基于环境绩效的长三角都市圈全要素能源效率研究

基于环境绩效的长三角都市圈全要素能源效率研究*张伟吴文元内容提要：本文运用“多投入—多产出”的DEA 模型，以环境生产函数（EPF ）和环境方向距离函数（EDDF ）为基础，将污染作为生产过程产生的负产出纳入生产理论，将传统的生产技术扩展为环境生产技术，对长三角都市圈城市群1996—2008年全要素能源效率及其成分进行了测度，并对能源效率及其成分的影响因素进行了实证分析。

本文发现，在环境约束下，能源的过度使用以及废气的过度排放导致长三角都市圈能源效率增长率和能源使用技术效率增长率的降低，而忽视能源使用减排技术的提高导致能源使用技术进步增长率的降低。

累积的技术效率增长率、人均GDP 、单位GDP 废气排放量、技术进步程度、FDI 、人均能源使用量对能源效率有不同程度的影响。

技术效率增长率、技术进步增长率、人均GDP 、工业产值占比、单位GDP 废气排放量对能源效率增长率有不同程度的影响。

关键词：环境生产函数环境方向距离函数全要素能源效率ML 生产率指数*张伟，贵州大学管理学院，邮政编码：550000，电子信箱：wzha1968@ ；吴文元，上海交通大学中国都市圈管理研究中心，邮政编码：200030，电子信箱：wuwenyuan3646@ 。

本文为中国博士后基金一等奖项目“长三角都市圈能源效率研究”（20090450078）的阶段性成果，并获得国家自然科学基金（70963002）的资助。

作者感谢两位匿名审稿人对本文提出的建设性的修改意见，文责自负。

①长三角都市圈包括上海市，江苏省的南京市、苏州市、无锡市、常州市、镇江市、扬州市、泰州市和南通市，以及浙江省的杭州市、宁波市、绍兴市、嘉兴市、湖州市、台州市和舟山市，共16个城市。

由于泰州市的相关研究数据欠缺，因此，本文的研究范围限于除泰州市以外的15个城市。

一、引言地处上海、江苏和浙江的长三角都市圈，自1982年以来形成近30年来经济高速增长。

但是，随着经济的快速发展，能源使用效率不高使得能源过度消费而导致的能源不足和环境质量下降的问题，日益成为长三角都市圈经济可持续发展的重要瓶颈。

基于在经济快速发展过程中能源使用效率的改善能较大地缓解能源不足和提高能源使用福利水平的巨大作用，提高能源使用效率越来越受到各级政府和企业的关注。

长三角都市圈15个城市①是我国经济发展水平最高的地区之一，工业化程度高，能源消费量大，随着工业化的快速推进和经济的高速增长，污染排放也呈现高速推进的态势。

本文以长三角都市圈能源使用效率为研究对象，重点考察环境约束下长三角都市圈能源效率的变动趋势及其影响因素，目的是以长三角都市圈节能减排为目标，提出有价值的研究结论和政策建议。

在人类的生产活动中，能源作为一种生产要素必须和资本、劳动等其他生产要素相结合才能生产出产品。

因此，经济学家提出了以全要素能源效率来衡量一个地区的能源效率，即将能源作为多种投入的一种，考虑投入要素替代在实现能源效率中的作用（Chan et al．，1990；Conrad ，2000；Boyd et al．，2000；魏楚等，2007；杨红亮等，2008）。

在此基础上，Hu et al （2006）进一步建立起全要素能源效率的分析框架，即在给定能源投入要素的条件下实现最大产出，或者给定产出水平下实现能源59投入最小化的能力，通过测度样本点相对于生产前沿的远近程度来进行相对效率比较。

但是全要素能源效率仅考虑资本、劳动和能源等生产要素的投入约束，并没有考虑环境的约束，也就是仅仅考虑了合意的经济产出而缺少对使用能源产生的非合意产出污染物的考察，这会扭曲对使用能源带来的社会福利变化和经济绩效的评价，从而会误导能源政策，导致过度低效地使用能源，形成大量的污染，破坏环境。

污染物的产生源于生产技术上的无效率，而污染物减排及其成本决定环境绩效。

对污染物减排如何影响产出，Chambers和Chung等做出了开创性的贡献。

Chambers et al．（2000）和Chung et al．（1997）提出了基于方向性距离函数（DDF）的环境规制行为模型（AAM），污染排放被看作具有负外部性的非合意产出，和合意产出一起引入生产过程，从方法论上第一次比较合理地拟合了环境因素在生产过程的制约作用，并使得捕捉环境规制的真实效应成为可能（陈诗一，2010）。

在此基础上，许多学者发展并运用该模型进行了环境约束下生产效率的研究，比较典型的如Fare et al．（2001，2007）和Boyd et al．（2002）。

Fare et al．（2007）基于“多投入—多产出”的分析框架，提出了环境生产函数和环境方向性距离函数用于考察生产过程中环境绩效，以及为达到包含环境绩效的“多投入—多产出”框架下最优生产的要素组合，即实现投入减少、产出扩张及污染物削减的生产途径。

目前，从总体上来看，国内学者对能源效率进行了广泛的研究，但是缺乏对环境约束下能源效率的研究：一是国内现有的能源效率的研究大部分没有考虑能源使用对环境质量的影响，即忽略了能源使用与环境可持续发展问题。

而在节能减排的背景下，这一因素对提升我国能源使用效率和政策抉择将会产生重要影响。

二是国内学者在使用全要素能源效率分析方法时大多没有考虑到产出多样性的问题，仅考虑了合意的经济产出而缺少对不合意产出———污染物的考察，这无法全面反映能源使用所带来的“好产出”与“坏产出”的两面性，将会使对能源效率的度量产生偏差。

为此，本文以长三角都市圈15个城市为研究对象，对国内现有的能源效率研究的不足进行拓展：一是运用投入导向的规模报酬不变的DEA模型测度环境约束下长三角都市圈15个城市1996—2008年的全要素能源效率。

二是基于环境方向性距离函数，运用ML生产率指数测度长三角都市圈15个城市1996—2008年的环境全要素能源效率增长率及其成分。

三是对影响环境全要素能源效率增长率的因素进行实证研究。

本文下面的结构安排是：第二节介绍基于DEA的全要素能源效率的基本原理，建立长三角都市圈15个城市环境生产函数模型和环境方向性距离函数模型，在此基础上，构建M-L的基于环境绩效的能源生产率指数；第三节对本文所使用的变量和数据进行说明；第四节分析实证研究的结果；第五节计量分析全要素能源效率影响因素；第六节计量分析全要素能源效率增长率影响因素；第七节是研究结论。

二、研究方法本文运用“多投入—多产出”的DEA模型，以Fare et al．（2007）提出的环境生产函数（EPF）和环境方向距离函数（EDDF）为基础，将污染作为生产过程产生的副产出纳入生产理论，将传统的生产技术扩展为环境生产技术，考察基于环境绩效的长三角都市圈能源效率的变动趋势及其影响因素。

（一）全要素能源效率根据Hu et al．（2006）对全要素能源效率的界定，本文采用数据包络分析法（DEA）分析长三角都市圈全要素能源效率，我们把长三角都市圈十五个城市中的每一个城市看作一个生产决策单位来构造每一个时期长三角都市圈生产的最佳实践边界。

由于关注生产要素的投入，因此，本文将运69用投入导向的规模报酬不变（CRS ）的DEA 方法测度长三角都市圈15个城市1996—2008年的全要素能源效率。

用传统DEA 模型评价决策单元效率时，结果可能出现多个评价单元同处于前沿面而相对都有效的情况，从而陷入对这些相对有效单元无法做出进一步评价与比较的困境（袁晓玲等，2009）。

因此，为克服这一困境，本文以Andersen et al．（1993）建立的超效率DEA 模型为基础，通过将决策单元排除在参与集之外的方法，分无环境约束和环境约束两种情形对长三角都市圈15个城市的全要素能源效率进行测算。

（二）基于环境绩效的全要素能源效率为了将环境纳入到生产率分析框架中，我们根据Fare et al．（2007）提出的环境生产技术来构造一个既包括合意产出，又包括非合意产出的长三角都市圈十五个城市的生产可能性集，即环境技术。

假设每一个城市使用N 种投入x =（x 1，…，x N ）∈R N +，合意产出为M 种“好”产出y =（y 1，…，y M ）∈R M +，以及非合意产出为L 种“坏产出b =（b 1，…，b l ）∈R L +，非合意产出由排放的污染物构成，则“多投入—多产出”的生产可行集为：P （x ）=｛（y ，b ）：x 能够生产（y ，b ）｝。

P （x ）定义为“环境技术产出集”①，它满足：投入要素自由可处置性、产出弱可处置性、合意产出与非合意产出的联合生产性、合意产出的强可处置性四项条件。

为避免环境生产函数仅仅是在环境技术集中求取最大化的合意产出，而并没有减少非合意产出的缺点，本文引用Fare et al．（2007）提出的方向性距离函数作为长三角都市圈环境方向性产出距离函数，以达到扩大合意产出，同时又减少非合意产出的目的。

图1表达了环境方向性产出距离函数的原理，与传统环境生产函数合意产出和非合意产出同时增加不同，环境方向性产出距离函数可以沿着ABC 方向（见图1）同时拟合合意产出增加和非合意产出减少的行为。

设方向向量g tk =g（g t k ，y ，g t k ，b ），根据Luenberger （1995）短缺函数（shortage function ）和Chung et al．（1997）方向距离函数（directional distance function ）的方法构造了长三角都市圈环境方向性产出距离函数：珝D o （x t k ，y t k ，b t k ；g t k ，y ，g t k ，b ）=Max ［β：（y t k +βg t k ，y ，b t k －βg t k ，b ）∈P （x tk ）］（1）在这里，合意产出和非合意产出没有被一致地对待，对于给定投入x t k ，当合意产出y t k 沿着g tk ，y 进行扩张和非合意产出b t k 沿着g t k ，b 进行收缩，β就是合意产出y t k 增长和非合意产出b t k 减少的最大可能数量。

见图1，（y t k +β*g t k ，y ，b t k －β*g t k ，b ），β*=珝D 0（x t k ，y t k ；g t k ，y ，g t k ，b ）。

由上式可知，长三角都市圈环境方向性产出距离函数取决于投入产出值（x tk ，y t k ，b t k ）和g t k 。

方向向量g t k 的确定具有一定的主观性（涂正革，2008），它是外生设定的，取决于研究目的和非合意产出的危害性。

另外，非合意产出表现出的强弱可处置性制约方向向量选择（Fare et al．，2005）。

基于本文的研究目的②，本文采用Chung et al．（1997）定义的M-L 方法，将方向向量设定为g t k =g （y tk ，b t k ），其含义就是合意产出在现有基础进行1ʒ1比例性增加，而非合意产出在现有基础进行1ʒ1比例性缩减。