河南省能源效率综合评估
河南省是能源大省和人口大省，能源生产和消费分别位列全国第7位和第5位。受资源环境约束，河南省能源对外依存度逐步提升，提高能源效率是减缓能源消费增长速度的重要途径。为实现能源可持续发展，河南需对全省能源利用现状进行分析，分别从投入产出、环境约束和创新驱动视角对能源效率进行评估，并与全国进行对比分析，找出差距，以期进一步提升全省能源利用效率。
一 河南省能源利用效率评估
（一）河南省能源利用效率总体情况
河南省能源利用效率逐年提升，单位GDP能耗逐步下降，从2010年的0.805吨标准煤/万元下降到2015年的0.633吨标准煤/万元，平均每年下降4.70%，整体降幅21.4%（见图1），超额完成全国“十二五”规划中单位GDP能耗要降低16%的要求。
图1 河南省单位GDP能耗走势
（二）河南省能源利用效率的区域评估
河南省能源利用效率区域差异化明显。各市的能耗水平都呈下降趋势，但地区间能源利用效率水平很不均衡[1]，存在较大差异。基于河南省18个地级市的能源数据，笔者对各地市能耗水平进行分析对比。2015年周口市单位增加值能耗水平最低，济源市最高；从历年降幅看，周口市成效最大，2010年以来整体降幅达24.6%，驻马店市整体降幅最小，约下降6.0%。根据各地市能源效率水平，本文以2015年单位增加值能耗平均水平和2010年以来能耗年均降幅均值为界，将全省18个地市分为3类地区（见图2）。
图2 全省各地市能源利用效率情况
（1）Ⅰ类城市。能耗高于平均水平且年均降幅较小的城市，包括开封市、济源市、安阳市、三门峡市、驻马店市、平顶山市和新乡市。由于这类城市能耗高降幅小，是下一步提升全省能源利用效率水平的重点地区，需要密切监控其能耗水平，重点研究提升的方向和实现路径，促使其快速转变发展方式，优化能源利用方式，提升能源利用水平。
（2）Ⅱ类城市。能耗水平较高但年均降幅较大的城市，包括信阳和洛阳市。这类城市虽能耗偏高但能耗降幅大，有较大能源效率提升潜力，这类地区应巩固已有的发展成效，并从政策等方面加以引导，使其能耗水平进一步下降。
（3）Ⅲ类城市。能耗水平较低且年均降幅也较大的城市，包括郑州市、焦作市、南阳市、商丘市、许昌市、漯河市、濮阳市、鹤壁市和周口市。这类城市能耗低降幅大，能源利用效率较高，是对现阶段能源利用效率提升贡献度较高的地区。
总体来看，郑州市、焦作市、南阳市、商丘市、许昌市、漯河市、濮阳市、鹤壁市和周口市能耗低降幅大，能源利用效率较高；信阳和洛阳市虽能耗偏高但能耗降幅大，有较大能源效率提升潜力；开封市、济源市、安阳市、三门峡市、驻马店市、平顶山市和新乡市能耗高降幅小，是下一步提升全省能源利用效率水平的重点地区，需要密切监控其能耗水平，促使其快速转变能源发展方式。
（二）河南省能源利用效率的行业评估
行业不同其能源利用效率也存在显著差别。河南省整体能源利用效率的提升主要来自各行业能耗水平的大幅降低（见表1）。2010年，交通运输、仓储和邮政业单位增加值能耗高达1.535吨标准煤/万元，是能源利用效率最低的行业；工业单位增加值能耗为1.373吨标准煤/万元，能源利用效率排各行业倒数第二。至2015年，交通运输、仓储和邮政业单位增加值能耗降至1.354吨标准煤/万元，平均每年下降2.49%；而工业单位增加值能耗降至0.840吨标准煤/万元，平均每年降低9.37%，降幅显著（见图3）。
图3 2010～2015年河南省各行业能源利用效率及其变化
工业是提升能源利用效率的重点领域。工业是河南省发展的重要支柱产业，行业间能源利用效率存在较大差异（见表2）。2015年，能耗最高的5个行业分别是电力、热力的生产和供应业（12.227吨标准煤/万元），黑色金属冶炼及压延加工业（2.217吨标准煤/万元），有色金属冶炼及压延加工业（2.192吨标准煤/万元），化学原料及化学制品制造业（2.156吨标准煤/万元）与石油和天然气开采业（1.613吨标准煤/万元），由于这几大行业能耗水平仍处于高位，将是全省下一步提升能源效率需要关注的重点行业。
表1 2010～2015年河南省各行业能源利用效率及其变化
表2 2010～2015年河南省工业各行业能源利用效率及其变化
表2 2010～2015年河南省工业各行业能源利用效率及其变化-续表
根据2015年单位增加值能耗和2010年以来年均能耗降幅，本文将工业38个行业分为4类（见表3）。
表3 河南省各行业能源效率的情况
（1）Ⅰ类行业。单位增加值能耗较低且年均能耗降幅较大，包括有色金属矿采选业等27个行业，是对目前能效提升贡献度较高的行业，可继续加大提升力度，并巩固现有成果。
（2）Ⅱ类行业。单位增加值能耗较低且年均能耗降幅较小，包括文教体育用品制造业、水的生产和供应业2个行业，表明这类行业能耗水平降低的空间有限，可继续巩固现有成果。
（3）Ⅲ类行业。单位增加值能耗较高且年均能耗降幅较大，包括化学纤维制造业、有色金属冶炼及压延加工业2个行业，表明这类行业能耗水平降低的空间较大，可采取措施，进一步提高能源利用效率。
（4）Ⅳ类行业。单位增加值能耗较高且能耗降幅较小，包括煤炭开采和洗选业等6个行业，这类行业是下一阶段能效提升的关键行业，应密切监控，查找问题，并从政策上积极引导，促使其转变发展模式，提升能源利用效率。
从行业上看，有色金属矿采选业等27个行业，单位增加值能耗较低且年均能耗降幅较大，是对目前能效提升贡献度较高的行业；文教体育用品制造业、水的生产和供应业，单位增加值能耗较低且年均能耗降幅较小，表明这类行业能耗水平降低的空间有限；化学纤维制造业、有色金属冶炼及压延加工业2个行业，单位增加值能耗较高且年均能耗降幅较大，表明这类行业能耗水平降低的空间较大，可采取措施进一步提高能源利用效率；煤炭开采和洗选业等6个行业，单位增加值能耗较高且能耗降幅较小，这类行业是下一阶段能效提升的关键行业。
（三）河南省能源利用效率对比分析
全要素能源效率是指将能源作为一种投入指标的全要素生产率。全要素能源效率能够弥补由单一指标进行能源效率分析的不足，将能源效率纳入社会总投入与总产出的框架进行分析，可以将其定义为在能源投入外的其他要素保持不变的前提下，最佳生产实践的产出所需的目标能源投入量与实际投入量的比值，取值在0～1之间，越接近于1，说明在劳动、资本等要素投入以及总产出一定的情况下，能源效率越高；越接近于0，说明在劳动、资本等要素投入以及总产出一定的情况下，能源效率越低。
本文对河南省的能源效率与全国其他各省区市能源效率水平进行对比分析，基于方向距离函数模型（DDF）的基本架构，测算2010～2014年全国各省区市的全要素能源效率。方向距离函数是对径向DEA模型的一般化表达，它允许在增加合意产出的同时减少非合意产出；非径向方向距离函数（NDDF）放松了早期DDF框架中合意产出与非合意产出必须等比例变动的限制；全要素非径向方向距离函数（TNDDF）进一步将资本和劳动力纳入能源效率的分析框架，构成了能源效率综合分析的基础[2]。
假定规模报酬不变，以各省区市为决策单元（DMU），每个省区市投入资本（K）、劳动力（L）和能源（E），产出统一以货币计价加总为地区生产总值（Y），以某个省区DUMk为例，方向距离函数的规划式为：
maxβ
s.t.
X·λ+β·gx≤xk
Y·λ+β·gy≥yk
λ≥0（1）
其中，xk是DUMk的投入向量，yk是DUMk的产出向量，gx和gy分别刻画了投入和产出变动的情况，β是对无效率的测度，它受方向向量长度的影响，因此，可以将方向距离函数效率值定义为：
θk可以直接用于衡量效率。其中，wiI表示对第i种投入的权数；而wrO为第r种产出的权数，体现不同指标的重要程度，m、q分别指投入和产出的种类数目，这里m=3，q=1。选取的权重矩阵（w1I，w2I，w3I，w1O）=（1/6，1/6，1/6，1/2），其含义是将各种投入和产出进行均等对待，即投入和产出同等重要，两者各赋予1/2的权重；考虑到共有3种投入，将投入部分的权重进一步平均赋予资本、劳动和能源，即各种投入的权重分别为1/6。
从全国各省区市全要素能源效率得分可以看出，在未考虑环境约束的情况下，北京市能源利用效率最高，广东和江苏分列第2、3位。河南省能源利用效率处于中下水平，2010年河南省能源效率得分0.497，列全国第18位；2014年得分0.460，仍居全国第18位，与先进省份还存在较大差距，仍需继续提升（见表4）。
表4 全国各省区市全要素能源效率得分及排名
二 环境约束下的河南省能源效率评估
伴随着经济的快速发展，特别是工业化的不断推进，河南省能源消费快速增长，以化石能源为主的能源生产和消费方式带来了日益严重的环境污染和生态破坏。化石能源的生产、运输、加工转换及使用，对空气、水、土壤等生态环境资源造成了严重的污染和破坏。化石能源的开采引发地下水位下降，大量污染物进入水体破坏水资源，使得土地变得贫瘠，植被破坏，生态系统受损。化石能源燃烧排放的大量烟尘、二氧化硫、氮氧化物等大气污染物，导致灰霾、酸雨等环境污染，严重危害了人们的身心健康。本节定量分析了河南省能源消费对环境的影响，并利用方向距离函数模型进一步测算环境约束下“十二五”期间河南省的全要素能源效率。
（一）河南省能源消费对环境的影响分析
能源消费伴随着一定程度的污染，笔者通过计量分析来定量研究能源消费对环境影响的程度，设定多元回归模型。
pollutioni=β0+β1ECi+β2pcgdpi+β3pcgdp2i+β4fdii+εi （3）
其中，pollution指环境污染，本文将分别用废水COD排放量、废水中氨氮化物排放量、二氧化硫排放量、氮氧化物排放量和烟（粉）尘排放量进行衡量；EC是能源消费量，是核心变量；pcgdp指人均GDP。fdi为外商直接投资；ε是随机扰动项。基于河南省18个地级市的能源、环境数据，本文对河南省能源消费的环境影响进行模拟测算，结果详见表5。
从回归分析结果可以看出，河南省每消费100万吨标准煤，会产生废水COD排放量0.362万吨，废水中氨氮化物排放量0.040万吨，二氧化硫排放量0.710万吨，氮氧化物排放量0.509万吨，烟（粉）尘排放量0.833万吨。由此可见，河南省能源消费对环境的影响非常显著。
表5 河南18个地级市能源消费对环境的影响
（二）环境约束下的能源效率评估
在测度能源效率时，统筹考虑废水中化学需氧物排放量、废气中二氧化硫排放量和烟（粉）尘排放量等污染物排放指标，将其作为非合意的产出纳入投入-产出分析框架。
假定规模报酬不变，以各省区市为决策单元（DMU），每个省区市投入资本（K）、劳动力（L）和能源（E）。产出分为两类，一种是合意产出，用各省地区生产总值衡量（Y）；另一种是非合意产出，分别用废水中化学需氧物排放量、废气中二氧化硫排放量和烟（粉）尘排放量衡量（用向量B表示）。以某个省区市DUMk为例，引入非合意产出后方向距离函数模型的规划式为：
maxβ
s.t.
X·λ+β·gx≤xk
Y·λ+β·gy≥yk
β·λ+β·gb=bk
λ≥0（4）
其中，xk是DUMk的投入向量，yk是DUMk的合意产出向量，bk是DUMk的非合意产出向量。gx、gy和gb是方向向量，分别刻画了投入、合意产出和非合意产出变动的情况，β是对无效率的测度，但它受方向向量长度的影响，在引入非合意产出后，方向距离函数效率值进一步修正为：
θk可以直接用于衡量效率。其中，wiI表述对第i种投入的权数，wrG为第r种合意产出的权数，wtB为第t种非合意产出的权数。上述权数的作用在于体现不同指标的重要程度，可构造权重矩阵（w1I，w2I，w3I，wG1，wB1，w2B，w3B）。
考虑环境约束后，在对投入产出各指标赋权时，将权重矩阵设定为（1/9，1/9，1/9，1/3，1/9，1/9，1/9），其含义是将各种投入、合意产出和非合意产出均平等对待，各赋予1/3的权重；考虑到共有3种投入，将投入部分的权重进一步平均赋予资本、劳动和能源，即各种投入的权重分别为1/9；对非合意产出也做同样处理，将废水中化学需氧物排放量、废气中二氧化硫排放量和烟（粉）尘排放量各赋予1/3的权重。考虑环境约束后，全国各省区市全要素能源效率测算结果详见表6。
与未考虑环境约束相比，环境约束下全国各省区市的能源效率得分及排名有较大变化。将环境污染作为非合意的产出后，2010年，福建、上海和江西是处于效率排名前列的省份，即处于能源效率的最佳水平，广东和北京分列第4、5位，河南列第23位。2014年福建和上海仍然是能源效率最高的省份，随着北京高耗能行业外迁，北京市的能源效率提升到第三位，而河南省仍列全国第23位，与全国最优水平的差距进一步扩大（见表6）。可见，将环境约束纳入评价体系后，河南省的能源效率处于全国落后水平，说明河南省目前的能源利用方式和产业体系仍然较为粗放与滞后，经济结构以及能源结构的转型进度滞后于全国平均水平，河南省需要加快推进产业结构转型升级，加速提升清洁能源消费比重。
表6 环境约束下全国各省区市全要素能源效率得分及排名
表6 环境约束下全国各省区市全要素能源效率得分及排名-续表
三 创新驱动下的河南省能源效率评估
供给侧结构性改革的核心是处理好政府和市场的关系，使市场在资源配置中起决定性作用，以期通过一系列的结构调整，促进大众创新、万众创业，并实现提质增效。从全省来看，产业结构中传统产业特别是能源原材料产业占比较大，创新能力不足、竞争力不强，需要着力提升技术创新对经济增长的贡献率。为定量研究供给侧结构性改革对提高能源效率、减少污染的有效性，本文在式（3）的基础上，引入供给侧相关指标，构建联立方程：
其中，第一个方程着重考虑能源消费对环境污染的影响。pollution指环境污染，EC为能源消费，pcgdp指人均GDP，fdi为外商直接投资。第二个方程主要考虑供给侧结构性改革相关指标对能源消费的影响。INN指创新，用每万人专利申请数衡量；ES指企业家创业精神，用个体和私营企业人数占全部城镇就业人数中的比重来衡量；IS为产业结构，用第三产业增加值占地区生产总值的比重衡量；OP指开放度，即开放格局，用FDI和固定资产投资之比来衡量；DEN指人口密度，用于衡量经济活动的集聚程度，即空间结构。整个方程组用于描述创新等供给侧结构性改革的主要因素对能源消费、环境污染的影响。
基于三阶段最小二乘法（3SLS），用河南省18个地级市数据对上述模型进行了拟合，结果详见表7。
表7 创新驱动下的河南省能源效率评价
从测算结果可以看出，创新指标与河南省能源消费、环境污染指标都显著正相关；创业指标与能源消耗、环境污染指标都呈显著负相关，表明目前河南省仍处于粗放型技术进步发展路径，需要全力推进集约型创新模式。在技术进步路径转型背景下，积极鼓励大众创业对于降低河南省能源消费、促进节能减排将具有积极作用。
从河南省的能源产业创新情况来看，传统粗放型的技术创新方式没有充分考虑对环境污染的影响，而集约型的增长模式有助于提升能源品质和用能可靠性，要着力培育电动汽车分时共享、分布式能源站、智能微网等新模式、新业态，加大体制机制创新力度，激发能源发展活力；大众创业等市场化行为有助于减少能源消耗、提高能源效率，要着力激发民营企业的创新动力，孕育并突破大规模储能、高性能电池等前沿技术；在制度侧优化机制设计，结合供给侧结构性改革的要求，支持一批创新引领型企业，培育一批创新引领型人才，建设一批创新引领型平台，进一步鼓励社会资本参与能源市场和基础设施建设。
四 研究结论
（一）河南省能源效率提升成效显著
从整体上看，“十二五”期间河南省单位GDP能耗在逐步下降，而且降幅大于国家规划标准。在资源环境约束背景下，提高能源效率是减缓河南省能源消费增长速度的重要途径。2010年以来，河南省单位GDP能耗逐步下降，从2010年的0.805吨标准煤/万元下降到2015年的0.633吨标准煤/万元，年均下降4.70%，整体降幅21.40%，超额完成全国“十二五”规划中单位GDP能耗降低16%的要求。
（二）河南省地区间能源效率差异较大
河南各地区能效提升差异明显，安阳、平顶山等能耗水平较高的城市是下一步提升能源利用效率的重点地区。郑州市、南阳市、商丘市、焦作市、许昌市、漯河市、濮阳市、鹤壁市和周口市能耗低降幅大，能源利用效率较高；信阳市和洛阳市虽然能耗偏高但能耗降幅大，有较大能源效率提升潜力；开封市、济源市、安阳市、三门峡市、驻马店市、平顶山市和新乡市能耗高降幅小，是下一步提升能源利用效率水平的重点地区，需要密切监控其能耗水平，促使其快速转变能源发展方式。
（三）高耗能行业是提高能效的重点行业
河南各行业能效提升差异较大，传统行业是下一阶段能效提升的关键行业。有色金属矿采选业等27个行业，单位增加值能耗较低且年均能耗降幅较大，是目前对能效提升贡献度较高的行业；文教体育用品制造业、水的生产和供应业，单位增加值能耗较低且年均能耗降幅较小，能耗水平降低的空间有限；化学纤维制造业、有色金属冶炼及压延加工业2个行业，单位增加值能耗较高且年均能耗降幅较大，能耗水平降低的空间较大，可采取措施，进一步提高其能源利用效率；煤炭开采和洗选业等6个行业，单位增加值能耗较大且能耗降幅较小，是下一阶段能效提升的关键行业。
（四）河南省能源效率与全国平均水平仍有差距
河南省能源利用效率与全国平均水平仍有差距，考虑环境约束后差距加大。未考虑环境约束的河南省能源利用效率处于全国中等偏下水平，距全国最优水平有较大差距。考虑环境约束后全国各省份的能源效率排名发生了较大变化，福建、上海和江西是能源消费效率较高的地区，而河南省能源效率进一步降低。与全国的能源效率对比可以看出，河南省目前的能源利用方式和产业体系仍然较为粗放，需要加快推进产业结构转型升级，加快提升清洁能源消费比重。
（五）供给侧结构性改革将进一步提升能源效率
供给侧结构性改革的核心是处理好政府和市场的关系，使市场在资源配置中起决定性作用，以期通过一系列的结构调整，促进大众创新、万众创业，并实现提质增效。河南省传统粗放型的技术创新方式没有充分考虑对环境污染的影响，而集约型的增长模式有助于提升能源品质和用能可靠性，要着力培育电动汽车分时共享、分布式能源站、智能微网等新模式、新业态，加大体制机制创新力度，激发能源发展活力；大众创业等市场化行为有助于减少能源消耗、提高能源效率，要着力激发民营企业的创新动力，孕育并突破大规模储能、高性能电池等前沿技术。在制度侧优化机制设计，结合供给侧结构性改革的要求，进一步鼓励社会资本参与能源市场和基础设施建设。