新疆分区域全要素碳排放效率及其发展趋势比较分析∗

袁培，冯朝阳

(新疆财经大学经济学院，新疆乌鲁木齐830012)

一、引言

在“十一五”期间，新疆单位GDP能耗降低了8.91%。“十二五”期间，新疆要完成单位GDP能耗降低10%的目标，而目前，2010年新疆碳排放量是2000年的2.3倍，碳排放量增速居高不下，节能减排任务压力大。与此同时，政府做出承诺到“十二五”期末经济发展实现“五个明显”、“两个翻番”以及到2020年“两个一番半”的目标。因而，对于新疆而言，如何谋求经济不降速，又能完成节能减排的任务，是一个严峻的挑战。本文以碳排放为约束条件，利用共同前沿方法，构建实证模型，测算新疆各地区碳排放效率，从而因地制宜地为各个地区的节能减排政策提供依据，规避了“一刀切”的弊端，对新疆经济发展有很强的区域指导意义，并利用σ收敛模型分析新疆各地区全要素碳排放效率（TFEC）的收敛趋势，最后根据各个地区具体情况得出对策建议。

二、文献综述及研究方法、思路

（一）文献综述

陈诗一研究发现能源强度降低是CO2强度下降的主要原因[1]；林伯强等研究表明中国在城市化进程中，在保证GDP一定增速的前提下，碳排放量的下降可以通过降低能源消耗强度和改善能源消费结构来实现[2]；史丹认为，CO2排放量的增加源于各类能源消费的增加，同时他还认为，节能减排与减少CO2排放量在方向上是存在高度一致性的[3]；王群伟等将全国28个省区划为东中西和东北四个部分，利用共同前沿函数测算了全要素CO2排放绩效，得出东部接近全国最佳水平，东北稍低，中西部比较落后，地区间技术差别比仍在扩大的结论[4]；程云鹤等将全国分为东中西三大区域，得出CO2排放绩效东西中三大地区递减的规律[5]；王燕等把东中西部三个地区放在不同的随机前沿面上，进一步得出了与现实工业经济发展一致的结论，东中西技术水平和效率依次递减[6]。而以上研究都是基于径向或者角度的研究，未考虑松弛问题。刘玉海等运用SBM-undesirable和Metafrontier函数测算了APEC地区经济增长效率，合理处理了松弛问题，但是对于处于前沿面的地区又面临无法继续评价的问题[7]。

（二）文章脉络及思路

（1）产出指标方面：将CO2排放量作为非期望产出导入模型，测算新疆全要素碳排放效率；（2）方法、模型方面：本文以共同前沿（MF）方法为基础，以既能合理处置非期望产出又能解决松弛问题的Undesirable-SBM模型为模型工具进行测算，摆脱了径向和角度的桎梏；（3）模型进一步修正：对于以上模型无法解决处于前沿面的决策单元的优化半径这一问题进行修正，即运用SE-USBM，进一步优化了Tone[8−9]所提出的SBM模型；（4）提出了基于效率差异比的“追赶效应”（Catch-up Effect，CUE），利用聚类分析定量判别各地区“追赶”最优前沿水平的情况；（5）本研究方法应用到新疆地区的节能减排问题，对区域指导具有一定示范意义。

三、研究方法介绍

（一）共同前沿（MF）方法简介

将整个区域分为q（q=1,2，···，Q）个子区域，每个子区域的效率集合为Tq，生产可能集为Pq(x)，定义Pq(x)前沿面为区域前沿（Group Frontier，GF），规定各个子区域之间的技术水平不能被超越。设整体的技术集合为T∗，则有T∗={T1∪T2∪···,∪q}，此时的生产可能集为平P∗(x)，此时P∗(x)的生产前沿面就是“共同前沿面”，规定各个子区域之间的技术水平能够被超越。具体计算Tq及T∗的方法，本文用非参数理论方法来解决。

共同前沿（MF）理论重要的一个概念就是效率差别比（Efficiency Gap Rate，EGR），本研究这样定义各个子区域的ERG：共同前沿下的效率值与区域前沿的效率值之比。具体公式如下：

ERG定量表示子区域与整体之间效率水平的差异。ERG越高，就表明子区域的效率水平越接近共同前沿内的效率水平，二者之间的效率差别就越小，反之亦然。

本文利用EGR概念，定义了“追赶效应”（Cat ch-up Effect，CUE），即若CUE大于1，表示子区域追赶共同前沿的CUE为正，也就是说区域差距随时间推移在缩小；反之，区域差距随时间序列推移在扩大。T时期的“追赶效应”(CUE)计算公式如下:

（二）非参数方法：相关SBM模型简介

基本DEA模型不仅难以合理处理非期望产出，而且还难以解决处于效率前沿无法继续排序的问题。囿于传统DEA方法的不足，Tone于2003年提出了基于非径向、非角度的USBM模型。本文使用在SBM模型发展起来的既考虑非期望产出，又能解决有效单元无法继续排序的Super-Undesired-SBM(SE-USBM)模型。借助这一方法来测算各地效率值。

Undesirable-SBM模型：假设有n个决策单元（DMU），每个DMU用α种投入（i=1，2，···，α），生产β1种“好”产出 （j=1，2，···,β1） 和β2种非期望产出（k=1，2，···,β2）。对于某个特定的DMUO（O=1,2，···,n）对应的投入向量、期望产出向量和非期望产出向量分别为和，相应地定义相关矩阵，其中X≥0，Yg≥0，X≥0，Yg≥0，Yb≥0。那么，此时定义规模报酬不变下的Undesired-SBM模型可以表示为（1），其中s−、sg和sb分别表示为投入指标，期望产出指标和非期望产出指标的松弛变量。可以看出，η是关于s−、sg和sb严格递减的函数，并且0≤η≤1。当且仅当η=1（s−=0∪sg=0∪sb=0）时，决策单元式处于前沿面上的；若存在s−、sg和sb三者中至少存在一个不为0，那么此时0≤η≤1，也就是说决策单元离开了前沿面，有需要改进的地方。

然而，由于以上模型无法评价处于前沿面上的决策单元，因此 Tone提出了 Super-SBM模型[8]，Super-SBM模型可以表示为（4）。

因此，以（3）式和（4）式为基础，构造了既考虑非期望产出又能解决效率单元无法继续评价的方法（以下简称为SE-USBM模型）。

（三）数据处理

1.投入指标

（1）能源消费①由于新疆能源消费绝大部分是由规模以上工业所消耗及数据的可得性，因此本文考虑使用规模以上行业能源消耗值来替代。，本文选择各地区规模以上工业能源消耗作为各地区能源消费代替指标，并将各地区各类能源折标煤计算。（2）人力资本。本文选取新疆各地区当年从业劳动力人口为评价指标②2000、2001、2002年是按照平均增长率预测的，统计年鉴只提供了2003年之后的数据。。（3）物质资本。本文采用固定资本存量作为物质资本的投入。固定资本存量的测算方法使用永续盘存法。各地区物质资本以2000年为基期进行平减为最终的测算数值。

2.产出指标

（1）期望产出：各地区生产总值。地区生产总值皆为当年各地区的生产总值按照2000年可比价格平减得到。（2）非期望产出：各地区CO2排放量。由于各地CO2排放量无法直接得到，因此本文按照陈浩等[10]的测算方法。基本算法如下。

其中C为CO2排放量，Ei为各地区能源消费量，Ai为可以直接使用的能源i的CO2排放系数，其中本文选择新疆各地区13种能源来测算各地区CO2排放量，包括原煤、原油、焦炭、洗精煤、炼厂干气、天然气、柴油、其他石油制品、燃料油、其他洗煤、液化石油气、汽油和煤油。i为能源种类，取上述13类。其中，ai为《2006年IPCC国家温室气体清单指南》中提供的额能源i的缺省排放系数，Hi为各类能源的净发热值，44/12为碳与二氧化碳分子式的比值，即CO2的气化系数。根据（5）、（6）两式测算各地区的CO2排放量。

四、实证结果及分析

根据以上研究方法，本文对新疆14个地区2000—2010年间的全要素碳排放效率进行了测算，具体分析如下。

（一）新疆整体碳排放效率

从图1可以看出，区域前沿下的历年全要素碳排放效率值呈现显著递减趋势，从全疆整体来看，新疆全要素碳排放效率有进一步恶化趋势。而共同前沿下，由于新疆14个地区都是以全疆最优的效率地区为参照，效率水平远低于区域前沿下水平，并且值在11年间呈倒U型分布，2005年达到效率值最高峰，其后效率值有所下降，这可能与“十五”末新疆工业化进程加快有关联。

图1 新疆整体全要素碳排放效率情况

效率差距比（EGR）是测算区域与整体差异水平的一个重要指标。从图1可以看出，新疆2000—2010这11年间的EGR在波动中有所上升，说明这11年间，新疆各个区域差异在缩小，体现了新疆区域政策的实施效果明显，尤其是天山北坡经济带、天山南坡产业带、南疆三地州贫困地区及沿边高寒地区的区域政策，对于缩小新疆区域差异、带动新疆经济均衡发展的作用不可或缺。

（二）新疆三大区域全要素碳排放效率

1.三大区域全要素碳排放效率值分析

根据共同前沿理论，将新疆划分为传统的三大区域：北疆、东疆及南疆，表1测算的是区域前沿下三大区域各年效率均值。由表1可以看出，从三大区域各年的全要素碳排放效率均值来看，区域前沿（GF）下的全要素碳排放效率值要高于共同前沿（MF）下的效率均值，与此同时，三大区域的全要素碳排放效率均值都呈现出南疆、北疆及东疆依次递减规律。这与全国东中西效率经验水平相悖，显示出新疆各地区独特的区域发展特点。从具体情况来看，于共同前沿（MF）下，以全疆整体14个地区作为参照，三大地区只有南疆的几个年份达到了效率有效，而在区域前沿（GF）下，以各个区域内的几个地区为参照，除东疆个别年份未达到效率有效外，三大地区各个年份的效率值都大于1。这充分说明在碳排放约束下新疆三大地区的效率水平差异是显著存在的，节能减排应区别对待。分析结论如下：

第一，就这三大区域而言，节能减排政策应有所侧重，区别对待。在MF和GF下，东疆全要素碳排放效率水平都是最低，此区域应为节能减排重点区域。

表1 新疆三大区域全要素碳排放效率

第二，本文测算全要素碳排放效率值是一个相对效率，即使在三大区域内部全要素碳排放效率较高，但若在共同前沿（MF）下，仍有节能减排潜力。例如，区域前沿（GF）下的北疆2000—2010年间全要素碳排放效率均值皆大于1，即全要素碳排放效率很高，而这一数值在共同前沿（MF）下11年间均小于1，效率值为0.85，仍存在25%的节能潜力，这也是本研究的研究重点之一。

2.三大区域EGR分析

图2 新疆三大地区各年效率差别比

由图2可见，新疆三大区域中EGR的变动情况。只有南疆区域的EGR在2000—2010年间呈现出一个稳步上升的趋势，同时从2000年的低水平（0.318）一直上升到了2010年的较高水平（0.752），年均增长4.34%，说明南疆区域与全疆的差异在不断缩小，即经济发展水平、技术水平、能耗情况等不断接近全疆的最有效水平，这可能与新疆区域发展政策有关。北疆地区EGR一直处于较高水平，在微小波动中，11年间略有提高，说明北疆区域与全疆区域的经济发展水平、技术水平等差异较小，代表着全疆最优的效率水平，这与经济发展程度以及发展方式有关。而东疆的EGR分布则呈现一个倒U型，从2004—2008年，南疆的EGR不断下降，造成这一地区与全疆的效率水平差异不断加大，本地区全要素碳排放效率进一步恶化，2008—2010有微幅的上升态势，同时可以得出，节能减排工作稍有成效，但是东疆低水平EGR的情况，令人堪忧。

（三）各地区内部全要素碳排放效率

1.各地区全要素碳排放效率情况

表2列出了2000—2010年间新疆各地区全要素碳排放效率描述性指标。由此可得：（1）各地区区域前沿下的效率值不低于共同前沿下的效率值。（2）11年间，在共同前沿下处于效率前沿的地区，在区域前沿内仍然处于效率前沿位置，如巴州、喀什地区、克州、克拉玛依市、塔城地区。而在区域前沿下，除以上五地区外，乌鲁木齐市和吐鲁番地区也加入到了效率前沿面的行列。以乌鲁木齐为例，以北疆7个地区为参照，乌鲁木齐的全要素碳排放效率处于前沿面上，即在碳排放约束下实现了效率最优，不存在投入冗余、期望产出不足及非期望产出过多情况；而若以全疆14地区为参照，则其效率值仅为0.513，有48.7%的节能减排空间。

2.各地区效率差别比（EGR）分析

EGR测算的是每个地区区域内与整体的效率水平差异，即此数值越小差异越大，数值越大则差异越小。由表2可以看出，只有和田地区、克州及克拉玛依市与全疆不存在差异，而其他地区的区域前沿效率水平与共同前沿效率水平都存在差异。由共同前沿效率值可知，克拉玛依市代表全疆的最优效率水平，因此无论是区域前沿还是共同前沿下的效率值是相同的，故而EGR为1。而其他地区，由于参照前沿面的变动，因此效率水平都会有所变动。如巴州在共同前沿下，参照最优的前沿面，其效率值排名第二，但是在区域前沿下，在南疆区域内，巴州就变成了参照前沿面，因此效率值达到10.813，为区域前沿下效率的最大值。同时其EGR为0.248，表明巴州地区虽然在共同前沿和区域前沿下都处于效率前沿面，但还是有节能减排空间。其他地区具体见表2。

3.各地区“追赶效应”（CUE）分析

表2列出了各个地区的CUE值，可以清晰地看出各个地区“追赶效应”（CUE），CUE不能定量反应各地区的效率值大小，但是可以反应各个地区未来走势，即如果CUE>1,则说明这个地区有正向的CUE，说明此地区向着缩小区域差异的方向发展，如阿克苏地区,虽然其效率值较低，但是其追赶前沿面的速率为近20%，其境况不断优化；若CUE<1,则说明此地区与其他地区差异有扩大的风险，如喀什地区以0.6%的速率在恶化，值得关注。

表2 新疆各地区全要素碳排放效率值

五、新疆分区域全要素碳排放效率发展趋势分析

（一）聚类方法

本文根据各地区在区域前沿和共同前沿下的效率值分布情况，进行聚类：将14个地区分为高效率地区（两种前沿效率值均大于1）、低效率地区（区域前沿效率大于1而共同前沿效率小于1）和无效率地区（两种前沿效率值均小于1）。追赶效应定量地描绘了某个地区的未来追赶最优效率地区的发展势头，因此，根据表2中所列的追赶效应（CUE），将无效率地区继续分为弱无效率地区（CUE≥1）和强无效率地区（0

（二）聚类分析结果

通过聚类，可清楚地看到新疆节能减排工作的重点地区，对于新疆节能减排政策的制定有很强的指导意义。如表3所示，新疆节能减排工作的重点是处于低效率和无效率的地区。（1）无效率地区中的强无效地区，不仅效率值低，且CUE也较小，发展走势有进一步拉大区域差异的可能，因此，是节能减排重点地区首要考虑对象；（2）无效率地区中的弱无效地区，虽没有处于效率前沿面，但是CUE较大，“追赶”效率前沿的走势良好，是次要考虑的节能减排对象。（3）低效率地区，按照定义，低效率地区虽然在将整体作为参考时远离前沿面，但在区域内部，这些地区却处于了前沿面上，在区域内部的全要素碳排放效率还是较优的，因此这些地区优于无效率地区。同时，由表3可见，低效率范围内的三个地区（昌吉州、乌鲁木齐市及吐鲁番地区）的CUE均大于1，即这三个地区“追赶”最优前沿水平发展势头良好，有进驻高效率范围的可能。因此，可以看到CUE是一个很重要的表征指标。

表3 各地区聚类分析

（三）各区域发展趋势比较

本研究采取σ收敛性来分析在碳排放约束下新疆、新疆三大区域及新疆各地区之间的收敛性情况，定量查看新疆的全要素碳排放效率是否存在趋同的趋势。σ收敛研究的是随着时间的推移，不同区域或地区之间的效率值的离差是否逐渐变小，如果逐渐变小，则存在σ收敛；反之，则不存在σ收敛，是发散的。具体的σ收敛计算方法如下：

如（7）式所示，其中EEit表示第i个地区在t时期的全要素碳排放效率值，EEit表示同时期多有q个地区的全要素碳排放效率均值，如果σt+1＜σt，则说明存在σ收敛，说明地区离散程度存在收缩的趋势，即有趋同现象。基于以上讨论，计算的σ值具体如图3a、图3b所示①由于本文测算的是超效率的全要素碳排放效率值，因此效率值会产生大于1的情况，故σ值的离散幅度较大，为了清晰明了地看出σ收敛情况，图3分两幅图来表示。。

图3 a新疆各地区收敛性分析

图3 b新疆各地区收敛性分析

如图3a、图3b所示，M代表共同前沿、G代表区域前沿。从图中可见，就2000—2010这11年间动态变化而言，即不存在σ收敛，也不存在“俱乐部”收敛，这说明个区域之间并不存在趋同现象，水平差异有进一步恶化的趋势。然而，南疆于2004—2010年间、东疆于2000—2009年间在区域前沿下存在σ收敛，东疆于2003—2009年间在共同前沿下存在σ收敛，这说明部分地区个别年份之间是存在地区趋同现象的，各地区效率水平差异有一定程度的降低，但是就整体趋势而言，依然是发散的，情况不容乐观，说明新疆为实现均衡性经济发展目标，新疆区域政策的实施还有待进一步加强。

六、结论与启示

本文运用共同前沿方法，使用SE-USBM模型，测度新疆及各地区的全要素碳排放效率，同时还验证了新疆全要素碳排放效率的收敛性发展趋势，根据上文研究，现有以下结论与启示。

第一，从全疆整体来说，新疆各区域全要素碳排放效率水平差异在不断缩小，发展势头良好。但从三大传统划分区域来看，南疆、北疆与东疆的全要素碳排放效率水平依次递减，这与全国东中西依次递减经验结论②多数研究都证明了全国东中西的全要素碳排放效率虽经济发展水平的降低而逐渐降低。相悖，值得思考。本文认为，北疆地区经济活动较为密集、发展水平较高，进而能源消耗量大，碳排放总量较高，然而长期的能源消费结构以煤为主，清洁能源发展滞后，管理水平及政策利用水平还不够高，缺少市场化的能源利用价格机制，产业结构以高耗能的第二产业为主，这是北疆地区效率低的原因所在。而南疆地区经济活动密集度不及北疆、东疆地区，尤其是南疆三地州以第一产业为主，碳排放总量小，这是其效率值较高的原因。同时，南疆与全疆最优效率水平差距在不断缩小，北疆在波动中也逐渐接近全疆最优水平，只有东疆与全疆最优水平差距有进一步拉大的趋势。东疆地区能源优势凸显，能源消费量较高，能源产业碳排放量较高，因此，东疆地区能源的比较优势能不能摆脱“能源诅咒”现象值得思索。

第二，就新疆各地区全要素碳排放效率而言，处于区域前沿的效率值不低于共同前沿效率值，说明区域之间碳排放效率的差异也是显著存在的。提高新疆整体能源利用效率应将各地区的发展水平、技术水平等差异考虑在内，制定非均衡、有区别的节能减排政策。北疆地区尤其是天山北坡经济带地区，应立足经济发展高起点，在适度范围内直接采用先进技术和清洁生产技术，避免走“先污染后治理”的老路子，并积极挖掘能源工业自身的“节能减排”的潜力，着重淘汰一些落后产能企业和微小开采企业，加强环境规制的作用。东疆地区，应做好煤制气、煤改气等清洁能源的使用步伐，并从政策层面上鼓励清洁能源的推行与铺开。南疆三地州以及高寒地区，经济发展落后，在节能减排目标上应给予相应的优惠，立足高起点发展新型工业化，而北疆与东疆地区是节能减排的重点区域。

第三，依据聚类分析结果，明确节能减排区域差异，即节能减排的重点地区为阿勒泰地区、哈密地区、博州、伊犁州直属县（市），次重点地区为阿克苏地区、和田地区，然后为低效率地区：昌吉州、乌鲁木齐市、吐鲁番地区。效率较低地区均是新疆的能源生产集中地，因此，如何利用各个地区的比较优势以及实现各地区的产业结构升级、经济转型，对于提高新疆全要素碳排放效率至关重要。

第四，全疆各区域内，11年间全要素碳排放效率均存在分异现象，各区域水平间的差异有拉大的风险。为维持新疆均衡发展大局，应注意对南疆地区的政策扶持力度，降低东疆的资源产业比重，依靠东疆独特条件，发展清洁能源产业，如风能、太阳能等；继续保持北疆经济发展主导作用，应立足高起点，鼓励低耗能产业立足新疆，结合新疆的实际资源禀赋和承载力水平，做成全国产业转移的示范性区域，打造新疆整体区域经济协调发展局面。

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