能源結構轉型的全要素能源效率研究

李慶 李潤寬

摘? 要? 經濟增長源于要素貢獻和全要素生產率貢獻，傳統能源要素貢獻會帶來二氧化碳非期望產出，以可再生清潔新能源替代傳統能源的能源結構轉型是減少二氧化碳排放、實現碳中和的主要路徑，新能源替代傳統能源為經濟增長提供了新的動力和增長點。能源結構轉型是傳統能源和新能源此消彼長的過程，也是以創新能源技術替代成熟能源技術的過程。利用2010—2020年的投入產出面板數據對全要素能源效率進行數據包絡分析（DEA-ML），發現全要素能源效率的提升主要源于技術進步貢獻，技術效率提升的貢獻明顯不足，在新能源產業保護政策逐漸退出后，為了保持新能源對傳統能源的競爭力，有必要著重強化新能源技術效率，以技術進步和技術效率的共同提高提升全要素能源效率，助力實現碳中和目標和高質量發展目標。

關鍵詞? 新能源? 綠色全要素生產率? 能源效率

作者簡介 ：? 李慶，中國社會科學院生態文明研究所副研究員；李潤寬，中國科學院計算技術研究所博士研究生。

基金項目 ：? 國家社會科學基金后期資助項目“生態文明建設的空間問題研究”（JYA013）

一、前? 言

繼中國共產黨在十九大提出提高全要素生產率后，黨的二十大報告再次強調要在中國式現代化建設中著力提高全要素生產率。提高全要素生產率主要依賴科技創新和技術進步，中國為了在能源領域推動實現碳中和目標，正在全力推進新能源方面的科技創新和技術進步，新能源產業作為科技創新和技術進步最快的領域，已經成為中國經濟最具活力的部門之一，也是中國提高全要素生產率最重要的領域之一。為了實現碳中和目標，我國政府積極構建清潔、安全、高效的低碳新能源體系，提出到2030年非化石能源占一次能源消費的比重達到25%左右，風電、太陽能發電總裝機容量達到12億千瓦以上。在上述目標推動下，我國以光伏和風電為代表的新能源迅速崛起，到2022年底，我國電力總裝機規模26.6億千瓦，可再生能源發電裝機達到12.7億千瓦，其中風電和光伏裝機7.6億千瓦。2022年，全國發電量達到8.6萬億千瓦時，風能、光伏發電1.2萬億千瓦時，占總發電量的比重達到13.8%，全社會用電量8.7萬億千瓦時，可再生能源消納量為2.44萬億千瓦時，占比達到28%，? ??《新型電力系統發展藍皮書》編寫組：《新型電力系統發展藍皮書》，http：//www.nea.gov.cn/download/xxdlxtfzlpsgk.pdf。?? 以新能源替代傳統能源的能源結構轉型進入快車道。

在能源結構的轉型過程中，傳統能源和新能源此消彼長的變化對應著二氧化碳排放的逐步減少，投入產出關系的變化對應著全要素生產率的變化?？萍紕撔潞图夹g進步是提升全要素生產率的源泉，新能源是具有科技創新和技術進步特征的要素投入，中國的新能源建設正在發電、儲能、傳輸和應用等領域持續不斷地迎來新的創新和進步。本研究首先在全要素生產率研究框架下測度包含新能源投入和二氧化碳非期望產出的全要素能源效率變化，發現不同投入產出關系的全要素能源效率變化存在差別，進而形成不同的作用機制。在對全要素能源效率測度和分析的基礎上，著眼新能源技術進步和技術效率指標變化，對提升全要素能源效率提出建議。

二、全要素能源效率研究進展

全要素生產率（TFP）是基于總投入產出轉化效率的生產率測度指標。Solow提出在生產規模收益不變的條件下，經濟增長率與要素投入增長率的差值等于全要素生產率增長率，即“索洛余值”。全要素生產率是經濟發展水平、要素綜合貢獻效率、科技創新能力和政府管理水平的綜合體現，是判斷經濟增長質量和潛力的重要指標。Charnes、Cooper和Rhodes提出數據包絡分析法（DEA）? ?A. Charnes，W.W.Cooper，E.Rhodes，“Measuring the efficiency of decision making units”，European Journal of Operational Research，vol.2， no.6（1978）.? 后，研究者開始利用決策單元與有效生產前沿面的關系測度全要素生產率。Chung等以環境污染為非期望產出考察環境因素對全要素生產率的影響，提出綠色全要素生產率，? ?Y.H.Chung，R.Fre，S.Grosskopf， “Productivity and undesirable outputs：A directional distance function approach”， Journal of Environmental Management，vol.51， no.3（1997）.? Hu和Wang在全要素生產率研究中納入了能源變量，提出全要素能源效率（TFEE），? ??Jin-Li Hu， Shih-Chuan Wang， “Total-factor energy efficiency of regions in China”， Energy Policy，vol.34，no.17（2006）.? 魏楚等、史丹等、黃純燦等對全要素能源效率及其與經濟增長的關系不斷深入研究。? ?魏楚、沈滿洪：《能源效率及其影響因素：基于DEA的實證分析》，《管理世界》，2007年第8期。史丹、吳利學、傅曉霞等：《中國能源效率地區差異及其成因研究——基于隨機前沿生產函數的方差分解》，《管理世界》，2008年第2期。黃純燦、胡日東：《技術進步、能源效率及反彈效應——基于索洛中性技術進步的再檢驗》，《宏觀經濟研究》，2013年第4期。? 近年來，能源利用與環境污染關系研究受到重視，圍繞能源利用非期望產出的綠色全要素能源效率的研究日益增多，例如史丹等利用雙重差分法對排污權交易制度與能源利用效率進行研究，認為排污權交易制度能夠顯著提高全要素能源效率。? ?史丹、李少林：《排污權交易制度與能源利用效率——對地級及以上城市的測度與實證》，《中國工業經濟》，2020年第9期。? 陳菁泉等將能源足跡作為非期望產出，對中國全要素能源效率及其驅動因素進行測算和分析。? ?陳菁泉、連欣燕、馬曉君等：《中國全要素能源效率測算及其驅動因素》，《中國環境科學》，2022年第5期。? 在眾多的研究成果中，圍繞化石能源二氧化碳非期望產出的全要素能源效率的研究成果很多，但是將可再生清潔新能源納入全要素能源效率研究的成果并不多見。

在以碳中和為目標的能源結構轉型大背景下，可再生低碳新能源正在替代高排放的傳統能源，能源結構的變化會對全要素能源效率產生重要影響，研究新能源對提高全要素能源效率具有重要意義。張希良等對碳中和目標下的能源經濟轉型路徑與政策進行研究，認為能源結構轉型有助于經濟高質量發展。? ?張希良、黃曉丹、張達等：《碳中和目標下的能源經濟轉型路徑與政策研究》，《管理世界》，2022年第1期。? Inglesi-Lotz對新能源與經濟增長的關系開展研究，發現兩者之間存在協同關系。? ?Roula Inglesi-Lotz，“The impact of renewable energy consumption to economic growth： A panel data application”， Energy Economics， vol.53（2016）.? 李拓晨等利用2000—2019年中國30個省域面板數據研究新能源技術創新對地區全要素生態效率的動態空間影響。? ?李拓晨、石孖祎、韓冬日：《新能源技術創新對中國區域全要素生態效率的影響》，《系統工程》，2022年第5期。? 張少華等認為，新能源技術創新活動通過要素替代效應對經濟綠色增長的影響呈現倒Ｕ型關系。? ?張少華、蔣偉杰：《能源效率測度方法：演變、爭議與未來》，《數量經濟技術經濟研究》，2016年第7期。? 總體而言，在碳中和目標推動下，關于傳統能源及其排放因素對全要素生產率影響的研究涌現出大量成果，同時，新能源技術進步和技術效率對全要素能源效率影響的研究成果層出不窮，但是將傳統能源和新能源共同置于全要素生產率框架下進行全要素能源效率的研究尚未引起重視。體現傳統能源和新能源共同作用的全要素能源效率更貼近現實，研究傳統能源和新能源共同作用下的全要素能源效率，對促進能源轉型、提升全要素生產率都具有重要意義。在前述研究基礎上，本研究采用DEA-ML模型對考慮兩種能源投入和二氧化碳非期望產出的全要素能源效率進行測度和分析。

三、全要素能源效率測度

Charnes、Cooper和Rhodes提出數據包絡分析法（DEA）后，研究者利用決策單元與生產前沿面的關系測度全要素生產率，避免了多投入產出生產函數參數估計的局限性。研究者把Sten Malmquist提出的Malmquist指數與DEA方法結合起來，將全要素生產率增長分解為技術進步和技術效率變化，技術進步反映相鄰兩期技術前沿的移動，技術效率變化反映相鄰時期技術效率的變化程度，這兩種變化對應“創新”和“追趕”兩種全要素生產率增長的來源。Chung等引入方向性距離函數，構建Malmquist-Luenberger指數（ML指數），測算包含非期望產出的全要素生產率。Hu和Wang將能源要素作為投入變量納入全要素生產率框架，測度全要素能源效率（TFEE），形成考慮能源投入和二氧化碳非期望產出的綠色全要素能源效率研究。在全要素能源效率測度DEA方法中，全要素能源效率的增長既包括整體前沿面移動產生的技術進步，又包括決策單元向前沿面移動產生的技術效率變化，技術進步和技術效率的提高共同決定全要素能源效率。

基本的全要素生產率是資本、勞動要素貢獻之外其他因素對經濟增長的共同貢獻，不同的投入產出下全要素生產率具有不同的內涵，目前的全要素生產率研究逐步將經濟、能源與環境問題納入統一的分析框架，越來越接近經濟增長的現實情況。但是，既有的研究普遍把考慮污染物非期望產出的全要素生產率稱為綠色全要素生產率，這種命名與其排放特征并不相符，容易產生誤解，稱為環境全要素生產率更為合理。按照這個邏輯，在全要素能源效率研究中將考慮二氧化碳非期望產出的全要素能源效率稱為碳全要素能源效率、將考慮新能源投入的全要素能源效率稱為綠色全要素能源效率更為合理。結合Hu和Wang的研究框架，本研究構建三種投入產出關系進行全要素生產率變化和全要素能源效率變化的對比。第一，以資本和勞動力作為獨立投入變量，以地區生產總值為產出的全要素生產率；第二，以資本、勞動力和傳統能源為獨立投入變量，以地區生產總值為期望產出，以二氧化碳排放為非期望產出的碳全要素能源效率；第三，以資本、勞動力、傳統能源和新能源為獨立投入變量，以地區產值為期望產出，以二氧化碳排放為非期望產出的綠色全要素能源效率。以資本和勞動力為投入變量，以地區生產總值為期望產出的全要素生產率為：

T= K，L → Y ??（1）

以資本、勞動力和傳統能源為投入變量，以地區生產總值為期望產出，以二氧化碳排放為非期望產出的碳全要素能源效率為：

TE= K，L，E → Y，C ??（2）

以資本、勞動力、傳統能源和新能源為投入變量，以地區生產總值為期望產出，以二氧化碳排放為非期望產出的綠色全要素能源效率為：

TCE= K，L，TE，NE → Y，C ??（3）

其中，T、TE、TCE分別代表全要素生產率、碳全要素能源效率和綠色全要素能源效率，E=TE+NE。K、L、E、TE、NE、Y、C分別代表資本、勞動力、能源總量、傳統能源、新能源、地區生產總值和二氧化碳排放。

四、指標選取及數據來源

2008年亞洲金融危機后，中國開始大規模推動光伏和風能等新能源的生產和利用，新能源產業在2010年前后進入快速發展階段，對經濟增長的貢獻明顯增加，因此，本研究以2010年為起點對各省全要素能源效率進行實證研究。2019年出現新冠疫情后，中國經濟各項指標受到明顯影響，為了保持研究數據的穩定性和研究結論的可靠性，本文主要圍繞2010年至2020年各省的全要素能源效率展開研究。在與能源相關的統計數據中，西藏自治區各項指標均存在缺失情況，因此研究樣本不包括西藏自治區。為了保持投入與產出關系的一致性并符合生產實際，測算的期望產出指標選用當期地區生產總值的增加值，非期望產出指標采用當期二氧化碳排放值，投入產出活動是在資本積累的基礎上實現的，因此，資本投入為前期資本余額與當期固定資產形成額之和，勞動力和能源投入選擇當期投入。

（一）投入指標

利用2010—2019年30個省區市的投入產出數據測度全要素生產率、碳全要素能源效率和綠色全要素能源效率，投入指標為資本投入K、勞動力投入L、傳統能源消費TE和新能源消納NE。資本投入K參考李雙杰和李春琦的研究，以資本存量作為資本投入指標，采用永續盤存法估算每年各省區市的資本存量，公式為：Kit= 1-δi Ki（t-1）+Iit ，Kit是i省區市第t年的資本存量，Iit是i省區市第t年投資，δi是i省區市的固定資產折舊率，數據來源于《中國統計年鑒（2022）》，單位為億元。? ?李雙杰、李春琦：《全要素能源效率測度方法的修正設計與應用》，《數量經濟技術經濟研究》，2018年第9期。? 勞動力投入L參考傅曉霞和吳利學的做法， ??傅曉霞、吳利學：《技術差距、創新路徑與經濟趕超——基于后發國家的內生技術進步模型》，《經濟研究》，2013年第6期。? 將有效勞動力投入作為勞動投入，將有效勞動力投入定義為勞動力數量與勞動力質量的乘積，勞動力質量用平均受教育年限表示：平均受教育年限＝（小學畢業人口數×6＋初中畢業人口數×9＋高中畢業人口數×12＋大專及以上畢業人口數×16）／6歲以上總人口數。傳統能源消費TE數據來自《中國能源統計年鑒（2021）》中的《各省能源平衡表》，傳統能源消費包括原煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然氣和火力發電9種，能源消費量折算成萬噸標準煤，新能源消費NE為各省區市新能源實際消納量，折算為萬噸標準煤。

（二）產出指標

期望產出為地區生產總值GDP，非期望產出為二氧化碳排放量C。地區生產總值數據由《中國統計年鑒（2022）》獲得。二氧化碳排放量的計算公式為：CO2it=∑ K k=1 Ekit×Ck×Rk，Ekit為ｔ年第ｋ種能源的年實際消費量，Ck是IPCC報告提供的第ｋ種能源的碳排放系數，Rk為碳氧化因子。數據特征如表1所示。

五、全要素能源效率變化分析

在數據包絡分析中，全要素生產率、碳全要素能源效率和綠色全要素能源效率都具有各自的投入產出關系，因而具有不同的生產前沿面，產生的指數不能進行相互比較，但是具有各自投入產出關系的指數會因為不同的投入產出結構呈現不同的變化率，這種變化率的不同反映出不同要素組合的效率差別。具體如表2所示。

從表2的平均變化看，十年間，全要素生產率年均上升了0.37%，碳全要素能源效率年均增長1.89%，綠色全要素能源效率年均提高2.42%，說明能源要素對全要素生產率變化具有明顯影響。十年來，我國以資本和勞動為體現變量的全要素生產率增長幅度不高，以資本、勞動和能源為體現變量的碳全要素能源效率增長明顯高于全要素生產率，說明能源要素對提升全要素生產率具有明顯影響。全要素生產率的變化源于技術效率變化和技術進步的共同作用，十年間，全要素生產率、碳全要素能源效率和綠色全要素能源效率的技術進步都有所提高，但是技術效率普遍下降。其中，全要素生產率的技術進步提高了1.56%，由于技術效率下降了0.95%，全要素生產率僅上升了0.37%；碳全要素能源效率的技術進步上升了3.06%，由于技術效率下降了0.77%，碳全要素能源效率僅增長了1.89%；綠色全要素能源效率技術進步提升了4.22%，由于技術效率下降了0.81%，綠色全要素能源效率僅增長了2.42%?？梢?，技術進步推動我國全要素生產率、全要素傳統能源效率和全要素新能源效率增長的作用非常明顯，但是，技術效率的下降拉低了全要素生產率、碳全要素能源效率和綠色全要素能源效率的增長水平。

圖1顯示，十年間綠色全要素能源效率總體沒有顯著提高。2011—2013年綠色全要素能源效率有所下降，此后增幅逐漸加大，2016—2019年增幅超過4%，其中2016—2017年增幅高達6.1%，2019—2020年，宏觀經濟受到新冠疫情影響，能源效率增幅明顯降低。十年間，綠色全要素能源效率的技術進步長期保持上升趨勢，只是在疫情發生后出現下降，年均提高4.22%，明顯高于技術效率的平均變化率（-0.81%），技術進步是綠色全要素能源效率提高的主要原因，與此同時，技術效率沒有跟上技術進步的步伐，有待大幅度提高。

改革開放以來，中國經濟經歷了工業化初期階段、工業化加速階段和工業化成熟階段，已經從外延式增長向內涵式增長轉變，同期能源消費經歷了短缺、發展、充沛和趨于達峰的過程。目前，傳統能源消費增幅趨緩，規模報酬接近拐點。2009年哥本哈根世界氣候大會后，全球應對氣候變化的進程加快，中國開始大力發展新能源，2010—2020年，中國光伏和風電消費量從1.30億噸標準煤上升到2.26億噸標準煤，光伏板光電轉換效率從16.7%上升到22.8%，風能發電效率接近40%，新能源技術進步帶動能源效率明顯提升，對傳統能源形成強大的市場競爭力，使得新能源對傳統能源的替代走上快車道，但是新能源發展尚處于技術進步的頻繁更迭中，技術進步的頻繁更迭不僅持續沖擊傳統能源已建立的專業化分工和組織管理體系，拉低全要素生產率，而且也影響新能源自身的技術效率，使其難以跟上技術進步的步伐，長期呈現下降的局面。分解綠色全要素能源效率后，我們認識到，在持續擴大新能源產能的同時必須著重提高新能源技術效率，實現新能源技術效率和技術進步的共同提高，如此才能真正提升全要素能源效率，形成新能源相對于傳統能源的替代優勢，從而保證能源結構改革有利于提升全要素生產率，促進經濟高質量發展。

從前述全要素生產率增長率、碳全要素能源效率增長率和綠色全要素增長率的對比研究可以發現，減少傳統能源消費、增加可再生新能源消納對提升全要素能源效率和全要素生產率有明顯作用，因此減少傳統能源消費、增加可再生新能源消納不僅是能源結構低碳化轉型、實現清潔化發展的主要途徑，而且是提高全要素生產率、實現高質量發展的重要方式。對比前述關于綠色全要素能源效率、技術進步和技術效率的變化可以發現，盡管在新能源爆發增長階段，新能源對經濟增長具有強大的要素貢獻，但是保持新能源對經濟增長的持續貢獻，需要不斷挖掘新能源的技術進步和技術效率潛力，持續提升綠色全要素能源效率，才能保持新能源在能源轉型中的市場競爭力。

六、總結和建議

2020年，習近平主席宣布中國力爭于2030年前實現二氧化碳排放達峰，爭取2060年前實現碳中和，此后，“雙碳”目標被納入《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》?！笆奈濉币詠?，中國的經濟增長正在從以要素貢獻為主轉為以全要素生產率貢獻為主的發展階段，黨的十九大報告和二十大報告都強調要提高全要素生產率，推動經濟高質量發展。在能源領域，以低碳新能源替代傳統能源、減少二氧化碳排放是實現“雙碳”目標的關鍵，以新能源替代傳統能源的能源結構轉型不僅可以減少二氧化碳排放，而且可以提升綠色全要素能源效率，是同步實現“雙碳”目標和高質量發展的有效途徑。

研究表明，我國綠色全要素能源效率增速明顯高于全要素生產率增速，新能源要素對提高全要素生產率具有明顯的促進作用。研究還表明，提升綠色全要素能源效率的主要途徑是新能源技術進步和提高新能源技術效率，我國全要素生產率提高的技術進步貢獻明顯高于技術效率提高的貢獻。技術進步反映新知識、新技能的創新和應用，技術效率的提高表現為在新的技術條件下形成新的生產組織形式、管理方式和激勵措施。研究表明，我國新能源技術取得了突飛猛進的發展，技術效率提升明顯滯后于技術進步，因此提升全要素能源效率的主要任務是提升新能源技術效率，提升技術效率意味著提升新能源的資源利用和配置效率，促使全要素能源效率向前沿面靠攏。

現階段，提升新能源技術效率最重要的途徑是利用移動互聯網、物聯網、大數據、區塊鏈等數字技術，統籌新能源發、輸、供、用、儲技術，帶動新能源產業與上下游產業協同發展。在發電領域提升技術效率，主要依靠數字技術，建立互聯網技術服務平臺，綜合氣象條件、電源狀態、電網運行、用戶需求、儲能配置等因素，為新能源發電企業提供輸變電、供能、用電和儲能的信息交互和系統協同服務，形成新能源發電的精準預測、快速響應和高效調節機制，實現負荷精準控制和用能精細化管理，進而提高發電部門的新能源技術效率。在新能源電網運行管理領域，提升新能源技術效率要以數字技術和互聯網技術為依托，以數據應用和能效服務為核心，建立新能源信息資訊中心、能效服務中心、交易共享中心和金融服務中心，集成信息共享、項目管理、在線招投標、在線撮合交易、購售電交易、碳資產交易、光伏云網、能效服務、金融服務等功能，改進能源要素配置方式，產生基于新能源系統的價值增值。在新能源用能領域提升技術效率，主要是利用數字技術和互聯網技術搭建政府、企業和民眾共建共管的新能源綜合服務共享平臺，為用戶提供新能源資源分析、規劃設計、消納評估、投資建設、并網運行、智能運維、交易結算等全場景全流程一站式服務，鼓勵居民采用先進高效的新能源技術和產品。在發電、電網和用電領域構建數字技術和互聯網技術服務平臺以外，應充分發揮市場化機制的作用，積極培育新能源技術服務專業企業，推動其快速發展，采取激勵政策對新能源技術服務企業給予財政、稅收和金融政策支持，通過新能源技術服務加快工業領域、既有建筑、交通運輸、公共機構等領域新能源技術的升級改造。

在諸多挑戰和機遇面前，尤其在新能源補貼政策逐漸退出后，提升新能源技術效率更需要政府發揮宏觀引領作用，凝聚全民共識，匯集社會力量，統籌資源要素，謀劃發展規劃，堅定新能源發展信心和目標，持續提升新能源技術效率和綠色全要素新能源效率，協同推進“雙碳”目標和高質量發展目標。

〔責任編輯：沈? 丹〕

Research on Total Factor Energy Efficiency in Energy Structure Transformation

LI Qing， LI Runkuan

Economic growth is the result of contributions from various factors， including traditional energy sources， and total factor productivity. However， the use of traditional energy sources also leads to unexpected carbon dioxide emissions. The transition from traditional energy to renewable， clean energy sources is the primary path to reducing carbon emissions and achieving carbon neutrality. This shift not only helps mitigate carbon dioxide emissions but also provides new drivers and growth opportunities for economic development. The transformation of energy structure represents a process where traditional energy sources and new energy sources complement each other. Its also a transition from mature energy technologies to innovative energy technologies. In this study， we analyze total factor energy efficiency using input-output panel data from 2010 to 2020 through DEA-ML analysis. Our findings suggest that the improvement in total factor energy efficiency is primarily driven by technological progress. However， the enhancement of technological efficiency is notably insufficient.As the protection policies for the new energy industry gradually phase out， maintaining the competitiveness of new energy compared to traditional sources becomes crucial. To achieve this， we need to focus on strengthening the technical efficiency of new energy sources. By simultaneously improving technical progress and technical efficiency， we can enhance total factor energy efficiency， ultimately contributing to the realization of carbon neutrality and the pursuit of high-quality development goals.