中國工業全要素碳減排效率提升動力探討

郭 枝,姚西龍,李曉瑜

(太原理工大學經濟管理學院,山西 太原 030024)

作為世界上最大的碳排放國,我國面臨著國際和國內碳減排的壓力[1-2]。在這樣的形勢下,我國在哥本哈根向世界做出莊嚴的承諾:到2020年,單位GDP的二氧化碳排放量要在2005年基礎上下降40%～45%。這一目標的實現主要取決于能源利用效率,而全要素碳減排效率作為碳排放約束視角下的能源效率,得到了學者的青睞。張偉等[3]采用基于生產理論的DEA方法測算了我國全要素碳減排效率,并且將影響該效率的因素進行了分解,分析了能源使用、碳排放兩種技術進步對我國全要素碳減排效率的影響；劉婕等[4]采用SFA模型測算了我國全要素碳減排效率,在此基礎上,運用Tobit模型分析了城鎮化率、要素稟賦對我國全要素碳減排效率的影響；Wang等[5]采用非徑向距離函數法評估了1996—2012年中國30個省份的全要素碳減排效率和減排成本,為碳排放規制的實施提供了理論依據；郭文等[6]通過構建基于零和收益的碳減排SBM效率分配模型,對全要素碳減排效率進行了研究,將碳減排目標進行了省級效率分配；姜玲等[7]采用S-SBM全要素碳減排效率評價模型，對甘肅國家級循環經濟示范區高耗能產業群的碳減排效率進行了動態評價。

綜上所述,大部分研究都分析了全要素碳減排效率的影響因素,但沒有分析造成全要素碳減排無效率的原因；同時,沒有識別運營環境對全要素碳減排效率的影響,也沒有將環境無效率從全要素碳減排無效率中進行分離。盡管全要素碳減排效率指標實現了由單要素向全要素框架的跨越,卻無法剔除外生環境差異帶來的碳減排無效率,因此目前的研究仍然是針對管理因素和環境因素并存的綜合性碳減排效率。

為此,本文以中國30個省份為研究區域,在全要素碳減排效率研究的基礎上,采用DEA-SBM四階段方法,基于生產理論測度工業全要素碳減排效率,并將綜合性的工業全要素碳減排效率進一步解構為工業全要素碳減排管理效率和工業全要素碳減排環境效率。這樣既有利于準確認識我國工業行業碳減排效率的現狀,也有利于從管理與環境兩個維度厘清碳減排無效率的根源,為尋求我國工業行業碳減排效率的提升路徑提供參考。

1 研究方法

1.1 DEA四階段模型

DEA四階段模型認為,決策單元將投入轉化為產出的能力不僅會受生產技術效率的影響,也會受外部環境因素的影響。DEA四階段模型能夠將外生環境均等化,在此基礎上評價決策單元的純管理效率[8]。本文以李蘭冰[9]的全要素能源效率模型為依據,所使用的DEA四階段模型如下:

(1) 第一階段:建立基于產出導向的DEA-SBM模型，并計算全要素碳減排效率。以生產理論為基礎,建立以資本、勞動力、能源為投入要素,以工業總產值和碳排放為產出,基于產出導向的DEA-SBM模型，用來測度中國30個省份2001—2015年期間的工業全要素碳減排效率(TCRE),其計算過程如下[10]:

(1)

s.t.:

(2)

以北京市為例,將北京市2001年的資本、勞動和能源作為投入變量,工業總產值和碳排放量為產出變量,通過DEA-SBM模型計算得到各投入冗余量和產出不足量,在此基礎上計算得到北京市2001年的工業全要素碳減排效率(TCRE)為0.36。

(2) 第二階段：外生變量識別。在對外生變量進行識別時,將居民收入水平、能源結構、工業結構、技術進步和環境規制作為解釋變量,將投入冗余量作為被解釋變量,分析外生環境因素對投入冗余量的影響,其計算過程如下:

j=1,2,…,N;k=1,2,…,K

(3)

(3) 第三階段：原始投入和產出變量的調整。根據第二階段的估計系數和環境變量,調整后的投入冗余量，其計算過程如下:

j=1,2,…,N；k=1,2,…,K

(4)

根據以上估計值,對原始投入和產出變量進行調整,其計算過程如下:

j=1,2,…,N;k=1,2,…,K

(5)

(4) 第四階段：計算工業全要素碳減排管理效率。再次利用DEA-SBM模型對調整后的投入和產出變量進行計算,得到各決策單元的工業全要素碳減排管理效率(TCRME)。

以北京市為例,利用北京市2001年調整后的投入和產出變量的實際值代入公式(1),計算得到工業全要素碳減排管理效率為0.67。

1.2 工業全要素碳減排效率的解構

1.2.1 工業全要素碳減排效率(TCRE)

投入冗余量的產生是由于資源的無效利用,使碳排放的實際值高于其目標值。某地區i在時間t的工業全要素碳減排效率可表示如下：

TCRE=碳排放的目標值/碳排放的實際值

(6)

當TCRE=1時,表明碳排放的目標值與實際值相等,此時工業全要素碳減排效率達到最優狀態。由于工業生產中,能源的利用效率很少達到最優狀態,因此TCRE值的范圍一般為(0，1]。

1.2.2 工業全要素碳減排管理效率(TCRME)和工業全要素碳減排環境效率(TCREE)

利用DEA-SBM四階段模型對調整后的投入和產出變量進行計算,可以得到工業全要素碳減排管理效率(TCRME),即：

TCRME=調整后的碳排放目標值/調整后的碳排放實際值

(7)

全要素碳減排效率主要受管理和環境兩個維度因素的影響,因此將全要素碳減排效率與全要素碳減排管理效率的差異歸因為環境因素,即全要素碳減排環境效率(TCREE)為全要素碳減排效率與全要素碳減排管理效率的比值。與TCRE值相同,TCRME值也介于0和1之間,但TCREE值不限于0和1之間。當TCREE值>1時,說明該地區處于優勢環境,碳減排無效率主要是由管理因素引起,且外部環境因素一定程度上彌補了碳減排管理無效率；當TCREE值<1時,說明該地區處于惡劣的環境,環境無效率是碳減排無效率的重要來源；當TCREE值=1時,說明該地區工業全要素碳減排效率與工業全要素碳減排管理效率相同,環境因素對工業全要素碳減排效率沒有顯著的影響。

2 變量選取與數據來源

本次研究所選取的研究區域為中國30個省份,中國西藏自治區、香港特別行政區、澳門特別行政區、臺灣省由于數據缺失,故未選取，研究樣本的時間區間為2001—2015年。

2.1 投入、產出變量及數據來源

投入變量包括勞動力、資本、能源。其中,勞動力由我國不同省份的工業從業人員數量表示；資本采用永續盤存法得到資本存量[11]；能源用工業生產過程中使用的各種能源轉換成標準煤之后的能源消費總量來衡量。期望產出是以2005年為基期進行平減之后的工業總產值,非期望產出是工業生產過程中產生的二氧化碳排放量。投入產出變量的指標說明和各變量的描述性統計，見表1和表2。

表1 投入產出變量的指標說明

表2 投入產出變量的描述性統計

2.2 環境變量及數據來源

為了更好地了解外部環境因素對工業全要素碳減排效率的影響,在選擇環境變量時,需更多地關注經濟、工業、技術和人力因素。表3列出了影響工業全要素碳減排效率的環境變量及描述。

表3 影響工業全要素碳減排效率的環境變量及描述

3 實證研究

為了分析區域的差異性,本文將選取的中國30個省份分為東部、中部和西部三個地區，其中東部地區包括江蘇、上海、浙江、福建、廣東、山東、安徽、海南、黑龍江、遼寧、吉林、河北、天津、北京,中部地區包括河南、湖北、湖南、江西、山西、內蒙古,西部地區包括陜西、寧夏、甘肅、四川、重慶、貴州、廣西、云南、青海、新疆。

3.1 工業全要素碳減排效率(TCRE)的綜合評價

2001—2015年中國全國、地區和省際層面的工業全要素碳減排效率(TCRE),詳見表4。

由表4可以看出:

(1) 我國工業的全要素碳減排效率仍處于較低水平,全國的TCRE平均值為0.73,表明我國碳減排效率仍有很大的改善空間;在整個分析期間(2011—2015年)內,我國的TCRE值呈波動下降趨勢,表明在碳減排實現過程中存在一些問題。這種現象的出現與我國能源行業存在技術鎖定有關，我國工業中傳統的高碳技術使得社會經濟技術系統形成了路徑依賴,產生了鎖定效應,這種技術是缺乏效率的,不僅會造成優質能源的巨大損失,也會增加二氧化碳等污染物的排放,最終表現為TCRE值較低。

表4 2001—2015年中國全國、地區和省際層面的工業全要素碳減排效率(TCRE)

注:“全國”表示除中國西藏自治區、香港特別行政區、澳門特別行政區、臺灣省以外其他30個省份的數據。下表同。

(2) 從地區層面來看，我國東部地區、中部地區和西部地區的TCRE平均值分別為0.78、0.71和0.69，東部地區高于其他地區(見表4)。分析原因認為：近年來我國東部地區技術優勢較為明顯[12],使得工業碳減排技術較先進[13]，另一方面東部地區的環境規制強度高于其他地區[14],使得東部地區企業的節能減排意識較高,從而導致東部地區的TCRE值相對較高；相比之下,中、西部地區有相對較低TCRE值的原因在于地理位置、資金、技術、人員和其他因素等存在劣勢[15]。

(3) 從省際層面看,北京、河北、山西、內蒙古、山東、湖南、貴州、青海和寧夏9個省份的TCRE平均值均低于全國總體的平均水平(見表4)。分析原因為：河北、山西、內蒙古、青海、寧夏等省份煤炭的消耗量高于其他省份[16],煤炭的無效利用導致碳減排效率低下；北京和湖南等省份發展迅速,對能源需求較大，然而由于21世紀初期技術落后[17],導致能源利用效率低,污染排放嚴重,使得TCRE值低下。

3.2 工業全要素碳減排管理效率(TCRME)和工業全要素碳減排環境效率(TCREE)評價

3.2.1 全要素碳減排管理效率(TCRME)評價

2001—2015年中國全國、地區和省際層面的工業全要素碳減排管理效率(TCRME)，見表5。

表5 2001—2015年中國全國、地區和省際層面的工業全要素碳減排管理效率(TCRME)

由表5可以看出：

(1) 我國工業全要素碳減排管理效率仍處于較低水平,同TCRE值一樣,全國的TCRME平均值為0.73,表明我國碳減排過程中存在管理方面的問題。

(2) 比較我國不同地區的TCRME平均值可見,最有效的是中部地區,TCRME平均值為0.78,高于全國總體的平均值；東部地區的TCRME平均值為0.73,與全國總體的平均值趨同；而效率最低的西部地區的TCRME平均值為0.69,低于全國總體的平均值。分析原因為：我國中部地區自然資源豐富[15],這種獨特的自然環境條件能夠吸引大量優秀人才、資金和先進技術,有利于提高該地區能源管理效率以及污染物減排水平；東部地區資源需求量很大,大多數企業都熱衷于增加能源投資,容易忽視能源的有效管理,因此東部地區的能源管理存在很大的提升空間[18]；技術落后、勞動力技術不熟練和管理不善等因素導致西部地區的TCRME值偏低[19]。

(3) 從省際層面來看，我國各省份TCRME值存在明顯差異,平均值在0.15～0.93之間；北京、河北、上海、山東和海南5個東部地區省份的TCRME平均值低于全國總體的平均水平,而大部分中部地區省份的TCRME平均值高于全國總體平均水平；西部地區各省份的TCRME值差距懸殊,甘肅省平均值高達0.93,而寧夏自治區平均值僅為0.15，這表明西部地區各省份能源行業管理模式存在明顯的差異。分析原因認為：各省份的經濟發展水平、能源企業管理制度、人員素質和節能技術存在一定的差異,若某省份的經濟發展水平越高、管理體系越完善、管理人員素質越高、節能技術越先進,則該省份的TCRME值就越高。

3.2.2 工業全要素減排環境效率(TCREE)評價

2001—2015年中國全國、地區和省際層面的工業全要素碳減排環境效率(TCREE)，見表6。

表6 2001—2015年中國全國、地區和省際層面的工業全要素碳減排環境效率(TCREE)

由表6可以看出：

(1) 我國全國的TCREE平均值為1.72,該值大于1,說明從整體上來看,我國有著較好的外部環境。這是因為中國政府不斷調整環境規制政策以實現經濟與環境的友好協調發展。具體而言,制定并實施了多項環境規制政策,引導能源企業走向環境友好型發展方向[20]，這使得能源企業生產過程中的環境得到了相應的改善,污染物排放量減少。

(2) 我國東部地區和西部地區的TCREE平均值大于1,但中部地區的TCREE平均值小于1,這表明東部地區和西部地區的環境因素起著積極的作用,而中部地區的環境因素起著負面作用,這與孫欣[21]的研究結論是一致的。分析原因認為:首先,東部地區實施嚴格的環境規制政策可以刺激企業進行技術創新,減少污染物排放,也進一步提升了治污效能,使該地區的TCREE值得到提高[14]；其次,西部大開發戰略促進能源企業不斷開發和推廣節能減排技術[22],從而提高了西部地區的TCREE值；最后,來自發達地區的“高投入、高能耗、高污染”產業轉移到中部地區,加之低水平的環境規制使得二氧化碳等污染物排放加重,導致中部地區的TCREE值較低。

(3) 從省際層面來看，各省份的TCREE值存在細微差別，河北、山西、吉林、安徽、山東、河南、湖南、重慶、云南、甘肅等省份的TCREE值均小于1,說明這些省份存在劣勢環境,對工業全要素碳減排無效率產生了顯著的影響。

3.3 提高工業全要素碳減排效率的策略

由表4至表6可知,我國東部地區有較高的TCRE值和TCREE值,有較低的TCRME值,表明該地區具有較高的人口素質和發達的外向型經濟等優勢發展環境；在中部地區,TCRME和TCREE平均值均小于1,表明該地區管理不善和外部環境造成的低效率相對嚴重，因此需要改進該地區的管理能力和外部環境；在西部地區,TCRME平均值小于1,而TCREE平均值大于1,表明該地區較低的TCRE值主要是由于管理效率低下造成的，因此應高度重視該地區管理能力的提高。中國全國、地區和省際層面提升工業全要素碳減排效率(TCRE)的策略，見表7。

由表7可知，我國各省份都需要提高管理能力；同時,河北、山西、吉林、安徽、山東、河南、湖南、重慶、云南、甘肅等省份也需要改善外部環境，也就是說,在這些省份應該同時推進改善管理能力與扭轉劣勢環境兩大策略的實施，以提高其工業全要素碳減排效率。

表7 中國全國、地區和省際層面提升工業全要素碳減排效率(TCRE)的策略

注:“△”表示應該被提升的策略。

4 結論與政策啟示

本文借助于非期望產出的DEA-SBM方法和四階段的DEA方法,構建了一種新的、全面的全要素碳減排效率的測度與分解方法,運用該方法對我國工業全要素碳減排效率進行了評估與分解,得到如下主要研究結論:

(1) 我國的工業全要素碳減排效率(TCRE)偏低,存在一定的提升空間。

(2) 我國的工業全要素碳減排管理效率(TCRME)較低,而工業全要素碳減排環境效率(TCREE)整體上較高,2001—2015年我國工業全要素碳減排效率變動的動力更多來自內部管理因素的變化,未來我國的工業全要素碳減排效率需要更多地依賴于內部管理制度的完善。

(3) 我國各地區的工業全要素碳減排效率存在較大差別,東部地區要顯著高于其他地區。

本文的研究結論能夠為我國制定碳減排策略提供一定的幫助:首先,我國工業的內部能源管理的規范性需要提升,尤其是能源使用效率和污染物減排效率的管理措施需要進一步規范,這將是未來促進我國工業全要素碳減排效率提升的重要推動力量;其次,我國中部地區的工業全要素碳減排效率不僅需要外部因素的優化,尤其是產業結構的優化,還需要良好的環境條件；而東西部地區的工業全要素碳減排效率提升更加需要管理制度的優化。