六大高耗能产业技术创新、节能效率和减排效率协同发展比较研究

吴卫红　王建英　张爱美

摘要：基于协同学理论，构建由技术创新、节能效率和减排效率三个子系统组成的协同发展评价模型，并进行实证分析。六大高耗能产业2004～2014年总体协同度呈现上升状态，但各产业均出现协同度下降的年份，主要是研发投入不稳定、企业管理疏漏等造成各子系统有序度降低，导致产业协同度降低。节能效率和减排效率子系统之间的协同度高于其他子系统之间的协同度，是由于技术创新子系统有序度低，导致与技术创新子系统有关的协同度都较低，表明提高协同发展水平的关键在于提高技术创新的发展水平。各高耗能产业需要针对各自的短板进行改进，提高系统总体的协同度。

关键词：高耗能产业；技术创新；节能效率；减排效率；协同

DOI：10.13956/j.ss.1001-8409.2017.01.07

中图分类号：F4241 文献标识码：A 文章编号：1001-8409（2017）01-0029-05

Abstract： Based on synergetic theory， this paper constructs a synergetic development evaluation model of three subsystems， these are technology innovation， energy saving efficiency and emission reduction efficiency. And then， it makes an empirical analysis of it. Results show that， the overall synergy degree of every industry from 2004 to 2014 was rising， but for every industry， it also exists decline in some years. The unstable R&D input， enterprise management oversight and weak supervision are the main reasons that caused the order degree of each subsystem declined， which finally lead to the industry synergy degree declined. Furthermore， the synergy degree between energy conservation efficiency and emission reduction efficiency subsystem are higher than others. The reason was that the technology innovation subsystems low order degree caused all the synergy degree were lower that related to it. Therefore， the key to improve the synergetic development level is to improve the technology innovation development level. And each energyintensive industry needs to overcome their weakness to increase the synergy degree of overall systems.

Key words：energyintensive industries； technology innovation； energy saving efficiency； emission reduction efficiency； synergy

我國高耗能产业包括六个具体的行业，分别是石油加工炼焦及核燃料加工业、化学原料及化学制品制造业、非金属矿物制品业、黑色金属冶炼及压延加工业、有色金属冶炼及压延加工业、电力、热力的生产和供应业[1]。这些行业是能源消耗和环境污染的主要来源，节能和减排的潜力也最大。技术创新和节能减排的相互作用是已有研究的主要内容。在前者对后者的影响方面，蔡宁等在探索我国工业节能减排效率的研究中发现，具有显著正向影响的因素主要是技术创新 [2]。顾阿伦等发现，水泥行业中技术创新不仅能够有效提高节能减排效率，某些技术还可以使成本有效降低[3]。汪克亮等对我国29个地区节能减排潜力进行研究，发现技术进步能显著促进区域节能减排[4]。何小钢

等以中国36个工业行业为研究对象，结果表明技术进步对节能减排具有显著正影响[5]。赵建安等探讨了我国主要高耗能产业的节能减排潜力，以及在2020年CO2排放降低的总目标中工业节能减排的贡献率和贡献规模[6]。在后者对前者的影响方面，曾萍等以珠三角地区制造业企业为研究对象，发现节能减排能显著拉动技术创新[7]。张金英等研究了低碳经济与产业技术创新，发现节能减排的客观需求会促使产业通过技术创新实现转型升级[8]。

从前人研究可以看出，技术创新和节能减排存在相互促进作用，但二者是否协同尚待研究，因为系统协同发展可以产生“1+1>2”的效果。因此，本文将构建技术创新、节能效率和减排效率协同度模型，动态监测我国六大高耗能产业的协同发展程度以及各高耗能产业间协同发展程度的差别，为我国高耗能产业实现产业结构转型升级提供参考。

1技术创新与节能减排协同发展机理

协同学是德国物理学家哈肯提出的，研究由大量子系统构成的复合系统如何通过子系统间的相互作用形成有序结构[9]。将技术创新、节能效率和减排效率三个子系统视为复合系统，高耗能产业发展中这些子系统间存在着复杂的非线性相互关系。高耗能产业的废弃物主要是通过化石燃料燃烧产生的，因此节能效率的提高必然也会提高减排效率，而且节能效率提升能够降低能源消耗成本，提高企业的收益，使企业有更多的资金投入到技术创新活动中。高昂的减排成本和有效的减排政策能够促使企业通过减少化石燃料的燃烧提高能源效率，通过技术创新手段降低排放。技术创新、节能效率和减排效率共同构成相互影响、相互促进的有机整体，如果三者协同发展将产生“1+1+1>3”的整体协同效应，最终促进高耗能产业的良性发展。

2系统序参量指标体系构建

本文考虑指标的科学性与实用性、系统性与层次性、共性与重点相结合的原则，构建技术创新、节能效率和减排效率三个子系统，用这三个子系统的协同演进反映高耗能产业技术创新与节能减排效率的协同，子系统下具体的序参量指标体系如表1所示。

在节能效率和减排效率两大子系统的序参量值获取过程中，节能和减排效率的测度是最核心的，而在测度的指标选取上需要考虑投入和产出两个方面。为使测度更加准确可信，本文使用相对指标来衡量投入和产出：①将单位产值劳动力数量、单位产值占有资产量和单位产值能源消耗量作为投入；②产出指标中以高耗能产业各行业的单位工业产值表示期望产出 [10]，以单位产值废水、废气和固体废弃物排放总量表示非期望产出[11]。

3协同发展测度模型构建

31节能效率和减排效率计算模型

本文拟采用数据包络方法中的SBM-DDF模型对高耗能产业的节能效率和减排效率进行测度[12]。

在构建效率测度模型时，以我国的高耗能产业作为模型中的决策单元，单一决策单元的N种投入用x表示，x=（x1，…，xN）∈R*N；M种期望产出用y表示，y=（y1，…，yM）∈R*M；K种非期望产出用b表示，b=（b1，…，bk）∈R*K；则（xt，yt，bt）表示第t时期的投入产出数据，（gx，gy，gb）为方向向量，（sxn，sym，sbk）为投入和产出达到效率前沿面的松弛变量。据此构建的高耗能产业效率测度函数为：

从图1可知，我国六大高耗能产业的节能效率和减排效率在2003～2014年期间总体呈上升态势。节能效率年平均增长速率最高的是非金属矿物制品业和电力、热力的生产和供应业，均为186%；最低的是化学原料及化学制品制造业，为82%。减排效率年平均增长速率最高的是石油加工炼焦及核燃料加工业，为245%；最低的是非金属矿物制品业，为64%。减排效率的年平均增长速率普遍高于节能效率，只有非金属矿物制品业节能效率增长率明显高于减排效率增长率。

42高耗能产业技术创新、节能效率和减排效率系统有序度与协同度的测度及分析

根据相关统计数据，将六大高耗能产业三个子系统的序参量指标数据标准化处理，然后带入式（8）、式（9），得到三个子系统序参量的有序度，将所得数据带入式（10），得到六大产业以2003年为基年的2004～2014年技术创新、节能效率和减排效率各子系统之间的协同度（见表2）。

从图2可以看出，六大高耗能产业各子系统之间的协同度总体呈现明显的提升状态。各产业节能效率和减排效率子系统之间的协同度明显高于其他子系统之间的协同度，导致这一现象的原因是技术创新的有序度低，与其相关的协同度也因此较低，也直接影响复合系统整体的协同度。从图2（d）、图2（e）和图2（f）中可以看出，三个产业在最近年份均出现协同度下降的情况。其中黑色金属冶炼及压延加工业下降比较明显，主要原因在于三个子系统的有序度均出现不同程度的降低，其中节能效率在2014年降低最为明显。有色金属冶炼及压延加工业三个子系统的有序度也均出现不同程度下降，其中下降最明显的是技术创新子系统。电力、热力的生产和供应业下降程度最不明显，主要原因是其节能和减排效率两个子系统的有序度持续增长，但技术创新子系统的有序度出现明显降低，所以与技术创新相关的协同度均出现下降。因此，各产业应当在节能效率和减排效率发展的过程中，努力提高技术创新水平，只有技术创新、节能效率和减排效率协同发展才能够长久有效地实现各产业的可持续发展。虽然同属高耗能产业，但各产业协同度出现波动的原因各不相同，需要针对具体情况采取不同的措施加以改进。

六大高耗能产业三个子系统之间的协同度对比结果见图3。

从图3可以看出，我國六大高耗能产业从2004～2014年整体来看，虽然各高耗能产业之间的协同度差异不是十分明显，但是各产业协同度的变化形式却存在明显的差异。其中协同度处于稳定上升状态的是石油加工、炼焦及核燃料加工业，其次是电力、热力的生产和供应业，但是其在2014年协同度出现一定程度的降低，主要是技术创新子系统的有序度降低，导致这一问题出现的根本原因在于2014年电力、热力的生产和供应业总产值萎缩，其相应的利润也出现下滑，因此在技术创新方面的投入也相应减少，导致整体技术创新能力出现降低，整个系统的协同度也降低。存在较大波动的是化学原料及化学制品业和非金属矿物制品业，这两个产业在2010年协同度均出现明显的下降，主要原因是技术创新子系统的有序度出现明显降低造成的，而技术创新子系统的有序度降低是由于未获得稳定的资金投入而导致研发投入降低，同时相对产出也降低导致的。黑色金属冶炼及压延加工业和有色金属冶炼及压延加工业的协同度在2014年均出现一定程度的降低，前者是节能效率子系统有序度降低导致的，导致这一降低的原因主要是2014年能源价格降低，而该产业在六大产业中属于单位产值能耗最高的产业，因此其对能源价格的敏感性最强，能源价格的降低导致其节能效率的降低；后者是技术创新子系统和减排效率子系统的有序度降低导致的，从2004～2014年总体来看，该产业的减排效率子系统的有序度一直处于不稳定状态，通过对数据的分析发现，该产业在六大产业中属于规模最小的产业，且其单位产值三废排放最低，因此受到的监管不够严格，企业排放的随意性比较强，当企业遇到经济环境比较差时，会通过降低减排效率来提升企业的整体效益。

5结论与启示

基于协同学理论，构建高耗能产业技术创新与节能效率、减排效率系统协同度模型，对我国六大高耗能产业2004～2014年技术创新与节能减排效率协同发展进行测度，得到如下结论：①六大高耗能产业技术创新、节能效率和减排效率各子系统之间的协同发展水平总体均呈现上升的趋势。②各产业的节能效率和减排效率子系统的协同度要明显高于其他子系统之间的协同度。③各产业协同度的变化情况存在比较明显的差异，发展趋势呈平稳上升状态的产业是石油加工、炼焦及核燃料加工业以及电力、热力的生产和供应业；总体趋势呈上升但有一定波动的是黑色金属冶炼及压延加工业和有色金属冶炼及压延加工业，这两个产业协同度在2014年出现比较明显的下降；发展趋势不太稳定的是化学原料及化学制品制造业和非金属矿物制品业，这两个产业协同度在2010年出现十分明显的下降。④六大高耗能产业技术创新、节能效率、减排效率协同发展水平受各自产业技术创新、节能效率和减排效率子系统的共同影响，任何一个子系统的有序度波动都会影响整体的协同程度。⑤各产业协同度出现波动的原因有一定的差异，需要采取不同的措施加以解决。

研究结果表明，高耗能产业技术创新、节能效率和减排效率三个子系统要实现协同发展，要以各子系统的有序发展为前提，任何一方面的短板都会影响子系统之间的协同度。各高耗能产业的技术创新能力较低，使得与之相关的子系统间的协同度都较低，国家应当给予相应的资金和政策方面的支持，避免因研发投入不足影响技术创新子系统发展，进而影响该产业节能减排效率的提高。各高耗能产业协同度出现波动的原因各自不同，如果是节能效率过低导致的，则一方面要通过技术创新提高节能效率，另一方面要加强企业的生产管理，使企业在生产过程中避免在现有技术条件下由于管理问题导致节能效率降低，影响节能效率子系统的发展；如果是减排效率的原因，需要加强减排效率子系统的发展。减排会导致企业费用增加、利润减少，企业缺乏减排动力，因此监管部门必须加强监管和惩治力度，促使企业通过技术创新手段进行减排，在监管过程中不能因某些产业规模小或排污量较低而放松监管。各产业在发展过程中，应当发现各自的短板，进而补足短板，保持各子系统的均衡发展，不能顾此失彼，才能够更加有效地促进整个系统的发展，最终实现高耗能产业的转型升级。

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（责任编辑：张勇）