中国城市能源环境效率研究

王欣悦，孙瑞阳，王晓磊，傅哲宜

(1.内蒙古工业大学经济管理学院，内蒙古 呼和浩特 010051； 2.内蒙古工业大学产业技术转移中心，内蒙古 呼和浩特 010051)

0 引 言

随着中国改革开放的逐步推进，经济持续快速发展，而展现经济增长最显著的标志就是GDP，在过去四十多年中国GDP增速迅猛，这与当时注重以GDP衡量经济发展的理念密切相关。然而这一发展理念导致的结果却是能源大量消耗和环境污染，现今中国能源和环境问题日益凸显，如何平衡经济增长和可持续发展成为现在中国发展迫切需要解决的问题。就此现状，我国“十三五”生态环境保护规划提出如下目标：到2020年生态环境质量总体改善，生产生活方式绿色、低碳水平上升，主要污染物排放总量大幅减少，环境风险得到有效控制，生物多样性下降势头得到基本控制，生态系统稳定性明显增强，生态安全屏障基本形成，生态环境领域国家治理体系和治理能力现代化取得重大进展，生态文明建设水平与全面建成小康社会目标相适应[1]。但现在中国许多城市仍存在资源利用效率低、产业结构单一、环境压力较大等问题，这使实现上述目标的难度加大，任务更为艰巨。解决上述问题和实现上述目标最直接的方法就是节能减排，然而我国在未来10年内年均增长7%的经济发展诉求与节能减排之间存在着矛盾。面对这样的现实问题和经济发展的现实需求，提高能源环境效率就成为了必行之路。因此，中国能源环境效率研究就有重要的意义。

在寻求提高能源环境效率的有效方法前，首先要对中国城市能源环境效率的状况有全面的了解。所以本文以60个城市为研究对象，对中国城市2015年能源环境效率进行研究，希望在此基础上，能够对中国城市能源环境效率的状况及成因有更准确的认识。

1 现状分析

随着人民生活水平和对美好生活追求的不断提高，环境问题成为受到广泛关注的热点问题。现今对能源环境效率的研究有很多，王峰等[2]认为全国能源环境效率显著提高，而效率提高的标志是以较低投入增速获得较高经济增速并产生较低排放增速；朱德米等[3]发现环境是中国能源效率仍处于较低水平的重要因素，西部能源与环境的关系没有得到根本改善，且东中西部差距不断扩大;朴胜任等[4]认为东中西部环境效率差异明显，东部处于领先地位，西部发展处在两难地步，技术进步是环境提升主动力;王保忠等[5]认为环境约束下能源过度使用、废气过度排放导致丝绸之路沿路各城市能源效率增长率和能源使用技术效率增长率降低。

当前相关研究多使用SBM模型进行分析，近几年使用更为广泛。 李静等[6]认为环境变量的引入明显降低了中国区域平均效率水平，中西部较东部更为敏感；王腾等[7]认为中国能源生态效率整体偏低，效率值呈“东高西低”分布；王喜平等[8]认为全国整体效率不断提升，但仍存在无效率情况，能源利用水平制约了东北地区和中部地区效率提升，而西部地区则是经济产出水平；张兵兵等[9]发现污染治理投资扩大利于效率改善，污染治理可倒逼企业自主创新，实现生产方式升级改造从而改善效率；李海东等[10]发现我国东部环境效率高于中西部地区，中部地区略高于西部地区，不同地区效率低的原因并不相同。

SBM模型虽将松弛变量加入模型从而对效率有更准确的评价，但所得效率往往低于实际值，且未考虑径向模型的特征。因此有学者选择用兼容径向和非径向的EBM模型进行研究，该模型既能有效反映目标值与实际值间的比例信息，又能将径向和非径向函数结合起来。尹庆民等[11]发现长江经济带工业能源环境效率普遍偏低，规模效率下降是效率偏低的主因；白俊红等[12]发现中国经济发展方式有明显的空间相关性和路径依赖性，环境约束下能源效率对经济发展方式转变的影响更为明显。

基于之前的研究，本文采用EBM模型对中国60个城市的能源环境效率进行了测算。与之前的研究相比，本文所做创新与贡献为：选取中国60个具有代表性的城市作为研究对象，而之前研究大多选取各省份的省会城市作为代表；在进行数据分析时加入林业碳汇这一变量，充分考虑了植树造林等环境保护措施对能源环境效率的积极影响；之前研究多因缺乏西藏的数据而未将其纳入研究范围，而本文将拉萨市纳入了研究；在计算所得数据基础上通过对所研究城市的分类，更充分地分析了中国城市能源环境效率间的差异。

2 研究方法和数据选取

2.1 研究方法

当前研究中对于效率的测算多用DEA方法。该方法是根据多项投入指标和产出指标，利用线性规划，通过对一个特定单位的效率和一组提供相同服务的类似单位绩效的比较，对具有可比性的同类型单位进行相对有效性评价的一种数量分析方法，在处理多指标投入和产出方面有其得天独厚的优势。它可以把多种投入和产出转化为效率比率的分子和分母，而不需要转换成相同的单位。因此，用DEA衡量效率可清晰地说明投入和产出的组合。

DEA方法由FARRELL在1957年提出，之后CHARNES等[13]提出CCR模型，BANKER等[14]提出BCC模型。 这两个模型都在输入和输出按比例增加或减少的假设下测量径向效率。TONE等在此基础上提出基于非径向松弛变量的SBM模型。方向距离函数DDF使用方向函数来分析DMU效率，能有效地协调模型中不需要的输出变量。然而，由于CCR和BCC都是径向DEA模型，它们在评估效率值时忽略了非径向松弛变量，而SBM模型未能考虑径向模型的特征。要解决之前模型存在的这些缺点，TONE等[15]提出了EBM模型。因此，本文采用EBM模型对中国的60个中国城市的能源环境效率进行了测算，以期通过EBM模型获得更接近实际值的效率值，提高数据的精确性和可靠性，为研究结果提供更可靠的依据。

EBM模型的目标函数及规划求解方程具体见式(1)、式(2)和式(3)。

(1)

s.t.θx0-Xλ-s-=0

(2)

Yλ≥y0,∑λ=1,λ≥0,s-≥0

(3)

2.2 变量选择与数据来源

本文为更好发挥EBM模型的效用，获得更准确的效率值，本文尝试构建了中国城市能源环境效率的测算指标体系，其中包括投入、期望产出及非期望产出三类指标。 ①投入指标：全社会用电量(万kW·h)为投入指标，主要体现社会能源投入；②期望产出指标：采用各城市生产总值(万元)、林业碳汇(t)为期望产出指标，主要选取对于经济发展、环境保护有正面影响的指标；③非期望产出指标：采用各城市工业能源的二氧化碳排放量(万t)作为非期望产出指标，多为能源生产排放的污染气体指标。上述这些指标的数据均来自《中国城市2015年温室气体排放数据(第4版)》和中国各城市2015年的统计年鉴。

2.3 所研究城市的选取及分类

由于数据收集的不易和数据缺失，为了获得更完整的数据，以便对中国城市的能源环境效率进行更准确的数据分析，本文选取13个一线城市、23个二线城市、15个三线城市、9个四线城市及五线城市总共60个城市作为本文的研究对象。

我国城市等级一般是按照城市发展水平、综合经济实力、辐射带动能力、对人才吸引力、信息交流能力、国际竞争能力、科技创新能力、交通通达能力等多方面综合考虑来划分的。而在本文所选择的60个中国城市中，一线城市(A)：北京、上海、广州、深圳、天津、杭州、南京、济南、重庆、青岛、大连、宁波、厦门；二线城市(B)：成都、武汉、哈尔滨、沈阳、西安、长春、长沙、福州、郑州、石家庄、苏州、佛山、绍兴、无锡、烟台、太原、合肥、南昌、南宁、昆明、温州、淄博、唐山；三线城市(C)：乌鲁木齐、贵阳、海口、兰州、银川、西宁、呼和浩特、泉州、包头、南通、大庆、徐州、洛阳、常州、鄂尔多斯；四线城市及五线城市(D)：平顶山、泸州、自贡、大同、咸阳、拉萨、克拉玛依、嘉峪关、丽江。

本文将以目前大家对中国城市的一线城市、二线城市、三线城市、四线城市及五线城市的划分作为所研究城市的划分标准，将所研究的城市划分为A类、B类、C类和D类共4类，对所研究的城市以其所在的类别进行具体分析。

3 实证结果分析

3.1 各城市能源环境效率值分析

本文选用EBM模型并利用DEA-solver 15.0软件对中国60个城市2015年的能源环境效率进行测算，为方便下文分析，现将中国城市的能源环境效率值测算结果展示在表1中。

表1 中国各城市2015年能源环境效率汇总表Table 1 Summary of energy and environmental efficiency of cities in China in 2015

由表1可知，在所研究的城市中有北京市、天津市、哈尔滨市、上海市、青岛市、长沙市、重庆市、银川市8个城市处于效率前沿面上，而这些城市大部分为一线城市，这一情况在一定程度上表明了经济发展水平越高的城市越有可能有较高的能源环境效率。而其他52个城市均存在无效率的情况，从中可以看出我国城市的能源环境效率普遍不高，效率有待进一步提升，政府应出台各种政策和法规推动能源环境效率的提升。

在所研究的城市中效率最低的3个城市分别为兰州市、嘉峪关市、西宁市，其中效率最低的西宁市仅为0.072 4。从这一数值中可以看出，我国城市之间的能源环境效率值的差距非常大，表明我国各城市在效率值上存在明显差异，就能源环境效率而言存在着明显的城市间效率发展状况不平衡的问题。

本文将按照一线城市、二线城市、三线城市、四线城市及五线城市的分类对中国城市能源环境效率进行分类比较，分析各类城市在能源环境效率上的特点。为了更好更直观地分析不同城市等级的城市能源环境效率的特点，本文将按一线城市、二线城市、三线城市、四线城市及五线四类对其能源环境效率绘制雷达图，结果如图1～4所示。

由图1可知，一线城市的能源环境效率普遍较高，大部分一线城市能源环境效率均高于0.800 0，说明大多数一线城市在能源环境效率上状况良好，这一定程度上证明了前文所说的经济发展水平越高的城市越有可能有较高的能源环境效率。较多的一线城市能源环境效率值达到1.000 0，说明一线城市在推动城市快速发展的同时较为注重能源利用和环境保护。

由图2可知，二线城市的能源环境效率普遍不高，大部分二线城市能源环境效率集中于0.400 0～0.600 0之间，这一水平在全国处于中等水平。说明大部分二线城市在发展经济和建设城市时对能源利用及环境保护的重视程度不够高，导致大部分二线城市能源环境效率偏低。在所研究的二线城市中，唐山市、哈尔滨市、长沙市在能源环境效率上表现突出。

图1 一线城市能源环境效率值雷达图Fig.1 Radar chart of energy environmental efficiency values in first-tier cities

图2 二线城市能源环境效率值雷达图Fig.2 Radar chart of energy environmental efficiency of second-tier cities

图3 三线城市能源环境效率值雷达图Fig.3 Radar chart of energy efficiency values of third-tier cities

由图3可知，三线城市的能源环境效率普遍较低，大多数三线城市能源环境效率低于0.600 0，大部分三线城市的效率值又高于0.400 0，由此可知三线城市的能源环境效率大多在中等水平，这一类城市效率有进一步提升的空间。其中银川市表现最为突出达到了最优。

图4 四线城市及五线城市能源环境效率值雷达图Fig.4 Radar charts of energy and environmental efficiency values for fourth- and fifth-tier cities

由图4可知，四线城市及五线城市的能源环境效率差异较大，部分城市能源环境效率较高，部分城市能源环境效率较低，这在一定程度上反映出各城市在效率值上存在着明显差异，效率存在着明显的城市间效率发展状况不平衡的问题。

3.2 资源型城市能源环境效率分析

从本文所选城市可以看出，其中有些城市是中国重要的资源型城市。这类城市的生产和发展与资源开发有密切关系。本文研究主体是中国城市的能源环境效率，资源型城市这一城市类型，较符合本文的研究内容，能更好地体现本文的主题，本文将选取所研究的城市中8个具有代表性的资源型城市进行具体分析。

唐山市是国内焦煤的重要产区，为国家三大铁矿集中区之一，还蕴藏着丰富的油气、金矿资源。此外，唐山市水能资源丰沛，经估算全市共有水量理论蕴藏量70.3万kW，充足的水能资源及其利用一定程度有利于能源环境效率的提高。而其主导产业对能源资源依赖较大，并不利于效率提升。但该市科技研发力度大，市内科学研究机构较多，通过科技创新来减小生产排放对环境的影响，且由于之前经济建设对环境的破坏，在多年前已采取各类措施减少工业生产对环境产生的负面影响，现今这些措施已初见成效。而唐山市先后获得联合国人居奖、中国优秀旅游城市、国家园林城市等荣誉，也在一定程度上佐证这一点。由表1可知，唐山市的能源环境效率为0.986 0，较其他城市处于较高水平，总体来说唐山各类举措有助于能源环境效率的提升。

包头市是以冶金、稀土、机械工业为主的综合性工业城市，中国重要的工业基地和全球轻稀土产业中心，境内拥有世界最大的稀土矿——白云鄂博稀土矿。其水资源较为缺乏，较早开始大规模的水资源开发，目前已经能满足其经济社会发展的需要，水资源的缺乏一定程度上不利于其经济社会发展和能源环境效率提升。该市有得天独厚的金属矿产，其中稀土矿是其优势矿种，且其矿产资源具有种类多、储量大、品位高、分布集中、易于开采的特点，其矿产具有的特点利于资源开发和利用。该市全市科研机构众多，拥有一批具有国际领先水平的科研成果，科技成果应用于生产中有助于生产效率的提高，从而促进能源环境效率的提升。但从上文可见，包头市的能源环境效率仅为0.368 3，较其他城市处于较低水平，显然科技发展对其效率的影响还不够大。

鄂尔多斯市是中国最佳民族风情旅游城市，呼包鄂城市群的中心城市，是国家森林城市、中国优秀旅游城市、全国最具创新力城市、全国生态园林城市。该市地形复杂，地貌类型多样，平原约占总土地面积的4.33%。其复杂的地形使其农业、林业、牧业共同发展，一定程度上有利于其能源环境效率的提升。此外，该市有各类矿产资源50多种，主要有占全国六分之一储量的煤炭、占中国三分之一储量的天然气、储量较大的铁矿，由此可见其能源资源丰富。该市旅游业较为发达，市内科研机构较多，科研能力较强，这在一定程度推动了能源环境效率的提升。 由表1可以看到，鄂尔多斯的能源环境效率为0.704 7，较其他城市处于较高水平。而该市的燃气普及率、污水处理率、生活垃圾无害化处理率较高、人均公园绿地面积高，很大程度上促使其能源环境效率处于较高水平。

大庆市是以石油石化为支柱产业的城市、中国重要的石油生产和石化工业基地，是中国第一大油田所在地，被誉为“绿色油化之都、北国温泉之乡”。大庆市雨热同季、水资源丰富，且草原占比高、天然牧草多，利于农作物和牧草生长，种植业及畜牧业的发展有助于能源环境效率提升。大庆市石油有“三高一少”的特点，是理想的石化工原料；其天然气与石油伴生，可直接作化肥原料。在该市林甸地区储藏了分布范围广、面积大、温度高、产量大的地热资源，是具有良好的开发地热田前景的地区，而地热资源的开发及利用能推动该市能源环境效率的提高。但大庆市的能源环境效率为0.408 0，较其他城市处于较低水平。大庆市虽完成了大面积的植树造林，但其环境保护举措产生的影响还未显现，石油石化产业对环境造成的不良影响仍不可忽视，政府还需继续努力。

大同市是国家重化工能源基地、中国最大煤炭能源基地之一，有“中国煤都”之称。该市水资源分布不均，雨季极多平时极少，城区矿区相对充足，部分山区饮水困难，总体水资源十分贫乏。其水资源的缺乏一定程度上制约了其经济社会发展和能源环境效率的提升。该市境内煤炭和石墨广布且储量丰富，有规模大、质量好、埋藏浅、易于露天开采的熔剂白云岩，境内储量大、杂质少的高岭岩是陶瓷生产的优质添加原料，由此可见其能源资源较为多样。多样的能源资源避免了单一能源导致的大量碳排放，一定程度有利于能源环境效率的提高。但从上文可见大同市的能源环境效率仅为0.367 3，较其他城市处于较低水平。这一定程度上说明该市所采取的各类措施对其能源环境效率提升帮助仍然有限，政府应继续改善各项举措推动能源环境效率的提高。

自贡市“因盐设市”，有“千年盐都”之称，也是中国重要的恐龙化石产地，拥有世界三大恐龙博物馆之一的自贡恐龙博物馆，被称为“恐龙之乡”。该市水资源极度匮乏，矿产资源贫乏，动植物资源丰富，水和矿产资源的缺乏影响了经济发展和能源环效率提升。但该市盐业经济发达，盐作为其主要自然资源，因此自贡市不是被大众认知的传统意义上的资源型城市。而盐业对当地环境状况的依赖较大，其作为主导产业对矿产资源的依赖低，因此该市由能源不合理利用导致的污染排放也相对较少，在此情景下能源环境效率应该相对较高。而由上文可见，自贡市的能源环境效率为0.859 0，较其他城市处于较高水平，这一数值也在一定程度上佐证了前文的分析。此外自贡市完成了较大面积的人工造林，这一举措促进了能源环境效率的提升，也为环境保护贡献了一份力量。

泸州市是世界级白酒产业基地，也是我国以名优酒为主的重要食品工业基地、循环型化工基地、清洁能源生产基地。其历史源远流长，水资源较为丰富，动植物及矿产资源丰富，旅游业发达，形成以名酒、生态、红色、历史、长江文化为代表的五大特色旅游资源。且泸州市作为旅游城市、循环型化工基地、清洁能源生产基地，重视环境保护，发展循环经济以及清洁能源，近几年大力进行植树造林和封山育林，这有利于能源环境效率的提高，且其主导产业对能源依赖不大，由能源利用导致的污染排放相对较少，其能源环境效率应该相对较高。而由上文可见泸州市的能源环境效率为0.900 3，较其他城市处于较高水平，该市先后获得联合国改善人居环境最佳范例奖、中国优秀旅游城市、国家园林城市、国家水生态文明城市等荣誉，也很好地证明了前文对泸州市的分析。

克拉玛依市因石油得名，是国家重要的石油石化基地，也是新中国成立后勘探开发的第一个大油田、西部地区第一个产量上千万吨大油田。该市水资源贫乏，且全境大多为戈壁荒漠。另外曾由于生活用柴而砍伐植被，后随着燃料和供热方式的改变植被逐渐恢复。境内草场质量较差，且因地下水位下降和过度放牧逐年退化。这显然不适合发展农业和畜牧业，某种程度上也影响了能源环境效率的提升。此外该市空气环境质量状况良好且优良率高，城市供水普及率、燃气普及率、城市生活垃圾无害化处理率、城市污水处理率高，绿化覆盖率较高、人均公园绿地面积较大。这些状况说明该市环境状况相对良好，一定程度有利于能源环境效率的提高。由上文可见克拉玛依市的能源环境效率为0.522 7，在所研究城市中为中等水平，说明政府各项举措有效但仍有较大的进步空间。

通过上述分析并结合表1可看出，大部分资源型城市为四线城市及五线城市，这类城市的综合实力普遍相对偏低。从中还可以看出，资源型城市不同的能源禀赋、主导产业、科研能力、环境状况以及为保护环境采取的各类措施都会对城市的能源环境效率产生影响。

4 结论与启示

1) 在所研究的城市中处于效率前沿面上的城市大部分为一线城市，这在一定程度上表明了经济发展水平越高的城市越有可能有较高的能源环境效率。而所研究的大部分城市存在无效率情况，从中可见我国各城市能源环境效率普遍不高，效率有待进一步提升。且我国城市间能源环境效率的差距非常大，表明我国各城市在效率上存在着明显的差异性，就能源环境效率而言存在着明显的城市间效率发展状况不平衡的问题。

2) 一线城市能源环境效率普遍较高，说明大多数一线城市在能源环境效率上状况良好，一定程度上证明了经济发展水平越高的城市越有可能有较高的能源环境效率。较多一线城市能源环境效率值达到1.000 0，说明一线城市在快速发展的同时较为注重能源利用和环境保护。

3) 二线城市的能源环境效率普遍不高，大部分二线城市能源环境效率集中于0.400 0～0.600 0之间，这一水平在全国处于中等水平。说明大部分二线城市在发展经济和建设城市时对能源利用及环境保护的重视程度不够高，导致大部分二线城市能源环境效率偏低。

4) 三线城市的能源环境效率普遍较低，大多数三线城市能源环境效率低于0.600 0，大部分三线城市的效率值又高于0.400 0，由此可见三线城市的能源环境效率大多在中等水平，这一类城市效率有进一步提升的空间。

5) 四线城市及五线城市的能源环境效率差异较大，部分城市能源环境效率较高，部分城市能源环境效率较低，这在一定程度上反映出各城市在效率值上存在着明显差异，效率存在着明显的城市间效率发展状况不平衡的问题。

6) 大部分资源型城市为四线城市及五线城市，不同的能源禀赋、主导产业、科研能力、环境状况以及为保护环境采取的各类措施都会对城市的能源环境效率产生影响。

通过上述研究结论，本文得出以下启示。

1) 我国城市效率普遍不高，各城市应调整各自的投入产出结构，合理分配能源，加快新能源开发，建立健全资源、能源消耗的统计报告制度，宏观全面反映资源、能源消耗的实际情况和节能降耗工作的实际效果，提高资源配置水平。

2) 我国城市效率值存在明显的差异性，政府在实施环境规制政策、节能减排政策时不应该采取以一概全的策略，应根据当地的实际情况制定合适的政策，做到因地制宜。

3) 政府应重视科技创新和科学技术进步对能源环境效率的影响，充分发挥科学技术创新与进步对产业升级和对生产技术进步的作用，提升生产和能源利用效率，从而进一步提升各城市的能源环境效率。

4) 政府要加强环境污染治理，以解决影响健康的大气、水、重金属等突出环境问题为重点，切实加大治理力度。同时，建立和加强普通大众的环保意识，以人民群众为基础推动中国的绿色发展。