能源效率空間溢出效應及其影響因素研究
——基于空間計量方法的實證分析

劉榮華 魯匯智

1（華中師范大學經濟與工商管理學院，武漢 430079）

2（中國社會科學院大學繼續教育學院，北京 100732）

3（復旦大學管理學院，上海 200433）

我國經濟增長方式呈現出高投入、高消耗的特點，這一方式是長時間以來形成的，將資源環境置于很大的壓力之下，而在對全球氣候變化問題的應對上，國家所需接受的挑戰同樣是多樣的。采取何種措施將能源強度控制于較低水平，并有效提升能源利用率，發揮節能減排對經濟發展方式轉變的倒逼作用，從而解決能源需求快速增長和供給相對短缺二者之間矛盾［1］，是我國當前亟需解決的問題。在我國經濟社會可持續發展的過程中，能源效率的提升發揮著重要的保障性作用，不過各地區出于提高能源效率這一目的而采取差異化措施既會對本地區能源效率產生影響，也會在相應程度上影響到鄰近地區能源效率的高低，亦即有一定的空間溢出效應顯現出來。分析實際情況，此種類型的空間溢出效應表現形式并不唯一，可能是負外部效應，主要受到過度競爭這一因素的影響，也有可能是正外部效應，主要受到示范效應與聯系效應的影響［2］。閱讀相關文獻發現，長期以來能源效率及相關方向始終是學術界研究的一個熱點內容，目前學者們以全要素為框架，在針對能源效率進行評價時多是對DEA 模型加以運用，趙濤與曹天騏（2018）［3］將非期望產出作為考慮因素，基于超效率DEA 模型和Malmquist指數，對我國工業部門的能源效率水平展開測算與動態分析。馮瑋與姚西龍（2018）［4］從內部管理和外部環境兩個視角展開，通過DEA 四階段方法測算獲得的我國各?。▍^、市）綠色全要素能源效率，探討可能會影響綠色全要素能源產生的相關因素，并明確其影響程度。雖然運用DEA 模型研究能源效率確實取得了相應的研究成果，但在對效率進行評價和對決策單元進行排序的過程中，該模型有兩個比較明顯的不足顯現出來：（1） 在出現多個效率值為1 的測算結果時，模型將無法完成對決策單元的分級排序任務；（2） 一些在互評環節中處于相對不利位置的決策單元，由于在進行效率值測試時，權系數被人為放大，有較大可能會出現DEA 偽有效的問題。

另外，在溢出效應的研究方面，空間計量模型在研究各種對象的空間溢出效應中被廣泛利用。為了使模型估計與客觀事實更為貼近，空間計量經濟學除了否定空間面板數據無空間關聯性與均質性的假設，將空間經濟矩陣、空間距離矩陣等空間關聯權重作為回歸模型的考慮因素，還進一步將區域經濟活動由空間自相關性產生的影響納入模型的考慮要素中?？臻g自相關性的體現根據模型空間效應的產生來源，即產生于誤差項、空間依賴性和二者綜合影響的不同，可被劃分為空間誤差模型、空間滯后模型和空間杜賓面板模型。其中空間杜賓面板模型也被稱為雙向模型，主要從以下4 個方面被應用于研究能源空間溢出效應的影響因素：（1） 技術進步水平。王強等（2014）［5］利用DEA－Malmquist 分析，發現與我國東部地區不同，西部地區能源效率中規模效率水平高于技術效率水平，意味著在這里技術效率可以發揮出提升能源效率的主導作用；（2） 能源價格。李銘等（2018）［6］利用DEA 模型測算全國與省際能源效率，并針對能源價格影響能源效率的情況，借助GMM 參數估計方法作重點研究，進而發現能源效率顯著、正向地被能源價格所影響；（3） 產業結構。劉爭等（2022）［7］構建空間計量經濟模型，研究中國能源效率受到產業結構這一因素的影響，實證分析結果顯示，產業結構確實是對能源效率產生影響的一項重要因素，但時期與區域不同，影響程度也存在差異；（4） 經濟發展。江洪等（2020）［8］基于對DEA 博弈交叉效率模型的構建，以我國30 個?。▍^、市）為研究對象，執行對基于碳排放約束的能源效率的測算任務，進而在動態空間杜賓模型的運用之下探討會對能源效率產生影響的各類相關因素，最終結果顯示，與地區經濟發展水平的提升相伴隨，能源效率同樣呈現出增加之勢，亦即前者會對后者產生顯著的正向影響，而對于本地區能源效率，其他地區經濟發展水平有正向的溢出效應顯現出來。

為實現對以往研究欠缺的有效彌補，本文圍繞決策單元之間所存在的競爭關系思考DEA 博弈交叉效率模型的構建，并將所構建模型應用于能源效率的測算中，以保證結果的科學性；在此之上，為了能更深層次地探討能源效率的空間相關性，以對動態空間杜賓模型的運用為基礎，借助鄰近空間及地理距離兩種權重，細化分析影響能源效率產生的各類因素，獲取相關效應之后對其進行劃分，得到直接效應和溢出效應兩種類型。

1 理論假設

由于影響能源效率產生的因素之間存在錯綜復雜的關系，為了向省域能源措施實施提供針對性保障，同時促進能源效率的提升，本文對影響我國省域能源效率的主要因素進行深入分析。

城市化影響能源效率［9，10］。當前，部分學者就城市化水平與能源消費總量的關系，以及能源消費結構、城市規模對能源消費總量的影響進行了大量研究，但未從能源效率對城市化水平的影響進行深入研究。而目前我國工業化和城市化的加快，能源需求的增長對經濟的增長更重要。因此，本文提出以下假設：

H1：城市化水平的提升會對能源效率產生不利影響。

產業結構影響能源效率［11，12］。因為第三產業對能源的消耗比較低，通過增加第三產業在所有產業中所占比重，會在相應程度上對能源效率的提升產生積極的推動作用；與之相對應的，第二產業對能源的消耗比較大，增加第二產業比重會對能源效率提升產生負面影響。出于對這一實際情況的考慮，本文提出以下假設：

H2：第三產業值與第二產業增加比值越大，能源效率越高。

技術進步影響能源效率［13，14］。以技術進步為視角，其對能源效率產生的影響主要通過以下兩個渠道來實現：（1） 基于相關措施和手段的應用提升各種類型能源產品的加工轉換率，達到節約利用和高效利用能源的目的；（2） 通過產品科技含量的提升，達到降低自身對能源的依賴性的目的，進而實現產品能耗的降低。本文在對技術進步的衡量上選取專利申請量這一指標，結合上述分析，本文提出以下假設：

H3：煤炭消費量在總能源消費量中所占比例越大，能源效率就越低。

在全國總專利申請量中，如一個地區的專利申請量大，則可以認為該地區的能源效率高［15，16］。出于對這一情況的考慮，提出以下假設：

H4：一個地區專利申請量在全國總專利申請量中所占比例越大，能源效率越高。

2 模型構建與數據來源

2.1 變量選取與數據來源

能源效率（EE）——以現階段全要素能源效率為整體分析框架，基于對超效率DEA 模型的構建及運用，執行對我國各個地區實際能源效率高低的測算任務。在具體的測算過程中，投入要素設定為能源、資本和人力，分別用一個地區一次能源的總消費量、當期物質資本存量和從業者平均受教育年限來表示。同時，產出要素設置為期望產出和非期望產出，分別用國內生產總值（GDP）和燃料燃燒工業廢氣排放量表示。上述指標的具體數據參考自《中國統計年鑒》 和《中國能源統計年鑒》。

城市化水平（UL），使用非農業人口占城市總人口的比例來衡量。產業結構（IS），采用地區第三產業與第二產業增加值的比值來衡量。技術進步（TP），采用地區專利申請量占全國總專利申請量的比例來計算。能源消費結構（ECS），采用能源平衡表計算。

2.2 模型構建

（1） 能源效率評價模型。將碳排放指標作為DEA 博弈交叉模型的非合意產出，使用αd對（不同地區）決策單元DMUd的能源效率值進行表示。其他與DMUd相對應的決策單元DMUj博弈交叉能源效率需要避免αd降低的前提下達到自身的最高水平。對DMUj的博弈交叉能源效率值作以下定義：

式（1） 中，αdj表示的是DMUj相對于DMUd的博弈交叉效率值；μdij與ωdij表示的是模型的可行權重，可利用下述線性規劃模型進行求解：

式（2） 中，αd≤1，為DMUd平均交叉效率的初始參數值。若得到的模型最優解為μdrj，那么DMUj的平均博弈交叉效率可定義為：

在上述分析基礎上，將區域能源效率值的計算步驟分為以下幾步：

①令t＝1、αd＝α1d＝，帶入式（3），則可以得到一組平均交叉效率值。

③設存在DMUj使令αj＝αtj＋1，然后返回第二步；若對于全部的DMUj，滿足則停止計算，此時得到平均博弈交叉效率值為αt＋1j。

（2） 能源效率空間溢出效應模型。通過全域性依賴檢驗和局域空間依賴對經濟數據分布特征進行分析。Moran's I 指數可用于表征空間依賴方向與強弱，在空間依賴性檢驗中具有較高的應用率。

①全域性分析：

式（4） 中，xi和分別代表地區的指示變量與變量均值；N代表整個區域內地理單元的數量；wij和S2分別代表空間權重與變量方差。

對于經濟變量而言，在分析其空間依賴性之時，不僅要界定空間單元，還要對地理單元之間相互鄰接關系完成界定，即針對空間單元的實際位置進行量化處理。

地理單元之間的常見相互鄰接關系包括r鄰接、q鄰接、k鄰接與D鄰接4 種。其中，r鄰接是指有相同邊的兩個區域；q是指有相同的邊或頂點的兩個區域；k鄰接是指區域最為鄰近的k個地區（本文k取值為4）；D鄰接是指針對制定的距離閾值完成鄰接關系的定義工作。如果在兩個地理單元之間，有前文所述鄰接關系存在，則有wij＝1，不然則有wij＝0。

I值的取值范圍為（－1，1）。如果此值與－1或1 越接近，在地理單元上，觀察變量的正相關性或負相關依賴性就越強；如果與0 相近，相應的觀察變量的隨機分布特點即彼此的獨立特征就越突出。

②局域性分析：

式（5） 中，Zi＝xi－ˉ；Zj＝xj－ˉ；xi表示的是地區的指示變量；wij表示的是空間權重。

利用上述指數對地區和周圍地區之間的相關程度進行測算，若此值為正，意味著此地區和周圍地區之間具有正相關性，亦即能源效率相似的地區在一起集聚；若此值為負，則表明此地區和周圍地區之間具有負相關性，即能源效率相異的地區在一起集聚。

（3） 空間效應分解模型。由于空間滯后項會影響回歸系數對變量的真實反映，以總體效應、直接效應和間接效應3 種類型對能源效應的影響進行劃分，基于此，可得到經過變形的空間杜賓模型：

可以知道，總體效應是矩陣Sr（W）內全部元素的均值，有如下表示：

直接效應是Sr（W）對角線元素的均值，有如下表示：

間接效應是Sr（W）非對角線元素的均值，也就是總體效應和直接效應兩者之間的差值，有如下表示：

3 實證結果與分析

3.1 能源效率空間自相關性檢驗結果

（1） 全域性空間依賴性檢驗結果。相鄰關系的確定具有外生性。本文對多種鄰接關系下2012～2021 年我國能源效率的I 指數進行測算，用以對空間溢出效應的存在情況及其穩健性進行檢驗，得到如表1 所示結果。

表1 全域Moran's I 指數與伴隨概率值

通過表1 可以得出以下結論：

①在我國，能源效率的實際分布表現出正空間依賴性，且這一表現具有顯著性，由表可知，除了三階r相鄰以外，其余都是正值，且全部在5%的水平下顯著。其中以一階相鄰I 值最大，意味著我國能源效率從整體上表現出正向關聯的特點，相鄰地區能源效率的變化會對本地區能源效率的變動產生一定的影響。

②在距離不斷擴展的過程中，能源效率空間依賴性呈現出逐漸減弱之勢。表1 所示r1相鄰關系下有著最強的空間正相關依賴性；r2為依舊表現出顯著空間關聯性，不過較之r1而言關聯性減弱比較明顯；r3關系下空間依賴性已無統計學意義。

③我國能源效率空間依賴性在時間維度上有不斷加強的趨勢顯現，不管是在哪種鄰接關系下，I 值在2012 ～2021 年均有大致相同的趨勢，亦即不斷增加。即隨著時間的變化，我國能源效率的空間溢出效應逐步增強。

（2） 局域空間依賴性檢驗結果。圖1 所示為2012 年與2021 年我國能源效率Moran's I 指數散點圖。其中，2012 年，在5%水平下顯著的地區有11 個：第一象限4 個（高－高）、第三象限5 個（低－低）、第二象限與第四象限2 個（“非典型”）；2021年與2012 年類似，數量也為11 個。因此，從整體層面來看，我國已經大致有兩個較為穩定的能源效率“俱樂部”，即東南和西北“俱樂部”。

圖1 Moran's I 指數散點圖

綜上，我國全域性空間依賴和局域性空間依賴之間有著密切的聯系，有著相同的總方向，均有空間溢出效應表現出來，主要表現形式為局域性地區“俱樂部” 式溢出。

3.2 模型檢驗結果

分別進行Hausman、LR 和SDM 模型檢驗。其中，表2 為Hausman 的檢驗結果。

表2 Hausman 檢驗結果

根據表2 可知，通過Hausman 檢驗，呈現出顯著性相關（p＝0.000，p＜0.01）。另外，從固定效應模型的速記效應模型的統計量看，固定效應模型的統計量要大，因此可進行固定效應面板分析。

進一步進行相應的退化檢驗，得到如表3 所示結果。

表3 LR 檢驗結果

根據表3，各模型通過假設檢驗（p＝0.000，p＜0.01），且SAR 模型與SEM 模型統計量（482.55與490.01）較之SDM 模型統計量（517.63）均明顯要小，表示可進行SDM 檢驗。

表4 為SDM 模型的檢驗結果。

表4 SDM 模型選擇檢驗結果

根據表4，各類固定效應SDM 模型都在1%水平下顯著，經過比較分析最終決定對時空固定效應模型加以運用。

3.3 空間杜賓模型檢驗結果

在前文檢驗結果的基礎上進行空間杜賓模型檢驗，得到如表5 所示結果。

表5 時空雙向固定效應SDM 模型直接效應與溢出效應分解

根據表5，在直接效應上，鄰近空間權重矩陣與地理距離權重矩陣有趨同的估計結果，在能源效率的影響因素上，地區城鎮化水平和成員消費結構產生的影響均為顯著的負向影響（H1 與H4得證），技術進步與產業結構產生的影響則是顯著的正向影響（H2 與H3 得證）。在城鎮化進程不斷加快的過程中，水泥以及鋼鐵等污染行業的發展速度同樣會加快，這會造成生活能源需求量的增加，在這一驅動之下，能源效率將會呈現出上升之勢。

在溢出效應上，本地區能源效率會受到其他地區產業結構的影響，且這一影響表現為顯著的正向溢出效應，不僅如此，地理距離權重矩陣估計結果顯著性更強。另外，地理距離權重矩陣估計結果表明，其他地區城鎮化水平同樣是影響本地區能源效率的一個因素，且此因素的影響表現出顯著的負向溢出效應。

4 結論與建議

本文對我國各地區2012 ～2021 年的面板數據進行分析，分析能源效率空間相關性，得出以下3 點結論：（1） 不同地區之間的能源效率存在明顯的空間依賴性；（2） 對能源效率的影響因素很多，其中產業結構對能源效率產生正向影響，但城鎮化水平對能源效率產生負面影響；（3） 從能源效率的溢出效率看，產業結構對能源效率產生顯著的正向影響，城鎮化水平對能源效率產生負面影響。

基于以上結論，提出以下4 點建議：

（1） 協調城市發展和經濟發展之間的關系。短期看來，城鎮化促進城市發展，但會負面影響能源效率。而目前我國的城鎮化水平已經得有顯著提高，因此穩定城鎮化發展水平，是協調經濟發展和能源效率的關鍵；（2） 各地區應不斷加快自身產業集聚向高級階段發展的進程，在此過程中實現對綠色能源產業集聚區的打造。需要針對性地將單一產業的集聚質量提升，還應探尋產業協同集聚路徑，除此之外，還要始終做到對區域協同發展的堅持，基于合理手段及措施的運用，持續提升鄰近地區資源配置的合理化程度；（3）不斷優化創新驅動發展策略，加大科技創新力度，為能源消耗的降低以及全要素能源效率的提升營造一個積極有利的大發展環境；（4） 發揮對外開放門戶作用，加大對開放型產業的發展力度。