中國節能減排潛力測度與優化路徑

郭玲玲，武春友

（大連理工大學 管理與經濟學部，遼寧 大連 116024）

1 研究背景與文獻回顧

隨著城市化和工業化進程的不斷加快，中國能源需求量日趨增大、能源供需矛盾日益突出。提高能源效率、推進節能減排日益受到國際社會的廣泛關注，并成為學術界的研究熱點。“十一五”期間中國的節能減排目標是單位GDP能耗降低20%。然而，截至2010年底中國的實際降耗為19.1%，未能完成計劃目標。那么，導致計劃目標未能實現的原因是什么？在“十二五”規劃綱要中，中國政府提出了2015年單位GDP 能耗降低16%的目標。雖然相比“十一五”期間的節能減排目標有所降低，但是能源使用和環境污染的累積效應使得該目標的實現仍有一定難度。本文對中國各地區的節能減排潛力進行測算，并對其演化特征進行分析，以期找到中國各地區節能減排的重點與差異，為國家因地制宜地制定各地區的節能減排目標提供科學依據。

1983年Meier、Wright和Rosenfeld［1］首次對節能減排進行評價，但由于所構建的評價模型對數據精確性的要求較高，因此其應用范圍受到一定限制。1989年Fare、Grosskopf和Lovell等［2］基于全要素生產理論提出了數據包絡分析（data envelopment analysis，DEA）法，為能源效率和節能減排的量化研究提供了一種十分有效的方法。目前國內外學者運用DEA 模型進行了大量研究。例如：2006年Hu和Wang［3］最先利用DEA 模型對中國各地區的能源效率進行了比較分析，結果表明中國東部地區的能源效率最高、中部地區的能源效率最低；Hu和Kao［4］基 于DEA 模型對1991—2000 年APEC（Asia-Pacific Economic Cooperation，亞太經濟合作組織）經濟體的節能目標率進行了分析，結果發現中國的節能潛力相比之下是最大的；金培振、張亞斌和李激揚［5］運用超效率DEA 模型對1995—2007年中國與10 個OECD（Organization for Economic Cooperation and Development，經濟合作與發展組織）國家的能源效率和節能潛力進行了對比分析；Voltes-Dorta、Perdiguero 和Jiménez［6］利 用DEAMalmquist指數法計算和預測了西班牙汽車制造商的節能潛力，發現絕大多數公司能實現歐盟委員會設定的2015 年的排放目標，27%的公司能實現2020年的目標，3%的公司能實現2025年的排放目標；Olanrewaju、Jimoh 和Kholopane［7］將指數分解分析法、人工神經網絡和DEA 法相結合，對南非11個能源密集型工業部門的能源消耗和可能的節能潛力進行了測評和分析；余泳澤［8］、王蕾、魏后凱和王振霞［9］、Guo、Lei和Ying等［10］、Bian、He和Hao［11］分別利用DEA 模型從不同角度對中國各省區的節能減排潛力進行了測算和分析；王小兵、雷仲敏和張正河［12］以中國東北地區為研究對象，運用DEA 模型對“十一五”期間東北三省的節能能力、SO2和COD 的削減能力進行了定量分析；郭彬和逯雨波［13］利用超效率DEA 模型對中國中部六省的節能減排效率進行了計算，結果表明中國中部六省的節能減排整體水平不高、節能減排潛力很大；劉明明、王震和張寶生等［14］運用DEA 模型對2005—2011年中國29個省（自治區、直轄市）的經濟型能源效率和環境型能源效率進行了計算，結果表明河北、山東、四川和山西的節能潛力最大，其節能減排量占中國總節能減排量的30%以上；何曉萍［15］、孫廣生、楊先明和黃祎［16］運用DEA 模型對中國工業部門的節能潛力進行了研究，發現工業部門將是中國未來節能工作的重點部門。

上述研究成果為本文研究奠定了良好的理論和實證基礎。然而，筆者通過整理分析發現：在全要素框架下，現有研究未能綜合考慮能源消耗、污染物排放等因素，這易造成節能減排潛力的測算結果不準確；現有研究多為針對某一時段開展的靜態研究，缺乏對不同時段的動態研究，這造成無法準確地掌握中國節能減排的變動情況和發展趨勢。

鑒于此，本文在綜合考慮能源消耗和污染物排放的基礎上，構建測算區域節能與減排潛力的DEA模型，結合1996—2010年的指標數據，對中國30個省（自治區、直轄市）①因缺少西藏的能源數據，故未考察西藏的節能減排潛力。此外，研究樣本不包括我國港澳臺地區。的節能減排潛力進行計算，并根據計算結果進行節能與減排潛力類型劃分，然后運用ArcGIS10.0軟件分析中國各省（自治區、直轄市）節能減排潛力的時空演變，找到各省（自治區、直轄市）節能減排的最優路徑與今后的工作重點，最后依據研究結果為中國節能減排工作的順利開展提供切實可行的政策建議。

2 理論模型

DEA 最早是由Charnes、Cooper和Rhodes基于Farrell的思想、在固定規模報酬假設下提出的一種效率測度方法，用于評價決策單元（decision making unit，DMU）的技術效率［17］。DEA 模型憑借易于理解、操作簡單等優點而被廣泛應用于理論創新與實際應用中［18］。本文 參考Hu 和Wang［3］的思路，利用DEA 方法建立基于投入導向的節能潛力模型和基于產出導向的減排潛力模型。

2.1 基于投入導向的節能潛力模型

圖1為全要素能源效率模型。圖1中：SS′為單位化的等產量曲線，投入要素為資本、勞動和能源；點A、B、C和D為有效率點，點A′位于生產前沿曲線上方，表示獲得同樣的產出水平需要投入更多資源，即存在效率損失；從A′到A可達到技術前沿，點C為生產的帕累托最優點，點A到點C存在配置不當造成的能源浪費；點A′的要素無效損失包括兩部分——技術無效導致的投入過量AA′（其中能源過度投入量為A′A″）和配置不當導致的松弛量AC，因此參照點C可知所需調整的能源投入量為A′A″+AC，該值越大說明生產中能源浪費得越多、該點效率越低；點A′的相對效率等于有效投入量與實際投入量的比值，而實際投入量減去有效投入量即無效投入量。節能潛力的計算公式如下：

式（1）中：Pi，t為t年i地區的節能潛力；Ei，t為t年i地區的全要素能源效率；LIi，t為t年i地區的損失能源量，即可節約的能源量；AIi，t為t年i地區的實際能源投入量；TIi，t為t年i地區的目標能源投入量。Pi，t值越大，表明t年i地區的能源浪費量越大，其節能潛力就越大。

圖1 全要素能源效率模型

2.2 基于產出導向的減排潛力模型

實際生產過程中不可避免地會產生非期望的污染物。本文借鑒魏楚、杜立民和沈滿洪［19］以及余泳澤［8］的做法，利用乘法逆轉換（MLT）法對污染物進行轉換，轉換后的數據可用于正常的產出函數。基本思路如下：根據Banker等的定義，設生產技術集選取函數對非期望產出B進行轉換；取k=1，此時可將生產技術集定義為T′=（f（B），v）。由此，減排潛力的計算公式為：

式（2）中：AOi，t代表t年i地區的實際污染排放量；TOi，t代表t年i地區的目標污染排放量。Qi，t值越大，表明t年i地區的污染排放量越多，其減排潛力就越大。

3 實證研究

3.1 指標選取和數據來源

參照道格拉斯生產函數Y=A（t）LαKβμ（其中，A（t）為技術水平，L為勞動力，K為資本），本文選取的投入指標和產出指標如下：

1）投入指標。

①資本。以“資本存量”作為資本投入指標。參考張軍、吳桂英和張吉鵬［20］以及單豪杰［21］的做法，以1978年為基年，利用永續盤存法估算相應年份的各省（自治區、直轄市）的資本存量，單位為萬元。

②勞動。以“年均從業人數”作為勞動投入指標。“年均從業人數”等于前年底的從業人數與本年底的從業人數的平均值，單位為萬人。

③能源。用各省（自治區、直轄市）的一次能源消耗總量作為能源投入指標，單位為萬噸標準煤。

2）產出指標。

①生產總值。以1996 年為基年，對歷年各省（自治區、直轄市）的GDP 進行平減，得到對應年份的GDP實際值，單位為萬元。

②工業污染指數。用工業廢水排放量、工業固體廢物產生量和工業廢氣排放量作為工業污染產出。為避免指標個數過多影響模型的合理性，采用熵值法［22］將3個污染指標綜合為一個污染指數，將之作為污染產出指數。

③碳排放。將能源消耗的主要產出物——二氧化碳排放量納入模型。利用國家發展和改革委員會能源研究所發布的碳排放折算系數計算碳排放量，單位為萬噸。

工業污染和碳排放均為非期望產出。為了確保模型的合理性，本文通過取其倒數將之轉化成為期望產出而納入模型。

本文所用的指標數據主要來源于1997—2011年的《中國統計年鑒》、《中國能源統計年鑒》和《中國城市統計年鑒》以及《中國國內生產總值核算歷史資料：1952—1995》和《中國國內生產總值核算歷史資料：1952—2004》，以確保統計口徑的一致性和數據的可比性。

3.2 節能潛力評價

利用DEAP2.1 軟件計算中國30 個省（自治區、直轄市）的全要素能源效率（見表1），并在此基礎上利用式（2）計算各省（自治區、直轄市）的節能潛力（見表2）。

由表1 可知：1996—2010年上海、福建和海南的全要素能源效率值一直為1，即一直處于最優前沿面上，說明這三個省市的能源利用水平相對最高；江蘇（0.940）、廣東（0.929）、天津（0.908）和青海（0.954）等省市的能源利用水平也較高；貴州（0.433）、陜西（0.494）和云南（0.500）三個欠發達省份的全要素能源效率值均小于或等于0.5，表明它們具有較大的能源節約空間，其能源利用方式有待調整。

表2 1996—2010年中國可節約能源量和節能潛力

從表2 可知，中國節能潛力的省際差距較大。節能潛力年均值超過50%的有貴州、甘肅、青海、寧夏、山西、陜西和云南等經濟欠發達省份，與上海、福建、江蘇、廣東和天津等節能潛力較小的發達省份相比，這些省份因資源配置不當、技術水平落后等原因而白白浪費掉近一半的能源投入。處于前沿曲線上的上海、福建和海南的可節約能源量為0，但這并非意味著這三個省市不存在能源浪費，而是表示這些省市相比其他省份在當前的技術條件下無法實現進一步的能源節約，如果引入其他發達國家或地區的數據，該數值將發生變化。

從可節約能源量看，河北、山西、山東、河南和四川等是中國的“節能大省”，其可節約能源量均超過了4000萬噸標準煤。在“九五”期間、“十五”期間和“十一五”期間，這五省的可節約能源量占全國可節約能源總量的比例分別為37.28%、40.96% 和42.22%。“九五”期間、“十五”期間和“十一五”期間，全國節能總量分別為237369.90 萬噸標準煤、293695.94萬噸標準煤和444719.3萬噸標準煤，分別占當期實際能源消耗總量的34.23%、31.14%和30.41%。這說明，中國能源浪費現象并沒有得到有效改善，中國仍存在較大的節能空間。

雖然“十一五”期間中國基本完成了節能目標，但是與原定目標（20%）仍存在一定差距。那么，“十二五”期間中國的節能目標能否順利完成呢？根據國家公布的各省節能目標［23］可知，山西、內蒙古和吉林等是“十一五”期間中國的重點節能省份。然而，從表2可看出：吉林省對國家節能目標實現的貢獻率不是很高，僅為2.2%，也就是說該省的節能潛力并未被充分挖掘，吉林省繼續是“十二五”期間中國節能工作的重點區域。除上述3個省份外，河北、遼寧、山東、河南、四川和貴州等對中國節能目標實現的貢獻率也較大。綜上，上述9個省份應成為“十二五”期間中國節能工作的重點區域。

3.3 減排潛力評價

根據式（2），可計算出各省（自治區、直轄市）的可降低污染物排放量、減排潛力以及當年可降低污染物排放量占全國可降低污染物排放總量的比重，結果見表3。

表3 1996—2010年中國減排潛力和可降低污染物排放量

由表3 可知：減排潛力較大的省份有河北、山西、河南、四川、貴州、云南、陜西和甘肅等重化工省份，1996—2010 年其減排潛力的年均值皆超過40%，是中國的“減排大省”，存在較大的減排空間。其中，河北和四川兩省對全國減排目標實現的貢獻率最大，其可降低污染物排放量占比均接近10%。以2010年為例，上述10個省份的可降低污染物排放量占全國可降低污染物排放總量的53.34%。

從整體水平看，1996—2010年期間全國年均可降低污染物排放量為640543.2 萬噸。其中，1996年、2003年和2010年的該數值分別為682279.6萬噸、572628.1萬噸和717894.6萬噸，分別占全國實際排放量的28.79%、22.41%和21.15%。該結果表明，雖然1996—2010年期間中國的可降低污染物排放量有所起伏，但是整體上呈上升趨勢，各省區的減排潛力一直保持在20%～30%，并沒有出現較大起伏。從地區角度看，西部地區的減排潛力（約為40%）最高，其次是中部地區（約30%）和東部地區（約10%）。從減排貢獻率看，中、西部地區的貢獻率較大，均超過了30%，但隨著時間的推移而減小，最終出現東、中、西部地區的貢獻率持平的局面，即各占1/3。

3.4 時空演進分析

根據1996—2010年中國30個省（自治區、直轄市）的節能潛力和減排潛力的年均值和標準差值，本文對中國節能潛力和減排潛力的等級類型進行劃分，見表4。

表4 節能潛力和減排潛力的等級類型劃分

本文運用ArcGIS10.0軟件繪制中國節能潛力和減排潛力的時空演變圖（見圖2）。

圖2 1996年和2010年中國節能潛力的時空演變

圖3 1996年和2010年中國減排潛力的時空演變

圖2為1996年和2010年中國節能潛力的空間分布圖。由圖2a可知：中國中部地區的能源利用水平最低，多數省份的能源利用屬于“粗放利用”型，而東部地區多數省份的能源利用屬于“有效利用”型和“高效利用”型。從圖2b可看出：除東南沿海地區的上海、海南、福建和廣東四個省市一直保持能源“高效利用”外，其他省份的能源利用水平都有所上升、節能潛力有所下降。2010年能源“粗放利用”型省份主要集中在中國的西南部地區。這表明，節能重點區域有從中部地區向西部地區轉移的傾向，在空間上形成了明顯的“西-中-東”階梯狀分布格局。綜上：中國“能源詛咒”現象未能得到明顯緩解，東、西部地區的能源效率差距逐漸加大，這無形中增加了中國節能目標實現的難度。

圖3為1996年和2010年中國減排潛力的空間分布圖。從圖3a可看出：對污染物進行嚴格、適當控制的省份較少，零星地散布在東南沿海地區和西北地區，而其污染控制屬于“不當控制”型和“疏忽控制”型的省份較多，集中分布在西南地區和東北地區。由圖3b可知：污染控制屬于“疏忽控制”型的省份明顯減少、“適當控制”型的省份明顯增多，與1996年相比，2010年“適當控制”型省份和“嚴格控制”型省份呈向東北地區、東南部地區擴展趨勢。整體上，中國的減排潛力形成了明顯的“西-中-東”階梯狀分布格局。

根據上述結果，不難發現：1996—2010 年期間中國政府對能源使用和污染排放的監管取得了明顯成效。但是，這并不代表我們可以放松警惕、削弱監管力度，其原因在于：一是污染物累積效應，即工業污染物不能被一次性完全消除，其殘留物會不斷累加，從而產生“累積效應”，其對環境的危害會不斷加重；二是現階段中國的技術水平，即國民經濟的快速發展使能源消耗量不斷增加，但中國能源使用技術和污染物處理技術并不能與之相適應，導致排放污染物的數量和危害性都很大。

4 節能減排優化路徑設計

根據表4所示的節能潛力和減排潛力的等級類型，繪制二維矩陣圖（見圖4），分析中國各省（自治區、直轄市）的節能減排優化路徑。

圖4 中國節能潛力和減排潛力的二維矩陣圖

通過分析發現：中國30個省（自治區、直轄市）中落在A 區、屬于低節能潛力和低減排潛力的省份共有8個，既有天津、上海、江蘇、浙江、廣東和福建等經濟發達省市，也有黑龍江和海南等欠發達省份；青海和北京位于B區，遼寧位于D 區，其余19個省份都落在C區，即屬于高節能潛力和高減排潛力的區域。總體上，落在A 區和C 區的省份較多，表明中國節能潛力和減排潛力的“兩極化”較為明顯、差距較大。

根據所在區域的不同，各省區應采取不同的節能減排對策。

①高效嚴控型（A 區）。此類型省份無論在能源效率還是在減排效率上都具有較高水平，那些做法突出的省份是其他省份實施“對標管理”的對象。

②粗放嚴控型（B 區）。此類型省份的污染物排放控制水平較高，但其節能效率較低。為了確保“B→A”單邊突破路徑的實現，這些省份在不降低減排控制力度的同時，應加強節能利用水平的提升。

③粗放失控型（C 區）。此類型省份的能源效率和減排效率均較低，存在巨大的資源浪費和嚴重的環境污染，是中國需要重點監管的地區。此類型省份可選擇的優化路徑既有漸進式的（“C→B→A”或“C→D→A”），也有飛躍式的（“C→A”）。漸進式路徑是一個將區域的“減排”或“節能”優勢發揮到最大以彌補劣勢、最終使之進入A 區的揚長避短的過程。飛躍式路徑是一個區域經濟實力、科學技術實力等累積到較高水平而厚積薄發的過程。

④高效失控型（D 區）。此類型省份的能源利用水平較高，但其減排效率較低。這些省份可采取“D→A”的單邊突破路徑，即以減少污染物排放為突破口，加強監控、提升減排效率。

5 結語

5.1 結論

本文利用Deap2.1軟件測算了1996—2010年中國30個省（自治區、直轄市）的節能潛力和減排潛力，進而運用ArcGIS10.0軟件分析各省份節能減排潛力的時空演進情況，在此基礎上設計各省份節能減排的優化路徑。所得研究結論如下：

第一，在節能潛力方面，1996—2010 年期間貴州、甘肅、青海、寧夏、山西、陜西和云南等省份的節能潛力年均值均接近或超過50%，河北、山西、山東、河南和四川等省份的可節約能源量占全國可節約能源總量的比重均超過40%，說明上述省份是中國的“節能大省”。

第二，在減排潛力方面，1996—2010 年期間河北、山西、河南、四川、貴州、云南、陜西和甘肅等省份的減排潛力年均值均超過40%，這些省份是中國的“減排大省”。另外，從地區角度看，西部地區的減排潛力最高，其次為中部地區和東部地區。隨著時間的推移，東、中、西部地區的減排貢獻率持平，即各占1/3。

第三，從時空演進的角度看，節能潛力和減排潛力的空間分布呈明顯的“西-中-東”階梯狀格局，兩者的唯一不同之處是節能重點省份由中部地區向西部地區轉移，而減排重點從西南部、東北部地區向西部地區移動。

第四，在優化路徑設計上，落在A 區的省份是國內其他省份實施“對標管理”的對象；落在B 區和D 區的省份可采取“B→A”或“D→A”的單邊突破路徑實現節能減排目標；落在C 區的省份是中國重點監控省份，可選擇的優化路徑有漸進式（即“C→B→A”或“C→D→A”）和飛躍式（即“C→A”）兩種。

5.2 政策建議

根據所得結論，為確保“十二五”期間中國節能減排目標的實現，筆者提出以下政策建議：

第一，建立節能減排監管系統。為實現政府部門及時了解各省份的節能減排工作，建議建立國家節能減排監測系統。通過對能源使用、污染排放等數據進行統計分析與定期發布，實現對各省份的節能減排工作進行實時監控。根據監控結果，對各省份實行相應的獎懲，并將獎懲結果在全國范圍內公布，實現信息的公開透明化，以調動開展節能減排的積極性。

第二，建設節能減排技術交流平臺。由結果可知，中國的節能大省和減排大省均分布在西部地區，而出現這種現象的主要原因是西部地區的技術落后。因此，建議國家相關部門建立節能減排技術交流平臺，借助平臺的力量來加強東、西部地區的技術合作，幫助西部地區通過科技創新來實現能源效率的提高和對外排放污染物的降低。

第三，加快清潔能源和新能源使用。中國能源效率低下、環境污染嚴重主要源于中國以煤、石油等化石燃料為主的傳統能源結構和粗放型生產方式。因此，應積極改變中國現有的能源結構，加快清潔能源、再生能源以及新能源的開發與應用，推動能源結構的多元化發展。

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