中国工业技术进步的偏向是否节约能源
摘要
偏向型技术进步对中国工业节能减排具有重要的作用，这就需要将能源视为一种生产投入要素，并测算技术进步在不同要素之间的偏向。采用数据包络法从全要素生产率Malmquist指数中进一步分解出投入要素偏向技术变化（IBTECH）指数，该指数可以度量生产前沿面的旋转效应。在此基础上，判别了1999-2012年中国工业36个行业技术进步的要素偏向。论文的主要结论有：第一，偏向型技术进步总体而言有助于中国工业全要素生产率的提升，几乎所有工业行业在1999-2012年期间、“十五”和“十一五”分阶段的IBTECH指数均大于1，并且偏向型技术进步对全要素生产率的贡献程度在2007年以后也有大幅提升。第二，中国工业技术进步的偏向在能源和资本之间、能源和中间品之间均节约能源，在能源和劳动力之间节约劳动力，但总体而言呈现出节约能源的特征。第三，从变化趋势和行业分布来看，中国工业节约能源型技术进步在近年来得到了增强，节约能源的行业数在“十一五”期间明显多于“十五”；在7个年排放1亿t以上的高排放行业中，节约能源技术进步的特征甚至更为明显。这一结果在一定程度表明，过去十到二十年之间我国能源价格去管制化和其他节能减排的政策措施对引导节约能源型技术进步发挥了积极的作用。
关键词偏向型技术进步；中性技术进步；能源要素；IBTECH指数
中图分类号F42文献标识码A文章编号1002-2104（2015）07-0024-08doi：.1002-2104.2015.07.004
相关研究大都认为，技术进步有助于降低、减缓能源消耗和碳排放，提高能源效率和降低碳强度，甚至认为技术效应是减缓中国碳排放，降低碳强度的主导因素。从微观视角来看，技术进步主要是通过改变能源与资本、劳动力、中间品等投入要素的边际生产率来改变其使用量和使用比例，进而对能源强度和与能源消耗密切相关的碳排放强度产生影响。根据Hick的思想，技术进步可以是中性的，即同比例改变不同要素的边际生产率，也可以是偏向型的，即改变要素之间的边际替代率。后者，即偏向型技术进步（BiasedTechnicalChange）由于可以不同比例地改变能源和其他要素之间的相对使用量，对降低工业能源强度和碳强度具有重要的意义。如果发生了节约能源的偏向型技术进步，则其可以在给定产出下使能源相对其他生产要素有更大程度的节约。因此，需要提出的一个基本问题就是，对于中国最主要的碳排放部门工业来说，是否发生了节约能源的偏向型技术进步？这是把握过去十多年来中国节约能源型技术进步的趋势，评价节能减排政策对技术进步方向引导的效果，探索促进节能技术进步驱动因素等相关研究的基础。国外已有一些实证研究考察了节约能源的偏向型技术进步。例如，Popp和Hassleretal.采用美国的数据发现技术进步的偏向是节约能源的。然而，在已有涉及中国的实证研究中，大部分并没有将能源要素考虑在内，而是专注于技术进步在资本和劳动力、熟练和非熟练劳动之间的偏向。仅有少数文献考虑了中国的技术进步在能源和其他要素之间的偏向，而这些研究的主要关注是能源与其他要素之间替代关系，并且多是分不同来源的技术，如R&D、贸易和FDI来对偏向型技术进步进行研究。此外，限于研究方法，上述研究未能给出对中国工业行业技术进步要素偏向的综合测度，并从技术进步对生产率增进的角度来考察其在不同行业是否是节约能源的。针对上述研究的不足，本文做出两方面的改进。第一，在资本、劳动力、能源和中间品四种投入要素的框架下展开研究，从而将能源视为一种生产投入要素，判别中国工业技术进步是否是节约能源的；第二，从技术进步对生产率增进的角度综合测度和评价偏向型技术进步的作用。在后续研究中本文将回答三个问题：第一，中国工业是否发生了偏向型技术进步，其对生产率是否产生了积极的贡献？第二，中国工业技术进步的偏向是否是节约能源的？第三，中国工业偏向型技术进步的变化趋势如何，节约能源的技术进步是否随着时间得到了增强？
1技术进步偏向的测度和判别方法
技术进步难以被直接度量。一般而言，可以通过全要素生产率来度量技术进步的绩效，或用R&D来度量技术进步的投入，用专利来度量技术进步的产出。然而，偏向型技术进步将改变能源和其他要素之间的边际替代率，因此并不能够采用传统的技术进步变量。偏向型技术进步的度量和技术进步偏向的判断方法即是这类研究重点和难点。本文将采用Freetal.提出的投入偏向技术变化指数（IBTECH）来度量中国工业行业的偏向型技术进步对全要素生产率的贡献，并作为判断中国工业行业技术进步偏向的依据。
1.1偏向型技术进步的测度方法
在生产率的度量中，技术进步的作用是引起等产量线的移动。在两种投入要素的坐标轴中，它可以促使等产量线向原点移动。如果技术进步不改变投入要素的边际替代率，即技术进步是中性的，则等产量线会向原点“平移”。如果技术进步改变投入要素之间的边际替代率，即技术进步是偏向型的，则会导致等产量线的“旋转”，从而使一种投入要素的边际生产率提高，相对而言另一种要素的边际生产率降低。一般而言，技术进步的上述两种效应兼而有之。若要度量偏向型技术进步，就需要从技术进步对等产量线的作用中区分出“平移”的效应和“旋转”的效应。
中国人口·资源与环境2015年第7期
Freetal.提出了基于DEAMalmquist指数法来度量TFP，并将其进一步分解为技术效率变化（EFFCH）和技术变化（TECH），前者指的是投入产出组合到生产前沿面之间距离的变化，后者是指生产前沿面本身的变化。然而这种分解并未区分中性技术进步和偏向型技术进步。Freetal.进一步提出了Malmquist指数的另一种分解方法，将技术变化指数分解为技术规模变化（MATECH）、产出偏向技术变化（OBTECH）和投入偏向技术变化（IBTECH）指数，其中IBTECH指数即可以度量偏向型技术进步。
依照Shephard，定义投入导向（Inputoriented）的距离函数（DistanceFunction），其倒数是给定产出时所需的最小投入要素与实际投入要素之比，是技术效率的一种度量。假设
xt=（xt1，…，xtN）
表示t时期的一组非负投入向量，
yt=（yt1，…，ytN）
表示t时期的一组非负产出向量，那么t时期的Shephard投入距离函数则可定义为：
Dti（y，x）=max{λ：[SX（]x[]λ[SX）]∈Lt（y）}
其中，Lt（y）为投入需求集（InputRequirementSet），表示这一时期产出所需的可行投入组合。
在投入导向之下，Freetal.提出的Malmquist全要素生产率指数（MI）是在满足规模报酬不变条件下的技术“标杆”的基础上定义的（Lovell，2003）：
MI=Dt+10（yt，xt）[]
Dt+10（yt+1，xt+1）×
[SX（]Dt0（yt，xt）[]
Dt0（yt+1，xt+1）[SX）]
MI可以进一步分解为技术变化指数和技术效率变化指数：
MI=
Dt+10（yt，xt）[]
Dt0（yt，xt）×
Dt+10（yt+1，xt+1）[]
Dt0（yt+1，xt+1）
×[SX（]Dt0（yt，xt）[]
Dt+10（yt+1，xt+1）[SX）]=
TECH×EFFCH
然而，MI作为一种全要素生产率指数，是对技术进步绩效的一种综合度量，其中既包括生产前沿面的平移和旋转效应，二者的总效应可以用TECH指数度量。进一步，Freetal将TECH指数分为：
MATECH=Dt+10（yt，xt）[]
Dt0（yt，xt），
OBTECH=
Dt+10（yt+1，xt+1）[]
Dt0（yt+1，xt+1）/
[SX（]Dt+10（yt+1，xt）[]
Dt0（yt+1，xt）[SX）]，
IBTECH=
Dt+10（yt+1，xt）[]
Dt0（yt+1，xt）/
[SX（]Dt+10（yt，xt）[]
Dt0（yt，xt）[SX）]
其中，MATECH度量的是生产前沿面的平移，即中性技术进步；OBTECH度量的是在多产出的情况下，技术进步对产出不同比例的增进效应，在单一产出的情况下，OBTECH为1；IBTECH度量的即是技术进步对不同投入要素边际替代率的改变，表示投入要素偏向型的技术进步使得TFP在要素等比例节约情景的基础上获得了进一步的增进（IBTECH>1）或降低（IBTECH<1）。因此，这一方法可以区分生产前沿面由于技术进步产生平移的基础上可能发生的“旋转”效应。这种分解方法已经被应用于度量国家之间的偏向型技术进步特征、环境效率的评价、行业的偏向型技术进步特征、微观主体的偏向型技术进步特征等方面的研究。
1.2技术进步偏向的判别方法
IBTECH指数度量的是偏向型技术进步对生产率的增进或降低，但它并未给出技术进步在不同要素之间的偏向。为了解决这一问题，WeberandDomazlicky提出可以基于要素比例在t+1期和t期的变化以及IBTECH与1的大小之间的不同组合，来判别技术进步的要素偏向。假设从t期至t+1期发生了技术进步。图中四条等产量线Lt（y）、Lt+1n（y）、Lt+11（y）、Lt+12（y）代表相同的产出水平。技术进步使得后三条等产量线比Lt（y）更靠近原点。如果两种投入之间的边际替代率不变，那么技术进步是希克斯中性的，等产量线平移，图中用Lt+1n（y）表示；如果在保持投入组合不变的情况下，两种要素之间的边际替代率上升（或降低），那么技术进步是使用x1（或使用x2）的，分别用Lt+11（y）和Lt+12（y）表示。xt和xt+1分别表示t期和t+1期的投入组合比例。
根据图1可以得出如下判别方法：当xt+12/xt+111意味着技术进步是使用x1的，IBTECH<1表示技术进步是使用x2的；当xt+12/xt+11>xt2/xt1时情况正好相反。当IBTECH=1时，不论投入组合比例是什么情景，技术进步皆是中性的。
2指标选取和数据来源
本文采用1999-2012年中国36个工业行业（见表1）的面板数据进行回归分析，按照2002年中国实行的行业分类目录标准统一行业分类。特别需要指出的是，2011年以后国家统计局对行业分类标准再次进行了调整，但为了和大多数年份保持统一，本文依然将2012年的行业数据按照2002年的分类目录进行归并和调整。对于能够从《中国工业统计年鉴2013》中获得三位数行业层面数据的指标，本文比对了新旧分类标准进行了调整。对于无法获得三位数行业层面数据的指标采用如下方法进行估算：根据2011年原分类的“橡胶制品业”和“塑料制品业”比例对2012年新分类下的“橡胶和塑料制品业”进行分劈；将2012年新分类下的“汽车制造业”和“铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造”归并为原分类下的“交通运输设备制造业”；根据2011年数据从新分类下的“文教、工美、体育和娱乐用品制造业”中扣除“工艺美术品制造”，从而形成原分类下的“文教体育用品制造业”。此外，剔除了“其他采矿业”、“木材和竹材采运业”、“废弃资源和废旧材料回收加工业”和“工艺品及其他制造业”4个行业。数据口径统一为规模以上，并以1999年为基期。数据来源于历年《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》、《中国工业经济统计年鉴》、《中国劳动统计年鉴》等。指标处理方法参照文献[12]。
产出指标为工业增加值，但《中国统计年鉴》在2008年以后就没有公布分行业工业增加值数据，本文根据每年12月的分行业工业增加值累计增长率来推算，并用工业出厂品价格指数进行平减。
投入指标为行业资本（K）、劳动力（L）、能源（E）和中间品（M）的要素投入量。行业历年资本投入序列采用资本存量数据，用永续盘存法（PIM）对1999-2011年各行业的资本存量进行估算，计算方法为：
Kit=Kit-1（1-δit）+Iit
其中Kit为i行业第t年资本存量，Kit-1为上年资本存量，δit为物质资本折旧率，Iit为当年投资。
考虑数据的可得性，本文将1985年的行业固定资产净值作为基年资本存量。当年投资为各行业当年固定资产原值与上年之差，折旧率对不同行业和年份采用不同取值。工业行业资本存量估算的另一个问题是口径调整。1997年前统计口径是乡及乡以上工业企业，1998年以后则是规模以上。为此，本文将1998年以后各行业固定资产原值和净值对其上一期进行固定效应面板模型回归，以此推算1997年以前规模以上口径的指标。
劳动力投入指标采用各行业年平均从业人员的数据。
能源投入采用各行业能源消费总量（万tce）。
工业中间品投入是指工业企业在生产活动中消耗的外购物质产品和对外支付的服务费用，等于工业总产值与工业增加值之差，再加上应交增值税。上述方法计算出的中间投入成本还要减去能源投入成本，最终换算成不包括能源的中间品投入。
3中国工业偏向型技术进步IBTECH指数
依据上述方法，本文计算中国工业36个行业1999-2012年包含资本、劳动力、能源和中间品四种投入要素的偏向型技术进步IBTECH指数。该指数一方面可以体现
偏向型技术进步对全要素生产率的作用，以考察在这一时
期偏向型技术进步是否带来了中国工业行业全要素生产率的增进；另一方面，这也是判别中国工业行业技术进步的要素偏向，考察其是否是能源节约型的基础。
根据前文分析，IBTECH>1表示偏向型技术进步可以进一步促进生产率提高。为了更好地把握各个工业行业在1999-2012年间不同时期偏向型技术进步的基本情况，本文计算了36个行业1999-2012年整体、“十五”和“十一五”分阶段的IBTECH指数（表1）。计算结果显示：
第一，从1999-2012年的逐年分行业IBTECH指数来看，绝大多数工业行业的年度IBTECH指数都大于等于1，这说明偏向型技术进步在绝大部分行业的大多数年份至少不会降低生产率，不少行业的偏向型技术进步甚至能在中性技术进步的基础上带来生产率的进一步提高。各年度36个行业IBTECH指数的几何平均值也均大于1。因此，在1999-2011年期间，偏向型技术进步对中国工业行业全要素生产率的贡献总体而言是正面的。
在36个行业中，几乎所有行业1999-2012年整体和分时期的IBTECH指数均大于1。从1999-2012年整体时间段和“十五”、“十一五”分阶段的度量结果来看，明显可以得出“偏向型技术进步在大多数行业均能带来生产率的增进”的结论（见表1）。
第二，逐年累计的IBTECH指数尽管上升幅度不大，但上升趋势非常稳定，即使在全要素生产率的增长率存在波动的情况下，IBTECH指数依然保持增长。从工业平均累计的MalmquistTFP指数和IBTECH指数来看（图2），1999-2012年之间，工业TFP的上升幅度明显大于IBTECH，然而，2007年之后，MalmquistTFP指数出现了波动下降，而IBTECH指数却依然维持上升趋势。正因为此，IBTECH对生产率的积极贡献非常稳定。其对全要素生产率增长的贡献比重尽管在考察期的初始阶段较小，但在2007年之后呈现大幅度上升态势。可见，偏向型技术进步已经成为增进中国工业全要素生产率的一个较为稳定的贡献因素。
4工业节约能源技术进步的趋势与分布
IBTECH指数表征的是偏向型技术进步对全要素生产率的增进或降低作用，指数本身并不能反映技术进步在不同要素之间对某种要素的节约或使用。但在计算出IBTECH数值的基础之上，可以依据前文的判别原则，结合要素投入组合比重在相邻两期之间的变化来判断技术进步的要素偏向。由于本文涉及四种投入要素，而技术进步的偏向是要素之间的两两比较，因此，这里将分不同的要
注：G01煤炭采选业；G02石油和天然气开采业；G03黑色金属矿采选业；G04有色金属矿采选业；G05非金属矿采选业；G06农副食品加工业；G07食品制造业；G08饮料制造业；G09烟草制品业；G10纺织业；G11纺织服装、鞋、帽制造业；G12皮革、毛皮、羽毛、绒及其制品业；G13木材加工及木、竹、藤、棕、草制品业；G14家具制造业；G15造纸及纸制品业；G16印刷业和记录媒介的复制；G17文教体育用品制造业；G18石油加工炼焦及核燃料加工业；G19化学原料及化学制品制造业；G20医药制造业；G21化学纤维制造业；G22橡胶制品业；G23塑料制品业；G24非金属矿物制品业；G25黑色金属冶炼及压延加工业；G26有色金属冶炼及压延加工业；G27金属制品业；G28通用设备制造业；G29专用设备制造业；G30交通运输设备制造业；G31电气机械及器材制造业；G32通信设备、计算机及其他电子设备制造业；G33仪器仪表及文化、办公用机械制造业；G34电力、热力的生产和供应业；G35燃气生产和供应业；G36水的生产和供应业。
4.1技术进步在工业整体的要素偏向
从偏向型技术进步1999-2012年期间在中国工业的总体变化来看，技术进步的要素偏向呈现出一定的节约能源的特征。考察技术进步在不同要素组合之间的偏向，在能源和资本之间技术进步节约能源，在能源和劳动力之间节约劳动力，在能源和中间品之间节约能源（见表2）。尽管对偏向型技术进步很难得出一个“技术进步在能源和其他所有投入要素相比是否节约能源”的结论，但综合考虑技术进步在不同要素组合之间的表现，中国工业1999-2012年间总体而言还是呈现出节约能源的偏向。
进一步从技术进步偏向的时间趋势来看，其节约能源的偏向越来越明显。首先，区分“十五”和“十一五”两个阶段来考察技术进步的要素偏向。“十五”期间，技术进步还呈现出较强的使用能源，节约资本和劳动力的特征：它在能源和资本之间节约资本，在能源和劳动力之间节约劳动力。但到了“十一五”，在能源和其他三种要素之间，技术进步均呈现出节约能源的偏向。其次，从技术进步的逐年变化来看，能源和资本之间2005年以前技术进步的偏向是节约资本，2005年以后大部分年份则偏向于节约
能源；能源和劳动力之间2007年以前技术进步节约劳动力，2007年以后则在部分年份开始节约能源；能源和中间品相比较而言，技术进步在所有年份均节约能源。因此，随着时间推移，技术进步的偏向更加节约能源。到了“十一五”期间，技术进步在能源与资本、劳动力、中间品之间均呈现能源节约的态势。偏向型技术进步节约能源的倾向更加明显。
4.2行业技术进步的偏向分析
进一步细致分析36个工业行业在“十五”期间、“十一五”期间和1999-2012年期间技术进步的投入要素偏向，不难发现对于绝大部分行业来说，技术进步的要素偏向同工业行业整体的趋势十分一致（表3）：一是在1999-2012年期间，技术进步在能源和资本、中间品之间更加偏
向节约能源，在能源和劳动力之间更加偏向节约劳动力。二是这一趋势是到“十一五”期间才得以加强的，而在“十五”期间，对大部分行业来说技术进步在能源和资本之间依然更多地节约资本，在能源和劳动力之间节约劳动力的行业数也比“十一五”期间多。
根据2012年各行业的直接碳排放本文筛选了7个年排放在1亿t以上的高排放行业，依照排放量从大到小排列依次是：G34电力、热力的生产和供应业、G18石油加工炼焦及核燃料加工业、G25黑色金属冶炼及压延加工业、G01煤炭采选业、G24非金属矿物制品业、G19化学原料及化学制品制造业、G26有色金属冶炼及压延加工业。这7个行业的碳排放之和占整个工业行业碳排放的比重高达93.82%。因此，有必要细致分析技术进步在这7个行业的偏向。从表3同样可以看出，技术进步的要素偏向在这7个高排放行业也呈现和工业整体相同的特征。在其中一些高排放行业，节约能源的特征甚至比工业平均水平更强。具体见表3。
在煤炭采选业（G01），“十五”期间技术进步在能源和资本、中间品之间是节约能源的，在能源和劳动力之间是节约劳动力的。但到了“十一五”期间，技术进步在三对要素组合之间均是中性的。1999-2012年技术进步总体效应是在能源和资本、中间品之间节约能源，在能源和劳动力之间节约劳动力。
石油加工炼焦及核燃料加工业（G18）、黑色金属冶炼及压延加工业（G25）、有色金属冶炼及压延加工业（G26）、电力、热力的生产和供应业（G34）在“十五”期间，技术进步在能源和资本之间节约资本，在能源和劳动力之间节约劳动力，在能源和中间品之间节约能源，节约能源的偏向并不是非常明显。但到了“十一五”期间，技术进步在能源和资本之间也开始节约能源。1999-2012年的总体变化情况显示技术进步的偏向和“十一五”期间一致。
在化学原料及化学制品制造业（G19）和非金属矿物制品业（G24）中，节约能源的技术进步随着时间也呈现加强的趋势。“十五”期间，技术进步在三组要素组合之间分别是节约资本、劳动力和能源的。而到了“十一五”期间，技术进步在三组要素组合之间全部节约能源。1999-2012年的总效应中，技术进步只有在能源和劳动力之间节约劳动力，在能源和其他要素之间均是节约能源的。
5主要结论和政策含义
从微观视角来看，技术进步在资本、劳动力、能源和中间品等生产投入要素之间可能存在偏向。节约能源的技术进步由于可以使一定产出条件下能源相对其他要素得到更大程度节约而显得尤为重要。然而，通过对现有文献的回顾发现，针对技术进步对中国工业节能减排作用的研究中，大部分未对不同类型技术进步的作用进行区分并作深入分析。为此，本文采用数据包络法，通过将投入要素偏向技术进步指数IBTECH引入中国工业全要素生产率的分解中，一是可以得出中国工业36个行业技术进步的要素偏向，二是对中国工业偏向型技术进步的特征和变化趋势有一个基本的概览。这是后续展开节约能源技术进步的效果评价和驱动因素等方面研究的重要基础性工作。
本文结论可以回答的第一个问题是，中国工业是否发生了偏向型技术进步，偏向型技术进步对生产率是否产生了积极的贡献。对此，IBTECH指数计算结果显示，偏向型技术进步在大多数行业均能带来生产率的增进，对全要素生产率的贡献总体而言是积极的。并且，其对生产率增进的作用稳定上升，即使2007年以后全要素生产率存在波动，但偏向型技术进步上升的态势依然明显。因此，偏向型技术进步近年来已成为增进中国工业全要素生产率的
一个稳定的驱动因素。
本文可以回答的第二个问题是，中国工业技术进步的偏向是否是节约能源的。对此，分析结论可以显示，在1999-2012年期间中国工业的技术进步呈现如下偏向：在能源和资本之间偏向节约能源，在能源和劳动力之间偏向节约劳动力，在能源和中间品之间偏向节约能源。技术进步的要素偏向呈现出一定的节约能源的特征。同时，本文还对碳排放占工业碳排放总量达93.82%的7个高耗能行业的技术进步偏向逐一展开了分析，发现技术进步偏向在高耗能行业的特征和工业行业整体情况基本相同，在部分高耗能行业节约能源技术进步的特征甚至更为明显。
第三个问题是，中国工业偏向型技术进步的变化趋势如何，节约能源的技术进步是否随着时间得到了增强。从时间趋势来看，技术进步节约能源的特征也越来越明显。1999-2012年期间技术进步在能源和资本、中间品之间更加偏向节约能源，在能源和劳动力之间更加偏向节约劳动力，而这一趋势是到“十一五”期间才得以加强的。从行业分布来看这一趋势依然明显。
本文的研究结果表明，中国工业已发生了偏向型技术进步，并且技术进步已在过去十到二十年之间在大部分行业逐渐呈现出节约能源的特征，这一趋势对我国工业节能减排具有重要的意义。此外，尽管此研究并为就偏向型技术进步的诱发和促进机制得出直接的结论，然而从中国工业节约能源技术进步的行业分布和变化趋势可以看出，过去十到二十年之间的政策措施对引导节约能源型技术进步发挥了积极的作用。一是能源价格的去管制化使得能源要素的价格相对其他要素价格有更大幅度的提高，出于节约成本的角度，这对节约能源的技术进步具有诱发作用。本文测算了考察期内四种要素价格的相对变化趋势，发现能源与资本相对价格、能源与中间品相对价格均呈上升趋势，而能源与劳动力相对价格呈下降趋势，正与这一时期技术进步的要素偏向相一致。二是近年来国家出台了一系列淘汰落后产能、补贴节能产品等工业节能减排政策，同时将能源强度、碳强度的约束指标写入五年计划，并分解到各个省、市、自治区和重点工业行业。尽管行政指令本身并非最有效的节能减排政策工具，但这些政策压力能够促进节能技术的研发和应用，其成效已在全要素生产率的测算和分解结果中得到了体现。
作者：王班班等