东北三省资源型城市能源效率差异及原因

关 伟， 陈 瑞， 许淑婷

(辽宁师范大学 地理科学学院，辽宁 大连 116029)

资源型城市是以开采和加工本地区矿产和森林等自然资源的相关产业为主导产业的重要城市类型[1].我国资源型城市兴起于“一五”时期，为中国工业体系的建立及经济发展的促进做出了历史性的贡献.全球化和资源的大量开采导致资源型城市自20世纪末以来陷入“资源诅咒”的窘境.国务院出版的《全国资源型城市可持续发展规划(2013—2020年)》将资源型城市的可持续发展上升到国家发展战略.资源型城市可持续发展的相关研究[2-4]成为我国学术界研究的热点之一.已有诸多文献集中于东北地区的资源型城市转型的视角，相关研究初期关注产业转型[5]和经济转型[6]，近年来较多学者围绕城市的社会、资源、环境转型展开研究.如陈妍等[7]从环境、经济、社会3个方面系统地分析东北地区资源型城市的协调转型.也有学者对资源型城市转型效果进行了评价，如孙菲等[8]从时空角度分析东北地区资源型城市绿色发展效率，发现不同类型资源型城市绿色发展效率差异明显，环境问题突出.张梦朔等[9]构建包含“资源、经济、生态、社会、创新”的五维评价法对东北地区2003年以来7个典型煤炭城市经济转型绩效进行了全面评价.

能源效率指利用较少的能源生产同等数量有用的产出和服务[10].能源效率的测算方法趋于丰富，由单要素能源效率转向多投入多产出的全要素能源效率.Hu和Wang[11]最早提出全要素能源效率，认为生产活动的最终产出与经济、人口、能源多方面投入相关.我国资源型城市能源消耗及其造成的污染排放和经济社会发展之间的矛盾加剧，基于多投入多产出的全要素能源效率相较单要素能源效率更能揭示一个地区的能源、人口、经济与环境的协调程度.为提升资源型城市能源效率以化解城市矛盾，李博等和蒋闯对于全国资源型城市的能源效率进行研究.李博等[12]测度2004—2012年全国资源型城市的全要素能源效率并分析不同区域、不同群组之间能源效率的差异.蒋闯[13]在测算全国矿产资源性城市的能源效率的基础上对其影响因素进行分析.

综上可知，目前对于资源型城市的研究主要围绕其转型，少有文献关注资源型城市的能源效率问题，且相关研究多从国家宏观层面系统分析，缺乏对于典型的具有区域特色的东北地区资源型城市能源效率的针对性研究.且已有研究[13]表明由于长期粗放式的发展模式和高度资源依赖的经济结构，东北一些资源禀赋的城市能源效率在全国中处于低效率状态.东北地区的发展受益于能源亦受制于能源，针对性地以东北地区为研究单元，分析东北地区各资源型城市地级市能源效率的差异和影响因素，提出提高东北地区资源型城市能源效率的建议，以此作为可持续发展的切入点和实现高质量发展的突破口，以期为资源型城市的转型和东北振兴政策的制定提供案例支撑与决策参考.

1 研究方法、指标选取与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 超效率SBM模型

考虑非期望产出的SBM模型是一种可以有效评价考虑“节能减排”的能源效率的非径向DEA模型，由Tone[14]于2001年提出.为进一步对有效单元区分，Tone[15]于次年提出“能源效率值可大于1”的SBM超效率模型，本文参照现有文献[16]，采用考虑非期望产出的超效率SBM模型评价东北地区资源型城市能源效率，表达式如下：

(1)

其中，ρ表示能源效率值，x、y、b分别代表投入、期望产出、非期望产出相应指标，N、M、I则对应表示它们的个数，t、k代表年份和地区，z表示强度变量.

1.1.2 核密度估计

核密度估计是一种用以估计概率密度函数的非参数估计方法[17]，其优势为无须特定的函数形式，而依据数据本身的特征较全面地描述变量的分布特征.可借此方法拟合东北地区资源型城市能源效率的密度函数分布曲线，以此分析能源效率演变情况，公式如下：

(2)

其中，f(x)为核密度估计值，n为样本个数，h为带宽，它决定了曲线的平滑程度，k为核函数.本文选取Eviews软件默认的核函数和带宽，从曲线分布的位置、延展性及分布形态对能源效率核密度曲线特征进行刻画.

1.1.3 地理探测器

地理探测器可探测空间分异性并揭示其背后的驱动因子，广泛应用于自然和社会科学多个领域[18].为探究东北地区资源型城市能源效率的驱动因素，本文引入地理探测器方法，公式为

(3)

1.2 研究单元

《全国资源型城市可持续发展规划(2013—2020年)》界定出我国资源型城市(包含126个地级行政区)共有262个，东北三省资源型城市有21个(地级行政区)，其中，黑龙江省资源型城市数目占黑龙江省全部地级市的比例高达67%.鉴于数据的可获得性，本文选取其中的19个地级市(延边朝鲜族自治州和大兴安岭地区数据缺失)作为研究单元，具体城市见表1.

表1 东北三省资源型城市

1.3 指标与数据说明

1.3.1 测度能源效率值

在指标选取方面本文参考已有研究，构建能源效率评价指标体系(表2)，考虑DEA模型不宜选用较多指标，采用熵值法将非期望产出相关指标合为综合环境影响指数.

表2 能源效率投入产出指标体系

上述指标数据时间跨度为2008—2019年，其余指标数据均来源于2009—2021年《辽宁省统计年鉴》《吉林省统计年鉴》《黑龙江省统计年鉴》《城市统计年鉴》，个别空缺数值采取插值法补齐.地区生产总值和全社会固定资产投资两项指标由于缺乏城市地区生产总值指数和固定资产价格指数，故选取城市所在省的相应指数进行平减，基期为2008年.

1.3.2 探测能源效率影响因素

总结已有文献[19-20]可以得知能源效率的影响因素主要包括能源价格、能源利用结构、经济发展水平、产业结构比重、政府影响力、对外开放水平、科研投入力度、工业所有制结构、要素禀赋、科学技术投入等.其中，计算能源效率的投入产出模型时选取的指标是地区生产总值、劳动力及能源投入，与上述影响因素中的经济发展水平、要素禀赋等存在极强的共线性，对能源效率的影响程度无须再度验证.因此基于数据可获得性，选取产业结构水平、政府影响力、工业所有制结构、科学技术投入及对外开放水平5项指标探究东北地区资源型城市能源效率外部影响因素.

产业结构水平选取第三产业比重增加值与第二产业比重增加值表示，政府影响力用政府财政支出占GDP比重表征，工业所有制结构用国有企业工业产值占工业总产值比重表示，用科学技术支出占政府财政支出的比重表征科学技术水平.基于数据可得性，选取2009年、2012年和2016年相应数据进行探测，数据来源于2010年、2013年和2017年的《辽宁省统计年鉴》《吉林省统计年鉴》《黑龙江省统计年鉴》和《城市统计年鉴》.

2 东北三省资源型城市能源效率结果分析

2.1 东北三省资源型城市能源效率时间变化特点

根据2008—2019年东北三省资源型城市的能源效率值测度结果，运用Eviews11软件选取研究时段始、中、末的2008年、2013年和2019年的能源效率值绘制核密度曲线图(图1)，以此反映2008—2019年东北三省资源型城市能源效率值随时间的演变趋势，特征如下.

图1 东北三省资源型城市能源效率核密度曲线

从曲线分布位置看，2008—2013年东北三省资源型城市的能源效率核密度曲线整体向左偏移，核密度曲线对应的能源效率有所降低；而2013—2019年核密度曲线呈现向右小幅偏移的特点，说明东北三省资源型城市的能源效率值呈现小幅度上升.从曲线分布延展性看，2008—2019年东北三省资源型城市的能源效率核密度曲线两尾之间的距离变化幅度不大，表明能源效率值绝对差距变化不明显，整体变化步伐一致；而2008—2019年核密度曲线坡度先变陡峭后逐渐放缓，说明能源效率值相对差距先增大后减小，能源效率高值区域数量先减少后增加.数据表明，能源效率变异系数从2008年的0.267增加到2013年的0.316后减少到2019年的0.291，说明各市能源效率值分布先趋向分散后趋于集中.从曲线分布形态来看，2008—2019年整体呈负偏态分布，能源效率值有待提升.此段时间峰数稳定，呈现典型的双峰结构，能源效率值存在分化现象.

总体上，2008—2019年东北三省资源型城市能源效率值演变趋势呈现“高—低—高”的特征.原因主要如下：针对21世纪初资源型城市发展表现出的问题，国务院于2007年末发布了《国务院关于促进资源型城市可持续发展的若干意见》相关文件，于次年初确定首批全国资源枯竭型城市12座并开展转型试点，其中东北地区城市有5个，国家加大力度支持资源型城市转型发展及资源枯竭型城市修建重大民生工程和修复生态环境[21]，短时间内取得较好成效，能源投入量减少.但由于先前高耗能、高污染、低产出的粗放式发展存在环境恶化的滞后影响，且东北地区资源型城市转型陷入困境，能源效率值因经济低迷而降低.2013年末，国务院出版了《全国资源型城市可持续发展规划(2013—2020年)》，资源型城市可持续发展问题再度引起重视，2013—2019年能源效率值呈现上升态势.

2.2 东北三省资源型城市能源效率空间差异及原因

2.2.1 东北三省资源型城市能源效率空间差异

利用自然断点法将能源效率数值分为4个等级，表3分别是2008年、2012年、2016年、2019年的东北三省资源型城市能源效率空间等级分布表.

表3 东北三省资源型城市能源效率空间等级分布

多数资源型城市能源效率值具稳定性特征.从表3中可以看出，黑龙江省大庆市和吉林省松原市常年稳居第一梯队，伊春、鹤岗、双鸭山、通化、阜新、白山、葫芦岛、辽源、牡丹江、七台河常年位居三、四梯队，表明东北三省资源型城市能源效率值普遍较低，仍有上升空间.一些资源型城市能源效率值变动明显.盘锦、鸡西、吉林能源效率值下降，黑河的能源效率值先下降而后升高，抚顺4 a的能源效率值则呈阶梯式上升.在所研究的19个城市中，大庆市在研究时段内历年能源效率值均在1.2以上，能源效率最高.而阜新市能源效率最低，每年能源效率值在0.5～0.6上下浮动.表明能源效率空间上存在不平衡的极化现象.

2.2.2 不同发展阶段资源型城市的能源效率分析

《全国资源型城市可持续发展规划(2013—2020年)》依据资源的保障能力及可持续发展能力，将资源型城市划分为成长型、成熟型、衰退型和再生型(表4).资源型城市因资源开采而生，由于资源的不可再生性导致资源产业随资源枯竭而衰败，城市的可持续发展面临诸多挑战.由图2可得，成长型城市资源开采处于上升期，资源充沛，经济产出高，加大经济和科技投入力度提升能源效率，且城市不良问题尚未显现，故能源利用效率最高；成熟型城市资源开采稳定，经济发展依然稳固向好，能源效率值位居第二；衰退型城市资源保障能力弱，资源开采难度和成本提高，经济发展滞后，生态环境压力大，能源效率低下；再生型城市资源枯竭，发展作为接续产业的轻工业和第三产业，进而实现产业的转型升级，进入绿色可持续发展途径，能源效率有所回升.

表4 东北三省不同发展阶段资源型城市划分

2.2.3 不同资源类型资源型城市的能源效率的分析

参照张文忠[22]对资源型城市主导资源类型的划分(表5)，东北地区资源型城市包括黑色类、煤炭类、油气类、森工类和综合类.从图2中不难看出，能源效率值由高到低大致呈现为油气类>森工类>黑色类和煤炭类>综合类.主要原因为：油气类城市以石油、天然气的开采和石油化工产业为主导产业，承担为全国输送石油血脉的重任，严格遵守国家法规，环保意识强，设备完善开采效率高；产品多销于经济发达的东部地区，当地消费量低；产品回报高，GDP总量大，依托相对雄厚的经济实力及完善的城市基础，为进一步拓展产业链提供有利条件；综上，油气类城市能源利用效率高.森工类城市以林业的开采和加工为主导产业，过度依赖林业资源，产业多以初级生产工业为主，缺乏高附加值加工产业；产业结构单一，一旦林业面临资源枯竭的恶况，单一的人才结构致使失业率上升，经济进一步恶化；绿地面积大量减少，生态环境恶化，故能源效率不高.煤炭类城市以煤炭的开采与加工产业为主导产业，传统煤炭利用方式为燃烧，排放大量烟尘和气体污染物；煤炭开采门槛低，小型矿场多，资源浪费严重；煤炭作为初级产品和原材料，经济效益低，因而煤炭类城市能源效率低.黑色类城市和煤炭类城市相似能源效率不高，一方面环境污染严重，如大气污染、重金属污染等,另一方面,煤炭、金属的开采加工属劳动密集型产业，就业门槛低，劳动生产率低.综合类城市葫芦岛市支柱产业为石化、有色金属和能源产业等，能源消耗量大；有色金属的开采伴随着严重的重金属污染；且有色金属行业产能过剩，经济产出不高，因而能源效率低.

表5 东北三省不同资源类型资源型城市划分

图2 东北三省不同发展阶段、不同资源类型资源型城市能源效率均值

2.3 东北三省资源型城市能源效率影响因素分析

能源效率除了受上述投入产出指标的影响外，还受其他因素的影响，为进一步探究东北地区资源型城市的能源效率影响因素及影响程度，选取2009年、2012年和2016年相关数据，并选用地理探测器判断影响因素对能源效率的影响程度，利用ArcGIS软件对数据自然断点进行离散化处理得到类型量并导入GeoDetector中得到探测结果，具体指标及探测结果详见表6.

表6 影响因素指标体系及探测结果

从表中得知能源效率的影响因素解释力从大到小依次为政府影响(0.196)、产业结构(0.120)、对外开放水平(0.077)、工业所有制结构(0.042)和科学技术投入(0.031).

(1)政府影响力对能源效率影响为正且在所研究的影响因素中影响程度最大，这与东北三省资源型城市发展历史密切相关.数据显示在所研究的城市中大多数城市政府影响力高，如阜新、葫芦岛、通化、白山、伊春等，这些资源型城市属于衰退型和再生型城市，兴起于计划经济时期，政府决策对于三省的发展处于主导的地位.而双鸭山和大庆相对较低与黑龙江省整体财政实力相对偏弱相关，由于投资拉动作用减弱及人口流失加剧，黑龙江省经济下行压力增大.

(2)产业结构水平对能源效率的影响为正.东北三省的自然资源因大量开采利用而至衰竭，为走高质量绿色发展之路，需要优化产业结构.统计数据显示，鞍山、吉林、白山、鹤岗的产业结构水平较高，而黑河和七台河的产业结构水平较低.黑河市产业发展主要以农业、工业和建筑业为主，处于成熟期寻求转型发展，2016年开始建设五大连池德都机场，为未来转向旅游业发展创造有利条件.七台河市产业结构单一难以抵御市场风险，战略性新兴产业的培育和发展不快.

(3)对外开放水平对能源效率具有正向影响.2008—2017年东北三省资源型城市整体对外开放水平有一定的提升.近年随着东北三省深度融入共建“一带一路”的力度不断增强，东北三省正成为一个新的对外开放高地，对进一步提升能源效率具有重要意义.吉林、通化、鹤岗外资利用水平持续较高，鸡西、牡丹江2016年相较以往年份外资利用提升，主要得益于其优越的区位条件，开放空间大.2009年鞍山、抚顺对外开放水平较高，但2016年对外开放水平处于低水平状态，双鸭山、大庆和七台河市外资利用状况不佳，主要原因是位于内陆，基础设施薄弱、交通通达度不高，外资引进处于低迷状态.

(4)工业所有制对能源效率影响为正.东北三省国有企业总产值占工业总产值的比重在全国一直处于较高位置，国有企业在规模、资金、技术等方面具发展优势，加之国有企业对于市场化和产权的改革，促进国有企业生产率提升，因而对能源效率产生正向影响.数据显示盘锦、鸡西、鹤岗、双鸭山国有企业工业产值占工业总产值比重高，而本溪、通化、七台河相对较低.

(5)科学技术投入对能源效率影响较小.科学技术支出的费用多投入用于新产品试制、中间实验及用于科研所和科研机构承担的重大科研项目的开展，严格开展意义上不等同于科学技术进步，对能源效率影响不高.鞍山、吉林、通化、大庆科学技术投入度高，在知识经济时代，多数资源型城市注重对科学技术的投入.而葫芦岛、辽源、白山、七台河科学技术投入支出不多，能源利用也处于低效率状态.

3 结 论

根据2008—2019年东北地区资源型城市相关数据，利用考虑非期望产出的SBM模型测度能源效率，并分析能源效率空间差异，利用地理探测器分析东北地区资源型城市能源效率影响因素，结论如下：

2008—2019年间，东北三省资源型城市能源效率值总体演变趋势呈现“高—低—高”的特征，未来仍有上升空间.所研究的城市中能源效率最高的城市是大庆市，研究时段能源效率均处于“大于1”的有效阶段，而能源效率最低的城市为阜新市，研究时段内能源效率值位于0.5～0.6之间，能源效率存在空间极化现象.

由于矿产资源的不可再生和各类矿产的独特属性，东北三省资源型城市的能源效率空间差异与城市所处发展阶段及城市主要资源类型密切相关，发现平均能源效率值按照主要资源类型分类从高到低的顺序为油气类城市、森工类城市、黑色类城市、煤炭类城市、综合类城市.按照城市所处发展阶段分析，能源效率平均值由高到低为依次为成长型城市、成熟型城市、再生型城市、衰退型城市.故应对不同发展阶段、不同资源类型的资源型城市进行分类引导，区分侧重.

东北三省资源型城市能源效率影响因素解释力存在差异.所研究影响因素均为正向影响，能源效率的影响因素解释力从大到小依次为政府影响、三产比重、对外开放水平、工业所有制结构、科学技术投入，各项因素交互作用共同影响能源效率.