基于能源强度和经济增长目标的京津冀产业结构优化研究

王韶华，张　伟

(1.燕山大学经济管理学院，河北　秦皇岛　066004；2.东北大学秦皇岛分校经济学院，河北　秦皇岛　066004)

节能减排是中国经济发展“稳中求进”的“七个着力点”和三个率先突破的重要内容。实现节能的方式主要有三种：一是国家或者地区通过优化产业结构提高能源投入产出效率，即结构节能；二是企业通过革新技术提高产品的能源使用效率，即生产节能；三是个人、家庭及社会群体等优化生活消费行为，即消费节能[1]；相对于生产节能和消费节能，结构节能更加宏观、基础、有效。

前期研究在产业结构对能源强度的影响方向方面产生了分歧，王晓等[2]、李金昌等[3]、Philip Kofi Adom[4]、张勇等[5]等认为，能源强度受到产业结构的冲击效应较大，产业结构的变动会对能源强度的降低起积极的促进作用；而Raul Jimenez等[6]通过研究发现，产业结构调整对降低能源强度作用微弱；张成龙等[7]、林伯强等[8]、Lidia Andrés等[9]甚至认为产业结构调整对降低能源强度产生了负面的影响；与以上研究结论不同，郑义等[10]、Jaruwan Chontanawat等[11]认为，在不同的时期，产业结构调整对能源强度下降的作用是不同的，有时呈正向作用，但有时则相反。

已有成果均证实了产业结构是能源强度变化的重要影响因素，但在研究设计时大多把产业结构作为一个变量(通过第二产业比重表示)，忽略了三次产业结构间的相互关系及其与能源强度的直接与间接影响。鉴于此，本文在分别构建三次产业结构与能源强度、GDP间关系模型的基础上，通过对相关系数的进一步分解深入揭示京津冀三次产业结构对能源强度的影响机理，进而在考虑经济增长的前提下，结合“十三五”规划目标对京津冀产业结构进行优化，为京津冀产业结构优化提供量化参考，以促进节能目标的实现。

1　京津冀产业结构对能源强度的影响分析

区域经济增长需要依靠要素投入的增加，而要素投入必须落实到产业当中才能产生效益，因此经济发展阶段的跃迁是通过产业结构的演进推动的。根据钱纳里的经济发展六阶段理论，产业结构演进会经历传统社会、工业化初期、中期和后期、后工业化社会、现代化社会，经济发展对能源的依赖程度随之由低到高，再由高到低。可见，产业结构演进与能源强度间的关系密切。

1.1　模型构建及数据收集

设i=1,2,3,4分别代表京津冀整体、京、津、冀，则第i区域的能源强度为eii，第i区域三次产业比重分别为ppi、spi、tpi，根据以上分析，区域能源强度的变化除了受产业结构的影响外，还要考虑技术、管理等因素的影响，但这些因素无法精确量化，为确保分析模型的完整性以及有针对性的探讨三次产业比重变化对能源强度的贡献，本文用时间变量t反映技术、管理等因素的变化[12]。鉴于能源强度与三次产业比重、技术、管理等因素间的非线性关系[13]，建立模型如下：

(1)

为便于估算相关系数，对模型(1)取对数处理，有：

lneii=φ1lnppi+φ2lnspi+φ3lntpi+φ0lnt+lnθ

(2)

遵循科学性、数据可得性等原则，本文基于1991—2015年京津冀整体、京、津、冀等区域的相关数据拟合上述方程，1991—2014年京、津、冀等区域的GDP(1990年不变价)、第一产业产值及比重、第二产业产值及比重、第三产业产值及比重、能源消费量等数据可分别通过历年《北京统计年鉴》《天津统计年鉴》《河北经济年鉴》等获得，2015年的相关数据可通过《2016年中国统计年鉴》获得，京津冀整体的相关数据可通过京、津、冀相应数据相加得到，各区域能源强度由相应区域的能源消费量与GDP的比值表示。1991—2015年京津冀整体、京、津、冀等区域的GDP(1990年不变价)、第一产业产值及比重、第二产业产值及比重、第三产业产值及比重、能源消费量等数据列表所示。

1.2　产业结构对能源强度的影响分析

(1)方程拟合。分别利用京津冀整体及京、津、冀等的相关数据对方程进行拟合时，首先分析能源强度、第一、二、三产业比重、时间等变量间的相关关系，结果发现，各变量间的相关系数绝对数几乎均在0.8以上，且显著性水平低于0.025，可见变量间呈现高度相关关系，利用一般的回归方法得出的结果没有经济意义。由于本文研究的重点在于三次产业比重对能源强度的相对贡献，因此为尽量保留所有变量，可牺牲部分精确度为代价，采用岭回归分析方法拟合方程。

当i=1时，利用SPSS16.0统计软件输出的各自变量的岭迹图以及决定系数RSQ的变化趋势图如图1和图2所示。当K取值0.15时，各自变量的岭迹线开始趋于平稳，并且决定系数也开始呈现稳定的下降态势，据此得到的标准化回归方程为：

(3)

相应的岭回归方程为：

lnei1=0.221lnpp1+1.125lnsp1-0.566lntp1-

(6.062)(3.923)(-6.087)

35.457lnt+268.12

(-9.955) (9.837)

(4)

图1　各自变量的岭迹图

图2　决定系数RSQ的变化趋势图

i=2时，取K=0.15，得到的标准化回归方程为：

(5)

相应的岭回归方程为:

lnei2=0.137lnpp2+0.429lnsp2-0.299lntp2-

(13.725)(16.513)(-4.365)

44.5lnt+338.887

(-15.92)(16.119)

(6)

i=3时，取K=0.1，得到的标准化回归方程为：

(7)

相应的岭回归方程为:

lnei3=0.260lnpp3-0.433lnsp3-1.343lntp3-

(14.113)(-1.878)(-9.979)

55.558lnt+429.777

(-19.744)(19.806)

(8)

i=4时，取K=0.2，得到的标准化回归方程为：

(9)

相应的岭回归方程为:

lnei4=0.193lnpp4-0.513lnsp4-0.758lntp4-

(3.516)(-1.83)(-2.243)

38.567lnt+298.669

(-6.963) (7.198)

(10)

以上方程的决定系数(RSQ)分别为0.979、0.992、0.992、0.912，说明京津冀整体及京、津、冀的三次产业比重及时间变量能够较强的解释能源强度的变化，F值分别为116.75、312.829、286.425、24.601，各系数的t值见对应的括号内数值，F值和t值均通过了α=1的显著性检验(F0.1(4,19)=2.27、t0.05(19)=1.729)，可见方程的拟合效果较好，可以据此进一步分析三次产业比重对能源强的影响机理。

(2)产业结构对能源强度的影响机理。本文利用各自变量与因变量间的相关系数rmy反映各自变量对因变量的总影响，利用各自变量的标准化回归系数pmy反映各自变量对因变量的直接影响，由于各自变量间还存在着高度相关关系(rmn)，即各自变量间相互影响并对因变量产生间接影响，因此有[14]：

(11)

根据公式(11)，可得到三次产业比重、时间变量等对能源强度的具体影响，如表1～表4所示。由于本文采用岭回归方法拟合方程放弃了部分精确度，因此会存在剩余影响。

表1　京津冀整体的产业结构对能源强度的影响分析

表2　北京市产业结构对能源强度的影响分析

表3　天津市产业结构对能源强度的影响分析

表4　河北省产业结构对能源强度的影响分析

(1)京津冀整体产业结构对能源强度的影响分析。如表1所示，京津冀整体的第一产业比重、第二产业比重的增长将会推动能源强度的上升，而第三产业比重、技术、管理等的提高将会抑制能源强度的上升。因此，为进一步降低京津冀整体的能源强度，在提高第三产业比重的同时，重视产品的能源使用效率以及消费者的节能行为。具体来说：

京津冀整体的第一产业比重对能源强度的总影响效应约为0.949，但直接效应仅约为0.213，通过第二、三产业比重以及技术、管理因素等对能源强度增长的间接推动效应约为0.725，尤其是通过技术、管理因素的间接效应约为0.383，明显高于直接效应，主要原因在于第一产业受自然因素的影响较大，限制了技术、管理等节能效应的发挥，京津冀整体的第一产业大多采取粗放型经营，生产效率低下，但由于第一产业的基础性地位，第二、三产业对其依存度较大，受第一产业的制约明显。因此，在保障第一产业基础性地位的基础上，通过农业技术进步提高生产效率，降低第一产业比重，促进集约型农业和绿色农业的发展，推动农业产业化。

京津冀整体的第二产业比重对能源强度的总影响效应约为0.884，起主要推动效应；其中，直接推动效应约为0.188，而通过第一、三产业比重以及技术、管理因素等产生的间接推动效应约为0.685；主要原因在于，河北省的工业化进程较京、津有明显滞后，重化工业特征明显，第二产业中高耗能行业比重过大，能源利用效率低下，并通过向第一、三产业提供机器设备等途径间接推动了能源强度的上升。因此，应利用高新技术改造传统行业，压缩河北省高耗能行业比重，加快工业化进程，走新型工业化道路。

京津冀整体的第三产业比重对能源强度的总影响效应约为0.958，起主要抑制作用，但直接抑制效应仅约为0.199，通过第一、二产业比重以及技术、管理因素等对能源强度增长的间接抑制效应约为0.749，远远高于直接效应。第三产业对能源的需求较低，能源强度较低，现代服务业、信息产业、知识产业的迅猛发展对新技术的需求旺盛，并会反作用于第一、二产业。

(2)北京市产业结构对能源强度的影响分析。由表2可知，北京市第一、二产业比重上升是能源强度增长的主要推动因素，总影响效应分别约为0.984、0.988，但通过其他因素对能源强度的间接影响效应(分别约为0.715、0.691)明显高于直接影响效应(分别约为0.234、0.259)，而第三产业比重和管理、技术水平等的提升是能源强度增长的主要抑制因素，总影响效应分别约为0.943、0.999，但对能源强度的直接影响效应分别约为0.119、0.348，明显低于通过其他因素对能源强度的间接影响效应(分别约为0.807、0.599)。可见，北京市三次产业间相互影响、相互制约，第一产业受自然因素的限制，技术进步缓慢，通过向第二、三产业提供需求间接推动了能源强度的增长；2008年以前，北京市第二产业能源消费量一直高于第一、三产业，节能技术落后，并通过向第一、三产业提供需求间接推动了能源强度的增长；第三产业的技术密集型特性通过刺激第一、二产业的需求促进能源强度的降低。

自2009年以来，北京市第一产业比重已降至1%以下，2015年仅为0.6%；自2004年来，北京市第二产业比重呈逐年下降趋势，2015年已降至19.6%；2005年以来，北京市第三产业比重已稳定在70%以上，2015年达到79.8%。参考发达国家产业结构演变特征，降低第一产业比重或第二产业比重对降低北京市能源强度的贡献潜力微弱，因此短期内可通过降低第二产业比重，提高第三产业比重降低北京市能源强度，但长期内应通过技术节能和管理节能，坚持三产提级增效发展、二产智能精细发展、一产集约优化发展，构建起“高精尖”的产业体系。

(3)天津市产业结构对能源强度的影响分析。如表3所示，天津市的第一、二产业比重的提升不利于能源强度的降低，总影响效应分别约为0.971、0.554，其中第一产业比重对能源强度的直接和间接影响效应分别约为0.337、0.602，由于天津市第二产业比重变化较小，因此对能源强度的直接影响微弱，主要通过其他因素产生间接影响(影响效应约为0.602)；天津市的第三产业比重和技术、管理水平的提升促进了能源强度的降低，总影响效应分别约为0.876、0.992。1991年以来，天津市第二产业比重变动较小，基本稳定在50%以上，第三产业和第一产业发展水平滞后于第二产业。

天津市目前处于工业化后期向后工业化社会过渡的阶段，第一产业比重不断下降，2015年已降至1.3%，2009年以来第二产业比重逐渐缩小，同时第三产业快速发展，2015年第三产业比重已达到52.2%，比第二产业比重高出5.7个百分点。因此，短期内可通过降低第一产业比重，提高第三产业比重降低天津市能源强度；根据《京津冀协同发展规划纲要》，天津第二产业实力雄厚，未来适合发展高端工业，因此长期内应优化工业内部结构，重点发展先进制造业。

(4)河北省产业结构对能源强度的影响分析。如表4所示，对河北省能源强度增长起主要推动作用的是第一产业比重，总影响效应约为0.856，其中直接和间接影响效应分别为0.152、0.673；河北省能源强度增长的主要抑制因素包括第二、三产业比重、技术、管理因素等，总影响效应分别约为0.627、0.625、0.935，直接影响效应分别为0.105、0.157、0.506，间接影响效应分别为0.501、0.436、0.327。由于河北省工业化进程缓慢，2012年以前很长一段时期内处于工业化中期阶段，第二产业的规模经济效益明显，随着第二产业比重的上升，河北省整体的能源强度呈下降趋势；第三产业缓慢发展，第三产业比重变化对能源强度的总影响、直接影响以及通过第一、二产业的间接影响均不显著。

河北省刚刚步入工业化后期阶段，第二产业比重仍居第一位，虽然有下降趋势，但仍稳定在50%以上，2015年开始降至48.3%，第三产业开始快速发展，与第二产业存在较大差距，第一产业比重在11%以上。因此，短期内可通过降低第一产业比重，提高第三产业比重降低河北省能源强度，但长期内应加快工业化进程，推动基础性重化工业向深加工工业演进，发展高新技术产业，进而降低第二产业比重，快速发展第三产业，是进一步降低河北省能源强度的关键。

2　京津冀产业结构对GDP的影响分析

根据结构主义学派的观点，经济增长依赖资本和劳动等要素投入，资本和劳动从生产率较低的部门向生产率较高的部门转移能够加速经济增长，产业结构的高变换率会导致经济总量的高增长率。参考范德成等[15]建立的考虑产业结构影响的柯布-道格拉斯生产函数，以及王修华等[13]对产业结构与GDP间定量关系的描述，在此用时间变量t反映资本、劳动、技术等因素的变化，建立模型如下：

(12)

为便于估算相关系数，对模型取对数处理：

(13)

通过计算京津冀整体的GDP、第一、二、三产业比重、时间等变量间的相关系数，发现变量间呈现高度相关关系。

利用SPSS16.0统计软件输出的各自变量的岭迹图以及决定系数RSQ的变化趋势图如图3和图4所示。当K取值0.2时，各自变量的岭迹线开始趋于平稳，并且决定系数也开始呈现稳定的下降态势，据此得到的标准化回归方程为：

(14)

相应的岭回归方程为:

lny1=-0.762lnpp1-0.972lnsp1+1.22lntp1+

(-13.985)(-2.231)(9.439)

83.967lnt-628.735

(16.463) (-16.063)

(15)

图3　各自变量的岭迹图

图4　决定系数RSQ的变化趋势图

同样的方法，可分别得到京、津、冀产业结构对GDP影响的岭回归方程：

lny2=-0.25lnpp2-0.666lnsp2+0.505lntp2+

(-17.535)(-17.989)(5.174)

69.912lnt-523.584(K=0.15)

(17.542)(-17.467)

(16)

lny3=-0.63lnpp3+0.544lnsp3+1.264lntp3+

(-28.572)(1.75)(7.837)

109.728lnt-833.109(K=0.1)

(32.529)(-32.027)

(17)

lny4=-0.87lnpp4+2.465lnsp4+1.6lntp4+

(-12.495)(6.548)(4.028)

104.337lnt-797.806(K=0.15)

(14.337)(-14.679)

(18)

方程(16)和方程(18)的F值和t值均通过了α=0.05的显著性检验，方程(17)的F值通过了α=0.05的显著性检验，t值也通过了α=1的显著性检验，可见方程的拟合效果较好，可以据此进一步分析三次产业比重对GDP的影响。

3　基于能源强度和经济增长目标的京津冀产业结构优化

3.1　基于能源强度和经济增长目标的北京市产业结构优化

根据《北京市国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》确定的目标：2020年地区生产总值比2010年翻一番(以1990年不变价2020年约为8668.54亿元)；服务业增加值占地区生产总值比重高于80%。根据《北京市“十三五”时期节能降耗及应对气候变化规划》，2020年北京市能源强度要比2015年下降17%，即约为0.9121吨标煤/万元(1990年不变价)。

假定GDP增长目标主要通过降低第二产业比重，提高第三产业比重的方式实现，根据方程(16)，2020年三次产业比重之比约为0.6:15.1:84.3，代入方程(6)，可得到2020年能源强度约为0.9732吨标煤/万元，比2015年下降了约11.45%，产业结构优化完成了能源强度目标的67.35%。

假定北京市以完成能源强度目标为前提，且在2015年产业结构(0.6:19.7:79.7)的基础上通过进一步降低第二产业比重，提高第三产业比重的方式实现，根据方程(6)，2020年三次产业比重之比约为0.6:13.18:86.22，代入方程(16)，可得到2020年GDP约为9575.545亿元(1990年不变价)，比2010年增长了约120.93%，超额完成了增长目标。

3.2　基于能源强度和经济增长目标的天津市产业结构优化

根据《天津市国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》，到2020年天津市GDP约为10144.09亿元(1990年不变价)，第三产业比重超过55%；根据《天津市节能“十三五”规划》，到2020年，天津市能源强度应低于1.014吨标煤/万元(1990年不变价)。2015年天津市三次产业比重之比约为1.3:46.5:52.2，假定GDP增长目标主要通过降低第一、二产业比重，提高第三产业比重的方式实现；参照北京市产业结构状态，假定2020年第一产业比重降至0.6%，根据方程(8)和(17)，2020年三次产业比重之比约为0.6:44.4:55，GDP约为12903.66亿元(1990年不变价)，能源强度约为0.7994吨标煤/万元，超额完成目标。

结合产业结构调整方向，根据方程(8)和(17)，只要第三产业比重提高至55%以上，即使不降低第一产业比重，只降低第二产业比重，即三次产业结构比重之比为1.3:43.7:55，2020年能源强度也会降至约0.9842吨标煤/万元，超额完成节能目标；但GDP约为7859.765亿元，没有完成经济增长目标；假定GDP刚好达到10144.09亿元，三次产业结构之比约为0.87:44.13:55，能源强度约为0.8828吨标煤/万元。

3.3　基于能源强度和经济增长目标的河北省产业结构优化

根据《河北省国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》，到2020年河北省GDP约为18637.29亿元(1990年不变价)，第三产业比重达到45%以上且主导作用明显增强；但并没有确定能源强度的具体量化目标，根据京津冀协同发展指导思想，结合《“十三五”节能减排综合工作方案》，假定到2020年河北省能源强度比2015年下降17%，即约为1.8378吨标煤/万元(1990年不变价)。

假定河北省GDP增长目标主要通过降低第一、二产业比重，提高第三产业比重的方式实现。基于工业化后期特征，结合河北省在京津冀协同发展中的定位，第二产业比重降低幅度不会过大，第三产业比重不会过高，假定第三产业比重提高至46%，根据方程(10)和(18)，2020年河北省三次产业比重之比约为9.3:44.7:46，能源强度约为2.0547吨标煤/万元，较2015年下降约7.21%，完成了能源强度目标的42.41%。

假定河北省以完成能源强度目标为前提，且仍然通过提高第三产业比重，降低第一、二产业比重的方式实现，根据方程(10)和(18)，2020年三次产业比重之比约为6.3:46.8:46.9，GDP约为30430.47亿元(1990年不变价)，比2015年增长了约129%，超额完成了增长目标。

3.4　基于能源强度和经济增长目标的京津冀整体的产业结构优化

基于以上对节能和经济增长目标下京津冀产业结构优化的分析，根据各区域设定的GDP增长目标和产业结构调整方向，2020年京津冀整体的GDP约为40209.49亿元(1990年不变价)，较2010年和2015年分别增长约137.21%、53.07%，三次产业结构比重之比约为4.63:38.22:57.15，代入方程(4)，可知2020年京津冀整体的能源强度约为1.5062吨标煤/万元，较2010年和2015年分别下降约11.13%、34.93%，但北京市和河北省并没有完成“十三五”节能目标。

根据各区域设定的节能目标和产业结构调整方向，2020年京津冀整体的GDP约为47865.78亿元(1990年不变价)，较2010年和2015年分别增长了约182.38%、82.22%，三次产业结构比重之比约为4.27:39.63:56.1，代入方程(4)，可知2020年京津冀整体的能源强度约为1.5573吨标煤/万元，较2010年和2015年分别下降约32.73%、8.12%。节能目标下，虽然京、津、冀均超额完成了节能任务，但天津市并没有完成“十三五”经济增长目标。

综合各区域设定的节能目标、经济增长目标和产业结构调整方向，为保障京、津、冀均能同时实现“十三五”节能目标和经济增长目标，2020年京津冀整体的GDP约为50150.11亿元(1990年不变价)，较2010年和2015年分别增长了约195.85%、90.92%，三次产业结构比重之比约为4.11:39.84:56.05，代入方程(4)，可知2020年京津冀整体的能源强度约为1.5542吨标煤/万元，较2010年和2015年分别下降约32.86%、8.3%。

综上所述，基于能源强度和经济增长目标的京、津、冀及京津冀整体的产业结构优化结果如表5所示。

表5　基于能源强度和经济增长目标的京津冀产业结构优化结果(%)

4　研究结论

本文通过构建三次产业结构影响能源强度的岭回归模型，并分解三次产业结构间及其与能源强度间的相关系数，揭示三次产业结构对能源强度的影响机理，提炼降低能源强度的路径，进而基于“十三五”规划设定的节能和经济增长目标对产业结构进行了优化，结果如下：

(1)北京市第一、二产业比重变动是北京市能源强度下降的抑制因素，第三产业比重变动是促进因素，但降低第一、二产业比重对进一步降低北京市能源强度的贡献潜力微弱，因此短期内仍可通过降低第二产业比重，提高第三产业比重降低能源强度，但长期内应通过产业内部升级实现技术节能和管理节能，尤其是第三产业内部应向智能化、知识化转变；“十三五”时期，在经济增长目标下，产业结构优化并不能实现节能目标；在节能目标下，三次产业结构之比为0.60:13.18:86.22，能够超额完成经济增长目标。因此，北京市应以节能倒逼产业升级。

(2)天津市第一、二产业比重变动是天津市能源强度下降的抑制因素，第三产业比重变动是促进因素，结合后工业化阶段特征及天津市在京津冀协同发展中的定位，短期内可通过降低第一、二产业比重，提高第三产业比重进一步降低能源强度，但长期内应优化工业内部结构，发展先进制造业，利用新技术改造传统工业，大力发展新兴产业和产品。“十三五”时期，在经济增长目标下，产业结构优化能够超额实现节能目标；但在节能目标下，产业结构优化并不能完成经济增长目标；综合节能和经济增长目标，三次产业结构之比为0.87:44.13:55.00。可见，天津市当前的经济增长方式是可持续的，应在保障经济增长目标的基础上，继续强化。

(3)河北省第一产业比重变动是河北省能源强度下降的抑制因素，第二、三产业比重变动是促进因素，结合工业化后期阶段特征，短期内可通过降低第一、二产业比重，提高第三产业比重进一步降低能源强度，长期内应抓住京津冀协同发展的契机，通过承接京、津产业转移，加快工业化进程，使第三产业在经济中的主导地位显著。“十三五”时期，在经济增长目标下，产业结构优化并不能实现节能目标；在节能目标下，三次产业结构之比为6.30:46.80:46.90，能够超额完成经济增长目标。因此，河北省应通过严格控制能源消耗和能源强度倒逼经济转型。

(4)京津冀整体的第一、二产业比重变动是能源强度下降的抑制因素，第三产业比重变动是促进因素，因此应降低第一产业比重，大力发展绿色农业，促进农业现代化；降低第二产业比重，走新型工业化道路，重点发展先进制造业和战略性新兴产业。“十三五”时期，在节能和经济增长目标下，三次产业结构之比为4.11:39.84:56.05。