基于門限面板模型的我國能源利用效率研究

周四軍+王佳星+羅丹

摘要根據三要素的柯布道格拉斯生產函數，構建我國能源利用效率的門限面板模型，對2000～2014年我國30個省份（不含西藏）的樣本數據，進行實證分析.研究表明：能源利用效率變量存在明顯的三門限值，把我國30個省份分成四大類，不同類別的地區在能源效率和能源投入規模上存在顯著差異.能源利用效率比較高的地區能源利用效率隨能源投入增加而變大，而能源利用效率較低地區則相反.另外能源利用效率高的地區，能源投入規模大，能源產出彈性也大，說明在一定程度上對經濟的貢獻率也比較大，且未來繼續靠能源拉動經濟的可能性也比較大.

關鍵詞門限面板模型；能源效率；能源投入規模；地區差異

中圖分類號F205文獻標識碼A

1引言

近年來我國經濟高速發展，已經成為全球GDP第一貢獻大國及第二大經濟體.但是粗放型的發展模式同時也帶來了自然資源的大量消耗和環境的嚴重污染.因此關注經濟發展質量，建立資源節約型、環境友好型的社會成為當下急需解決的問題.同時我國又是一個區域差異十分明顯的國家，不同省份地區的能源水平及經濟的發展水平參差不齊，在保護環境的能力水平上也有差距，國家在制定相關政策時應因地制宜，一刀切的方式只會起到事倍功半的效果.因此，深入探究我國能源效率與規模的地區差異具有重要的理論意義和現實意義.

20世紀70年代以后，國外對能源消費、經濟發展和能源效率的關系研究取得了豐碩的成果，主要集中在兩個角度.第一個角度是能源消費與經濟增長的關系研究.Kraft[1]（1978）、Masih[2]（1997）等人利用Granger因果檢驗法、協整分析法、誤差修正模型和向量自回歸模型法檢驗能源消費、能源價格（能源相關變量）和國內生產總值GDP、就業、真實收入等（經濟發展相關變量）之間的關系，結果顯示不同國家的情況顯著不同.如Yu和Choi[3]（1987）的研究表明，韓國存在GDP對能源消費方向的因果關系，而菲律賓的因果關系則相反.因此總體來說二者關系不能一概而論.第二個方面是從能源消費和經濟發展的角度解釋能源效率的提升，目前出現2種解釋，一種是生產率增長說，另外一種是經濟結構說.但該方面的研究主要集中在理論分析的層面，定量分析的較少.

我國學者關于能源、能源效率和地區發展差異的研究主要分為兩個階段.第一個階段主要是對能源效率的測算以及時空差異的分析.能源效率的測算有單要素效率、全要素效率中的隨機前沿法（SFA）和數據包絡法（DEA）、超效率生產率（SBM）等.并通過測算出的數據得出結論：在地區上，可以把我國分為東部、中部、西部三大地區，以東部能源效率最高，中部次之，西部最差；在時間上，以工業為例，能源效率隨著工業轉型發生變化，當整體市場的開放程度高，競爭較為激烈的時候，能源效率處于較高的水平，反之則較低.第二個階段則是能源與經濟發展的線性和非線性關系研究.線性是主要探究二者之間的因果關系，至于能源消費、能源效率與經濟增長是單向因果還是雙向因果沒有得到統一的定論.但經濟的不確定和不規律性注定二者之間并不只是簡單的線性關系，加之非線性理論模型的發展，已經有很多學者對二者之間的非線性關系進行研究：張五六[4]（2010）、史亞東[5]（2011）采用能源部門和非能源部門的兩部門生產函數模型，利用不同門限變量，得出不同門限區間，說明能源生產要素對經濟的貢獻存在差異；鄭麗琳[6]（2012）、余華銀[7]（2013）以能源效率為門限變量對生產函數進行非線性回歸，發現當能源效率處于不同的區制時，相關生產要素比如能源、資本對經濟的貢獻程度不一樣；梁經緯[8]（2013）利用門限向量誤差修正模型得出結論當誤差項低于門限值時，能源消費與經濟增長存在因果關系，高于門限值時，則不存在.

目前國內外的研究中大多數都是對于能源與其他相關變量的關系研究，即使對能源效率的單獨分析也更加偏向于測度.本文從這個角度出發，把面板門限回歸模型作為一個分類機制，利用測度出的能源效率為門限變量，把我國30個省份區分開來，以能源規模和能源效率為分析主體，其他變量為輔助變量，探尋不同類別地區的差別，并尋求原因，再從宏觀上找到解決的方法，才更有實際意義.另外，為加強時效性，提高模型精度，選擇2000～2014年15年全國30個省市（不含西藏）的數據進行實證分析.

經濟數學第 34卷第1期周四軍等：基于門限面板模型的我國能源利用效率研究

2門限變量的選擇及門限面板模型構建

對面板數據的計量分析在過去30年的經濟應用領域取得了重要的進展，已經建立起了完整的線性回歸模型分析體系.但因為社會經濟的復雜性，無論是宏觀經濟還是微觀經濟的發展，其過程中有趨勢也有波動，摻雜著不確定性和隨機性，所以經濟變量間不可能只是簡單的線性關系.如庫茲涅茨曲線，即當經濟的發展的初期，環境是不斷變差的，經過一個轉折點，環境則隨著經濟的增長出現回轉的情況，所以非線性模型不斷涌現.對于非線性模型可以分段研究，如果知道轉折點或者知道分段標準的非線性，可以逐段加以研究，但是現實中是很難捕捉這種轉折點，因此Hansen[9]提出的門限面板回歸模型就有很重要的應用.

2.1門限變量及其選擇

面板門限回歸模型與普通的回歸不同，他涉及到一個門限變量，每一個樣本除了具有被解釋變量值和解釋變量值之外還有一個相對應的門限變量值，該模型就是通過一定的程序識別門限變量的門限值，在根據門限值劃分不同區制，個體依次對號入座，最后分別估計每一個區制的模型系數，找出區制的不同點.

根據研究目的的不同，在對區制的分別估計上有2種不同的形式：一種是觀測門限變量對某一解釋變量的影響，這種情況是設立一個相關變量，研究在門限變量在不同區制的時候，該相關變量的系數變化，其他變量系數在所有區制中都相同；第二種是門限變量和所有解釋變量都有一定的經濟聯系，此時不需要設定相關變量，不同區制內，所有解釋變量的估計系數均存在差異.

從理論上講，能源效率主要通過2個角度影響經濟增長[10]：其一是增長效應，當某地區的能源出現規模效應時，能源效率會在一定程度上影響能源在資本和勞動在生產上的替代；其二為結構變遷效應，即不同地區的能源效率存在差異，這種差異必然會引起能源的流動，從而實現資源的有效配置，促進經濟增長.盡管兩個角度的傳導機制不一樣，但能源效率對經濟的影響都是通過能源這一媒介.因此筆者選取能源效率為門限變量，能源投入為相關變量，對三要素（資本、勞動、能源）的柯布道格拉斯生產函數進行第一種形式的回歸，建立面板門限回歸模型.

2.2門限面板模型的構建

門限回歸模型利用經濟計量的方法解釋了截面異質性，并以此來分析經濟變量之間非線性的特質.簡單來說，就是按照一定的準則，把總體分成不同區制，個體在準則下不重復的位于某個區制內，然后對每個區制分別加以估計.這種模型的優點是根據給定的經濟變量，自動識別跳躍點，把結構變化內生于經濟系統內部，避免了主觀設定的偏誤.

2.2.1單門限面板模型

單門限值的回歸模型基本形式為：

3實證檢驗及結果分析

3.1變量選取及數據

由生產函數出發，研究生產要素對經濟的影響時，有學者選擇用時間序列數據，這其中一個很大的問題是對數據的數量要求比較大時，時間跨度很長，政治經濟可能出現了截然不同的面貌，估計結果會失真.所以本文采用2000～2014年15年全國除西藏以外30個省份的面板數據.數據主要來源于《中國統計年鑒》《中國能源統計年鑒》《國家統計局》《中國勞動統計年鑒》等.將各省的GDP作為產出量（Y），以2000為基期，用CPI對其平減.上一期的資本存量（K）作為本期的資本投入，即數據從1999年到2013年，并以1999年為基期按照張軍[11]學者的方法重新推算.勞動投入（L）很多學者直接以就業人口來反映，但筆者認為該變量不能充分反映人力資本，因此用平均受教育年限作為權重對該變量進行修整.能源投入是各省能源消費總量.門限變量為能源效率（r），本文采用全要素DEA方法計算能源效率.三要素柯布道各拉斯生產函數為：

由表1可知，單門限、二門限和三門限的F值都遠大于置信水平在1%時的臨界值，所以拒絕不存在門限值的原假設，可以在99%以上的概率上認為該模型存在3個門限值.圖1-4黑色曲線的最低點所對應的橫坐標即為門限值，曲線與虛線相交的兩點對應的區間為95%的置信水平下門限值的置信區間，由此可以給出門限的估計值和置信區間見表2.

由實證結果可以看出，我國各地區的能源效率從0.4跨度到0.9，差異明顯，且以能源效率為門限變量時存在明顯三門限值，各地區按照各自的能源效率值分別被分到4個區制中，處于第四個區制的地區在生產函數的回歸模型中，能源的產出彈性為0.337 3，第三類地區能源效率稍高于第四類地區，產出彈性也相應變大，以此類推，能源效率越高的地區，能源的產出彈性越大，在能效最高的北京、上海、廣東產出彈性最大為0.387 1.可以說明能源效率在一定程度上提高了能源對經濟的貢獻程度，促進經濟增長.

3.3分析結果

3.3.1不同地區能源效率的差異分析

上文利用門限面板模型分出的四類地區，在能源效率和能源投入的變化上呈現出了不同的趨勢，能源效率最高的一類，即北京上海廣東，這些省份的能源效率隨著能源投入的增加也持續增加，而處在第二類中的地區省份最多，有18個，除和第一類的能源效率非常接近的天津、江蘇能源效率與能源投入呈正方向變化，山西和陜西變化不規律外，其他14個省份隨著能源投入的增加，能源效率均呈現波動下降的特征.而處在第三類第四類的能源效率比較低的地區，二者之間變化沒有較強的規律性，隨能源投入的增加，能源效率大小交替，15年來能源效率整體變化不大.從第一類，第二類，第三類中分別找出3個地區和第四類一個地區的2000～2014年能源效率與能源投入數據見表5.

筆者認為產生這種不同變化的原因在于各地區的工業占比不同.工業作為第二產業一個重要的組成部分，其占比可以在一定程度上表示產業結構，而產業結構分別與能源消費量以及能源效率有密切聯系是顯而易見的，一般來說在能源消費上第二產業〉第三產業〉第一產業，若前者占比較大的比重，則該地區的能源消費量自然就比較大.而產業結構與能源效率的關系，我國學者王強、劉佳駿等學者也給出了肯定的答案.但產業結構是否是二者相關變化的原因，并沒有一個明確的答案.本文借用劉曉靜[12]學者的研究成果：工業36個行業整體上能耗強度越高，能源效率越低.這種變化和第二類中的變化雷同.可以假設，地區中工業占總體的比重較高可能是處在第二類地區能源投入與能源效率成反方向變化的原因，為驗證該假設，計算出不同省份2000～2014年工業增加值占國民生產總值的比重，再根據不同類別計算出每一類的平均值（因第四類只有一個省份，此時把第三類和第四類合并到一起）計算結果如圖5所示.

可以看出第一類別的地區工業增加值占生產總值比重的平均水平在2000年和第二類別地區的平均水平相差不大，但前者是波動下降，后者隨著時間顯示出上升的特征，差距越來越大.到了2014年第二類別中工業占生產總值的比重最大，其能源效率與能源投入反方向變化的特征也最明顯，因此筆者認為可以把產業結構看成是不同地區能源效率與能源投入二者關系不同的一部分原因.至于三四類中地區工業占總產值的比重和第二類變化趨勢相似，但平均水平明顯低于第二類，可能因為這類地區雖然在推進工業化進程，但是尚未形成完整的產業鏈，各行業發展很不穩定，從而導致產業波動大，時而效率高的行業占主導，時而效率低的占主導，能源效率混亂波動.

3.2.2能源投入規模的地區差異分析

從回歸結果來看，產出彈性的大小是第一類>第二類>第三類>第四類，根據邊際報酬遞減的經濟學原理，當某一要素相對稀缺時，他的邊際報酬則較大，產出彈性也越大，除此之外，產出彈性的增大也可能是該要素的投入很大[13].根據對我國不同類別省份能源投入分別統計分析發現，在能源投入的水平上第一類>第二類>第三類>第四類.說明我國產出彈性的變化主要是因為要素投入量的不同.能源消耗量越大，產出彈性越大，能源對經濟增長的貢獻越大.而我國能源主要以煤炭、石油等化石能源為主，在不考慮各地區能源消費結構的情況下，可以在一定程度上認為能源消費量越大則對環境破壞力越強，生態環境問題較為突出.另外第一類的地區，都是中國經濟發展的龍頭，勞動力基本趨于飽和，資本也有了相當一部分的積累，靠提高這兩種生產要素對經濟貢獻的空間十分有限，顯然未來靠能源拉動的可能性更大，這就進一步加劇了環境與經濟之間的矛盾.第二類地區，在勞動投入和資本積累上不如第一類，但也有一定的原始積累，一定程度上也面臨這樣的問題.而相對來說，第三類和第四類的資本和勞動卻相對貧瘠，可以充分調動二者的拉動作用.

能源投入規模差異導致的另一問題就是需求和供給不均衡.我國能源主要以煤炭為主，所占總量比重可達70%以上.僅以煤炭為例，其儲量的整體分布是西多東少，北多南少.我國西部地區包括四川、貴州、云南、西藏、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆9個省份的煤炭資源量占全國的90%以上，其他地區只不到10%（由門限回歸模型分出的第三、四類地區和我國西部地區基本吻合），而把地區的能源投入看作能源需求的話，可以看出我國第一類和第二類的地區需求量更大，這就存在能源需求和供給逆向分布的現象.這不僅使得現有的能源不能得到有效的利用，同時也阻礙了能源效率拉動經濟發展的作用.

發展經濟學領域中有一個經典的“荷蘭病”假說，即當一個經濟體資源相對缺乏時，他為了擺脫這種資源的束縛會放棄原有的生產方式而追求新的技術革新和技術創新來實現產業升級，相反，當一個經濟體的資源充裕時，便陷入對資源依賴的鎖定效應，導致經濟體制、產業結構和金融領域停滯不前[14].但以上分析可以看出，我國能源需求與供給逆向分布的現象顯然有悖于這一學說.原因在于我國產業空間分布不均衡，產業集聚現象明顯.自改革開放以來，我國實行非均衡的發展政策，沿海地區地理位置的重要性在國際貿易主要以海運為主的背景下不斷提升，導致我國的現代化產業不斷向這些地區涌入，而與產業結構演進相對應的是要素的流動，現代化的產業需要的是更加“高端”的生產要素，而能源相比于最原始的人力和資本，作用更加凸顯，因此我國能源不斷向第一類、第二類地區流動，一方面導致我國能源供給和需求的逆向分布，另一方面又造成我國這兩類地區靠能源拉動經濟的局面.

由圖6可以看出，廣東、山東和江蘇顏色最深，其次是天津、遼寧、河北、河南、上海、四川、浙江、福建、湖北、湖南，其他顏色差異不明顯，這些地區中除河北和四川外，其他地區均處于第一類和第二類地區.而縱觀整體，地圖的右下方即我國的東南沿海地區顏色最深.由此可見，我國確實存在產業聚集現象，這種聚集多出現在第一類、第二類地區中，導致我國出現能源的供需不均衡和部分地區靠能源拉動經濟的現象.

4結論與啟示

研究表明，利用非線性的面板門限回歸模型，以能源效率為門限變量把我國除西藏以外的30個省份分成了四大類，通過對每一類別進行分析，發現他們存在能源效率，能源規模等方面的差異，并由此提出以下啟示：

第一，找準方向提高能效.我國不同地區存在能源效率與能源投入二者變化方式不同的現象，隨能源投入增加而能源效率下降的第二類地區，應從產業結構下手，找出高耗能，低效率的行業單位，著重地加以技術改造，促進產業升級，提高產品的技術含量和附加值，提高能源效率.而能源效率處于高位的第一類地區也不能居高自傲，繼續加快能源技術的提升，研發新能源，清潔能源實現對傳統能源的替代.而第三、四類地區則應穩中前行，保證各方面的穩定是前提，在安穩的環境中追求環境，能源的提升.能源效率的提高一定程度上代表了技術水平和管理水平的進步，他的提高必定會反過來促進經濟的發展，實現良性循環.從回歸結果也可以看出在能源效率比較高的類別里，規模報酬也比較大.說明單位投入的產出更大.

第二，改變工業增長方式.由圖5可知，盡管我國各地區的工業占比不同，但平均水平也都在30%以上，而目前我國工業的生產方式主要以粗放型為主，造成能源效率低下，能源大量浪費，環境被污染破壞，因此要改變工業的增長方式.從本質上來說，最根本的方法是建立新的生產和管理模式，只有實現生產內容、生產組織方式和管理模式的根本性突破，才能實現工業的健康發展.除此之外，我國目前面對的嚴重環境和資源問題還有監控制度不健全的原因，因此不僅要通過技術創新提高工業技術水平、促進產業升級，還要利用制度創新為我國的工業發展提供一個完善的體制機制保障，才能進一步促進我國經濟的協調發展，構建和諧社會.

第三，促進產業轉移.從以上結果可以看出，我國存在明顯的產業集聚現象，第一類和第二類的地區產業豐富吸引了大量的能源要素，且未來繼續靠能源拉動經濟的可能性比較大，這會進一步加劇經濟與環境之間的矛盾，而此時傳統生產技術尚未得到徹底革新、生產管理制度和人力資本素質也沒有較大提高，若為了實現可持續發展，一味的淘汰掉傳統的高耗能產業，則是以削弱經濟增長為代價換來的節能減排.但我國的社會總體目標又對經濟增長有一定的剛需，即使想要通過這種方式也沒有極大的空間[15].因此采用產業轉移的方法，把第一類、第二類中部分高耗能產業轉移到第三、第四類中，一方面促進這些地區人力資本的原始積累，提高經濟發展水平，縮小區域發展差距，另一方面，也同時解決了我國能源供需不合理的問題.但是值得注意的是，產業轉移的同時，也應該是技術的轉移.同樣要注重對第三、第四地區的環境環保，不應該以靠破壞這兩類地區來換取第一類和第二類的優質發展.應樹立全局環保的思想，否則只會導致更大的污染.

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