中國工業生產的勞動、資本和能源的替代分析

吳力波

(復旦大學能源經濟與戰略研究中心,上海 200433)

近年來,中國經濟增長的可持續性開始遭到國內能源供給存量不足的瓶頸制約和能源價格上漲帶來的沖擊,能源供給面臨的存量與流量的雙重約束,因此以節能降耗為重心的能源替代將成為中國經濟發展必然的選擇。能源替代可以分為內部替代和外部替代。內部替代主要指能源內部的結構以及新興能源的研發和規模應用,取決于工程技術的開發與應用規模,因而更多地涉及到技術問題。外部替代則強調能源與資本、勞動以及原材料之間的替代,往往需要通過資源的優化配置而達到替代目的,因而呈現更多的經濟性特征。

國家產業政策的制定往往受到投入要素之間關系的影響。比如,當能源與資本之間呈現替代關系時,促進能源節約就可以借助于資本投入的增加;反之,當兩者沒有相關性或者呈現互補關系時,試圖擴大資本投入來替代能源投入就會因為能源缺乏需求彈性而達不到預期的效果,此時能源節約更多地依托于純技術性的工程。由于研究手法和各國經濟結構的不同,已有的研究對于各要素之間的互補替代關系無統一的定論。我國有關能源替代的研究目前尚處于起步階段,針對國內能源與其他要素關系的研究,還存在不確定性和替代性兩種不同的觀點。本文將用實證的方法考察中國工業生產部門各投入要素之間的替代與互補關系。

1 理論模型與實證框架

1.1 成本函數和要素需求函數

假設中國工業部門的生產函數共有三個投入要素(分別為勞動、資本和能源),并且這一生產函數規模報酬不變,所有影響勞動、資本和能源投入量的技術都是希克斯中性的,存在唯一的成本函數與生產函數一一對應。滿足假設的成本函數可以有很多種形式,比如里昂惕夫形式、科布·道格拉斯形式,或者超越對數形式。本文將沿用大部分文獻采用的超越對數形式:

式中:C為成本;a0為系數;aL,aK和aE分別為與勞動、資本和能源項有關的系數;PL,PK和PE分別為勞動、資本和能源的價格;bLK為勞動與資本之間的相關系數;bLE為勞動與能源之間的相關系數。

假設規模報酬不變,成本函數對要素價格一次齊次,從而可以得到4個約束方程:

對式(1)ln(Pi)求偏導,結合Shepherd引理(d C/d Pi=Xi),勞動、資本和能源成本占總成本的比例s L,s K和s E為:

根據約束條件(2)和(3),這3個方程之間存在多重共線性,為此留下約束條件(7)和(8)作為估計方程。利用約束條件(4)和(5)可以得到計量回歸的計算式:

式中的系數b KK,b KE等可以通過約束方程組計算得到。

1.2 要素替代彈性

1)AES彈性 即A llen局部替代彈性:

AES存在著許多難以克服的缺陷,Blackorby和Russell指出,由于AES既無法提供兩種要素相對比例以及等量曲線形狀,也無法通過邊際替代率來解釋,因此從整體上說,局部替代彈性AES并不能充分解釋兩種要素之間的替代率。不過盡管AES并非一個描述要素替代彈性的最佳指標,但是因為以下計算交叉價格彈性CPE和相對替代彈性MES的過程中需要用到AES,因此本文還是給出了AES的計算結果。

2)CPE彈性 即交叉價格彈性,反映要素j價格變化所能導致的要素i的絕對量變化:

當交叉價格彈性CPE的值大于0時,要素i與要素j為CPE替代關系;當CPE的值小于時,要素i與要素j為CPE互補關系。

CPE無法對兩種要素之間的相對替代率(要素投入比例的變化對價格變化的反應程度)給出明確的解釋。舉例來說,即使能源與勞動之間存在絕對互補關系,能源價格上升導致了勞動總量需求的減少,但單位投入的勞動數量相對于能源數量仍然可能存在上升的現象。這是因為當能源價格提高時,受技術等外在因素限制,微觀單位內的勞動能源投入比例在短期內難以調整,能源需求減少有可能導致單位勞動需求的減少。但是在宏觀層面,能源價格的上升將使社會需求偏向勞動或資本密集型的產品,結果能源密集型產業的產出下降,導致能源投入的減少,并超過了勞動力需求的減少,這樣能源與勞動之間就呈現出替代關系。

3)MES彈性 即相對替代彈性,表示要素j價格變化導致的要素i(相對要素j)使用量的變化。1967年M orishima提出MES并用力估計兩種投入要素比例變化對價格變化的反應程度, 1981年Blackorby和 Russell發展了Morishima的理論,通過對雙重成本函數的擴展,并運用Shepherd引理實現了 Hicks邊際替代率和兩種以上投入要素替代率的整合。MES的算式為:

式中:pj為要素j的價格;CPEij為要素i和j之間的交叉價格彈性;OPEjj為要素j的自價格需求彈性,一般的正常物品,OPE的值小于0。

當相對替代彈性MES的值大于0時,要素i與要素j為MES替代關系;當MES的值小于0時,要素i與要素j為M ES互補關系。

2 實證分析的數據收集

為了估計式(9)和式(10)需要得到三種要素的成本占比和價格序列。本文的實證分析采用1986年—2006年間的年度數據,如不加特別說明均來源于國家統計局網站電子年鑒。

2.1 勞動價格和總成本

比較理想的勞動價格指數應該由工業部門的平均工資指數所表征,但由于缺少歷年來工業部門的就業和工資統計資料,因此無法對各部門的平均工資進行加權。不過工業部門的就業人數占全社會就業人數的比例較高,因此可以用職工平均工資代表工業部門的平均工資,用職工實際平均工資價格指數代表工業部門的勞動價格指數。工業部門的勞動存量由第二產業就業總人數代表。因此,勞動總成本等于職工平均工資乘以第二產業就業總人數。

2.2 資本價格和總成本

資本總成本與資本價格和固定資本原價成正比。本文采用Romer公式測算資本使用價格:

式中:r(t)為名義利率,取我國一年至三年期(含三年)貸款利率(一年期利率和三年期利率的利差為2%);d為折舊率,按15年折舊期限計算為6.7%左右;t為邊際所得公司稅率;π(t)為資本真實價格變化率。

由于邊際所得公司稅率的統計困難,并且對于資本價格的影響又十分有限,因此可以認為t =0。由此可以得到:

關于中國資本存量估算的研究很多,目前許多國內學者都采用永續盤存法來估計我國的資本存量K:

式中:I為當年投資流量。

利用該方法計算得到的資本存量對于折舊率太敏感,特別是我國折舊率目前尚無統一標準,很可能產生較大誤差,而且樣本區間越大誤差也越大。因此本文將使用固定資產原價作為資本存量的近似。由于折舊的存在,用固定資產原價來表征資本存量存在高估的可能,但這一誤差是可控的,不會像永續盤存法那樣積累到下一年。

2.3 能源價格和總成本

由于對于各能源品種的價格缺少口徑統一的統計,本文將采用燃料動力價格指數作為能源要素的價格指數。工業部門能源總成本與能源使用總量和能源平均加權價格有關。為了得到能源平均加權價格就必須確定某個基準年的能源價格水平,然后結合燃料動力價格指數得到各年份的價格水平,本文選取2006年為基準年。工業部門使用的能源品種包括煤炭、原油、汽油、柴油、燃料油、天然氣和電力,其中電力價格數據為各地區加權零售電價,由2008中國電力行業年度發展報告得到,其余價格數據均從國際能源署(IEA)數據庫得到。

2.4 三大要素的價格指數和成本占比的變化

根據以上計算方法得到的勞動、資本和能源三大要素價格指數和成本占比以及價格指數的變化見圖1和圖2。

圖11986 年—2006年工業部門三大要素成本占比變化

圖21986 年—2006年工業部門三大要素價格指數變化

從圖1中可以看到,中國勞動密集型增長的特征非常明顯,在總要素成本中勞動成本一直以來都占據了半壁江山。從圖1中還可以看到,與資本相比,能源的總成本比例更大,其中資本在1994年前后的成本占比有異常小的值;這主要是因為當年的實際利率(名義利率減去通脹)非常小。由于2002年之后工業部門面臨“十一五”節能降耗目標的約束,加之市場化進程的深化導致的能源價格從過去過低的價格向市場價格的回歸,能源使用成本比例在20世紀末呈現一個明顯的下降趨勢,并在本世紀維持在30%附近。

從圖2可以看到,勞動價格是這三種要素中上漲最快的,能源價格其次,資本價格則一直處于波動狀態。資本與能源的價格之所以沒有上漲這么快,可能與中國的價格管制還是有一定的關系。在資本市場上,金融壓制問題還是比較突出,加之金融市場本身的波動性,導致資本價格也波動較大;在能源市場上,各種價格管制(如成品油價格管制等)在中國十分普遍,使得能源價格無法根據市場供求關系自由調整,上升速度相對較為緩慢。

3 實證結果與分析

3.1 參數估計結果

結合約束方程,用聯立方程組的方法對式(9)和式(10)進行估計,得到的參數估計結果見表1。

表1 參數估計

根據以上參數估計結果,套用理論框架部分的公式可計算得到AES,CPE和M ES的值。

3.2 勞動、資本和能源要素的自價格彈性(OPE)分析

1986年—2006年工業部門三大要素自價格彈性的計算結果見圖3。計算表明,勞動、資本和能源的自價格彈性均為負數,這符合一般經濟學原理,即在三種要素均為正常商品的情況下,一種要素價格的上升將導致其使用量的下降。

比較三種要素的自價格彈性情況可以發現:資本的自價格彈性最高,波動也最大;勞動和能源的自價格彈性較小,波動也較平穩。勞動的自價格彈性較小可能與中國勞動力市場的黏性有關(比如企業不能隨意解雇勞動力,以及中國存在比較嚴重的隱性失業問題),這種彈性在最近幾年中逐漸增加,體現了中國勞動力逐漸走向市場化的成效。

圖31986 年—2006年工業部門三大要素自價格彈性

影響能源自價格彈性的因素有兩個方面:一方面,能源市場化的步伐和國家“節能降耗”硬約束的存在,使能源自價格彈性趨于上升;另一方面,中國高度依賴重工業等高耗能產業的經濟發展模式,又對能源自價格彈性上升的趨勢起到消融作用。從圖3中可以看到,能源自價格彈性總體處于一個較低的水平,這說明對于能源的需求總體具有較大的剛性,而從20世紀90年代中期到20世紀末緩慢下降的能源自價格彈性同樣表明,與能源市場化進程等傾向于提高能源自價格彈性的因素相比,中國對高耗能產業的依賴還是在這一時期起到了主導作用。然而進入新千年之后,能源自價格彈性逐漸上升,這或許是中國經濟發展轉型成效的初顯。資本的自價格彈性高于勞動和能源的自價格彈性,說明相對勞動和能源要素以及廠商使用資本對于價格更為敏感。資本自價格彈性在后期稍高于前期,可以認為我國金融市場的逐漸完善,資本使用已經能反映價格因素;勞動和能源的自價格彈性比較接近,但與能源相比,企業對于勞動力的需求似乎更加缺乏彈性。

3.3 要素交叉價格彈性(CPE)與相對替代彈性(MES)分析

資本—能源和勞動—能源的絕對和相對替代彈性反映了能源與資本、勞動之間均呈現相互替代關系,見圖4。可以看到資本—能源替代彈性的時間序列和勞動—能源替代彈性高度一致,勞動使用量對能源價格的敏感性要略微高于資本使用量對能源價格的敏感性。這個結果與美國Woods等人1975年的研究結果能源與資本是互補的關系不同,Putti模型的研究者認為,能源與資本的互補關系主要是源于機器要使用到大量的能源作為其原料,而本文的研究結果表明,中國的資本要素對能源依賴性可能不如一些西方發達國家那么強。

圖4 資本—能源和勞動—能源的絕對和相對替代彈性

從CPE上看,盡管資本和勞動與能源之間均存在替代關系,但這種替代效應在絕對量上并不明顯,能源價格每上升1%,資本和勞動的使用量平均僅上升0.1%左右。然而從MES上看,與其他兩大要素相比,能源價格的上升使能源的使用比例下降的效果更明顯,也就是說相對替代彈性的效應更大,因此可以認為,繼續逐步放開能源價格使能源價格能夠按照市場供求進一步上浮,應該是降低經濟結構中能源消耗的一條可行路徑。

圖5是能源—資本和能源—勞動的絕對和相對替代彈性的計算結果。根據圖5可以進一步考察勞動或資本的價格變化對能源使用量可能的影響。

從圖5中可以看出,能源使用量的變化對資本和勞動力價格缺乏彈性,表現為CPE的值都小于1。但與能源對資本價格的關系相比,能源對勞動價格影響更為敏感;兩者的CPE平均值分別在0.1和0.2左右,即資本價格下降1%能源使用量下降不到0.1%,而勞動價格下降1%可以使能源使用量下降超過0.2%。

圖5 能源—資本和能源—勞動的絕對和相對替代彈性

根據圖5中的相對替代彈性MES的變化,可以看到相對替代的效應要比絕對替代更為明顯,即勞動或資本價格的下降會導致能源使用比例下降,而且與勞動價格變化對能源使用比例的影響相比,資本價格變化對能源使用比例的影響不確定性更大,主要體現在能源—勞動相對彈性(MESec)劇烈的波動性。由此得出結論,盡管下降幅度相當有限,資本或勞動價格的下降將會導致能源使用比例的下降,并且能源對勞動的替代程度要高于能源對資本的替代程度。