我國工業行業二氧化碳排放績效—基于Luenberger生產率指數分析

劉金萍

(淮安市淮陰區王營鎮財政所，江蘇淮安 223300)

0 引言

近年來，二氧化碳排放引起國際社會的高度重視。盡管二氧化碳是大氣的重要成分，而且在自然界二氧化碳保證了綠色植物進行光合作用和海洋浮游植物呼吸的需要，但它是引起溫室效應的主要成分。因此，減少二氧化碳等溫室氣體排放是全球共同的責任。1992年，聯合國通過了《聯合國氣候變化框架公約》，《公約》的目標是“將大氣中溫室氣體的濃度穩定在防止氣候系統受到危險的人為干擾的水平上”，同時明確規定發達國家與發展中國家之間負有“共同但有區別的責任”。1997年，公約第三次締約方會議在日本京都舉行，并制定了《京都議定書》。《京都議定書》簽署目的在于要求發達國家減少和控制溫室氣體排放至少比1990年水平下降5%。中國作為發展中國家在《京都議定書》框架下盡管沒有減排任務，但作為一個負責任的大國提出中國自己減排目標，即爭取到2020年實現單位GDP的二氧化碳排放量比2005年水平下降40% ～45%的目標。然而，我國正處于工業化時期，化石能源需求將會不斷增加，同時我國又是發展中國家，擺脫貧困，提高收入水平仍是一項歷史使命。所以，加快經濟發展同時又要達到碳減排行動目標是一對矛盾，而解決這一矛盾的關鍵是提高能源和原材料的使用效率。

事實上，二氧化碳排放主要由化石能源、原材料消耗和經濟活動所決定，其中我國工業能源消耗占總能源消耗80%以上。為了分析在碳排放約束條件下能源和原材料使用效率，我們必須使用新的方法。傳統有關生產效率測度僅考慮市場性的合意的產出，沒有考慮生產過程中產生的非市場性非合意的產出，例如CO2的排放。這主要是由于研究者無法得到非合意產出的價格信息，傳統生產率的測度方法使得生產率增長的測算出現了偏差。為了分析在碳排放約束條件下能源和原材料消耗的生產率的變化，我們采用非參數數據包絡分析方法，這種方法僅需要投入、產出和污染排放的數據可以估計方向性距離函數，這個函數主要用來測量全要素生產率的Luenberger生產率指數，這個指數同時考慮了合意產出的提高和非合意產出的減少。它已被廣泛地使用在工業部門(Fare et al.2001)、地區(Hailu，et al.2001)和國家(Lindenberg，2004Domazlick and Weber， 2004;Yoruk and Zaim， 2005;Kumar，2009)。

本文的目的是運用我國投入產出表的相關數據評價我國工業環境績效，并對我國工業行業在碳排放約束條件下和傳統的Luenberger生產率指數進行對比，分析Luenberger生產率指數變化的原因。

1 研究方法

傳統測量TFP的方法通常忽略非合意的產出，但是Farr.ed al.(2001)認為忽略非合意產出來評估全要素生產率是不準確的。由Caves et al.(1982)提出的 Malmquist生產率指數被 Farr.ed al.(1994)更進一步發展了，他們使用 Shepherd’s距離函數和非參數線性規劃方法來測量OCED生產率的變化。Malmquist生產率指數對于我們研究有許多優點，它是一個全要素生產率指數，可以分解成效率變化指數和技術變化指數，既能夠反映環境規制條件下靜態效率又能夠反映動態效率。

但是，值得注意的是合意的產出伴隨著非合意的產出。將非合意產出納入到傳統Malmquist生產率指數會產生一些問題。在計算包含非合意產出Malmquist生產率指數時，假如合意產出增加，那么非合意產出也隨之增加(Farere和Grosskopf，2000)，這時依靠傳統距離函數的Malmquist生產率指數便無法計算全要素生產率，計算結果會發生偏差。因此，我們必須使用方向距離函數，這種方法能夠分拆成合意產出和非合意產出，并且能夠增加合意的產出，同時減少非合意的產出。本文應用以方向距離函數為基礎發展而來Luenberger生產率指數，這個方法不僅具有方向距離函數的優點，同時避開Malmquist-Luenberger生產率指數需要投入或者產出徑向的缺點。

1.1 生產集

假設每一個產業使用N種投入x=(x1，x2，…，xN)∈得到M種合意產出y=(y1，y2，…，yM)∈，以及I種非合意產出b=(b1，b2，…，bt)∈，用P(x)表示生產可行性集:

我們假設生產可行性集是一個閉集和有界集，合意的產出和投入是自由處置的。我們有三個假設:

假設1:如果(y，b)及0≤θ≤1，則(θy，θb)∈P(x)。

假設1叫做產出弱可處置性假定，即合意產出和非合意產出同比例減少，這個假定意味著，若要減少非合意產出就必須減少合意產出，表明為了減少產業二氧化碳排放，就將一定比例的合意產出。

假設2:如果(y，b)∈P(x)及b=0，則y=0。

假設2叫做零結合假定，這個假定意味著一個國家如果沒有非合意產出，就沒有合意產出，或者說，有合意產出就一定有非合意產出，這個零結合假定是Shepherd和Fatere(1974)提出。

假設3:如果(y，b)∈ P(x)及 y＇≤ y，則(y＇，b)∈P(x)。

這個假定意味著，合意的產出在沒有減少非合意的情況下可以較少，合意的產出和投入是自由處置的和具有強可處置性。

假定合意的產出與非合意是零結合和產出弱可處置，在滿足假定條件下，Fare et al(1994)構建如下DEA模型:

模型中t表示時期，K表示地區，z＇k表示每一個橫截面觀察值的權重，非負的權重變量表示生產技術是規模報酬不變的。在模型中，合意產出和投入變量的不等式約束意味著合意產出和投入是自由可處置的。加上非合意產出的等式約束后，則表示合意產出和非合意產出是聯合起來是弱可處置的。此外，為了表示產出的相互獨立，需要對DEA模型強調下面兩個條件:

這兩個條件分別表示每一種非合意產出至少有一個國家或地區生產、每一個國家或地區至少生產一種非合意產出。

盡管技術的構造有利于概念的解釋，但是卻無助于計算，為了計算碳排放管制下的全要素生產率，下面我們介紹方向性距離函數。

1.2 方向性距離函數

就像上文所提及，方向性距離函數主要目的是增加合意的產出，同時減少非合意的產出。方向性距離函數可以用下式表述:

這里g是產出擴張的方向向量。按照Chung et al(1997)，方向g=(y，-b)表示合意的產出增加，非合意的產出將會減少。傳統的距離函數和方向距離函數的區別可以用圖1表示。

在傳統距離函數中，A點向前沿面C點移動時，合意產出和非合意產出同時增加，而在方向性距離函數中，A點向前沿面B點移動時，合意產出在增加而非合意產出在減少。在B點產出向量是(yt+ β*gy，bt- β*gb)，在這里β*gy已加到合意的產出，而在非合意產出減去β*gy。

圖1 傳統產出距離函數和方向距離函數

1.3 Luenberger生產率指數(LPI)

LPI指數可以表示為:

Chambers et al.(1996)把LPI分解成效率變化指數(LEFFCH)和技術變化指數(LTECHCH)，，這兩個指數之和即為LPI指數。即:

1.4 DDF 的計算

假如要計算任意相鄰兩階段方向距離函數和LPI指數，就要計算四個不同的距離函數，它們分別 是(xt，yt，bt;yt， - bt);D0t+1(xt+1，yt+1，bt+1;yt+1，- bt+1);D0t(xt+1，yt+1，bt+1;yt+1， - bt+1);(xt，yt，bt;yt，-bt)。以上四個方向距離函數分別用以下四個DEA模型來計算:

2 數據來源與說明

按照上述理論方法，我們需要中國工業內部各個行業1992年～2007年的合意產出、非合意產出和投入數。所需要的數據均來自1992、1997、2002、2007年中國投入產出表和中國能源年鑒，經過計算得到。首先，把1992年～2007年投入產出表轉換為可比價的投入產出表。各個行業總產出為合意產出;非合意產出為各個行業二氧化碳的排放;二氧化碳的測算是根據中國能源統計年鑒工業各行業消耗各種能源分別乘以二氧化碳排放系數綜合而來;投入分別為中間原材料和能源投入以及勞動力報酬。

表1描述了1992年～2007年期間二氧化碳排放和能源原材料消耗增長情況。從時間段來看，二氧化碳排放在2002年～2007年期間總體增長幅度較大，在這期間增長幅度最大的是電子及通訊設備制造業，增長幅度達到149.51%，其次是金屬冶煉及壓延加工業，增長139.58%，最低的是其他工業，增長僅為0.64%;在1992年～1997年期間二氧化碳排放增長幅度最小，而在1997年～ 2002年期間在不同行業波動較大，增長最高的金屬冶煉及壓延加工業，達到233.51%，而最低的是食品制造業，其二氧化碳排放下降幅度達到28.43%。從行業來看，二氧化碳排放增長幅度較大的是金屬冶煉及壓延加工業、電子及通信設備制造業、電氣機械及器材制造業，增長幅度較小的行業有石油和天然氣開采業、金屬礦采選業、造紙及文教用品制造業等行業。能源與原材料消耗增長幅度最大的是在2002年～2007年期間，每個行業增長幅度均超過100%，在這期間增長幅度最大的是建筑材料及非金屬礦物制品業，增長幅度達到271.99%，其他兩個時間段增長幅度在行業間差異較大，增長最高的是電子及通信設備制造業，達到150%，最低的是建筑材料及非金屬礦物制品業，下降34%。

表1 二氧化碳排放、能源原材料投入增長率的變化

3 模擬結果

影響二氧化碳排放的因素主要有技術進步、能源和原材料使用效率和經濟增長。技術進步能夠直接減少排放或者通過增加合意的產出對非合意產出比率間接較少二氧化碳排放。一般來說，在沒有技術進步的情況下，經濟增長會導致合意的產出和非合意的產出增加。相反，在經濟下滑情況下，合意的產出和非合意產出均在下降。表2估算了在碳排放約束和傳統的兩種情況下，1992年～2007年期間工業各個行業的LPI指數的結果。

結果發現，在碳排放約束條件下，LPI指數在工業行業間差異較大，LPI指數增長最高的是其他工業達到6%，有三個行業LPI指數下降，分別是建筑材料及非金屬礦物制品業、金屬冶煉及壓延加工業和金屬制品業，其中下降幅度最大的是金屬制品業，下降1.48%。如果不考慮二氧化碳排放的情況下，LPI指數增長最高的是縫紉及皮革制品業，增長幅度達到7.75%，有四個行業LPI指數下降，分別是建筑材料及非金屬礦物制品業、金屬冶煉及壓延加工業、金屬制品業和電氣機械及器材制造業，其中下降幅度最大的是金屬冶煉及壓延加工業，達到4.3%。在結果中還可以發現，在二十一個行業樣本中，有十一個行業考慮二氧化碳排放的LPI指數高于沒考慮二氧化碳排放的LPI指數，有十個行業低于沒考慮二氧化碳排放的LPI指數。

在分析碳排放約束下生產率變化原因時，我們把LPI分解成技術效率變化(LEFFCH)和技術變化(LTECHCH)。結果見表2。技術效率變化(LEFFCH)主要是在二氧化碳排放最小時工業技術擴散，這是由于使用較少的原材料，降低了燃料和能源利用、技術的改進以及管理和組織的結果。而技術變化(LTECHCH)主要是指使用創新的生產方法和吸收新技術，從而使生產前沿面外移。從表2的結果可知，在二十一個行業中，在考慮二氧化碳排放情況下，技術效率和技術進步均有改善的行業有九個，分別是煤炭采選業、石油和天然氣開采業、金屬礦采選業、其他非金屬礦采選業、石油加工業、煉焦、煤制品業、化學工業、金屬制品業和電力及蒸汽、熱水生產和供應業。技術效率沒有變化，而存在技術進步的行業有四個，分別是食品制造業、縫紉及皮革制品業、電氣機械及器材制造業和儀器儀表及計量器具制造業。有一個行業技術效率沒有變化，而存在技術退步，這個行業是建筑材料及非金屬礦物制品業。有四個行業技術效率下降，而存在技術進步，這些行業分別是紡織業、機械工業、電子及通信設備制造業和其他工業。技術效率和技術進步均在惡化的行業是金屬冶煉及壓延加工業。

表2 1992年～2007年我國工業各行業效率分解

4 結論和政策建議

本文比較了在考慮二氧化碳排放和不考慮二氧化碳排放兩種情況下，我國工業部門生產率增長，使用綜合的方法把LPI分解成技術效率和技術進步增長來分析當二氧化碳排放達到最小時，全要素生產率增長。在1992年～2007年期間對二十一個工業行業使用非參數方向函數計算LPI，分析表明二十一個行業中有十一個行業考慮碳排放時LPI高于傳統的LPI。研究發現，TFP的增長主要來源于技術創新，而不是效率的改進。結果表明，幾乎所有的能源密集和原材料密集型的行業，不包括金屬制品制造，具有更高效率和LPI指數。當考慮碳排放時，能源密集和原材料密集型的行業的全要素生產率主要是由于技術變革。

上述結論對于制定工業行業實現碳排放目標政策具有深刻的意義。首先運用碳排放約束下全要素生產率有效評估工業部門二氧化碳排放績效，為工業部門建立節能減排監控體系提供依據;其次，研究表明，工業行業全要素生產率增長主要依靠技術創新，技術效率有待于改進，說明在實施節能減排過程中，不僅僅需要在節能減排“硬”技術方面進行創新、引進和吸收新技術，同時還需要提高管理水平和制度創新;最后，要實現經濟又好又快發展，必須轉變經濟增長方式，促進工業結構調整，特別是降低原材料、能源部門的能源強度，提高能源消費效率。

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