的數據，本文以《中國統計年鑒》使用的中國工業行業分類標準（CICC） 為基準，參考盛斌（2002） 的行業分類標準，[12]整理出如表3所示的中國工業行業分類標準與國際貿易分類標準的對應關系，并以聯合國商品貿易統計數據為基礎，匯總得到我國34個工業行業1999-2008年的進出口額。

（6）工業行業工業總產值（GIOVit）以及工業增加值（LAVit）的度量

采用按行業分規模以上工業企業主要經濟效益指標，數據來源于相應年份的《中國統計年鑒》和《中國經濟貿易年鑒》。

（7）外資企業各工業增加值（FLAVit）的度量

采用按行業分外商投資和港澳臺商投資工業企業的工業增加值，數據來源于相應年份的《中國統計年鑒》。

四、經驗分析結果

（一）模型的估計與檢驗

本文利用Frontier4.1程序對式（1）和（2）組成的隨機前沿聯立模型進行最大似然估計，估計結果見表4。

表4 隨機前沿模型參數的最大似然估計結果

從表4可知的γ值為0.9298，其估計的標準誤差僅為0.0251，這表明了非效率影響的方差是總誤差方差的重要構成部分，設定帶非效率影響的隨機前沿函數是合理有效的。所有變量的系數估計值至少在5%的顯著性水平上顯著，模型的解釋力及可靠性均較強。

表5用廣義似然比統計量對模型的特性進行了相關的參數檢驗。第一個假設檢驗單位能耗產出是否完全技術有效，若拒絕原假設說明非效率方程設定恰當；第二個假設檢驗非效率水平是否受到對外開放程度的影響，若拒絕原假設說明對外開放是影響能源非效率的重要因素。從表5可知兩個原假設都被拒絕，設定的包含能源投入的C-D生產函數隨機前沿模型可以充分描述對外開放對中國工業行業能源技術效率的影響狀況。

表5 隨機前沿模型參數的廣義似然比檢驗

（二）實證結果及原因分析

1.能源技術效率指標分析

表6列示了1999-2008年我國34個工業行業按要素密集度分類的能源技術效率均值。從不同要素密集度分類的行業均值來看，資本密集型行業的能源技術效率最高，達到0.8741，而且行業間能源技術效率相差不大；資源密集型行業的能源技術效率最低，僅為0.7065，這主要歸咎于電力、熱力生產和供應業、煤炭開采和洗選業、石油和天然氣開采業、燃氣生產和供應業等低效的能源利用水平，而這些部門主要是能源生產部門，反映了我國能源開采和供應過程仍以“高投入、高消耗”的粗放型方式為主；勞動密集型行業的能源技術效率處于中間水平，但是皮革、皮毛羽（絨）及其制品業的能源效率均值卻是所有行業中最高的，達到94.31%。

圖1和圖2反映了不同要素密集行業的能源技術效率隨時間變化的趨勢。無論是資本密集型、勞動密集型還是資源密集型行業，1999-2008年能源技術效率不斷上升，增幅分別達到15.61%、18.36%、25.24%，而且不同要素密集行業間的能源技術效率差距不斷縮小。這說明我國工業行業整體的單位能耗產出越來越接近最優的產出值，能源利用過程中的損失越來越少。

表6 1999-2008年不同要素密集行業能源技術效率年均值

圖1不同要素密集行業歷年能源技術效率均值

圖2不同要素密集行業歷年能源技術效率差異

2.對外開放對能源技術效率的影響

本文度量對外開放程度主要采用兩個指標，一是對外貿易依存度，二是外商直接投資。從表5的最大似然估計結果可知，對外開放程度的加深顯著提高了我國各工業行業的能源技術效率。

其中，對外貿易依存度每增加1%，我國工業行業能源技術效率提高0.37%。國際貿易主要通過以下三個途徑影響能源技術效率：首先，優化進出口商品結構。從出口角度，一國大量出口能源技術效率低下的產品使得同樣產出消耗更多能源投入，增加最終產品的成本，減弱商品國際競爭力，對外開放將會促使國內企業努力提高能源生產率，降低生產成本，提高產品的競爭力，在出口貿易中取得更多的利益。從進口角度，其一，一國可以進口低能耗的產品作為中間投入品，相對于自身較低的能源效率而言，可以減少能源投入，從而提高最終產品單位能耗的產出值；第二，節能技術和資本品進口貿易對一國的能源效率的提升也有重要的作用。一國有兩種途徑取得技術進步：一是依靠本國力量進行研究與開發，二是從國外購買技術，而發展中國家往往缺乏足夠的資金和人力進行高風險的技術創新，可以通過從國外購買節能技術和蘊含高科技的資本品快速提升本國能源技術效率；第三，對外開放使得我國從國際市場進口能源技術效率較高的產品從而減少能源要素的投入，使得國內企業面臨日趨擴大的市場壓力，促使其努力提升能源技術效率，爭取在市場上擁有一席之地。其次，促進一國技術進步。國際貿易有利于技術知識在全球的積累和運用，通過商品交換和人員交流，不僅可以使知識與專業化人力資本在我國迅速積累，還可以節約一部分研究與開發費用，增加單位能耗的產出值，提升各貿易參與國的能源技術效率。最后，促進一國產業結構升級。國際貿易有助于我國抓住新一輪全球產業結構調整的契機，培育新的資本技術密集型產業，促進產業的不斷升級，從而提升一國國際分工地位。而處于全球價值鏈低端的國家，在生產中往往消耗更多初級資源。從前文實證可知，資源密集型行業和資本密集型行業的能源技術效率分別處在最低和最高水平，因此產業結構向資本密集型行業的升級有利于能源技術效率的提高。

而從外商直接投資指標來看，外資企業工業增加值相對于工業行業總增加值比率每提高1%，能源技術效率會提高0.1858%。外商直接投資解決了東道國國內資本不足的問題，同時通過示范—模仿效應、競爭效應、關聯效應、人力資本效應等渠道，不僅帶動東道國相關產業的技術進步，推動產業發展，而且通過加劇市場競爭，迫使東道國企業更有效地利用現有資源，推動企業技術效率的提高和技術創新水平提升。這些技術溢出效應促進了東道國的技術水平、生產效率和管理技能不斷提高，能源技術效率不斷改善。

五、結論

本文通過設定帶非效率影響的隨機前沿函數，利用1999-2008年中國34個工業行業的平衡面板數據和聯立的最大似然估計法，對我國各工業行業的能源技術效率進行了測度，并分析了對外開放程度對其的影響機制，主要得到以下結論與啟示。

（1）能源效率可從經濟和技術兩方面衡量，兩者存在本質差異，采用經濟類指標不能完全刻畫出能源利用水平。本文根據技術效率含義定義的能源技術效率為單位能耗產出的實際值與最優值的比率，是一個更能真實反映技術層面上能源效率提升與否的量化指標。

（2）行業能源技術效率的計算表明，我國34個工業行業整體的能源技術效率不斷提高，從1999年的0.74增加到2008年的0.877。

（3）我國不同工業行業的能源技術效率水平存在顯著差異：資本密集型行業最高，勞動密集型行業次之，資源密集型行業最低。但從時間趨勢來看，1999-2008年不同要素密集型行業的能源技術效率均不斷提高，其中資源密集型行業的增幅最大（25.24%），且不同要素密集型行業間的效率差距不斷縮小。

（4）本文著重考察我國對外開放度對不同工業行業能源技術效率的影響，結果表明存在積極的促進作用：對外貿易依存度每增加1%，能源技術效率提高0.37%；外資企業工業增加值相對于工業行業總增加值比率每提高1%，能源技術效率提高0.19%。相比之下，前者的提升效應更為顯著。

為提高我國工業行業的能源技術效率，應當加快對外貿易商品結構的調整與升級，一方面擴大資本技術密集型產品的進出口；另一方面增加資源產品和資源密集型產品進口。此外，應加強外資投向引導，充分利用其溢出效應，促進技術進步，提升能源效率。

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Opening-up and Energy Technical Efficiency in Industrial Sector:An Analysis Based on Stochastic Frontier Model

XIONG Yan-ting,HUANG Ning
(Xiamen University,Xiamen 361005,China)

Improvement of energy efficiency is essential to the sustainable development,and the opening-up through international trade and FDI can influence the technical level of energy resource in China.By setting up stochastic frontier functions without influence on efficiency and making use of the non-balanced panel data and simultaneous maximum likelihood estimation method,this paper estimates the energy technical efficiency of 34 industrial sectors in China from 1999 to 2008 and analyzes the impact of the opening-up on them.The findings indicate that energy technical efficiencies of all the sectors are improving continuously,while there exists a clear gap between different sectors of different factor intensive industries.It is also found that the deepening of the foreign trade reliance and involvement of FDI play an active role in improving the energy technical efficiency in China’s industries.

energy technical efficiency;opening up;stochastic frontier model;industrial analysis

責任編校：史言信

F740

A

1005－0892(2010)09－0089－09

2010-06-02

熊妍婷，廈門大學博士研究生，主要從事國際貿易理論與政策研究；黃 寧，廈門大學博士研究生，主要從事國際貿易理論與政策研究。