高耗能產業技術創新與節能減排效率協同發展實證研究

吳衛紅，王建英，張愛美，劉安國，李娜娜

(北京化工大學經濟管理學院，北京　100029)

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高耗能產業技術創新與節能減排效率協同發展實證研究

吳衛紅，王建英，張愛美，劉安國，李娜娜

(北京化工大學經濟管理學院，北京100029)

通過構建技術創新與節能效率和減排效率復合系統協同度模型，對高耗能產業技術創新和節能減排效率協同發展狀況進行了實證研究。結果表明，2004—2013年，高耗能產業的技術創新與節能減排效率系統的協同度總體呈上升趨勢；節能效率-減排效率系統協同度高于其他系統的協同度；與技術創新子系統相關的系統協同度均較低，這與技術創新子系統的有序度較低有直接關系，表明高耗能產業的發展中要克服“木桶原理”中的短板效應，使各子系統協同發展。

高耗能產業；技術創新；節能減排；協同

中國工業在高速增長的同時伴隨著能源消耗過大、環境污染嚴重及創新性不足的問題，迫切需要向節能環保和創新驅動的模式轉變[1]。2013年，高耗能產業的增加值占全國工業增加值的33.7%，但能源消費總量、廢氣排放總量、廢水排放總量和固體廢棄物排放總量達到全國工業總量的72.4%、90.3%、61.6%和49.3%。因此，利用技術創新提升高耗能產業的能源使用效率和減排迫在眉睫。學術界對技術創新和節能減排所做的研究有以下兩種觀點：第一種觀點認為技術創新能夠驅動節能減排效率的發展，即將技術創新作為自變量進行研究，節能減排效率作為因變量[1-4]；第二種觀點認為節能減排效率能夠促進技術創新能力的提高，即將節能減排作為自變量，技術創新作為因變量進行研究[5-6]。

已有研究表明技術創新與節能減排存在明顯的相互促進作用，但技術創新與節能減排的發展是否協同未見研究，而協同發展可以產生“1+1>2”的效果。因此，本論文將對高耗能產業的技術創新與節能效率、減排效率的協同發展狀況進行研究，并提出相關政策建議。

1　高耗能產業技術創新與節能減排效率系統協同度模型構建

復合系統協同度模型能夠科學地測度系統協同度，受到廣大研究人員的青睞[7-8]。本文擬通過此方法來研究高耗能產業技術創新與節能減排效率系統的協同狀態。

結合技術創新與節能減排效率系統的特點，協同度模型的構建過程如下：

假設系統中技術創新、節能效率和減排效率子系統為Sj，j∈[1,3]。設各子系統在其發展過程中的序參量變量為Xj=(Xj1，Xj2，…，Xjn)，其中n≥1,ji≤Xji≤ji，i∈[1,n]。假設Xj1，Xj2，…，Xjt的取值越大，系統的有序度越高，反之則系統有序度越低；假設Xjt+1，…，Xjn的取值越大，系統的有序度越低，反之則系統有序度越高，則子系統Sj，j∈[1,3]的序參量分量Xji的有序度的計算公式為：

(1)

子系統的有序度可通過以下公式計算：

(2)

由式(2)可知，Uj(Xji)值越高，子系統有序度越高，反之子系統有序度越低。

(3)

式中：θ滿足以下條件：

由式(3)可知，LC代表復合系統的協同程度，它的取值范圍在-1～1之間，LC越接近1代表系統的協調程度越高，LC越接近-1代表系統的協調程度越低。復合系統的協同演化水平受到每一個子系統的影響，只要整個系統中的某一個子系統的有序程度較低，則整個復合系統的協同演化水平就很低。

2　實證分析

本文對高耗能產業技術創新與節能效率和減排效率系統演化協同度進行了研究，主要流程如圖1所示。本文首先構建高耗能產業技術創新與節能減排效率系統，包含技術創新、節能效率和減排效率三個子系統，然后根據三個子系統的特性確定各子系統的序參量，進行數據獲取，并且依據相關方法對數據進行處理，得到各子系統的有序度，最后計算系統協同度，根據計算結果，提出相應的對策建議。

圖1　技術創新與節能效率和減排效率系統協同度的研究流程

2.1序參量的確定

序參量能夠表現系統的有序結構和類型，它是所有子系統對協同運動的貢獻總和，是子系統介入協同運動程度的集中體現。本研究遵循代表性、科學性和數據的可取性原則，構建高耗能產業各子系統的序參量，見表1。實證分析中技術創新子系統的序參量數據來源于《中國科技統計年鑒》；節能效率子系統和減排效率子系統序參量數據來源于《中國統計年鑒》和《中國環境統計年鑒》。

為衡量高耗能產業技術創新子系統的特點，選取技術創新的投入和產出兩類序參量。在技術創新投入的序參量上，大多從人員和經費兩個方面入手[9-10]。考慮到指標的可比性，在人員投入上，選取高耗能產業R&D人員全時當量占勞動力數量比，該指標能夠客觀反映技術創新的人員投入占到產業全部勞動力的比重。經費投入上，選取研發投入強度和R&D經費投入強度兩個指標，這兩個指標能夠有效反映技術創新的經費投入。在產出指標上，選取高耗能產業有效發明專利數與研發投入比和新產品銷售收入占銷售收入比重兩個指標。有效發明專利數代表技術創新的中間成果，新產品銷售收入則代表技術創新的最終成果。

表1　 高耗能產業技術創新與節能減排效率系統序參量

節能效率子系統和減排效率子系統的序參量分別選取節能效率和減排效率。節能效率和減排效率需要選取指標進行測度。

2.2高耗能產業節能效率和減排效率測度

(1)效率測度方法及指標選擇。本文采用數據包絡方法中的非徑向、非導向基于松弛測度的SBM-DDF模型，對高耗能產業的節能效率和減排效率進行測度，該模型有效解決了徑向性、導向性以及效率被高估的問題[11]。通過SBM-DDF模型可以計算出節能指標無效率值和減排指標無效率值，進而求解節能效率和減排效率。在節能效率和減排效率測度的指標選取上，從投入和產出兩個角度考慮。投入指標在沈可挺研究的基礎上考慮指標的可比性，采用相對指標，將單位產值勞動力數量和單位產值占有資產量作為傳統的要素投入，單位產值能源消耗量作為第三種投入。產出指標考慮到期望產出和非期望產出，以高耗能產業各行業的單位工業產值作為期望產出[12]，選取單位產值廢水排放總量、單位產值廢氣排放總量和單位產值固體廢棄物排放總量作為高耗能產業的非期望產出[13]。將指標數據代入模型，可以求解出節能效率和減排效率。

基于SBM-DDF模型，以高耗能產業部門作為決策單元構造技術前沿面。x表示每個測評單元的N種投入，x=(x1,…，xN)；y表示M種期望產出，y=(y1，…，yM)；b表示K種非期望產出，b=(b1,…，bK)；則(xt，yt，bt)為第t時期的投入產出數據，(gx，gy，gb)為方向向量，(snx，smy，skb)為投入和產出達到效率前沿面的松弛變量。那么，高耗能產業非徑向、非導向基于松弛測度的方向性距離函數如下：

(4)

將獲取的統計數據帶入式(4)求解，解得t時期高耗能產業各生產要素的無效率值。

在對式(4)求解的基礎上，根據劉瑞翔等的研究[14]，對無效率值分解，從而獲得各要素無效率值：

(5)

因此，式(4)計算出的高耗能產業無效率值最終可分解為：

(6)

本研究需要評估高耗能行業的節能效率和減排效率，因此，選取IEVenergy代表能源過度消費，IEVwater、IEVgas、IEVsolid代表廢水、廢氣和固體廢棄物過度排放，因此，高耗能產業的能源消費和廢棄物排放的無效率值為IEVIES和IEVIER,即：

(7)

(8)

根據Fukuyama 和Weber對SBM-DDF模型的定義可知，當方向向量gnx=xnmax-xnmin,n，gmy=ymmax- ymmin,m，gkb=bkmax-bkmin,k時，有,也即0≤(IEVIES，IEVIER)≤1，此時，可依據無效率值來計算高耗能行業的節能效率和減排效率：

(9)

(10)

由式(9)和式(10)可知，IES和IER的值表示高耗能產業的節能效率和減排效率。

(2)效率測度的結果。根據式(4)～(6)，代入相應的指標數據，得到高耗能產業 2003—2013年能源消費、廢水排放、廢氣排放和固體廢棄物排放的無效率值,如表2所示。

表2　2003—2013年高耗能產業節能減排指標無效率值

將表2中的數據帶入式(7)-(10)，得到高耗能產業2003—2013年的節能效率和減排效率，如表3所示。

表3　2003—2013年高耗能產業節能效率和減排效率

從表3中可以看出，高耗能產業的節能效率和減排效率在2003—2013年總體呈現上升的態勢。本研究所測定的效率屬于相對效率，節能效率最高的是2011年，減排效率最高的是2013年。從測定結果來看，高耗能產業節能效率總體高于減排效率，但減排效率的發展速率明顯高于節能效率，節能效率的年平均增長速率為3.7%，減排效率的年平均增長速率為6.6%。

2.3高耗能產業技術創新與節能減排效率系統有序度和協同度的測度及分析

將節能效率和減排效率的計算結果與技術創新系統序參量原始數據結合，構成高耗能產業技術創新與節能效率和減排效率各子系統的序參量值，將數據進行標準化處理并帶入式(1)，其中序參量上限值和下限值分別取2003—2011年最大值和最小值的110%，得到三個子系統序參量的有序度，如表4所示。

將表4的數據帶入式(2)，得到各子系統的有序度，如表5所示。最后，以2003年為基年，將各子系統有序度的數據帶入式(3)，得到高耗能產業技術創新-節能效率系統協同度，技術創新-減排效率系統協同度、節能效率-減排效率系統協同度和技術創新-節能效率-減排效率系統的協同度，見表6。

表4　各子系統序參量有序度

表5　各子系統有序度

表6　各子系統之間的協同度以及整個系統協同度

根據表6中高耗能產業技術創新與節能減排效率系統協同度的計算結果，繪制高耗能產業系統協同度演進趨勢圖，見圖2。

圖2　2004—2013年高耗能產業技術創新與節能減排效率系統協同度

研究結果表明，2004—2013年，高耗能產業技術創新與節能減排效率系統協同度總體上不斷上升，即技術創新子系統、節能效率子系統和減排效率子系統之間協同發展程度越來越好，這也是三個子系統有序度不斷上升的一種體現。節能效率-減排效率系統協同度總體高于其他三個系統的協同度，這主要是由于技術創新子系統的有序度總體低于節能效率子系統和減排效率子系統的有序度造成的。

技術創新-節能效率系統、技術創新-減排效率系統以及技術創新-節能效率-減排效率系統的協同度在2008年均出現較為明顯的下降，出現上述波動的主要原因在于2008年技術創新子系統的有序度出現了明顯的下降，這也體現了“木桶原理”的短板效應。這個研究結果提示我們，高耗能產業的技術創新、節能效率和減排效率需要同步協調發展。

從節能效率-減排效率系統協同度的發展來看，研究期間系統的協同度大體呈上升趨勢，這表明高耗能產業的節能減排效率在不斷提升。但是，節能效率-減排效率系統在2012年和2013年出現下降，對比有序度的計算結果可知，這與這兩年節能效率的有序度出現下降有關。同時，2003—2013年，減排效率的有序度整體上低于節能效率的有序度，因此，影響高耗能產業節能效率和減排效率系統協同度的關鍵在于減排效率子系統，其發展應當得到重視。2012年和2013年技術創新與減排效率系統的協同度是上升趨勢，而節能效率-減排效率系統協同度是下降趨勢，這說明只有所有子系統都協同發展才能有效促進節能減排效率的提高。

3　結論與啟示

研究結果表明，高耗能產業技術創新與節能減排效率系統的協調度和有序度總體呈上升趨勢，存在一些波動，表明高耗能產業在技術創新和節能減排方面的發展已經初見成效，但也存在一些問題。技術創新子系統的有序度最低，導致與其相關的系統協調度都較低，“木桶原理”的短板效應提示我們，只有提升高耗能產業的技術創新水平才能不斷降低生產產品的能耗以及污染物排放，降低企業成本，提高節能效率和減排效率，最終提升高耗能產業的競爭力。減排效率子系統的有序度始終低于節能效率子系統的有序度，說明高耗能產業的節能和減排工作也未能完全協同發展，這與企業提升節能效率的動力高于提升減排效率的動力有關，提示我們應該在節能減排的政策制定上向減排方面傾斜。節能效率子系統的有序度在2012—2013年出現持續的下滑，導致節能效率-減排效率系統協同度出現相應的下滑，其他系統協同度出現上下不同的波動，說明節能效率與減排效率和技術創新并非確定的因果關系，除技術創新外，還有其他因素如能源價格會對節能效率產生影響，提示我們提升節能效率要全方位考慮。綜上所述，要提升高耗能產業的節能減排效率，一方面要努力提升技術創新的投入和產出，另一方面要引導企業向低能耗的方向發展，由粗放式發展向精細化發展方式轉變，最終實現技術創新與節能減排效率的協同發展。

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(責任編輯沈蓉)

An Empirical Research on the Synergistic Development of the Technology Innovation in Energy-Intensive Industry and the Efficiency of Energy Saving and Emission Reduction

Wu Weihong，Wang Jianying，Zhang Aimei，Liu Anguo,Li Nana

(School of Economics and Management，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029,China)

This paper constructs a composite system synergetic degree model of technology innovation，efficiency of energy saving and efficiency of emission reduction and makes an empirical research on the synergistic development between the technology innovation in energy-intensive industry of China and the efficiency of energy saving and emission reduction.The results show that from 2004 to 2013，the synergy degree of the system of technology innovation in energy-intensive industry of China and the efficiency of energy saving as well as the efficiency of emission reduction is on the rise in general；the synergy degree of the system of the efficiency of energy saving and the efficiency of emission reduction system is higher than that of others；the synergy degree of other systems that related to technology innovation’s subsystem is lower，which is directly related to the order degree of technical innovation’s subsystem.It shows that the cask effect in the“cask principle”should be overcome in the development of energy-intensive industry，making each subsystem develop in coordination.

Energy-intensive industry；Technology innovation；Energy saving and emission reduction；Synergy

國家自然科學基金項目“區域協調發展的理論基礎和政策設計研究—不完全競爭視角”(71473012)，國家自然科學基金項目“大都市圈區域一體化下的區域補償理論與政策研究”(71373294)，教育部人文社會科學研究規劃基金項目“環境友好的產業轉移理論和政策研究”(14YJA790030)。

2015-10-22

吳衛紅(1972-)，女，安徽定遠人，博士，副教授；研究方向：技術創新、技術經濟、資源環境經濟學和政策。

F426

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