能源效率測(cè)度指標(biāo)綜述

能源效率測(cè)度指標(biāo)綜述

能源效率的內(nèi)涵是能源消耗量對(duì)維持和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)。能源效率通常用能源服務(wù)產(chǎn)出量與能源投入量的比值來(lái)度量,但是如何確定或核算能源投入量、服務(wù)產(chǎn)出量,不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒂胁煌姆椒?由此而產(chǎn)生不同的能源效率測(cè)度指標(biāo)。當(dāng)前的或歷史的能源效率水平是一個(gè)客觀存在,但通常不可能用一個(gè)指標(biāo)把能源效率各方面信息完全涵蓋(這既有知識(shí)水平的原因,也有數(shù)據(jù)可獲得性的原因)。在實(shí)踐中,為了便于處理問(wèn)題,通常力圖采用一個(gè)一維指標(biāo)來(lái)刻畫能源效率。這個(gè)指標(biāo)盡管不能涵蓋所有的能源效率信息,但如果能涵蓋大部分信息、不會(huì)出現(xiàn)較大的有偏性(partial)、且能滿足通常的應(yīng)用需要,則是可以接受的。但是,在有的情況下,有的指標(biāo)不能涵蓋或反映所需要的信息。因此,有時(shí)需要采用不同的測(cè)度指標(biāo)。每種指標(biāo)都是基于一定的假設(shè)條件(例如,同質(zhì)性和完全替代性假設(shè)),都有其優(yōu)點(diǎn),也有其局限性。如果這些假設(shè)條件遠(yuǎn)未滿足,則可能對(duì)能源效率的認(rèn)識(shí)或測(cè)度造成較大偏差,形成錯(cuò)誤或者有偏誤的判斷,從而可能造成決策失誤。本文將對(duì)目前較常見的和作者提出的能源效率測(cè)度指標(biāo)做了全面的總結(jié)和系統(tǒng)剖析,討論這些指標(biāo)的理論基礎(chǔ)或假設(shè)條件、相互關(guān)系、優(yōu)缺點(diǎn)或適應(yīng)范圍,以及在使用時(shí)需要注意的方面。本文所要討論的七類指標(biāo)包括能源宏觀效率、能源實(shí)物效率、能源物理效率、能源價(jià)值效率、能源要素利用效率、能源要素配置效率、能源經(jīng)濟(jì)效率。一、對(duì)能源經(jīng)濟(jì)效率的測(cè)度在測(cè)度一個(gè)國(guó)家、地區(qū)或行業(yè)的總體能源效率水平時(shí),目前最常用的是單位GDP能耗(或者單位增加值能耗、單位總產(chǎn)出能耗、單位總產(chǎn)值能耗)這一宏觀指標(biāo),通常也定義為“能源強(qiáng)度”,本文將其倒數(shù)定義為能源宏觀效率em(energymacro-efficiency)。單位增加值能耗越低,能源宏觀效率就越高。能源產(chǎn)出(或者能源服務(wù))用經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)出量表示(例如增加值或總產(chǎn)出),能源投入用各類一次能源消耗量表示(采用熱值法或者發(fā)電煤耗法)。單位增加值能耗的高低與發(fā)展階段、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、技術(shù)水平、能源價(jià)格、社會(huì)文化、地理位置、氣候條件、資源稟賦等多種因素有關(guān)。近200年來(lái),英美等發(fā)達(dá)國(guó)家在工業(yè)化進(jìn)程中單位GDP能耗出現(xiàn)了一個(gè)上升的過(guò)程,直到一個(gè)峰值后再下降;越晚進(jìn)入工業(yè)化進(jìn)程的國(guó)家,其單位GDP能耗峰值就越低甚至不存在,這主要得益于技術(shù)進(jìn)步和后發(fā)優(yōu)勢(shì)。在有些文獻(xiàn)中,有時(shí)把單位GDP能耗的倒數(shù)定義為“能源生產(chǎn)率”。嚴(yán)格來(lái)講,二者是略有區(qū)別(口徑不同)。在計(jì)算單位GDP能耗時(shí),包含了居民生活直接用能;在計(jì)算能源生產(chǎn)率時(shí),從生產(chǎn)法GDP核算的角度來(lái)看,不包括居民生活直接用能(如同人均GDP與勞動(dòng)生產(chǎn)率的區(qū)別一樣,前者是指全部人口,后者的計(jì)算只包括勞動(dòng)從業(yè)人員數(shù)量)。在我國(guó),由于居民生活直接用能所占比重較小,能源生產(chǎn)率與單位GDP能耗倒數(shù)的差別很小,在地區(qū)的橫向或縱向比較中,通常不會(huì)造成較大偏誤。在能源投入結(jié)構(gòu)不發(fā)生較大變化時(shí),用單位GDP能耗來(lái)測(cè)度能源效率,比較簡(jiǎn)單易行,而且受人為干擾的可能性相對(duì)較小。當(dāng)能源投入結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化時(shí),則需要注意各類能源之間的不完全替代性導(dǎo)致一些結(jié)果偏差,有關(guān)這方面的討論詳見廖華(2008),Liao和Wei(2010)。另外,能源宏觀效率隱含假設(shè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)主要是依靠能源消耗和技術(shù)進(jìn)步來(lái)推動(dòng)的。而實(shí)際上,經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)還需要其他要素,而且各類要素之間存在不同程度的替代性。因此,能源宏觀效率是一個(gè)有偏的(partial)測(cè)度指標(biāo),沒有考慮到能源與其他要素的替代彈性,有關(guān)這方面的討論見廖華(2008)。為了克服或減少上述局限性,有時(shí)需要采用其他能源效率指標(biāo)。從微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的視角來(lái)看,有的文獻(xiàn)把能源宏觀效率(或單位GDP能耗)稱為“能源經(jīng)濟(jì)效率”有些不恰當(dāng)(后面將給出能源經(jīng)濟(jì)效率的概念及測(cè)度方法)。從生產(chǎn)法GDP的核算視角來(lái)看,GDP是各行業(yè)增加值的累計(jì)值,能源消耗總量也是各行業(yè)能耗的累計(jì)值(暫不考慮生活用能),而且各行業(yè)還可以進(jìn)一步分解,直至到產(chǎn)品層次。因此,只要數(shù)據(jù)可獲得,能源宏觀效率的變化必然可以分解為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(或行業(yè)結(jié)構(gòu))的變化和各行業(yè)內(nèi)部宏觀能源效率的變化,即通常所指的結(jié)構(gòu)份額和效率份額。Divisia方法是迄今為止最好的一種指數(shù)分解方法。T?rnqvist指數(shù)法是其離散化的處理形式之一。Diewert(1976)在研究指數(shù)理論時(shí)已嚴(yán)格證明,對(duì)于線性齊次超對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)和單位成本函數(shù),T?rnqvist數(shù)量指數(shù)和價(jià)格指數(shù)均是準(zhǔn)確的(exact)。根據(jù)定義,在只考慮生產(chǎn)用能時(shí),能源宏觀效率滿足線性齊次性假設(shè)。盡管Divisia方法可以對(duì)能源宏觀效率進(jìn)行逐層分解,但在很大程度上只是對(duì)由下而上的匯總數(shù)據(jù)再次由上而下的分解,得到的信息量有限、決策支持功能較弱,獲得的節(jié)能降耗啟示無(wú)非是眾所周知的兩個(gè)方面:降低能源密集型行業(yè)比重(或能源密集型產(chǎn)品比重),以及加快技術(shù)進(jìn)步。然而,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和技術(shù)水平在很大程度上都是內(nèi)生的,它們是結(jié)果,不是原因。在國(guó)際比較中,由于國(guó)際貨幣體系的原因,經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出量要換算成同一貨幣單位進(jìn)行度量。通常的轉(zhuǎn)換方法有市場(chǎng)匯率法(MER)和購(gòu)買力平價(jià)系數(shù)法(PPP)等。理想地講,PPP法更合適,但是其測(cè)算比較困難(當(dāng)然,還存在方法本身的問(wèn)題)。簡(jiǎn)單地直接把國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)放在一起進(jìn)行比較,得到的結(jié)論有時(shí)并不科學(xué)或者全面。例如,依據(jù)匯率法,2007年我國(guó)的單位GDP能耗為5.78噸標(biāo)準(zhǔn)油/千美元(當(dāng)年價(jià)格),是OECD國(guó)家的3.8倍;而如果依據(jù)世界銀行的PPP數(shù)據(jù),則為2.75噸標(biāo)準(zhǔn)油/萬(wàn)美元,是OECD的1.7倍。圖1是兩種不同貨幣轉(zhuǎn)換方法下的“金磚四國(guó)”和部分OECD國(guó)家單位GDP能耗,發(fā)達(dá)國(guó)家多數(shù)是在45°對(duì)角線附近,但中國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家離對(duì)角線距離較遠(yuǎn)。耶魯大學(xué)的Nordhaus(2007)針對(duì)匯率法和基于世界價(jià)格(worldprice)的PPP法存在的問(wèn)題,提出了一種介于二者之間的Superlative-PPP法,用于全球能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境建模。2007年12月,世界銀行發(fā)布了2005年全球國(guó)際比較項(xiàng)目(ICP)的研究結(jié)果,對(duì)之前的PPP系數(shù)進(jìn)行了修訂。盡管此次修訂后的數(shù)據(jù)相對(duì)早期的更準(zhǔn)確,但受理論方法、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)條件等因素的制約,有關(guān)中國(guó)PPP仍然存在較多問(wèn)題,在使用時(shí)需要謹(jǐn)慎。發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)的一體化程度較高、統(tǒng)計(jì)體系相對(duì)完善,使用PPP系數(shù)對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家的單位GDP能耗進(jìn)行比較,結(jié)果相對(duì)可靠。但在使用世界銀行的PPP數(shù)據(jù)對(duì)中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的單位GDP能耗進(jìn)行比較時(shí),得到的序數(shù)值相對(duì)有意義,而基數(shù)值的意義相對(duì)較小。二、單位產(chǎn)品能耗與工序能耗、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、供熱本文把通常所采用的單位產(chǎn)品能耗、工序能耗定義為能源實(shí)物效率ep(energyphysicalefficiency),例如噸鋼綜合能耗、噸鋼可比能耗、噸煉鐵能耗、發(fā)電煤耗、噸水泥能耗等。這是比較常見的一類技術(shù)指標(biāo)。該指標(biāo)不含價(jià)值量,有關(guān)這方面的介紹已有較多,本文不作深入討論。能源實(shí)物效率比較適合用于具有相同生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的企業(yè)間進(jìn)行比較,反映微觀經(jīng)濟(jì)組織的技術(shù)裝備和管理水平。目前我國(guó)很多企業(yè)或行業(yè)協(xié)會(huì)推廣的“標(biāo)桿能效法”即使以單位產(chǎn)品能耗為基礎(chǔ)。在“十五”期間,我國(guó)能源宏觀效率出現(xiàn)了下降局面(發(fā)電煤耗法),但主要耗能產(chǎn)品的能源實(shí)物效率仍然在上升,特別是鋼鐵、銅、水泥、平板玻璃等產(chǎn)品。在進(jìn)行單位產(chǎn)品能耗、工序能耗的國(guó)際或企業(yè)比較時(shí),仍然需要統(tǒng)一口徑。例如,我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的工序噸鋼能耗計(jì)算口徑就存在較大差別,日本煉鐵消耗項(xiàng)只計(jì)有固體燃料、氣體燃料、電、氧、蒸汽,而我國(guó)還計(jì)有壓縮空氣、氮?dú)狻⑺饶茉唇橘|(zhì);如果高爐采用汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī),其風(fēng)量也要計(jì)算到工序能耗中。按照熱當(dāng)量法,我國(guó)主要耗能產(chǎn)品單耗較高,除技術(shù)裝備水平的原因外,原材料質(zhì)量、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)也是重要原因。如果不考慮到這些因素,可能會(huì)高估我國(guó)的節(jié)能潛力。例如,在熱當(dāng)量法下,我國(guó)鋼鐵行業(yè)的單產(chǎn)能耗比發(fā)達(dá)國(guó)家高,其中鐵礦石質(zhì)量較差、用煤比重較高是重要原因。如圖2所示,2007年我國(guó)鋼鐵行業(yè)用能結(jié)構(gòu)中,煤炭占了77%,而發(fā)達(dá)國(guó)家的只占38%。采用實(shí)物效率指標(biāo)時(shí),有時(shí)能源投入品種較多,采用熱當(dāng)量法與發(fā)電煤耗法,得到的結(jié)論會(huì)有所不同,也需要考慮各類能源的不完全替代性。三、力學(xué)第二定律能量轉(zhuǎn)換和守恒定律的基本思想能源物理效率是指能源的熱效率ed(energythermodynamicsefficiency),其計(jì)算的理論基礎(chǔ)是熱力學(xué)定律。根據(jù)能源流的不同環(huán)節(jié),通?？梢苑纸鉃槟茉撮_采、加工轉(zhuǎn)換、貯運(yùn)、終端利用效率。能源物理效率還可劃分為熱力學(xué)第一定律效率、熱力學(xué)第二定律效率。依據(jù)熱力學(xué)第一定律(能量轉(zhuǎn)換和守恒定律),20多年來(lái)我國(guó)的能源物理效率有了顯著提高,2005年能源開采效率、中間環(huán)節(jié)利用效率、終端利用效率分別為33.2%,68.4%和52.9%,總的物理效率為13.0%。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù),2007年我國(guó)發(fā)電及電站供熱效率為40.24%,煉焦效率為97.78%,煉油效率為97.17%。熱力學(xué)第二定律指出,能量轉(zhuǎn)換是有方向的。根據(jù)卡諾定理,由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程所構(gòu)成的循環(huán)稱為的卡諾循環(huán)效率ηc=(T1-T2)/T1,由于現(xiàn)實(shí)中高溫?zé)嵩吹慕^對(duì)溫度為T1不可能無(wú)窮大,低溫?zé)嵩吹慕^對(duì)溫度為T2不可能為0,因此ηc<1,熱能不可能全部轉(zhuǎn)換為機(jī)械功,依據(jù)第二定律計(jì)算的熱效率要更低(通常用“有效能”來(lái)計(jì)算)。能源物理效率的計(jì)算比較復(fù)雜,也涉及到較多熱力學(xué)知識(shí),已有較多文獻(xiàn)進(jìn)行了介紹,本文對(duì)此不作深入討論。四、宏觀效率與實(shí)物效率的比較由于各類能源的異質(zhì)性或品質(zhì)差異,即使是相同熱當(dāng)量的能源,其功效也會(huì)不同。有的地區(qū)或企業(yè),雖然耗能量較低,但消耗的大多為優(yōu)質(zhì)能源(如天然氣、凈調(diào)入的電力),其能源成本并不低。為了對(duì)各類能源進(jìn)行加總,除了可以采用熱當(dāng)量系數(shù)作為權(quán)重,還可以采用價(jià)格作為權(quán)重,由此可以計(jì)算能源的價(jià)值效率ev(energyvalueefficiency)。如果能源服務(wù)產(chǎn)出量也用價(jià)值量測(cè)度,那么把能源價(jià)值效率ev與其他效率指標(biāo)(例如宏觀效率em、實(shí)物效率ep)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行國(guó)際比較,可以發(fā)現(xiàn)各國(guó)能源宏觀效率或?qū)嵨镄蚀嬖诓町惖牟糠衷?例如能源價(jià)格偏低、能源結(jié)構(gòu)不同等)。在計(jì)算不同國(guó)家或地區(qū)的能源消費(fèi)價(jià)值量時(shí),需要統(tǒng)一價(jià)格口徑(例如是否含增值稅銷項(xiàng)稅額、運(yùn)輸成本等)。在對(duì)能源價(jià)值效率進(jìn)行縱向比較時(shí),由于能源價(jià)格變化,有時(shí)效率值變化會(huì)很大。因此,能源價(jià)值效率更適用于橫向比較。能源價(jià)值效率的優(yōu)勢(shì)還在于其國(guó)際比較不受各國(guó)匯率或PPP的影響。依據(jù)OECD編制的部門口徑一致的OECD國(guó)家及主要發(fā)展中國(guó)家48部門投入產(chǎn)出表,這里計(jì)算了2005年中國(guó)和主要工業(yè)化國(guó)家的能源價(jià)值效率(英國(guó)、加拿大數(shù)據(jù)缺失)。為統(tǒng)一口徑,能源消費(fèi)額按生產(chǎn)者價(jià)格計(jì)算(終端能源),計(jì)算結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出,美國(guó)的能源宏觀效率要明顯比其他4個(gè)國(guó)家低,但是其能源價(jià)值效率并不比其他國(guó)家低,甚至要更高。其部分原因在于美國(guó)的各類終端用能價(jià)格普遍要比其他國(guó)家低(表2),不論是按匯率法測(cè)算,還是按PPP法測(cè)算。2005年中國(guó)的能源價(jià)值效率是其他發(fā)達(dá)國(guó)家的50%左右。從動(dòng)態(tài)性來(lái)看,能源價(jià)值效率有時(shí)也可以定義為設(shè)備全生命周期內(nèi)的服務(wù)產(chǎn)出與能源成本比值。例如,購(gòu)置節(jié)能燈,雖然在短期內(nèi)需要一次性支付較多成本,但在燈泡的長(zhǎng)期使用中節(jié)約了更多能源,實(shí)際上也提高了能源價(jià)值效率(相當(dāng)于部分是通過(guò)資本對(duì)能源的替代來(lái)實(shí)現(xiàn)的)。五、相對(duì)價(jià)格水平前面的效率指標(biāo)主要是依據(jù)一些經(jīng)驗(yàn)常識(shí)、統(tǒng)計(jì)常識(shí)或熱力學(xué)知識(shí)提出的,其經(jīng)濟(jì)學(xué)依據(jù)相對(duì)薄弱。這里依據(jù)數(shù)理經(jīng)濟(jì)學(xué)理論,提出能源要素配置效率指標(biāo)ea(energyallocativeefficiency),并給出測(cè)算思路。資源配置方式屬于經(jīng)濟(jì)體制、價(jià)格機(jī)制問(wèn)題,關(guān)系到能否激勵(lì)能源使用者重視減少能源消耗。能源要素配置效率ea與各類要素的相對(duì)價(jià)格有關(guān),反映了在既定的要素相對(duì)價(jià)格體系下,可以通過(guò)改變要素組合方式來(lái)降低的要素支出成本。為便于直觀地分析資源配置方式,這里采用二維的等產(chǎn)量線分析法。如圖3所示,YY′是等產(chǎn)量線,表示技術(shù)水平不變的情況下生產(chǎn)同一產(chǎn)量y的兩種生產(chǎn)要素(e和x)投入量的各種最小可能組合(不妨假設(shè)e代表能源,x代表其他生產(chǎn)要素)。企業(yè)以節(jié)約成本或者追求利潤(rùn)為原則對(duì)生產(chǎn)要素進(jìn)行組合。在給定產(chǎn)出水平y(tǒng)和要素價(jià)格水平(pe,px)(pe,px)下,追求要素成本最小:目標(biāo)函數(shù)minepe+xpx約束條件y=f(e,x)y=f(e,x)(1)據(jù)此可以求得要素的最佳組合方式R(e*,x*)R(e?,x?),即圖中的點(diǎn)R。等產(chǎn)量線在點(diǎn)R上的切線AA’的斜率滿足:f′e(e*,x*)f′x(e*,x*)=-pepx(2)各類生產(chǎn)要素的相對(duì)價(jià)格水平是決定要素投入結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。如果各類生產(chǎn)要素的實(shí)際相對(duì)價(jià)格水平pepx是扭曲的、能源價(jià)格偏低,即切線AA′的斜率較低,那么企業(yè)選擇點(diǎn)R作為生產(chǎn)要素組合方式。如果直線CC′的斜率表示反映兩類要素全部機(jī)會(huì)成本的相對(duì)價(jià)格水平(影子價(jià)格),即CC′與等產(chǎn)量線相切于點(diǎn)R′,那么對(duì)于全社會(huì)而言,企業(yè)的最佳要素配置方式應(yīng)該在點(diǎn)R′。于是,潛在的節(jié)能量為Δe=OE1-OE2=E2E1。這是由于要素價(jià)格扭曲、要素配置效率低造成的。在本文中,全部要素配置效率定義為:Ea=|ΟS||ΟR|(3)顯然,當(dāng)S,R,R′三點(diǎn)重合時(shí),配置效率最高。如果能源價(jià)格水平偏低,即斜線AA′的斜率過(guò)小(絕對(duì)值),則企業(yè)用于節(jié)約能源、改善能效投資所獲得的收益,還不如用于其他方面的投資所獲得的收益多,因此企業(yè)在進(jìn)行基本建設(shè)、技術(shù)改造、設(shè)備更新、原材料選取時(shí),也不會(huì)過(guò)多地把改善能源效率放在重要位置考慮。例如,鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中需要同時(shí)消耗鐵礦石和能源,如果能源價(jià)格偏低(低于影子價(jià)格),那么企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)成本最小化,傾向于購(gòu)置劣質(zhì)鐵礦石,而多消耗能源,即用能源去代替部分鐵礦石。由于能源成本偏低,在整體的國(guó)民經(jīng)濟(jì)層次上,這可能引致產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向能源密集型方向發(fā)展;在行業(yè)內(nèi)部,可能導(dǎo)致能源要素投入比重偏高、其他要素投入比重偏低;從而造成較高的全社會(huì)能耗水平。合理的能源價(jià)格水平不僅要包括能源的開采、加工轉(zhuǎn)換和貯運(yùn)成本,還應(yīng)當(dāng)包括它的資源不可再生成本和環(huán)境污染治理成本(目前所消費(fèi)的能源大多數(shù)是不可再生的化石能源)。上述分析是在二維平面上采用的兩要素分析方法,如果在多維空間上分析多要素的情況,也可以得到同樣的結(jié)論。能源要素配置效率ea是全部要素配置效率Ea的重要組成部分。依據(jù)上面的分析,這里提出能源要素配置效率的計(jì)算思路:ea=|ΟE2||ΟE1|(4)在計(jì)算能源要素配置效率時(shí),首先需要計(jì)算能源經(jīng)濟(jì)效率,本文后面將進(jìn)一步討論。能源是一種稀缺的生產(chǎn)要素。采用什么方式實(shí)現(xiàn)能源在各個(gè)部門、各個(gè)企業(yè)間的配置,將影響到能源效率。計(jì)劃經(jīng)濟(jì)是一種資源配置方式,但總體而言,其效率很低,點(diǎn)R的選擇容易偏離點(diǎn)R′,造成價(jià)格扭曲(或者有價(jià)無(wú)市、供應(yīng)過(guò)剩)的局面。其主要原因在于:(1)計(jì)劃者通常沒有足夠的能力優(yōu)化資源配置。不同地區(qū)不同部門的技術(shù)水平和生產(chǎn)條件千差萬(wàn)別,計(jì)劃者往往難以準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握各類資源供需矛盾,無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)算資源的影子價(jià)格。(2)計(jì)劃經(jīng)濟(jì)不是一種很有效的激勵(lì)機(jī)制。即使生產(chǎn)者或計(jì)劃者通過(guò)努力可以計(jì)算出影子價(jià)格,并能夠計(jì)算出最佳的資源組合方式,但其自身不能獲得相應(yīng)收益。因此計(jì)劃經(jīng)濟(jì)很難激勵(lì)生產(chǎn)者或計(jì)劃者做出這種努力。(3)計(jì)劃經(jīng)濟(jì)不是一種很有效的約束機(jī)制。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下,資源配置失誤造成的經(jīng)濟(jì)損失很難歸責(zé)到哪個(gè)單位或個(gè)人,計(jì)劃者往往不需要為這類損失承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。(4)如果計(jì)劃者沒有受到有效監(jiān)督,出于自身或者部門利益需要,計(jì)劃者可能會(huì)人為地扭曲資源配置。在我國(guó)過(guò)去,能源價(jià)格偏低、能源資源的配置和調(diào)度大多由計(jì)劃部門控制,能源資源傾向于分配到能源密集型的重工業(yè)部門,部分程度造成輕重工業(yè)失調(diào),導(dǎo)致全社會(huì)能源要素配置效率和能源宏觀效率處于較低水平。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)也是一種資源配置方式。在產(chǎn)權(quán)清晰、權(quán)責(zé)明確、信息完全、法制健全的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下,在成本和收入約束條件下,生產(chǎn)者為了獲得更多的利潤(rùn),消費(fèi)者為了獲得更多的效用,會(huì)積極主動(dòng)地根據(jù)各類要素和商品的價(jià)格信號(hào)調(diào)整生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)。把有限的能源資源科學(xué)地配置到各類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)生活中,把能源資源花在刀刃上,最大限度地發(fā)揮能源的使用價(jià)值,這也是增加能源服務(wù)、改善能源效率所要求的。但由于能源領(lǐng)域的信息不完全、技術(shù)不確定等因素較多,完全依靠市場(chǎng)配置能源要素配置也不可行,但這應(yīng)當(dāng)成為努力的方向。六、dea和能源要素利用效率能源作為一種生產(chǎn)要素,通常是與資本、勞動(dòng)、原材料等其它要素共同參與生產(chǎn)過(guò)程。能源要素配置效率以各類要素的替代性為基礎(chǔ),來(lái)計(jì)算各類要素組合方式的優(yōu)化程度;而能源要素利用效率eu(energyutilizeefficiency)反映了在既定的要素組合方式下,可以減少的要素需求量。假設(shè)需要生成相同數(shù)量和質(zhì)量的產(chǎn)品,所需要的資本、勞動(dòng)、原材料、能源等各種生產(chǎn)要素可以有不同的組合方式,各種組合方式形成一條等產(chǎn)量線(面)。如圖3所示,假設(shè)R為實(shí)際的生產(chǎn)位置,它與原點(diǎn)的連線OR與等產(chǎn)量線相較于點(diǎn)P。參考Farrell(1957)和F?re等(1985)對(duì)生產(chǎn)率的研究,全部要素利用效率Eu定義為|ΟR||ΟΡ|。點(diǎn)P與點(diǎn)R重合時(shí),全部要素利用效率為1,達(dá)到最高。處在等產(chǎn)量線上的點(diǎn),要素利用效率均為1。在大多數(shù)數(shù)理經(jīng)濟(jì)學(xué)文獻(xiàn)中,要素利用效率也被定義為技術(shù)效率(technicalefficiency),或者射線效率(radialefficiency),或者Farell效率等(也可以用生產(chǎn)可能性曲線來(lái)描述)。在實(shí)際生產(chǎn)中,投入同樣數(shù)量和質(zhì)量的各類生產(chǎn)要素,產(chǎn)出量可能不同,這種差異主要體現(xiàn)在要素利用效率方面。計(jì)算要素利用效率,首先需要構(gòu)建等產(chǎn)量線。等產(chǎn)量線是一條理想的光滑的曲線,但無(wú)法直接獲得,通常利用生產(chǎn)單元形成的一條包絡(luò)線來(lái)估計(jì)(嚴(yán)格來(lái)講,這與潛在的等產(chǎn)量線是有差距的),這樣可用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法(DEA)來(lái)估計(jì)這條包絡(luò)線。如果把能源要素利用效率定義為“全要素能源效率(totalfactorenergyefficiency)”,就有些恰當(dāng)(但一般不會(huì)引起誤解)。能源要素利用效率eu可以定義為OR與OP在能源軸E上投影的距離函數(shù)比值|ΟE1||ΟE0|。等產(chǎn)量線YY′和能源要素利用效率可以用DEA計(jì)算得到。包絡(luò)線由一序列折線段連接而成,通常會(huì)出現(xiàn)松弛變量。參考Hu和Wang(2006)的工作,計(jì)算過(guò)程用圖4來(lái)表示。Xi=(Ν,E),E表示能源,N表示其他生產(chǎn)要素。于是,能源要素利用效率eu=|ΟE12||ΟE0|=|ΟR1ΟΡ|?|ΟE0|-|R1R2||ΟE0|=θ?|ΟE0|-|R1R2||ΟE0|(5)其中,|ΟE0|為|ΟΡ|沿E軸的壓縮映射,其余類似。θ為DEA相對(duì)有效值。對(duì)于任意一個(gè)生產(chǎn)單元O,其DEA相對(duì)有效值θo可以通過(guò)下面的線性規(guī)劃求得,|R1R2|是該線性規(guī)劃的松弛變量:目標(biāo)函數(shù):minθo約束條件:{n∑i=1λiXi+S+i=θXon∑i=1λiYi-S-i=Yoλi≥0,i=1,...,n(6)在式(6)中,S+i和S-i分別為投入、產(chǎn)出的松弛向量(各元素非負(fù)且至少有一個(gè)元素為零)。廖華(2008)應(yīng)用該方法計(jì)算了我國(guó)各地區(qū)2006年工業(yè)部門能源要素利用效率,考慮了同類要素的質(zhì)量差異,并與有偏的能源宏觀效率指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。該研究表明(表3),2006年中國(guó)各地區(qū)工業(yè)部門能源宏觀效率的差異要大于能源要素利用效率差異(用變異系數(shù)測(cè)度)。這主要是由于后者考慮了資本、勞動(dòng)對(duì)能源的不完全替代性。如果再考慮到各地區(qū)勞動(dòng)力質(zhì)量差異,則各地區(qū)的能源要素利用效率差異更小了。該文還用計(jì)量經(jīng)濟(jì)模型進(jìn)一步分析了地區(qū)能源要素利用效率差異的原因。從理論上講,DEA方法很適合用于計(jì)算能源要素利用效率。但是,與計(jì)量方法所不同的是,DEA方法對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)很敏感,如果某個(gè)測(cè)評(píng)對(duì)象處于“極端”位置,則很可能對(duì)生產(chǎn)前沿面造成較大影響,進(jìn)而影響其他測(cè)評(píng)對(duì)象的測(cè)度結(jié)果。因此,在使用DEA方法時(shí),需要對(duì)全部測(cè)評(píng)對(duì)象的投入產(chǎn)出指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行一些基本的統(tǒng)計(jì)分析。有的文獻(xiàn)求得最差地區(qū)的能源要素利用效率還不到最高地區(qū)的5%,很可能是由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)問(wèn)題。另外,從生產(chǎn)的角度來(lái)看,對(duì)于一個(gè)具體的行業(yè)或者企業(yè),能源與資本、勞動(dòng)和原材料(含外購(gòu)服務(wù))一同構(gòu)成投入要素。如果在計(jì)算過(guò)程中,這四類要素缺失一項(xiàng),對(duì)結(jié)果也可能造成一定影響。對(duì)于一個(gè)國(guó)家或地區(qū),能源可能既是投入要素,也可能是產(chǎn)出品,因此在使用DEA方法計(jì)算要素利用效率時(shí),也應(yīng)當(dāng)對(duì)此區(qū)分,以免混淆投入和產(chǎn)出。七、dea法的計(jì)算方法能源經(jīng)濟(jì)效率ee(energyeconomicefficiency)是經(jīng)濟(jì)效率Ee的組成部分,也可稱為能源成本效率(energycostefficiency)。經(jīng)濟(jì)效率等于要素利用效率和配置效率的乘積,如圖3所示。Ee=|ΟR||ΟΡ|?|ΟS||ΟR|=|ΟS||ΟΡ|(7)本文提出,能源經(jīng)濟(jì)效率ee由線段OP在e軸上各投影部分計(jì)算得到,在沒有松弛變量的情況下(即圖3中等產(chǎn)量線YY′對(duì)應(yīng)的隱函數(shù)x=f′(e)的一階導(dǎo)數(shù)f′(e)<0),ee=|ΟE2||ΟE0|=|ΟE2||ΟE1|?|ΟE1||ΟE0|=ea?eu(8)在計(jì)算能源經(jīng)濟(jì)效率之前,需要先求經(jīng)濟(jì)效率(前者是后者的一部分)。F?re等(1985)提出了用DEA方法來(lái)求解經(jīng)濟(jì)效率,目標(biāo)函數(shù)為總成本最小。對(duì)于任意一個(gè)評(píng)價(jià)單元O,在給定資本、勞動(dòng)、原材料、能源等要素價(jià)格向量Po(影子價(jià)格)的條件下,其潛在的最小投入成本可以通過(guò)下面的線性規(guī)劃求得:目標(biāo)函數(shù):minPo?Xo約束條件:{n∑i=1λiXi≤?Xon∑i=1λiYi≥Yoλi≥0,i=1,...,n(9)其中,?Xo表示各類要素的目標(biāo)需求量(向量),即實(shí)現(xiàn)既定產(chǎn)出向量Yo時(shí),滿足要素總成本最低的各類要素需求量,Yo是產(chǎn)出向量。經(jīng)濟(jì)效率Ee=Ρo?XoΡoXo=|ΟS||ΟΡ|=|ΟC||ΟD|(10)式(10)可以通過(guò)點(diǎn)P作CC′的平行線推導(dǎo)出來(lái)。CC′為等成本線,點(diǎn)R′的生產(chǎn)成本為|ΟC|,而實(shí)際的生產(chǎn)成本為|ΟD|。很顯然,在采用DEA計(jì)算經(jīng)濟(jì)效率時(shí),已經(jīng)不存在松弛變量問(wèn)題了,不會(huì)造成這部分信息損失。本文在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出能源經(jīng)濟(jì)效率的求解方法:能源經(jīng)濟(jì)效率ee=pe?EpeE(11)pe表示能源價(jià)格(當(dāng)只有一種能源投入時(shí),pe∈P;當(dāng)有多種能源投入時(shí),pe?P),?E為目標(biāo)能源需求量。ee就是目標(biāo)能源成本與實(shí)際能源成本的比率。當(dāng)能源投入只有一種時(shí),ee=?EE。顯然,當(dāng)經(jīng)濟(jì)效率為100%時(shí),能源經(jīng)濟(jì)效率也為100%;反之則不一定成立。能源要素配置效率等于能源經(jīng)濟(jì)效率與能源要素利用效率的比值(前提是在計(jì)算要素利用效率時(shí)松弛變量為0)。除了采用非參數(shù)的DEA法以外,還可以通過(guò)建立生產(chǎn)函數(shù)或成本函數(shù),采用回歸方法計(jì)算能源要素利