技術進步視角下我國能源強度研究

王富忠

（浙江科技學院 經濟與管理學院，浙江 杭州 310023）

一、引言

從技術進步角度來看，計算機的發明以及之后的科學技術的快速發展，社會生產力快速提升，人類進入了“大量生產—大量消費”的時代，能源消費巨大，資源環境因而面臨較大壓力。隨著我國改革開放以來經濟的快速發展，煤炭依賴、能源資源緊張以及粗放型增長所導致的環境壓力越發凸顯。

近些年我國非常重視環境保護和節能減排，可持續發展理念深入人心。隨著我國對于環境問題及能源安全的日益重視，踐行“雙碳”戰略，就要不斷減少對高碳能源的消費需求，破除長期以來對傳統能源的依賴，要增大其他清潔能源的使用量，還要通過種植樹木等其他形式，全方位減少能源消費和碳排放。目前，我國煤炭消費占比由20 世紀末的70%左右下降到如今的56%左右。其他能源，如天然氣、水電、風能、核能等能源的消費占比也有了較大程度提升，能源結構正在逐漸改善。中國作為全球最大的能源消費國之一，優化能源消費結構，踐行低碳農業、低碳工業和低碳生產性服務業的科技發展之路十分必要。

二、文獻綜述

從技術進步和外商直接投資視角對能源強度進行研究的文獻不多，其研究視角基本上可分為以下幾類：

一是技術進步或技術創新的抑制影響。

Welsch&Ochsen(2005)研究認為，技術進步有利于節省能源[1]。馮永晟等(2020)、魏麗莉和陳熙(2022)等的研究也認為，技術進步有利于降低能源強度或節能降耗，能源增長型技術水平的提升顯著地抑制了我國的能源強度[2，3]。就研發投入而言，劉慧慧、許超(2020)認為，研發投入有利于抑制我國能源強度[4]，但也有觀點認為，R&D 支出對抑制能源強度并沒有表現出明顯的積極影響[5]。

二是外商直接投資(FDI) 的技術溢出影響。

現有的多數研究認為，外商直接投資(FDI)的技術溢出有利于抑制能源強度。如FDI 能通過促進技術溢出效應而有助于降低能源強度[6]。FDI 能顯著降低我國工業能源強度[7]。沈小波等(2021)研究我國能源強度時發現，優化外商直接投資有助于驅動能源強度下降[5]。張躍軍、梁安然(2021)研究認為，相較于國外技術溢出，本土研發對降低能源強度有更大的作用[8]。孫可哿等(2022)針對中國火力發電企業層面數據的研究表明，外商直接投資的技術溢出效應帶來顯著的中性技術進步和要素節約，對能源強度下降有顯著貢獻[9]。

三是其他影響能源強度的因素。

第一，能源價格。Liu &Zhao(2015)、He 等(2016)均認為，能源價格能抑制能源強度[10，11]。孫祥棟等(2023)則研究“一帶一路”沿線國家能源問題時發現，沿線國家能源相對價格的提高在整體上降低了能源強度水平[12]。

第二，對外貿易。沈小波等(2021)研究認為，對外貿易的發展既能對自身能源強度的下降做出貢獻，又能通過溢出效應對其他地區降低能源強度產生積極作用[5]。

第三，能源結構。Ma&Yu(2017)、Cai&Menegaki(2019)均認為，能源結構對能源強度起調整作用[13，14]。張寅浩(2022)從煤炭能源結構研究發現，煤炭占能源消費總量的比例下降，有利于單位GDP 能耗下降[15]。

三、現狀與理論分析

1. 現狀分析

（1） 技術進步

第一，研發經費。我國研究與試驗發展經費支出由2000年的896 億元上升至2021 年的27956.3 億元，年均增長率為17.8%，超過了GDP 在此期間的年均增速12.32%，屬于較快的增長。研究與試驗發展經費支出包括基礎、應用和試驗發展經費支出三項。這三項在2000—2021 年間的年均增長率分別為19.04%、15.52%、18.11%。當前，我國的研究與試驗發展經費支出在我國國內生產總值中的比重由2000 年的0.89%上升到2021 年的2.43%，有了較大的提升，這與我國一直重視技術研發與科技創新有關。

第二，發明專利。以專利為代表的知識產權型戰略是國家軟實力提升的重要組成部分。2000 年我國專利申請數為170682 項，2021 年上升至5243592 項，2000—2021 年間的年均增長率在17.71%左右，增長速度較快，而發明專利申請數、專利申請授權數、發明專利申請授權數也保持較快的增速，年均增速均達到了17%以上，其中發明專利申請授權數的年均增速最高，達到了21%。從現有的數據來看，我國的專利數量每年達數百萬，可見我國的國家軟實力和競爭力有了很大提升。

（2） 能源消費與能源強度

第一，能源消費。我國的能源消費總量在2000—2021 年間的年均增長速度為5.03%，而物流業能源消費維持在5.31%的年均增長速度，高于工業(4.8%)、農林牧漁業(3.22%)，低于建筑業(5.82%)、批發、零售業和住宿、餐飲業(6.03%)等行業。從各行業的能耗占比變化來看，工業能耗占比由2000 年的70.09%下降到2021 年的66.28%，農林牧漁業能耗由2000 年的2.88%下降到2021 年的1.84%，工業和農林牧漁業的能耗占比下降反映了低碳工業和低碳農業的推進工作起了作用，煤改電、油改氣等大量工程的建設同樣取得了成效。

第二，能源強度。據《中國能源發展報告2023》顯示，我國能源消費仍呈現剛性增長態勢，隨著我國能源政策體系不斷完善，有力保障了我國的能源安全可靠供應。通過對歷年統計年鑒的數據進行測算，能源強度名義值和能源強度實際值如圖1 所示。其中，能源強度實際值處于上升狀態，在2000—2006年間上升較快，之后基本保持緩慢上升狀態。

圖1 能源強度名義值和能源強度實際值（計算GDP 實際值時以2000 年為基期）

2. 理論分析

（1） 技術進步理論分析

將能源要素單列，設生產函數包括三種投入要素，即資本K、勞動L、能源E，產出為Y。若能源投入要素以高碳能源為主，生產函數則寫為若能源投入要素以低碳能源為主，生產函數則寫為。這兩種情況下的α1、β1、γ1、α2、β2、γ2分別為相應投入要素的產出彈性。Ah、Al分別表示兩種情形下的技術進步系數。

假定經濟社會的能源投入要素以高碳能源為主，用公式表示為：能源投入要素以低碳能源為主，用公式表示為假定社會的產出量在使用高碳能源或使用低碳能源時是一樣的，即產出量在使用高碳能源或使用低碳能源時相等，故Yh和Yl相等（即無論使用何能源，產出量不受影響）。鑒于高碳能源的耗用量大于低碳能源，即Eh>El，同時成立。假定資本投入和產出彈性維持不變，即如果從長期來看，考慮到老齡化因素，勞動投入會逐漸被機器取代，可能會存在單位勞動的產出彈性上升，即β1<β2，但仍會有的關系存在。將上述分析總結歸納如下：

由式(1)~式(4)，可推斷出Ah

（2） 能源強度理論分析

設C-D 函數為Y=f(K，L，E)，Y=AKαLβEγ。設總成本為C，資本、勞動、能源的價格分別為PK、PL、PE。生產決策的依據為：在成本約束條件下選擇資本、勞動、能源的最優投入組合，使產出最大化，則有：

針對固定總成本C0，利潤函數為π=f(K，L，E)+λ(C0-PKKPLL-PEE)。根據產出最大化的一階條件，分別求?π/?K、?π/?L、?π/?E、?π/?λ，而后計算得到：

設EI為能源強度，則最優能源強度為：

在此基礎上，將高碳能源(Eh)、低碳能源(El)要素分別單列，則C-D 生產函數可寫為：。其中，γ1>0，γ2>0，代表彈性系數。設總成本為C，高碳能源、低碳能源的價格分別為PEh、PEl。根據投入與產出的決策依據有：

針對固定的總成本C0，根據產出最大化的一階條件，可算出高碳能源、低碳能源的最優投入分別為Eh*和El*，繼而得到分類能源共存情形下的最優能源強度可表示為：

EI*就是高碳能源和低碳能源共存時的最優能源強度。若未來低碳能源完全替代高碳能源，則有：

3. 研究假設

文章根據各指標對能源強度的影響，提出不同研究假設。

（1） 電商發展

近年來，中國電子商務交易規模持續擴大，穩居全球網絡零售市場首位。電子商務行業的迅猛發展給社會帶來巨大經濟效益和便利，但同時也帶來了能源消耗增加的問題。據此，提出如下假設：

假設H1：電商發展與能源強度正相關。

（2） 技術進步

文章通過研發支出和發明專利兩個指標來體現技術進步。研發支出反映的是通過技術引進、消化吸收、技術創新、技術擴散等在內的復雜的系統工程，提升包括能源領域在內的諸多領域的技術水平。截至2022 年底，世界知識產權組織最新發布的《世界知識產權指標》報告顯示，我國發明專利有效量位居世界第一，我國有效發明專利實現量質齊升。能源領域的發明專利越多，越有利于提升能源技術效率。因此，提出以下研究假設：

假設H2：研發支出與能源強度負相關。

假設H3：發明專利與能源強度負相關。

（3） 內貿發展

內貿業務涉及生產生活中的諸多方面，與商品的流通息息相關，關系到能源的耗用。我國的內貿總額近年來有了顯著的提升，自2015 年以來，內貿總額已經穩穩超過了外貿總額。內貿業務的快速發展意味著能源耗用也在增加。因此，提出如下研究假設：

假設H4：內貿發展與能源強度正相關。

（4） 外貿發展規模

2005 年，我國貨物貿易進出口總額首次超過10 萬億元，2010 年突破20 萬億元，2018 年超過30 萬億元，再到2022 年的42.07 萬億元，外貿規模連續邁上新臺階。在2002—2014 年間，每年的外貿總額穩穩超越了內貿總額，我國外貿依存度在此期間最高達到了60%以上。并且，我國的外貿運輸絕大部分是通過遠洋運輸來完成，單位成本雖比較低廉但運輸周期較長。據此，提出如下假設：

假設H5：外貿發展規模與能源強度負相關。

（5） 能源結構

能源主要分為煤、油、氣、電等，又可根據能源換算系數將上述這些能源分為高碳能源集合體和低碳能源集合體兩大類。低碳能源集合體包括天然氣和電力等，其他為高碳能源集合體。文章以低碳能源集合體的數量占總能源消費的比例來體現能源結構的變化?！半p碳”目標的提出宣告了我國綠色低碳轉型的決心和雄心，因此低碳能源替代高碳能源是未來發展的趨勢。鑒于此，提出如下研究假設：

假設H6：能源結構與能源強度負相關。

（6） 產業結構

產業結構是影響能源強度的直接因素之一。文章以第二產業占比來體現產業結構的變化。第二產業即工業，包括采礦業，制造業，電力、燃氣及水的生產和供應業等行業。中國制造業能源消耗占比高，與增加值占比水平不匹配，導致能源利用效率低。據此，提出如下研究假設：

假設H7：產業結構與能源強度正相關。

（7） 外商直接投資

我國國內的市場環境較優，吸引了大量的外資，對于我國經濟發展有著較大的貢獻。隨著外商直接投資的領域逐漸擴展，外商直接投資規模的不斷擴大不僅帶來了優秀的管理及人才、先進的能源技術和裝備，還有利于產業鏈的構建，而且還有利于完善我國能源產業體系及提升能源技術效率，具有技術溢出效應。據此，提出以下研究假設：

假設H8：外商直接投資與能源強度負相關。

四、模型構建與實證分析

1. 變量說明

針對我國能源強度發展的各種影響因素，設置如下變量，具體變量說明如表1 所示。

表1 變量說明

2. 數據來源

文章的樣本數據來自歷年《中國能源統計年鑒》 《中國統計年鑒》 等公開資料。鑒于數據的可得性，數據時間段定為2006—2021 年，樣本數據共包括30 個省份（除西藏和港澳臺地區） 的480 個樣本。

3. 能源強度的回歸分析

（1） 技術進步

為了解決自相關、同期相關等問題，使用FGLS 方法進行估計。針對電商與技術進步，分別增加了電商發展和技術進步變量，構建模型如下：

其中，i為地區，t為年份，uit為擾動項。模型中各變量均為對數，用以消除模型中可能存在的異方差。模型1 包含電商發展關鍵變量，模型2 加入了技術進步關鍵變量。模型1 與模型2 的FGLS 估計如表2 所示。

表2 能源強度的FGLS 估計結果（技術進步）

從電商發展與技術進步的角度分析，電商發展有利于經濟增長，但電商產品的生產與流通均需要耗用能源，故電商發展可以提升能源強度，驗證了假設H1。而代表技術進步的研發投入和有效專利的回歸系數是顯著為負，抑制能源強度上升，驗證了假設H2 和假設H3。內貿的增加對能源強度有促進作用，驗證了假設H4。外貿影響為負且顯著，這是因為外貿的載運量大、運輸成本低（包括能源成本），有利于抑制我國能源強度上升，驗證了假設H5。能源結構顯著為負，低碳能源占比的上升有利于抑制我國能源強度，驗證了假設H6。產業結構的回歸結果表明，第二產業占比的上升（工業占比的上升） 會促進我國能源強度的上升，驗證了假設H7。

（2） FDI 技術溢出效應

如前所述，外商直接投資(FDI)具有技術溢出效應。因此，建立如下的計量模型：

模型3 至模型4 加入了關鍵變量外商直接投資，回歸結果如表3 所示。表3 結果驗證了假設H8。原因在于，外商直接投資不僅會帶來優秀的管理及人才、先進的能源技術和裝備，有利于產業鏈的構建，而且還有利于完善我國能源產業體系及提升能源技術效率，進而抑制我國能源強度。

表3 能源強度FGLS 回歸結果（FDI 技術溢出）

表4 能源強度FGLS 回歸結果（地區不平衡分析）

（3） 地區不平衡

在上述模型的基礎上，分別增加虛擬變量central和west，分別代表中部地區和西部地區，用于與東部地區進行比較。再單獨增設北方地區虛擬變量north。模型分別如下：

模型5 至模型8 相應的地區不平衡分析模型估計結果如表4 所示。就地區分析結果而言，可以判斷出三大區域的能源強度發展水平呈現西部地區最高，中部地區次之，東部地區最低的不平衡特征。就南方、北方地區而言，北方地區的能源強度高于南方地區。

五、結論與政策建議

文章以能源強度作為切入點，從技術進步層面、FDI 技術溢出層面、地區不平衡層面研究了我國能源強度。主要得出以下四點研究結論：

第一，我國的能源強度實際值呈上升趨勢，表明能源效率不高。短期內抑制能源消費需求的因素有很多，國家提倡的節能減排、低碳能源成本較低等可能是較為重要的因素，長期來看走低碳化之路及踐行“碳達峰、碳中和”戰略目標勢在必行。

第二，低碳能源充分替代高碳能源時，技術進步也在提升。反之，若技術進步提升了（特別是能源技術水平提升了），也會有助于加快低碳能源替代高碳能源。

第三，從技術進步角度來看，研發支出和發明專利的提升有助于抑制我國能源強度，而外貿借助規模優勢、外商直接投資的技術溢出、低碳能源消費占比的提升也有助于抑制我國能源強度，而內貿、電商發展、第二產業占比的上升會促進我國能源強度。

第四，從區域異質性來看，我國能源強度呈現出西部地區省份總體較高、中部地區次之、東部地區省份總體較低的特征。從南方、北方地區來看，北方地區省份的能源強度高于南方地區省份。

鑒于上述研究結論，提出如下對策建議：

第一，加強低碳工業和低碳物流業的發展。鑒于工業的能源消費量最大，改善工業的能源消費效率并抑制工業的能源強度是重中之重，因而應加強工業的低碳化發展，走科技創新之路實現工業強國。鑒于物流運輸業的能源消費較大且能源強度較高，故大力推廣天然氣動力船舶、天然氣動力卡車、電動重卡和電動小貨車、電動作業車輛（如叉車等） 等低碳化裝備應用于物流運輸業中，有助于降低物流運輸業的總體能耗強度。

第二，促進經濟高質量發展，持續擴大對外開放，大力引進外商直接投資，加大能源技術的研發，以此抑制能源強度。應加快內貿、外貿的高質量發展，推行高水平對外開放，鼓勵能源技術領域的合作與研究。積極促進產業、能源結構轉型，以高附加值的制造業發展提高能源效率。以產業結構優化、技術進步推動節能產業的快速發展。立足現實、務實推進節能、提效工作；放眼未來，爭占全球綠色、低碳轉型發展的戰略制高點，實現經濟繁榮和環境可持續性。