基于能源強度和經濟增長目標的京津冀產業結構優化研究

王韶華，張　偉

(1.燕山大學經濟管理學院，河北　秦皇島　066004；2.東北大學秦皇島分校經濟學院，河北　秦皇島　066004)

節能減排是中國經濟發展“穩中求進”的“七個著力點”和三個率先突破的重要內容。實現節能的方式主要有三種：一是國家或者地區通過優化產業結構提高能源投入產出效率，即結構節能；二是企業通過革新技術提高產品的能源使用效率，即生產節能；三是個人、家庭及社會群體等優化生活消費行為，即消費節能[1]；相對于生產節能和消費節能，結構節能更加宏觀、基礎、有效。

前期研究在產業結構對能源強度的影響方向方面產生了分歧，王曉等[2]、李金昌等[3]、Philip Kofi Adom[4]、張勇等[5]等認為，能源強度受到產業結構的沖擊效應較大，產業結構的變動會對能源強度的降低起積極的促進作用；而Raul Jimenez等[6]通過研究發現，產業結構調整對降低能源強度作用微弱；張成龍等[7]、林伯強等[8]、Lidia Andrés等[9]甚至認為產業結構調整對降低能源強度產生了負面的影響；與以上研究結論不同，鄭義等[10]、Jaruwan Chontanawat等[11]認為，在不同的時期，產業結構調整對能源強度下降的作用是不同的，有時呈正向作用，但有時則相反。

已有成果均證實了產業結構是能源強度變化的重要影響因素，但在研究設計時大多把產業結構作為一個變量(通過第二產業比重表示)，忽略了三次產業結構間的相互關系及其與能源強度的直接與間接影響。鑒于此，本文在分別構建三次產業結構與能源強度、GDP間關系模型的基礎上，通過對相關系數的進一步分解深入揭示京津冀三次產業結構對能源強度的影響機理，進而在考慮經濟增長的前提下，結合“十三五”規劃目標對京津冀產業結構進行優化，為京津冀產業結構優化提供量化參考，以促進節能目標的實現。

1　京津冀產業結構對能源強度的影響分析

區域經濟增長需要依靠要素投入的增加，而要素投入必須落實到產業當中才能產生效益，因此經濟發展階段的躍遷是通過產業結構的演進推動的。根據錢納里的經濟發展六階段理論，產業結構演進會經歷傳統社會、工業化初期、中期和后期、后工業化社會、現代化社會，經濟發展對能源的依賴程度隨之由低到高，再由高到低。可見，產業結構演進與能源強度間的關系密切。

1.1　模型構建及數據收集

設i=1,2,3,4分別代表京津冀整體、京、津、冀，則第i區域的能源強度為eii，第i區域三次產業比重分別為ppi、spi、tpi，根據以上分析，區域能源強度的變化除了受產業結構的影響外，還要考慮技術、管理等因素的影響，但這些因素無法精確量化，為確保分析模型的完整性以及有針對性的探討三次產業比重變化對能源強度的貢獻，本文用時間變量t反映技術、管理等因素的變化[12]。鑒于能源強度與三次產業比重、技術、管理等因素間的非線性關系[13]，建立模型如下：

(1)

為便于估算相關系數，對模型(1)取對數處理，有：

lneii=φ1lnppi+φ2lnspi+φ3lntpi+φ0lnt+lnθ

(2)

遵循科學性、數據可得性等原則，本文基于1991—2015年京津冀整體、京、津、冀等區域的相關數據擬合上述方程，1991—2014年京、津、冀等區域的GDP(1990年不變價)、第一產業產值及比重、第二產業產值及比重、第三產業產值及比重、能源消費量等數據可分別通過歷年《北京統計年鑒》《天津統計年鑒》《河北經濟年鑒》等獲得，2015年的相關數據可通過《2016年中國統計年鑒》獲得，京津冀整體的相關數據可通過京、津、冀相應數據相加得到，各區域能源強度由相應區域的能源消費量與GDP的比值表示。1991—2015年京津冀整體、京、津、冀等區域的GDP(1990年不變價)、第一產業產值及比重、第二產業產值及比重、第三產業產值及比重、能源消費量等數據列表所示。

1.2　產業結構對能源強度的影響分析

(1)方程擬合。分別利用京津冀整體及京、津、冀等的相關數據對方程進行擬合時，首先分析能源強度、第一、二、三產業比重、時間等變量間的相關關系，結果發現，各變量間的相關系數絕對數幾乎均在0.8以上，且顯著性水平低于0.025，可見變量間呈現高度相關關系，利用一般的回歸方法得出的結果沒有經濟意義。由于本文研究的重點在于三次產業比重對能源強度的相對貢獻，因此為盡量保留所有變量，可犧牲部分精確度為代價，采用嶺回歸分析方法擬合方程。

當i=1時，利用SPSS16.0統計軟件輸出的各自變量的嶺跡圖以及決定系數RSQ的變化趨勢圖如圖1和圖2所示。當K取值0.15時，各自變量的嶺跡線開始趨于平穩，并且決定系數也開始呈現穩定的下降態勢，據此得到的標準化回歸方程為：

(3)

相應的嶺回歸方程為：

lnei1=0.221lnpp1+1.125lnsp1-0.566lntp1-

(6.062)(3.923)(-6.087)

35.457lnt+268.12

(-9.955) (9.837)

(4)

圖1　各自變量的嶺跡圖

圖2　決定系數RSQ的變化趨勢圖

i=2時，取K=0.15，得到的標準化回歸方程為：

(5)

相應的嶺回歸方程為:

lnei2=0.137lnpp2+0.429lnsp2-0.299lntp2-

(13.725)(16.513)(-4.365)

44.5lnt+338.887

(-15.92)(16.119)

(6)

i=3時，取K=0.1，得到的標準化回歸方程為：

(7)

相應的嶺回歸方程為:

lnei3=0.260lnpp3-0.433lnsp3-1.343lntp3-

(14.113)(-1.878)(-9.979)

55.558lnt+429.777

(-19.744)(19.806)

(8)

i=4時，取K=0.2，得到的標準化回歸方程為：

(9)

相應的嶺回歸方程為:

lnei4=0.193lnpp4-0.513lnsp4-0.758lntp4-

(3.516)(-1.83)(-2.243)

38.567lnt+298.669

(-6.963) (7.198)

(10)

以上方程的決定系數(RSQ)分別為0.979、0.992、0.992、0.912，說明京津冀整體及京、津、冀的三次產業比重及時間變量能夠較強的解釋能源強度的變化，F值分別為116.75、312.829、286.425、24.601，各系數的t值見對應的括號內數值，F值和t值均通過了α=1的顯著性檢驗(F0.1(4,19)=2.27、t0.05(19)=1.729)，可見方程的擬合效果較好，可以據此進一步分析三次產業比重對能源強的影響機理。

(2)產業結構對能源強度的影響機理。本文利用各自變量與因變量間的相關系數rmy反映各自變量對因變量的總影響，利用各自變量的標準化回歸系數pmy反映各自變量對因變量的直接影響，由于各自變量間還存在著高度相關關系(rmn)，即各自變量間相互影響并對因變量產生間接影響，因此有[14]：

(11)

根據公式(11)，可得到三次產業比重、時間變量等對能源強度的具體影響，如表1～表4所示。由于本文采用嶺回歸方法擬合方程放棄了部分精確度，因此會存在剩余影響。

表1　京津冀整體的產業結構對能源強度的影響分析

表2　北京市產業結構對能源強度的影響分析

表3　天津市產業結構對能源強度的影響分析

表4　河北省產業結構對能源強度的影響分析

(1)京津冀整體產業結構對能源強度的影響分析。如表1所示，京津冀整體的第一產業比重、第二產業比重的增長將會推動能源強度的上升，而第三產業比重、技術、管理等的提高將會抑制能源強度的上升。因此，為進一步降低京津冀整體的能源強度，在提高第三產業比重的同時，重視產品的能源使用效率以及消費者的節能行為。具體來說：

京津冀整體的第一產業比重對能源強度的總影響效應約為0.949，但直接效應僅約為0.213，通過第二、三產業比重以及技術、管理因素等對能源強度增長的間接推動效應約為0.725，尤其是通過技術、管理因素的間接效應約為0.383，明顯高于直接效應，主要原因在于第一產業受自然因素的影響較大，限制了技術、管理等節能效應的發揮，京津冀整體的第一產業大多采取粗放型經營，生產效率低下，但由于第一產業的基礎性地位，第二、三產業對其依存度較大，受第一產業的制約明顯。因此，在保障第一產業基礎性地位的基礎上，通過農業技術進步提高生產效率，降低第一產業比重，促進集約型農業和綠色農業的發展，推動農業產業化。

京津冀整體的第二產業比重對能源強度的總影響效應約為0.884，起主要推動效應；其中，直接推動效應約為0.188，而通過第一、三產業比重以及技術、管理因素等產生的間接推動效應約為0.685；主要原因在于，河北省的工業化進程較京、津有明顯滯后，重化工業特征明顯，第二產業中高耗能行業比重過大，能源利用效率低下，并通過向第一、三產業提供機器設備等途徑間接推動了能源強度的上升。因此，應利用高新技術改造傳統行業，壓縮河北省高耗能行業比重，加快工業化進程，走新型工業化道路。

京津冀整體的第三產業比重對能源強度的總影響效應約為0.958，起主要抑制作用，但直接抑制效應僅約為0.199，通過第一、二產業比重以及技術、管理因素等對能源強度增長的間接抑制效應約為0.749，遠遠高于直接效應。第三產業對能源的需求較低，能源強度較低，現代服務業、信息產業、知識產業的迅猛發展對新技術的需求旺盛，并會反作用于第一、二產業。

(2)北京市產業結構對能源強度的影響分析。由表2可知，北京市第一、二產業比重上升是能源強度增長的主要推動因素，總影響效應分別約為0.984、0.988，但通過其他因素對能源強度的間接影響效應(分別約為0.715、0.691)明顯高于直接影響效應(分別約為0.234、0.259)，而第三產業比重和管理、技術水平等的提升是能源強度增長的主要抑制因素，總影響效應分別約為0.943、0.999，但對能源強度的直接影響效應分別約為0.119、0.348，明顯低于通過其他因素對能源強度的間接影響效應(分別約為0.807、0.599)。可見，北京市三次產業間相互影響、相互制約，第一產業受自然因素的限制，技術進步緩慢，通過向第二、三產業提供需求間接推動了能源強度的增長；2008年以前，北京市第二產業能源消費量一直高于第一、三產業，節能技術落后，并通過向第一、三產業提供需求間接推動了能源強度的增長；第三產業的技術密集型特性通過刺激第一、二產業的需求促進能源強度的降低。

自2009年以來，北京市第一產業比重已降至1%以下，2015年僅為0.6%；自2004年來，北京市第二產業比重呈逐年下降趨勢，2015年已降至19.6%；2005年以來，北京市第三產業比重已穩定在70%以上，2015年達到79.8%。參考發達國家產業結構演變特征，降低第一產業比重或第二產業比重對降低北京市能源強度的貢獻潛力微弱，因此短期內可通過降低第二產業比重，提高第三產業比重降低北京市能源強度，但長期內應通過技術節能和管理節能，堅持三產提級增效發展、二產智能精細發展、一產集約優化發展，構建起“高精尖”的產業體系。

(3)天津市產業結構對能源強度的影響分析。如表3所示，天津市的第一、二產業比重的提升不利于能源強度的降低，總影響效應分別約為0.971、0.554，其中第一產業比重對能源強度的直接和間接影響效應分別約為0.337、0.602，由于天津市第二產業比重變化較小，因此對能源強度的直接影響微弱，主要通過其他因素產生間接影響(影響效應約為0.602)；天津市的第三產業比重和技術、管理水平的提升促進了能源強度的降低，總影響效應分別約為0.876、0.992。1991年以來，天津市第二產業比重變動較小，基本穩定在50%以上，第三產業和第一產業發展水平滯后于第二產業。

天津市目前處于工業化后期向后工業化社會過渡的階段，第一產業比重不斷下降，2015年已降至1.3%，2009年以來第二產業比重逐漸縮小，同時第三產業快速發展，2015年第三產業比重已達到52.2%，比第二產業比重高出5.7個百分點。因此，短期內可通過降低第一產業比重，提高第三產業比重降低天津市能源強度；根據《京津冀協同發展規劃綱要》，天津第二產業實力雄厚，未來適合發展高端工業，因此長期內應優化工業內部結構，重點發展先進制造業。

(4)河北省產業結構對能源強度的影響分析。如表4所示，對河北省能源強度增長起主要推動作用的是第一產業比重，總影響效應約為0.856，其中直接和間接影響效應分別為0.152、0.673；河北省能源強度增長的主要抑制因素包括第二、三產業比重、技術、管理因素等，總影響效應分別約為0.627、0.625、0.935，直接影響效應分別為0.105、0.157、0.506，間接影響效應分別為0.501、0.436、0.327。由于河北省工業化進程緩慢，2012年以前很長一段時期內處于工業化中期階段，第二產業的規模經濟效益明顯，隨著第二產業比重的上升，河北省整體的能源強度呈下降趨勢；第三產業緩慢發展，第三產業比重變化對能源強度的總影響、直接影響以及通過第一、二產業的間接影響均不顯著。

河北省剛剛步入工業化后期階段，第二產業比重仍居第一位，雖然有下降趨勢，但仍穩定在50%以上，2015年開始降至48.3%，第三產業開始快速發展，與第二產業存在較大差距，第一產業比重在11%以上。因此，短期內可通過降低第一產業比重，提高第三產業比重降低河北省能源強度，但長期內應加快工業化進程，推動基礎性重化工業向深加工工業演進，發展高新技術產業，進而降低第二產業比重，快速發展第三產業，是進一步降低河北省能源強度的關鍵。

2　京津冀產業結構對GDP的影響分析

根據結構主義學派的觀點，經濟增長依賴資本和勞動等要素投入，資本和勞動從生產率較低的部門向生產率較高的部門轉移能夠加速經濟增長，產業結構的高變換率會導致經濟總量的高增長率。參考范德成等[15]建立的考慮產業結構影響的柯布-道格拉斯生產函數，以及王修華等[13]對產業結構與GDP間定量關系的描述，在此用時間變量t反映資本、勞動、技術等因素的變化，建立模型如下：

(12)

為便于估算相關系數，對模型取對數處理：

(13)

通過計算京津冀整體的GDP、第一、二、三產業比重、時間等變量間的相關系數，發現變量間呈現高度相關關系。

利用SPSS16.0統計軟件輸出的各自變量的嶺跡圖以及決定系數RSQ的變化趨勢圖如圖3和圖4所示。當K取值0.2時，各自變量的嶺跡線開始趨于平穩，并且決定系數也開始呈現穩定的下降態勢，據此得到的標準化回歸方程為：

(14)

相應的嶺回歸方程為:

lny1=-0.762lnpp1-0.972lnsp1+1.22lntp1+

(-13.985)(-2.231)(9.439)

83.967lnt-628.735

(16.463) (-16.063)

(15)

圖3　各自變量的嶺跡圖

圖4　決定系數RSQ的變化趨勢圖

同樣的方法，可分別得到京、津、冀產業結構對GDP影響的嶺回歸方程：

lny2=-0.25lnpp2-0.666lnsp2+0.505lntp2+

(-17.535)(-17.989)(5.174)

69.912lnt-523.584(K=0.15)

(17.542)(-17.467)

(16)

lny3=-0.63lnpp3+0.544lnsp3+1.264lntp3+

(-28.572)(1.75)(7.837)

109.728lnt-833.109(K=0.1)

(32.529)(-32.027)

(17)

lny4=-0.87lnpp4+2.465lnsp4+1.6lntp4+

(-12.495)(6.548)(4.028)

104.337lnt-797.806(K=0.15)

(14.337)(-14.679)

(18)

方程(16)和方程(18)的F值和t值均通過了α=0.05的顯著性檢驗，方程(17)的F值通過了α=0.05的顯著性檢驗，t值也通過了α=1的顯著性檢驗，可見方程的擬合效果較好，可以據此進一步分析三次產業比重對GDP的影響。

3　基于能源強度和經濟增長目標的京津冀產業結構優化

3.1　基于能源強度和經濟增長目標的北京市產業結構優化

根據《北京市國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》確定的目標：2020年地區生產總值比2010年翻一番(以1990年不變價2020年約為8668.54億元)；服務業增加值占地區生產總值比重高于80%。根據《北京市“十三五”時期節能降耗及應對氣候變化規劃》，2020年北京市能源強度要比2015年下降17%，即約為0.9121噸標煤/萬元(1990年不變價)。

假定GDP增長目標主要通過降低第二產業比重，提高第三產業比重的方式實現，根據方程(16)，2020年三次產業比重之比約為0.6:15.1:84.3，代入方程(6)，可得到2020年能源強度約為0.9732噸標煤/萬元，比2015年下降了約11.45%，產業結構優化完成了能源強度目標的67.35%。

假定北京市以完成能源強度目標為前提，且在2015年產業結構(0.6:19.7:79.7)的基礎上通過進一步降低第二產業比重，提高第三產業比重的方式實現，根據方程(6)，2020年三次產業比重之比約為0.6:13.18:86.22，代入方程(16)，可得到2020年GDP約為9575.545億元(1990年不變價)，比2010年增長了約120.93%，超額完成了增長目標。

3.2　基于能源強度和經濟增長目標的天津市產業結構優化

根據《天津市國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》，到2020年天津市GDP約為10144.09億元(1990年不變價)，第三產業比重超過55%；根據《天津市節能“十三五”規劃》，到2020年，天津市能源強度應低于1.014噸標煤/萬元(1990年不變價)。2015年天津市三次產業比重之比約為1.3:46.5:52.2，假定GDP增長目標主要通過降低第一、二產業比重，提高第三產業比重的方式實現；參照北京市產業結構狀態，假定2020年第一產業比重降至0.6%，根據方程(8)和(17)，2020年三次產業比重之比約為0.6:44.4:55，GDP約為12903.66億元(1990年不變價)，能源強度約為0.7994噸標煤/萬元，超額完成目標。

結合產業結構調整方向，根據方程(8)和(17)，只要第三產業比重提高至55%以上，即使不降低第一產業比重，只降低第二產業比重，即三次產業結構比重之比為1.3:43.7:55，2020年能源強度也會降至約0.9842噸標煤/萬元，超額完成節能目標；但GDP約為7859.765億元，沒有完成經濟增長目標；假定GDP剛好達到10144.09億元，三次產業結構之比約為0.87:44.13:55，能源強度約為0.8828噸標煤/萬元。

3.3　基于能源強度和經濟增長目標的河北省產業結構優化

根據《河北省國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》，到2020年河北省GDP約為18637.29億元(1990年不變價)，第三產業比重達到45%以上且主導作用明顯增強；但并沒有確定能源強度的具體量化目標，根據京津冀協同發展指導思想，結合《“十三五”節能減排綜合工作方案》，假定到2020年河北省能源強度比2015年下降17%，即約為1.8378噸標煤/萬元(1990年不變價)。

假定河北省GDP增長目標主要通過降低第一、二產業比重，提高第三產業比重的方式實現。基于工業化后期特征，結合河北省在京津冀協同發展中的定位，第二產業比重降低幅度不會過大，第三產業比重不會過高，假定第三產業比重提高至46%，根據方程(10)和(18)，2020年河北省三次產業比重之比約為9.3:44.7:46，能源強度約為2.0547噸標煤/萬元，較2015年下降約7.21%，完成了能源強度目標的42.41%。

假定河北省以完成能源強度目標為前提，且仍然通過提高第三產業比重，降低第一、二產業比重的方式實現，根據方程(10)和(18)，2020年三次產業比重之比約為6.3:46.8:46.9，GDP約為30430.47億元(1990年不變價)，比2015年增長了約129%，超額完成了增長目標。

3.4　基于能源強度和經濟增長目標的京津冀整體的產業結構優化

基于以上對節能和經濟增長目標下京津冀產業結構優化的分析，根據各區域設定的GDP增長目標和產業結構調整方向，2020年京津冀整體的GDP約為40209.49億元(1990年不變價)，較2010年和2015年分別增長約137.21%、53.07%，三次產業結構比重之比約為4.63:38.22:57.15，代入方程(4)，可知2020年京津冀整體的能源強度約為1.5062噸標煤/萬元，較2010年和2015年分別下降約11.13%、34.93%，但北京市和河北省并沒有完成“十三五”節能目標。

根據各區域設定的節能目標和產業結構調整方向，2020年京津冀整體的GDP約為47865.78億元(1990年不變價)，較2010年和2015年分別增長了約182.38%、82.22%，三次產業結構比重之比約為4.27:39.63:56.1，代入方程(4)，可知2020年京津冀整體的能源強度約為1.5573噸標煤/萬元，較2010年和2015年分別下降約32.73%、8.12%。節能目標下，雖然京、津、冀均超額完成了節能任務，但天津市并沒有完成“十三五”經濟增長目標。

綜合各區域設定的節能目標、經濟增長目標和產業結構調整方向，為保障京、津、冀均能同時實現“十三五”節能目標和經濟增長目標，2020年京津冀整體的GDP約為50150.11億元(1990年不變價)，較2010年和2015年分別增長了約195.85%、90.92%，三次產業結構比重之比約為4.11:39.84:56.05，代入方程(4)，可知2020年京津冀整體的能源強度約為1.5542噸標煤/萬元，較2010年和2015年分別下降約32.86%、8.3%。

綜上所述，基于能源強度和經濟增長目標的京、津、冀及京津冀整體的產業結構優化結果如表5所示。

表5　基于能源強度和經濟增長目標的京津冀產業結構優化結果(%)

4　研究結論

本文通過構建三次產業結構影響能源強度的嶺回歸模型，并分解三次產業結構間及其與能源強度間的相關系數，揭示三次產業結構對能源強度的影響機理，提煉降低能源強度的路徑，進而基于“十三五”規劃設定的節能和經濟增長目標對產業結構進行了優化，結果如下：

(1)北京市第一、二產業比重變動是北京市能源強度下降的抑制因素，第三產業比重變動是促進因素，但降低第一、二產業比重對進一步降低北京市能源強度的貢獻潛力微弱，因此短期內仍可通過降低第二產業比重，提高第三產業比重降低能源強度，但長期內應通過產業內部升級實現技術節能和管理節能，尤其是第三產業內部應向智能化、知識化轉變；“十三五”時期，在經濟增長目標下，產業結構優化并不能實現節能目標；在節能目標下，三次產業結構之比為0.60:13.18:86.22，能夠超額完成經濟增長目標。因此，北京市應以節能倒逼產業升級。

(2)天津市第一、二產業比重變動是天津市能源強度下降的抑制因素，第三產業比重變動是促進因素，結合后工業化階段特征及天津市在京津冀協同發展中的定位，短期內可通過降低第一、二產業比重，提高第三產業比重進一步降低能源強度，但長期內應優化工業內部結構，發展先進制造業，利用新技術改造傳統工業，大力發展新興產業和產品。“十三五”時期，在經濟增長目標下，產業結構優化能夠超額實現節能目標；但在節能目標下，產業結構優化并不能完成經濟增長目標；綜合節能和經濟增長目標，三次產業結構之比為0.87:44.13:55.00。可見，天津市當前的經濟增長方式是可持續的，應在保障經濟增長目標的基礎上，繼續強化。

(3)河北省第一產業比重變動是河北省能源強度下降的抑制因素，第二、三產業比重變動是促進因素，結合工業化后期階段特征，短期內可通過降低第一、二產業比重，提高第三產業比重進一步降低能源強度，長期內應抓住京津冀協同發展的契機，通過承接京、津產業轉移，加快工業化進程，使第三產業在經濟中的主導地位顯著。“十三五”時期，在經濟增長目標下，產業結構優化并不能實現節能目標；在節能目標下，三次產業結構之比為6.30:46.80:46.90，能夠超額完成經濟增長目標。因此，河北省應通過嚴格控制能源消耗和能源強度倒逼經濟轉型。

(4)京津冀整體的第一、二產業比重變動是能源強度下降的抑制因素，第三產業比重變動是促進因素，因此應降低第一產業比重，大力發展綠色農業，促進農業現代化；降低第二產業比重，走新型工業化道路，重點發展先進制造業和戰略性新興產業。“十三五”時期，在節能和經濟增長目標下，三次產業結構之比為4.11:39.84:56.05。