技术创新、产业结构升级对能源消费的影响研究——以长三角地区为例

王 巧 尹晓波

（华侨大学经济与金融学院，泉州 362021）

引 言

能源是经济发展的重要动力，也是中国经济发展中的焦点，但是不合理的能源消费机制会带来一系列的环境污染、经济发展不可持续等问题。面临环境、能源、经济等多维约束，以绿色发展理念引领能源行业的变革，推进能源生产和消费革命，构建绿色技术创新体系成为中国未来发展的必然要求。长三角地区一直是中国经济的重要发展区域，2019年长三角区域一体化上升为国家战略，表明了长三角地区在区域发展乃至全国的重要战略地位。发展初期，长三角地区主要以高投资、高能耗的中低端制造业扩张实现快速增长，而近年来虽不断推动产业结构升级和绿色化改造，但其中以纺织业、冶炼业、化工业为代表的传统制造业仍占据主导地位，产业绿色化和生态化水平亟待进一步提高。2020年8月20日，习近平总书记在扎实推进长三角一体化发展座谈会上强调要夯实长三角地区绿色发展基础，长三角不仅要在经济发展上走在前列，也要在生态保护和建设上起到引领作用。2020年11月13日，习近平总书记在扬州考察时再次指出生态文明建设在推动长三角一体化发展中占有重要地位。可见，降低长三角地区能源消费增速、维护生态环境成为实现长三角一体化和高质量发展、贯彻落实绿色发展理念工作的重中之重。在优化能源消费的建设进程中，技术创新和产业结构升级正是关键所在，转变经济发展模式、提高技术创新水平、优化产业结构已经成为未来发展的必然趋势。因此，长三角地区作为经济发展和能源消费的重点区域，如何在环境约束下发挥自身优势优化产业结构，提升技术创新效率，最终达到优化能源消费、实现高质量发展具有重要的研究价值。

1 文献综述

1.1 技术创新与能源消费

关于技术创新与能源消费之间的关系，过往的研究结论主要分为两类：（1）技术创新能够降低能源消费，刘凤朝和孙玉涛 （2008）［1］指出技术创新是减少能源消费、提高能源效率的关键一步，专利授权量增加所代表的技术创新能力提高能够显著节约能源消费。王俊松和贺灿飞 （2009）［2］通过对分行业技术进步贡献的分析发现中国能源强度降低主要得益于技术进步，尤其是化工业、冶炼业、开采业等高耗能产业部门的技术进步。姜磊和季民河 （2011）［3］、 李强等 （2014）［4］认为以研发投入和人力资本为代表的技术进步能够显著提升能源效率，从而达到节约能源消费总量的效果。侯贵生与侯莹 （2021）［5］提出技术创新能够长期持续地抑制区域能源消耗水平，尤其是在创新氛围好的区域；（2）技术的进步反而会增加能源消费。 早期的 Khazzoom （1995）［6］、 Brookes（2004）［7］经过调查认为技术创新开始可能会降低能源消费，但是在超出一定界限后会出现相反的结果。高辉等 （2013）［8］通过测算能源回弹效应系数发现在能源价格偏低、能源使用效率也偏低的状况下，技术进步所节约的单位能耗并不足以弥补经济扩张带来的能源消费增长。冯烽和叶阿忠（2015）［9］、 庞敏等（2017）［10］、 周吉光等（2017）［11］学者认为单纯依靠技术进步，不但不会降低能源消费总量，相反由于 “回弹效应”的存在还会带动能源消费总量的增长。还有部分学者提出由于在行业、经济发展水平、环境规制等方面的差异，技术创新对能源消费的影响存在显著的异质性，因此制定相关政策时需要因时制宜、因地制宜［12-15］。

1.2 产业结构与能源消费

关于产业结构与能源消费的关系，Donella（1992）［16］最早发现产业结构变动对能源消费存在影响。 而后的 Tae和 Park （2005）［17］、 Ahmed（2014）［18］、 Narayanan 和 Santosh（2014）［19］等国外学者通过对不同国家的研究分析认为产业结构的变化是影响能源消费的重要因素。张慧敏等（2013）［20］从产业结构变动与能源消费类型分析认为，不同能源消费对产业结构调整的敏感度不同，并且产业结构调整在经济结构变动能够发挥节能作用的前提下才能对能源消费产生抑制作用，否则会出现消极影响。李姝和姜春海 （2011）［21］、纪玉俊和赵娜 （2017）［22］指出市场化水平和政府干预程度通过影响生产要素的资源配置，对产业结构变动对能源消费的作用产生重要影响。于斌斌 （2017）［23］通过比较分析得出，一味加大产业结构调整幅度并不能有效改善能源消费，而提高调整质量不仅有利于提高能源效率，还能够通过溢出效应对周边地区输出积极作用。陈菡彬等 （2019）［24］研究发现产业结构高级化与能源消耗强度之间存在着明显的非线性关系，过度的产业结构高级化可能会导致能源消耗强度降低程度反而有所上升。邹璇和王盼 （2019）［25］则提出产业结构的合理化和高度化对能源消费结构的影响存在着显著的地区差异，中西部地区应大力推动产业升级，充分发挥产业结构升级对能源消费的优化作用，而东部地区应加强技术开发和新能源推广。

综上所述，国内外学者通过理论和实证研究得出的结论不尽相同，并且现有的文献普遍研究产业结构升级或者技术创新对经济的影响进而作用于能源消费，但技术创新、产业结构升级对能源消费这三者的关系不仅仅局限于简单的线性关系，将三者联系起来讨论分析可以更为全面。另外，现有的文献对于长三角地区的研究较少，缺乏深入的分析，长三角地区作为中国经济发展的重要战略区域，对于全国的经济战略转型有借鉴作用。本文利用面板数据对长三角地区技术创新、产业结构升级和能源消费之间的动态关系进行深入探究，不论在理论层面还是现实层面都具有很重要的研究意义。

2 理论分析与模型构建

2.1 理论分析与研究假设

降低能源消费是社会经济发展过程中的必然趋势，而技术创新和产业结构升级对能源消费有着重要的影响。在其他因素不变的情况下，降低能源消费的方式主要有两种：

（1）通过技术创新降低能源消费增长率，促进经济的可持续发展。技术创新提高能源利用效率。技术进步不仅令生产所使用的机器设备更加便捷，也会使能源的利用更加高效和智能。快速的技术进步令对于高技能的劳动力的需求不断增加，改变了生产要素的边际替代率，资本和劳动等生产要素逐步替代能源，减少能源消耗；另外，技术创新实现能源消费多元化。技术进步会使得传统的煤炭、石油等能源消费减少，提升新型能源的利用和开发，同时也会使得能源的开发更为环保和可持续。并且，技术的不断发展提高了发现和使用新能源的可能性，如生物质能、热能、海洋能等，促进了能源供给多元化，进而优化能源消费结构。

（2）通过产业结构转型调整影响能源消费。产业结构升级能够降低能源投入比重。在实现转型升级中，产业逐步从农业转移到制造业，最后过渡到服务业，同时也逐步实现由资源密集型、劳动密集型产业发展成知识密集型产业，并且产业间的相互联系会日益增强。产业结构的调整，不仅促使能源消费的结构更加合理，也推动产业关联性充分发挥降低能源消费的积极影响；另外，产业结构升级能够降低高耗能产品的需求。在经济发展的过程中，产业结构的转变会促进经济的增长，随着收入水平的增加，国民素质会有进一步的提高，环保意识显著提升，居民更加注重绿色产品的消费，逐步改变消费需求，继而降低能源消费。

通过以上的机理分析，本文做出以下的假设：（1）能源消费与技术创新、产业结构升级显著相关；（2）技术创新、产业结构升级对能源消费的关系呈现负相关；（3）技术创新、产业结构升级对能源消费的影响存在滞后效应。

2.2 模型构建

为更全面地考察技术创新、产业结构升级与能源消费之间的关系，本文选用PVAR模型。PVAR模型能够较好地描述各变量之间的传导机制，不需考虑对变量内、外生性的区别，并且PVAR模型可以降低VAR模型对时间序列数据的长度要求。本文以PVAR估计方法为基础构建如下面板自回归模型：

其中，yi，t是包含3个内生变量的列向量（EC，TC，IS）T，i代表样本单位，t代表年度，p代表模型滞后阶数；β0代表截距项向量，βj代表滞后变量的参数矩阵；αi是地区效应列向量，表示以固定效应形式反映的截面个体差异性，ηt是时间效应列向量，表示时间变化对截面个体的影响，εi，t是 “白噪声”扰动项。

2.3 数据说明

为保证数据的可获性与有效性，本文使用2000～2020年上海市、江苏省、浙江省3个省市的面板数据进行实证分析，相关数据来自各省市统计年鉴与 《中国科技统计年鉴》。

（1） 能源消费 （EC）

单位地区生产总值能耗即能源消费量与地区生产总值的比率，能够反映地区能源利用效率和节能情况，因此本文采用单位地区生产总值能耗表示地区能源消费情况。

（2） 技术创新 （TC）

技术创新需要转化为实际生产力才能对生产消费形成显著影响，因此本文从投入产出角度选择地区单位投资额获得的专利数来衡量地区的技术创新水平。

（3） 产业结构升级 （IS）

本文采用泰尔指数进行衡量产业结构升级，泰尔指数是用来衡量产业结构偏离均衡程度的指标，在技术、消费需求、人口、资源等条件下，对与经济发展不匹配的生产要素进行调整，实现生产要素的有效配置，使产业协调发展。需要注意的是泰尔指数为逆向指标，即泰尔指数绝对值越大，产业结构越不合理。

3 实证分析

3.1 平稳性检验

在进行PVAR模型估计之前，为避免出现面板数据 “虚假回归问题”，需要进行变量的平稳性检验，以确保估计结果的有效性。因此，本文采用LLC、PP、ADF、IPS 4种方法对各面板数据的平稳性进行检验，具体结果如表1所示。可以看出，在4种检验方法下，各变量序列均在1%显著性水平下拒绝原假设，为平稳序列，可以进行PVAR模型估计。

表1 面板单位根检验

3.2 最优滞后阶数确定

在进行面板GMM估计之前先要确定模型的最优滞后阶数，本文根据AIC、BIC与HQIC准则，将模型最优之后阶数确定为1，具体结果如表2所示。

表2 最优滞后阶数确定

3.3 GMM估计

由于模型中存在固定效应，且解释变量中还包含了被解释变量的滞后项，因此本文使用 “前向均值差分法”去除时间效应和个体固定效应，并采用系统广义矩估计（GMM）方法对参数进行更有效的估计。本文使用Stata16.0软件对PVAR模型进行估计，结果如表3所示。

表3 PVAR模型GMM估计结果

根据PVAR回归结果，可以发现滞后一期的技术创新对当期的能源消费的影响在1%水平下显著为负，即技术创新水平的提升一定程度上能够降低能源消费，但其影响存在滞后效应。这种滞后现象可能由于将技术创新转化为生产力的过程中需要一定的时间并要求各个部门之间具有良好的协调性，因而会延迟创新成果的转化；另外，滞后1期的产业结构升级对当期能源消费的影响系数在1%的水平下显著为负，但要注意的是，由于本文在产业结构升级方面采用的泰尔指数是逆向指标，因此负向结果所表示的是产业结构合理化程度越高，能源消费量越多，即随着产业结构转型升级，长三角地区的能源消费不断增加。这一结果可能是因为目前长三角的第二、第三产业发展模式仍以能源消耗为主，绿色化水平仍有待进一步提高，并且第二、第三产业快速发展带来的大规模人口集聚也会带来更高的能源消费，因此以产业结构逐渐向第二、第三产业偏重为显著特征的产业转型升级会造成能源消费进一步增加。

3.4 脉冲响应与方差分解

为探究技术创新、产业结构升级对能源消费的动态影响路径和作用程度，需要进行脉冲响应和方差分解。本文通过500次蒙特卡洛模拟，得到各变量的脉冲响应结果。

技术创新对能源消费的脉冲响应如图1所示。面对技术创新一个标准差的冲击，能源消费在初期是呈现反向关系，并随着时间不断增大，在第5期左右逐渐稳定。这说明技术创新对能源消费在初期可能会出现短暂的促进作用，但随时间发展，技术创新的节能减排作用逐渐增强。这是因为短期内，技术创新能够降低产品的成本，提高机器设备等固定资产的使用率，可能会造成在一定程度上的能源消费增加。但从长期来看，技术进步对能源消费的影响程度随着时间逐步加深，技术创新对能源消费变动的贡献程度不断增加，其减少能源消费的积极作用逐渐增强。

图1 技术创新对能源消费的脉冲响应图

从图2可知，能源消费对产业结构冲击在初期的反应不强，之后数期产生负向反应并且缓慢增加，表明此时产业结构趋向于合理化变动会导致能源消费增加，而在中后期能源消费开始出现正向反应，说明产业结构合理化达到一定水平后，逐渐显现出对能源消费的抑制作用。长三角地区的工业目前仍处于较为粗放型的阶段，粗放型的工业发展模式必然会增加能源消费，拉动能源需求。然而随着经济的发展，知识密集型产业逐渐成为经济的主导产业后，不断发展高技术产业和服务型产业，产业结构合理化水平不断提高，最终会达到减少能源消费的效果。

图2 产业转型升级对能源消费的脉冲响应图

由GMM估计结果可知，滞后1期的EC对当期自身的影响在1%水平下显著为正，而由图3可知，能源消费对自身的影响效应是正向的，再次说明能源消费存在惯性效应，这与企业和居民的能源消费习惯息息相关。

图3 能源消费自身影响的脉冲响应函数

在脉冲响应函数的基础上，本文进一步使用方差分解来判断各变量对能源消费变动的贡献程度。通过方差分解结果可以看出，从第2～10期，技术创新和产业结构对能源消费的贡献程度均不断增加。如在第2期，产业结构对能源消费的贡献程度仅为17.01%，但是到第10期，该贡献率增加到72.05%，这一趋势与脉冲响应图的分析相符合。而能源消费自身的影响效应是不断下降的，时间越长，影响的贡献程度就越小。第2期的能源消费自身贡献度为79%，第10期的能源消费变动的贡献度下降至22.75%。以上证明能源消费的影响因素除了外因之外，自身的滞后性对其也有很大影响。可见，能源消费受到技术创新和产业转型升级的影响是越来越大的，但是它自身惯性的作用呈现下降趋势。以第4期作为分界点，在第4期以前，技术创新对能源消费的影响更大，第4期之后，产业结构升级的贡献程度更大。这表明，在短期内，降低能源消费更有效的方式是进行技术创新，但是从长期来讲，产业结构合理化的节能减排作用更加显著。

表4 方差分解结果

4 结论与建议

本文在理论分析的基础上运用长三角地区2000～2020年的面板数据构建PVAR模型实证探究了技术创新、产业转型升级对能源消费的动态影响，得出如下结论：

（1）长三角地区技术创新能够减少能源消费，并且在短期内的影响较为显著，但同时其影响始终小于能源消费对自身变动的贡献程度，技术创新的绿色作用未充分发挥；（2）长三角地区的产业转型升级在初期会增加能源消费，而在长期则表现出降低能源消费的作用。相对于技术创新而言，产业转型升级对能源消费的变动影响长期来看贡献度更高；（3）产业转型升级、技术创新对能源消费的影响存在滞后效应，能源消费自身存在正的滞后性。技术创新、产业转型升级对能源消费的贡献度是逐步增加的，而能源消费自身的效应呈现不断下降的趋势。

基于此，本文提出以下政策建议：（1）建设技术共享平台，创新区域能源管理。技术创新是当代经济发展战略的核心竞争力，是提升综合实力，实现自我发展的必然选择。长三角地区应合作建设技术共享平台，提升各地区各领域的创新能力，降低区域技术壁垒以充分发挥知识技术溢出效应。同时，建立标准的能源管理制度，有效规范能源消费行为，对于研发绿色技术、引进绿色发展模式的企业给予一定的支持，鼓励技术转化应用，加强技术创新的绿色效应；（2）坚持产业结构调整，综合考虑经济效益和生态效益。实现产业结构的转型升级需要依靠高新技术改造传统能源产业，淘汰落后的产能和过剩产能，实现经济的可持续发展，达到有效控制能源消费总量的目的。长三角地区应积极鼓励引进新兴产业和高端产业，依托资金实力较为雄厚的产业和技术研发基地，建立现代化产业体系，合理调整产业结构和布局，实现协同发展；（3）改变能源消费习惯，提高节能意识。由于能源消费存在显著的消费惯性，因此提高消费者认识，改变生产和生活方式至关重要。政府应加快优化和调整能源结构，提高清洁可再生能源使用比例，并大力发展新能源，改变企业粗放型的生产方式，鼓励并培养民众养成科学理性的能源消费习惯。加强教育宣传和引导监督力度，激发全民节能意识，培养公民和企业良好的社会责任感，最终在社会上形成节能减排的良好氛围。