技术进步节能效应的理解与度量

谭元发 吴巧生

(湖南电气职业技术学院，湖南湘潭 411101;中国地质大学(武汉)，湖北武汉 430074)

技术进步节能效应的理解与度量

谭元发 吴巧生

(湖南电气职业技术学院，湖南湘潭 411101;中国地质大学(武汉)，湖北武汉 430074)

本文基于Cobb－Douglas生产函数，分析能源消费对产出的影响，其实证结果表明，技术进步对能源强度的影响非常明显，技术进步推进了中国能源强度的降低，与此同时，技术进步导致能源消费结构改善的同时降低了能源的产出弹性，且从能源效率的角度看，后者的影响效应要大于前者。因此，通过技术进步，以低能源消费实现经济的快速发展、优化产业结构的同时，如何平衡能源消费结构优化与经济增长的关系，对中国的发展具有重要的现实意义。

生产函数;技术进步;节能效应;能源强度

当煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始通过技术进步开发新能源资源，寻求经济发展的新动力。中国经济已经进入重化工业时期。自2002年起，中国经济进入了新一轮高增长周期，同时表现出了日益显著的重化工业特征，重化工业占工业增加值的比例逐年提高并且超过了60%。随着能源消费量的大幅增长，能源供需总量间差距不断拉大。1992年以后，一次能源自给率开始小于100%，成为能源净进口国。2002年下半年出现的能源“三荒”(煤荒、电荒和油荒)充分表明我国经济快速发展面临着能源供给不足的约束。2003年全国共有22个省(市、自治区)拉闸限电，2004年全国缺电的省(市、自治区)数量上升到25个。①《中国城市化进程中的能源需求及保障研究》，北京交通大学博士学位论文2007年6月。

由于技术水平相对落后，我国自然资源的利用效率、产出效率都相对较低。目前，我国单位产值能耗是世界平均水平的约3．2倍，分别是美国、法国、德国、日本的3倍、5．4倍、5．9倍和4．5倍。随着经济发展和国家财力的增强，资源约束将替代资本约束逐步上升为经济发展中的主要矛盾，甚至成为伴随工业化、现代化过程的一个重大问题。据测算，到2030年，我国人均耕地将不足1．5亩，为世界平均水平的1/4，并且我国耕地存量还在以每年近千万亩的速度在减少;水资源方面，我国人均占有量为1700立方米，可能被列为严重缺水的国家;主要矿产资源除了煤炭外，人均占有量都低于世界平均水平，石油、天然气、铁矿石、铜和铝等战略性资源的人均储量分别只相当于世界平均水平的11%、4．5%、42%、18%和7．3%。这就要求我们更加理性地面对现实，将资源因素纳入经济增长的发展模型。然而，无论是古典经济增长理论还是新经济增长理论，他们一般都将自然资源对经济增长的投入贡献拒之门外，在理论模型分析中，诸多学者将资源视为一种“既定”的东西，这种分析模型有悖于自然资源约束于经济增长的经济现实。于是，如何将资源约束融入新经济增长模型，并在该模型下探讨经济可持续增长的资源条件及经济发展的最优路径等理论问题，将对促使我国经济发展走出资源瓶颈具有重要的现实意义。②郗孟祥、秦玠衡:《基于资源约束条件的经济增长优化模型》，《求索》2009年第10期。

为了应对20世纪70年代的世界能源危机，世界能源委员会于1979年提出“节能”的概念，即“采取技术上可行、经济上合理、环境和社会可接受的一切措施，来提高能源资源的利用效率。”也就是说，节能是旨在降低能源强度(单位产值能耗)的努力，应在能源系统的所有环节，包括开采、加工、转换、输送、分配到终端利用，从经济、技术、法律、行政、宣传、教育等方面采取有效措施，以消除能源浪费。到了1995年，在世界能源委员会出版的《应用高技术提高能效》一书中，世界能源委员会正式提出“能源效率”的概念，并定义为:“减少提供同等能源服务的能源投入。”从“节能”到“能源效率”的变化，首先反映出的是人们观念的变化。早期节能的目的是为了通过节约、缩减能源的使用来应付能源危机，而后来则强调通过技术进步和调整经济结构、能源结构来提高能源效率，以便节省能源，保护生态环境。

作为一种基本的生产要素，能源与劳动、资本一样，对经济增长有明显的影响。但是长期以来，能源在经济增长中的精确作用一直是有争议的问题，因为其作用大小受到能源与其他要素之间替代弹性大小的影响。如Hogan and Manne(1977)认为如果能源与其他所有投入品总和的替代弹性在0．3至0．5之间，能源供应对经济没有太大影响;如果弹性是0．1至0．2之间，那么能源投入将对经济有显著影响。①郑江绥:《能源效率及其测度指标体系研究》，《求索》2010年第8期。在一定条件下，技术进步的能源节约效应大于经济增长效应是可能的。②Pérez － Barahona Agustín，Zou Benteng，A comparative study of energy saving technological progress in a vintage capital model［J］．Resource and Energy Economics，2006，28(2):181 –191;Van Zon，Adriaan．，HakanYetkiner I．，An endogenous growth model with embodied energy－saving technical change［J］．Resource and Energy Economics，2003，25(1):81 –103．中国的实证研究也表明，技术进步对能源强度的影响是明显的。③Ma Hengyun，Oxley Les，Gibson John ，Kim Bonggeun，China’s energy economy:technical change，factor demand and interfactor/interfuel substitution［J］．Energy Economics，2008，30(5):2167 – 2183;Zhang Z．Why did the Energy Intensity Fall in China’s Industrial Sector in the 1990s?The Relative Importance of Structural Change and Intensity Change［J］．Energy Economics，2003，25(6):625 －638．Zhang④Yuan Chaoqing，Liu Sifeng，Wu Junlong，Research on energy－saving effect of technological progress based on Cobb－Douglas production function［J］．Energy Policy，2009，37:2842 －2846．利用Laspeyres分解技术对中国工业能源消费进行分解，发现技术进步是能源节约利用的主导因素。王迪等⑤王迪、聂锐、张炎治:《东部能耗变动的分解分析与节能因素比较》，《软科学》2010年第24期。认为技术进步与结构变动是区域节能的主要影响因素，而经济增长是促进能耗逐年增长的主导因素。可以说，技术进步与能源消费的关系是非常复杂的。

理论及实证研究表明，技术进步一般从两方面影响能源消费，一是技术进步通过新技术与新手段等开发新能源装备，如风力发电装备、太阳能装备和新能源汽车等产品的开发，达到节约能源和提高能源利用率的目的，优化产业结构，提高能源效率，进而降低能源消费;二是受技术进步的影响，经济增长提高，从而带动能源消费的增加。

一、Cobb－Douglas扩展模型

本文将通过引入能源消费的Cobb－Douglas扩展模型，并考虑能源消费结构的变化，进而理解技术进步对中国能源消费的影响，探讨技术进步节能效应的度量问题。

根据Cobb－Douglas生产函数，我们可以得到引入能源消费的产出模型:

其中，Aect表示技术进步(假定技术进步是外生的，其增长率为常量c);K(t)表示为物质资本;L(t)表示劳动力;E(t)表示能源消费;α、β、γ分别表示资本产出弹性、劳动力产出弹性与能源产出弹性，且0＜α，β，γ＜1。

假设规模报酬不变，即 ，公式(1)可转化为:

式(5)显示单位资本产出、单位劳动力产出增长率与技术进步率以及产出弹性共同影响能源强度，技术进步率越大，能源强度越小;单位资本产出、单位劳动力产出增长率越大，能源强度越大。

二、数据处理

本文研究的数据来源于历年《中国统计年鉴》(1983－2008)、《中国能源统计年鉴》(1983－2008)。其中，劳动力为当年年末就业人数，GDP为1952年不变价，能源消费为历年能源消费量。而资本存量的估算则依据戈登史密斯(Goldsmith)在1951年开创的永续盘存法得出，即Kt=Kt－1(1－δt)+It(其中Kt指第t年的资本存量，It指第t年的投资，δt指第t年的固定资产折旧率)，参照张军等的研究，设定中国历年固定资本形成总额的经济折旧率δ为9．6%。⑥张军、吴桂英、张吉鹏:《中国省级物质资本存量估算:1952－2001》，《经济研究》2004年第10期。同时，考虑到能源消费结构对能源的利用影响较大(据有关专家分析，在一次能源品种中，煤炭的利用效率约为27%;原油利用效率比煤炭高23%，约达50%;天然气利用效率比煤炭高30% ，约达57%;其他如水电等非化石能源的利用效率约为85%)，我们依据历年能源消费结构对能源消费总量进行调整，即依此上述不同能源品种利用效率数据计算出历年中国的能源组合利用效率，并以1983年为基准，计算出其他年份的能源投入量(即在维持能源组合利用效率不变的情况下历年能源消费总量)。据此，我们可以得到1983－2007年中国资本、劳动力以及能源投入，如图1所示。

图中 Y、E、EADJ、K、L 分别表示 GDP(亿元)、能源消费(万吨标煤)、调整后的能源消费(万吨标煤)、资本(亿元)、劳动力(万人)

值得说明的是，1997年亚洲金融危机爆发，这显然影响中国的投资、能源消费以及经济增长，1997－2001年能源消费、劳动力、资本以及产出增长速度明显放缓。因此在下面的分析中，我们将引入虚拟变量对该问题加以处理。

三、实证分析

根据公式(1)，两边取对数得:

因为α+β+γ=1，公式(6)可以变换为:

图1 1983－2007年中国资本、劳动力、能源消费

公式(7)是一个线性回归方程，考虑亚洲金融危机的影响，引入虚拟变量D(1997－2001)，建立线性回归模型，式(7)变为:

其中，μ为残留项，虚拟变量D(1997－2001)代表亚洲金融危机时期。

将历年数据代入方程(8)，可以得到能源消费未调整以及调整后的最小二乘回归结果如表1。

表1结果表明，线性回归模型效果良好，通过t检验，所有解释变量都具有显著性。据此，我们可以得到如下Cobb－Douglas生产函数:

表1 普通最小二乘回归结果

上述两个模型中，由于技术进步的增长速率分别为0.033、0.0342，其导致年均经济增长率分别为 3.3551%［e0.033－1)×100%］、3.4792%［e0.0342－1)×100%］。同时，对于模型(1)，技术进步导致单位资本产出与单位劳动力产出年均增长率亦为3.3551%，而模型(2)则都为3.4792%。这样我们就可以得到技术进步的节能效应:

这就是说，1983－2007年期间在考虑能源消费结构变化的情况下，技术进步导致能源强度年均降低3.046%，如果不考虑能源消费结构变化，技术进步导致能源强度年均降低3.24%。善，进而提高能源消费组合效率，降低能源强度;另一方面也说明，由于能源与资本、劳动力的替代作用，技术进步导致能源消费结构改善的同时降低了能源的产出弹性，从能源效率角度看，后者的影响效应明显要大于前者，其结果就是，技术进步在促进能源消费结构改善的同时，由于能源产出弹性的降低，能源总体消费强度年均提高0.194%。

图2 中国能源消费特征:1983－2007年

自1983年以来，伴随中国经济的快速增长，能源消费也呈现上升趋势。但能源消费增速普遍慢于GDP增速，能源消费弹性呈现出较大的波动性，进入21世纪以后，但能源消费增速明显提高，如图2所示。与此同时，伴随中国工业化进程的加快，中国作为一个人均能源资源水平很低的发展中国家(据统计，中国人均能源生产量只有世界平均水平的57.5%，高收入国家的24.0%)，其人文发展水平的提高又需要消耗一定的能源，因此，中国的工业化面临着比许多国家更困难的问题和更复杂的矛盾，其中，如何通过技术进步来降低能源消费是值得关注的重大问题之一。

其中，ECGR表示能源消费年增长率、GDPGR表示GDP年增长率、EEC表示能源消费弹性。

我国经济的快速增长，满足了人民日益增长的需求。在传统的粗放型增长模式下，经济增长是依赖于能源的消耗，同时又花费一定比例的GDP来治理环境，不能从根本上实现经济的可持续发展。所以，要实现经济可持续发展，必须首先通过技术进步调整产业结构和转变生产方式。经济的发展不但关注经济效益，更关注技术进步的创新能力和环境保持要求，强调科技创新支撑和引领经济发展，强调提高经济效益和市场竞争力，走可持续发展之路。只有走技术进步的道路，才能减少不可再生资源的消耗，降低能源消耗，减少环境污染，缓解目前我国面临的严重资源约束。

转变生产方式达到省材料、低耗能、轻污染的工业生产方式。第一，立足于资源、能源、交通、环境等领域开发新能源装备和双能源装备，研究新材料;第二，对产品进行生态化设计，结合“减量化”与功能设计。显然，技术进步是缓解我国能源约束的重要途径。

F206

A

1003－4145［2011］10－0171－03

2011－08－07

谭元发，湖南电气职业技术学院副教授、博士;主要研究方向:资源产业经济。

吴巧生，中国地质大学(武汉)经济管理学院教授、博士生导师;主要研究方向:能源经济与管理工程。

湖南省哲学社会科学成果(项目编号1011083A);教育部人文社科基金项目(项目编号06JA790109);湖南省科技厅计划项目

(项目编号2010FJ3123);湖南省教育厅科学研究项目(项目编号11C0309)

(责任编辑:景川)