基于超效率SBM 的能源效率測算——以長江經濟帶為例

李攀LI Pan；蔣高鵬JIANG Gao-peng

（①安徽工業大學管理科學與工程學院，馬鞍山 243002；②安徽工業大學復雜系統多學科管理與控制安徽普通高校重點實驗室，馬鞍山 243002）

0 引言

氣候變化危機是人類面臨的共同挑戰，所有國家都無法置身事外。為有效應對氣候危機，世界各國陸續提出了雙碳目標[1]。2020 年，習近平總書記在第75 屆聯合國大會上提出了中國2030 年碳達峰、2060 年實現碳中和的“雙碳”目標，這意味著未來我國將向著更高效的能源利用、更生態環保的可持續發展模式邁進。目前，中國工業化和城鎮化尚未全面完成，未來較長時間內能源消費總量仍會持續增加，在此背景下，提高能源的利用效率仍是緩解氣候與能源問題、推進“雙碳”工作的重要途徑。

長江經濟帶在我國區域發展格局中有著極其重要的戰略地位，是推動我國高質量發展形成優勢互補的先行區域。長江經濟帶橫跨西部、中部、東部三大板塊，覆蓋云南、四川、重慶、貴州、湖北、湖南、安徽、江西、江蘇、浙江、上海等11 個省市，面積約205.23 萬平方公里，占中國版圖的21.4%，2020 年數據統計顯示其人口總量為全國的42.9%，生產總值為全國的46.4%，對全國的經濟發展有重要支撐引領作用。然而遺憾的是，大量研究顯示，長江經濟帶能源效率不高，區域粗放式發展還在繼續。為此，明確能源效率的提升受到哪些具體因素的促進或阻礙，對推動長江經濟帶高質量發展具有重大意義。相關結論和政策建議對其他區域提升能源效率也具有一定的借鑒和參考價值。

能源效率的研究一直是學界熱點。本文在綜合現有研究的基礎上，選擇長江經濟帶的28 個核心城市作為研究對象，選擇考慮非期望產出的超效率SBM 模型對長江經濟帶能源效率進行測算。

1 長江經濟帶的能源利用現狀

1.1 能源消費變化趨勢

上升為國家戰略之后，長江經濟帶在中央政策的扶持下，走上了平穩、快速、可持續的高質量發展之路。收集2006-2019 年間長江經濟帶能源消費數據，不難看出，長江經濟帶能源消費的兩個階段分別為：①銳減階段（2006-2013）：該階段長江經濟帶能源消費量總體仍在逐年增加，不過其增長速度呈大幅下降態勢。②波動階段（2014-2019）：相對于第一階段，這一階段的增速呈波動增長態勢。2017 年7 月，隨著《長江經濟帶生態環境保護規劃》的頒布，長江經濟帶的煤炭消費、煤炭清潔利用以及區域能源結構迎來了新的挑戰：“浙江、江蘇、上海三個省市要達成負增長的煤炭消耗總量目標，不僅如此，長江經濟帶整體區域煤炭消耗總量在2020 年要控制在12×108噸以下。此外，湖南、湖北、四川、重慶四省市以2015 年煤炭消耗總量為峰值，控制未來煤炭消耗總量。”規劃出臺后，成效顯著，2018 年長江經濟帶區域能源消費增速大幅下降，2019年增速略有回升，但幅度不大。（圖1）

圖1 長江經濟帶2006-2019 能源消費總量及其增速

長江經濟帶經濟發展與其區域的政策形式基本一致，同樣地，長江經濟帶能源消費增長趨勢也與其區域的發展狀況基本吻合，存在2 個關鍵節點。第一個節點為2008年。此時金融風暴席卷全球，中國經濟發展進入“新常態”，在這經濟發展方式轉變的關鍵期和經濟提速的換擋期，長江經濟帶區域能源消費量增速難免受到沖擊。第二個節點為2014 年9 月。隨著國務院《關于依托黃金水道推動長江經濟帶發展的指導意見》的出臺，長江經濟帶的發展正式上升為國家戰略，經濟騰飛離不開能源支撐，長江經濟帶能源消耗量在新一輪經濟發展的帶動下增長速度迅速攀升。

1.2 能源消費結構現狀

長江經濟帶積極響應國家綠色發展號召，不斷優化能源消費結構（如表1 所示），電力消費占比逐年增加。然而值得注意的是，雖然化石能源消費占比有逐年下降趨勢，但2019 年長江經濟帶化石能源消耗占比仍然高達86.86%。其中，石油消費占比逐年攀升態勢明顯，2019 年占比達到29.03%，天然氣雖有逐年增加趨勢，但增幅較小，2019 年占比為5.69%。相對來說，焦炭消費占比較為穩定，始終在5%的水平上下波動。

表1 2006-2019 年長江經濟帶能源消費結構占比

從長江經濟帶11 省市能源消費總量統計情況中不難看出，雖然近年來長江經濟帶煤炭消費占比有所下降，但長期以來，煤炭始終是長江經濟帶消費占比最高、用量最大的能源品種，其在化石能源中的消費占比仍在50%以上，在長江經濟帶能源消費總量中消費占比也超過40%。中國城鎮化還在繼續，工業化進程尚未完成，未來能源消費量仍會持續攀升，以煤炭為主的能源結構還會持續相當長的一段時期。為此，從不同角度測算長江經濟帶能源效率情況，為制定相應的能源消費政策具有一定參考價值。

2 能源效率測算--考慮非期望產出的Super-SBM模型

數據包絡分析（DEA）及其模型自1978 年由Charnes等提出以來，得到了十分廣泛的應用。但由于沒有考慮到松弛變量，導致傳統DEA 模型效率評價與實際情況存在偏差。為此，Tone[2]提出了帶有投入和產出松弛變量的非徑向DEA 模型--SBM 模型。然而SBM 模型與傳統DEA 模型都存在相同的缺陷，即面對效率都為1 的DMUs 無法進行進一步的區分。針對這一現象Super-SBM 模型應運而生。其模型公式為：

上式中，決策單元的個數用n 表示，m 表示投入，s1表示期望產出，s2表示非期望產出，x、yd、yu分別表示投入矩陣中的元素、期望產出矩陣中的元素、非期望產出矩陣中的元素，ρ 為能源效率值。當ρ≥1 時，表示該區域的能源效率是相對有效的；若ρ＜1，則表示該區域的能源效率需要進一步改善。

3 評價指標體系構建與數據來源

目前，能源效率評價體系的指標選取尚未形成共識，對現有效率評價文獻中的指標體系進行綜合，本文的具體指標如下：

3.1 投入指標

①資本投入。本文的資本投入計算采用當下主流的永續盤存法，以2006 年為基期，其計算公式為：

t-1 期、t 期的資本存量分別用K（t-1）、Kt表示，It為第t年以當年價格計算所得到的固定資產投資額，δ 為資本的折舊率，本文借鑒張軍等[3]的計算方法，選擇δ=9.6%，It=I0/（δ+g），I0為2006 年的固定資產投資額，g 為2006-2019 年全社會新增固定資產的平均增長率。

②能源投入。地級市能源數據年鑒并未提供，因此這里借鑒吳健生[4]的做法，采用全球穩定夜間燈光值擬合。

③勞動力投入。本文選擇市轄區從業人數作為這一變量的投入值。

④土地資源投入。以市轄區建成區面積表示。

⑤技術投入。以地級市財政支出（全市）中的科學技術支出表示。

⑥教育投入。以地級市財政支出（全市）中的教育支出表示。

3.2 期望產出

①不變價GDP。本文將2006-2019 年長江經濟帶沿線28 個地級市的生產總值作為期望產出指標之一，考慮到價格因素的影響，選擇以2006 年為基期的不變價GDP作為期望產出；②市轄區綠化面積。黨的十八大以來，習近平總書記多次強調金山銀山不如綠水青山，認為經濟發展不應以犧牲環境為代價，特別指出符合綠色生態環境的發展才是可持續的、真正的發展，因此本文將城市綠化面積也納入指標體系。

3.3 非期望產出

將二氧化碳排放量、工業二氧化硫排放量以及工業煙塵排放量作為非期望產出指標，其中二氧化碳排放量的測算借鑒吳建新等[5]的方法，既考慮了燃氣、液化石油氣等直接消耗能源的二氧化碳排放，又涵蓋了電力、交通運輸及熱能消耗所產生的二氧化碳排放，加總后得到各城市的二氧化碳總排放量。最終參考邱士雷等[6]的方法以社會支付意愿作為權重（如表2 所示）將3 個非期望產出擬合成1個環境污染排放指數。

表2 各污染物的社會支付意愿及權重

上述變量數據均來源于《中國統計年鑒》、《中國城市統計年鑒》、《中國能源統計年鑒》、《中國環境統計年鑒》以及各相關城市的城市統計年鑒，少量缺失值通過平均增長率補齊法和均值插補法進行補充修正。（表3）

表3 投入產出指標體系

4 結果與分析

依托非期望產出超效率SBM 模型理論方法，借助MaxDEA 8 Ultra 軟件測算出2006-2019 年長江經濟帶沿線28 個核心城市的能源效率值，具體情況如表4 所示。

表4 2006-2019 年長江經濟帶能源效率年均值

首先從整體角度進行分析，2006-2019 年期間長江經濟帶僅有上海、南京、長沙、常州、揚州、杭州、武漢、重慶8個城市的能源效率均值大于1，占總體樣本的28.6%，大部分所選城市的效率均值仍處于較低水平，這說明長江經濟帶這14 年以來整體能源效率形勢不容樂觀。

其次，從時間維度進行分析，為克服數據表格對能源效率時間序列上的發展趨勢直觀性不足的缺陷，本文繪制了2006-2019 年長江經濟帶能源效率發展趨勢圖，如圖2所示，長江經濟帶能源效率均值為0.846，整體能源效率不高。2006-2010 年長江經濟帶能源效率處于觀測期高位，此后便開始有波動下降趨勢，2016 年后更是有直線下降的態勢，主要原因在于2016 年3 月25 日中共中央政治局審議通過了《長江經濟帶發展規劃綱要》，綱要要求大力保護長江生態環境、創新驅動產業升級，同時強調共抓大保護，不搞大開發。換言之，這意味著長江經濟帶高投入、高排放的粗放型經濟發展模式正在不斷改善，雖然近期能源效率略有下降，但可以預見，不久的將來各城市能源效率和生態環境便會開始得到明顯的提升和改善。

最后從區域維度分析，從圖2 中可以看出，在本文樣本觀測期間長江經濟帶能源效率存在區域差異，模型測算結果顯示，上、中、下游三大區域的能源效率均值分別為0.791、0.823、0.885。長江經濟帶下游地區作為中國經濟核心區之一，地理環境優越，經濟實力強勁，具備完善的政策體系，能夠吸引到更優質的公司，能源效率提升方面有一定優勢。值得注意的是，2006-2008 年期間上游區域能源效率提升明顯，在2008 年達到觀測期間的第一個峰值0.880，經過幾年的波動發展之后，于2016 開始逐年增長的態勢明顯，一度超越中、下游，穩居首位。中游能源效率則表現出高開低走的態勢，尤其是2016 年后，下降趨勢明顯，究其原因，主要是中游區域一體化發展水平相對較低，關鍵技術攻關以及創新成果轉化能力不強，產業結構和空間布局不合理，環境污染問題較為突出，在《長江經濟帶發展規劃綱要》出臺后中游受到的沖擊在三大區域中最大，能源效率持續大幅下降的狀態加劇[7]。

圖2 長江經濟帶能源效率發展趨勢圖

5 結論

本文以二氧化碳、二氧化硫以及煙塵排放量作為非期望產出，運用考慮非期望產出的超效率SBM 模型對長江經濟帶28 個地級市的能源效率進行了測算。結果表明：

①從整體角度分析，2006-2019 年期間長江經濟帶僅有上海、南京、長沙、常州、揚州、杭州、武漢、重慶8 個城市的能源效率均值大于1，占總體樣本的28.6%，大部分所選城市的效率均值仍處于較低水平。②從時間維度來看，長江經濟帶高投入、高排放的粗放型經濟發展模式正在不斷改善，不久的將來各城市能源效率和生態環境便會開始得到明顯的提升和改善。③從區域維度分析，考察期內長江經濟帶能源效率存在區域差異，模型測算結果顯示，上、中、下游三大區域的能源效率均值分別為0.791、0.823、0.885。