资源型省份能源效率测度及时空格局变化——基于新疆DEA-ESDA模型分析

敬　莉,付兴春

(新疆财经大学 经济学院，新疆 乌鲁木齐 830012)



·区域经济·

资源型省份能源效率测度及时空格局变化
——基于新疆DEA-ESDA模型分析

敬莉,付兴春

(新疆财经大学 经济学院，新疆 乌鲁木齐 830012)

内容提要：本文以新疆15 个地州市为研究对象，采用DEA 模型测算各地州2004年—2014 年的能源效率值，然后运用ESDA探索性空间数据分析了新疆能源效率在时间和空间上的总体特征。在时序上，新疆能源效率值一直保持在较高水平，波动较小，且各地州基本为规模收益递增阶段；在空间上，新疆能源效率的空间集聚特征逐渐增强，但各地州能源效率的差异较大，且能源效率的热点、次热点区域在空间上呈现东南热、西北冷的局面。为此，本文提出了相应的对策建议。

资源型省份；能源效率；时空格局；DEA-ESDA模型

一、问题的提出

能源消费、气候变暖问题直接关系到人类经济社会的可持续发展，也是当今全球较为紧迫的经济、资源环境问题。中国是世界最大、人口最多的发展中国家，也是世界能源消费大国，2013年，中国能源消费量占全球能源消费总量的22.4%，占全球能源消费净增长的49%。①中国2013年能源消费占全球总量22.4%[EB/OL].中国行业研究网，2014-07-09.然而，中国目前的能源利用效率仅是欧盟和日本的1/4、美国的1/3。可见，能源问题以及随之而来的环境问题已经成为制约我国经济社会发展的瓶颈。

新疆是我国资源大省，也是我国重要的能源生产基地，有着丰富的煤炭、石油和天然气等自然资源，其煤炭储量位居全国第一，石油储量位居全国第二，天然气储量位居全国首位。在当前新疆作为“丝绸之路经济带”核心区建设的背景下，随着新疆经济的快速发展，将会带来能源消费量的增加，随之CO2的排放量也会大规模增加。因而，研究新疆能源效率问题对促进新疆核心区建设和经济社会的可持续发展具有重要意义。

目前，国内学者对能源效率的研究成果较多。从研究范围看，一是全国层面的研究，如罗会军、范如国、罗明(2015)测度了中国能源效率演化中的时空局域特征；李国璋、霍宗杰(2010)分析比较了1995年—2006 年我国全要素能源效率。二是省际层面的研究，如王兵、张技辉、张华(2011)测算了中国1998年—2007 年省际全要素能源效率；朱帮助、吴万水、王平(2013)对我国2000年—2010年29省能源效率进行了实证研究。三是地级市层面的研究，如秦炳涛(2014)对我国230 个地级市的能源使用效率进行了分析。四是单个省域层面的研究，如刘文君、陈远文、邹树梁(2014)测算了湖南2005年—2012年的全要素能源效率水平；尤济红、高志刚(2014)测算了新疆1995年—2010年全要素能源效率，发现新疆的能源效率呈缓慢波动态势，1999年前后两阶段的能源效率均呈先降后升的“U”型变化。五是流域层面的研究，如吴传清、董旭(2015)考察了长江经济带1999年—2013年全要素能源效率；孙久文、肖春梅(2010)测算了1992年—2010 年长三角地区全要素能源效率。在研究方法上，运用最多的是超效率DEA，如武春友和吴琦(2009)、蔡小春和肖小爱(2010)运用超效率DEA对全国能源效率进行了实证研究。在研究视角上，比较集中的是环境约束角度，如王喜平和姜晔(2013)、许珊等(2013)、汪克亮等(2012)从环境约束视角测算了我国的能源效率；而刘立涛和沈镭(2010)、刘晓婷和陈闻君(2015)则从空间方面研究了我国的能源效率状况。

综上所述，国内学者的研究还存在局限性。一是大多研究只注重能源经济效率，而忽视了能源环境效率，因而无法全面反映区域经济的发展状况；二是对全国省域层面的能源效率研究较多，而对特定单一省份的能源效率研究较少，更缺乏从空间角度来研究单一省份的能源效率状况。基于上述考虑，本文运用DEA-BCC模型测算新疆15个地州市的能源效率值，再运用ESDA模型从全局和局域两个层面分析新疆能源效率的空间格局变化，以为新疆核心区建设和经济社会可持续发展提供参考。

二、研究方法、指标选取及数据来源

(一)研究方法

1.DEA模型。DEA 数据包络分析法(Date Envelopment Analysis Method)是由著名运筹学家Charnes、Cooper和Rhodes于1978年提出的、用来评价决策单元相对有效性的一种方法。设有n个决策单元DMUj(j=1,2,…,n),DMUj的输入向量为Xj=(x1j,x2j,…，xmj)T>0,其中，j=1,2,…,n；m为输入指标的量。其输出向量为Yj=(y1j,y2j,…，ysj)T>0,其中，j=1,2,…,n；s为输出指标的量。BCC模型是用来评价具有多投入、多产出决策单元总体有效性可变规模收益的方法。

2.探索性空间数据分析(ESDA)。其包括全局空间自相关分析和局域空间自相关分析。

(1)

Moran’s I的取值范围为-1≤I≤1。I越接近于1，表示地区间空间正相关的程度越强；I越接近于-1，表示地区间空间负相关的程度越强；I接近于0，表示地区间不存在空间自相关性。

(2)

②③王庆喜，蒋烨，陈卓咏.区域经济研究实用方法：基于ArcGIS，GeoDa和R的运用[M].北京：经济科学出版社，2014.

(二)指标选取与数据处理

本文选取2004年—2014 年新疆15个地州市作为能源效率的决策单元。样本数据来自2005年—2015 年《新疆城市统计年鉴》、《新疆统计年鉴》和《中国能源统计年鉴》。指标选取及数据处理如下：

1.投入指标的选取。一是能源投入。用新疆15个地州市规模以上工业企业年能源消费量代替，单位为万吨标准煤。二是劳动力投入。用新疆15 个地州市规模以上工业企业全部从业人员年平均人数代替，单位为万人。三是资本投入。用新疆15个地州市的全社会固定资产投资作为资本投入，单位为万元，并以2001年为基期，运用固定资产投资价格指数对全社会固定资产投资进行平减。

2.产出指标的选取。为全面反映能源投入的经济—环境效率，本文着重考虑了GDP、CO2两项指标，将GDP指标与CO2指标的比作为衡量能源效率的产出指标。同时，以2001年为基期，运用新疆居民消费价格指数对15个地州市的GDP进行平减，CO2数据主要包括新疆各地州市的原煤、原油、天然气等14类能源(见表1)。由于我国没有碳排放量的直接监测数据，本文根据IPCC提出的碳排放的因素分解模型来估算碳排放量，碳排放的公式为：

(3)

其中，i为能源种类(共14 类)，A为总的碳排放量(万吨)；Bi为能源i的消费量(万吨)，按标准煤计；Ci为能源i的折标准煤系数；Di为碳排放系数。不同能源的折算系数与碳排放系数详见表1：

表1 不同能源标准煤折算系数和碳排放系数

数据来源：根据《中国能源统计年鉴》(2005—2015)相关数据整理得出。

三、新疆能源效率的时空格局分析

(一)时序变化特征

本文利用DEA-BCC模型计算2004年—2014年新疆及新疆15个地州市的能源效率值, 选取2004年、2009年、2014年3个年份作为研究截面。表2为新疆2004年—2014年能源效率的变化情况。

表2 2004年—2014年新疆能源效率变化

数据来源：根据2005年—2015年《新疆统计年鉴》相关数据，由DEAP2.1计算整理得出。

从表2来看，2004年—2014年新疆整体能源效率值较高，决策单元DEA能源效率值有效的年份有4个，分别为2005年、2006年、2008年和2014年。

从表3来看，2004年，DEA能源效率有效的单元有3个，分别是昌吉回族自治州、巴音郭勒蒙古自治州、喀什地区，这3 个区域既达到了技术有效又达到了规模有效，且都处于规模收益不变阶段。在非DEA有效区域，除克孜勒苏柯尔克孜自治州达到了技术有效而非规模有效外，其余的区域既不是技术有效也不是规模有效。除了乌鲁木齐市处于规模收益递减阶段外，其余的区域均为规模收益递增阶段，说明这些区域的投入若以同比例增长，将会获得更大的收益。2009年，DEA能源效率有效的单元有4个，分别是昌吉回族自治州、巴音郭勒蒙古自治州、喀什地区和石河子市，这4个区域既达到了技术有效又达到了规模有效，且都处于规模收益不变阶段。在非DEA有效区域，除博尔塔拉蒙古自治州、克孜勒苏柯尔克孜自治州、和田地区达到了技术有效而非规模有效外，其余的区域既非技术有效也非规模有效，且非DEA有效区域中各地州均为规模收益递增阶段。2014年，DEA能源效率有效的单元有2个，分别是昌吉回族自治州和石河子市，这2个区域既达到了技术有效又达到了规模有效，且都处于规模收益不变阶段。在非DEA有效区域，除克孜勒苏柯尔克孜自治州、和田地区达到了技术有效而非规模有效外，其余的区域既非技术有效也非规模有效，且非DEA有效区域中各地州均为收益递增阶段。

表3 新疆15个地州市部分年份能源效率值

数据来源：根据2005年、2010年和2015年《新疆统计年鉴》相关数据，由DEAP2.1计算整理得出。

(二)空间分布特征

本文运用Arcgis9.3软件，选取2004年、2009年和2014年新疆15个地州市的能源效率值并绘制出各地州市能源效率值的空间分布变化图(见图1)。

采用手工断点法，根据能源效率值，分为低效率区(0～6)、中等效率区(6～8)、高效率区(8以上)，颜色越深表示效率值越高；相反，则表示效率值越低。从图1来看，新疆能源效率在空间上呈现分布不均匀的状态，2004年和2009年高效率区主要分布在新疆的中南部地区，而低效率区主要分布在新疆的北部、西部和西南部地区；2014年高效率区主要分布在新疆的东部和东北部地区，低效率区主要分布在新疆的北部、南部、西南部和东南部地区。2004年除昌吉回族自治州、巴音郭勒蒙古自治州、喀什地区和石河子市为高效率区外，其他区域均为低效率区；到2009年，能源效率空间格局状况并未改变，局部地州市的能源效率值有所提高，但整体能源效率状况是下降的;到2014年，能源效率空间格局发生改变，哈密地区、昌吉回族自治州和石河子市为高效率区，吐鲁番地区和喀什地区为中等效率区，其他地州市均为低效率区。总体来看，2004年—2014年，昌吉回族自治州和石河子市一直处于能源高效率区，阿勒泰地区、塔城地区、克拉玛依市、乌鲁木齐市、博尔塔拉蒙古自治州、伊犁州直属县市、阿克苏地区、和田地区和克孜勒苏柯尔克孜自治州一直处于能源低效率区，且巴音郭勒蒙古自治州由高效率区转为低效率区。

图1：新疆15个地州市能源效率变化图

为了进一步分析新疆能源效率值的空间状况，采用Arcgis9.3软件，运用公式(1)对新疆15个地州市能源效率的Global Moran’s I指数进行测算(如图2所示)。

图2：新疆能源效率的Moran’s I值

由图2可以看出，2004年—2014年新疆能源效率的Global Moran’s I的统计值呈逐年上升趋势，这说明新疆能源效率空间集聚特征逐渐增强。其中，2007年以前新疆能源效率的Global Moran’s I的统计值为负，表明新疆能源效率在空间上负相关相对较强，2007年以后新疆能源效率的Global Moran’s I的统计值为正，表明新疆能源效率在空间上正相关相对较强。

2004年 2009年 2014年

图3：能源效率冷热点区域分布

从图3来看，新疆能源效率的热点、次热点区域在空间上主要分布在中南部，而冷点、次冷点区域主要分布在西北部，呈现东南热、西北冷的局面。2004年，克孜勒苏柯尔克孜自治州、和田地区、巴音郭勒蒙古自治州和吐鲁番地区为热点区域，乌鲁木齐市、昌吉回族自治州、阿勒泰地区和喀什地区为次热点区域，其余地州市则为冷点、次冷点区域；到2009年，除了阿克苏地区由冷点区域转为次冷点区域外，这一空间分布格局并没有改变多少；到2014年，除了吐鲁番地区外，之前的热点区域都转为次热点区域，同时，石河子市和哈密地区由次冷点区域转为次热点区域，喀什地区由次热点区域转为次冷点区域，只有博尔塔拉蒙古自治州、伊犁州直属县市、塔城地区、克拉玛依市和阿克苏地区一直处于冷点、次冷点区域。

四、结论及对策建议

(一)结论

本文在运用DEA-BCC模型计算新疆15个地州市2004年—2014年能源效率值的基础上，借助ESDA空间自相关分析方法，探讨了新疆能源效率的时空格局变化特征，并得出以下主要结论：

1.在时序特征方面，2004年—2014年新疆整体能源效率值一直保持在较高水平，且波动很小。从局部看，昌吉回族自治州、巴音郭楞蒙古自治州和石河子市一直是DEA能源效率有效区域，并处于规模收益不变阶段；在非DEA有效区域，克孜勒苏柯尔克孜自治州和和田地区基本上一直处于技术有效而非规模有效状况；且非DEA有效区域中各地州基本为规模收益递增阶段。

2.在空间分布特征方面，新疆能源效率在空间上呈现分布不均匀的状态。2004年和2009年高效率区主要分布在新疆的中南部地区，而低效率区主要分布在新疆的北部、西部和西南部地区；2014年高效率区主要分布在新疆的东部和东北部地区，低效率区主要分布在新疆的北部、南部、西南部和东南部地区。2004年—2014年，昌吉回族自治州和石河子市一直处于能源高效率区，阿勒泰地区、塔城地区、克拉玛依市、乌鲁木齐市、博尔塔拉蒙古自治州、伊犁州直属县市、阿克苏地区、和田地区和克孜勒苏柯尔克孜自治州一直处于能源低效率区。

3.在时空演化方面，新疆能源效率空间集聚特征逐渐增强，且能源效率的热点、次热点区域在空间上主要分布在中南部，而冷点、次冷点区域主要分布在西北部，呈现东南热、西北冷的局面，且博尔塔拉蒙古自治州、伊犁州直属县市、塔城地区、克拉玛依市和阿克苏地区一直处于冷点、次冷点区域。

(二)对策建议

1.能源利用效率低的地区应积极加强与能源利用技术先进地区的合作。能源利用落后地区应借助西部大开发、19省市对口援疆政策和“丝绸之路经济带”建设的有利时机，积极主动地加强与能源利用技术先进地区的合作，借鉴先进地区的经验，有针对性地对能源利用落后技术进行改造革新。新疆能源效率低的地州应该学习昌吉回族自治州、巴音郭楞蒙古自治州和石河子市的高效率能源利用模式，并将投入同比例增长，以获得更大的收益，促进能源效率的提高；乌鲁木齐市、克拉玛依市和石河子市在发挥其经济辐射带动作用的同时，要调整能源利用结构，减少二氧化碳等的排放。

2.各地区应打破行政区域界线，加强跨区域间的交流与合作。一个地区的能源消费状况不仅受区域自身特征的制约，还受其临近区域能源消费行为的影响。因此，各地区在经济发展过程中要重视地理单元在空间上的相互作用，要准确把握新疆能源效率的空间分布格局，打破行政区域界线，加强跨区域间的交流与合作。同时，自治区政府应根据各地区能源消费的实际，因地制宜地制定出科学合理且具有差异化的节能减排、提高能源效率的政策措施。

3.加快区域间基础设施建设，优化能源消费在空间上的配置。新疆中、东部能源资源分布相对集中，且经济较发达，而西部、西南部地区能源资源分布相对分散，且经济发展落后。因此，应加快区域间交通、物流等基础设施建设，缩短区域间的距离。同时，自治区政府应根据各地区能源供求状况，对新疆整体能源消费在空间上进行优化配置，实现能源品种消费的多元化，降低部分地区对化石能源的过度依赖，缓解部分地区能源消费紧张的局面。

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[17]Banker R.D.Charnes A.，Cooper W.W..Some Models for Estimating Technical and Scale Inefficiencies in Date Envelopment Analysis[J].Management Science，1984，30(9)：1078-1092.

(责任编辑：汪爱琴)

Energy Efficiency and Changes in Spatial and Temporal Pattern in Resource-based Provinces——Based on DEA-ESDA Model Analysis in Xinjiang

Jing Li，Fu Xingchun

(Xinjiang University of Finance and Economics,Urumqi 830012,China)

This paper, using 15 prefecture-level areas in Xinjiang as the research object, employing DEA model, measures and calculates the energy efficiency ratio in Xinjiang based on the data from the year 2004 to 2014. Then it uses ESDA spatial analysis function to analyze the general spatial and temporal characteristics of energy efficiency in Xinjiang. In temporal aspect, energy efficiency ratio in Xinjiang remains at a comparatively high level, and each region and prefecture is in the stage of scale income increasing. In spatial aspect, energy efficiency spatial agglomeration in Xinjiang gradually enhanced. However, energy efficiency in different regions and prefectures are quite different, and the hot zone of energy efficiency in space presents southeast hot and northwest cold situation. To this end, this paper puts forward the corresponding countermeasures.

Resource-based Province;Energy Efficiency;Spatial and Temporal Pattern;DEA-ESDA Model

2016-04-22

国家社会科学基金西部项目“资源型区域经济发展与环境约束问题研究”(10XJL014)

敬莉(1970-)，女，教授，博士，研究方向：产业经济、资源经济；付兴春(1990-)，男，硕士研究生，研究方向：资源产业化。

F426.2

A

1007-8576(2016)04-045-07

10.16716/j.cnki.65-1030/f.2016.04.005