地区间能源错配的环境污染效应.pdf

合理的能源配置是提高能源使用效率以实现工业绿色转型的重要前提。理论上，讨论了能源配置过度和能源配置不足对工业污染排放的异质性影响。实证方面，以281个地级城市为样本检验了能源错配与地区环境污染的因果关系。结果发现：能源错配加剧了城市工业环境污染，配置过度的污染排放效应更为显著，配置不足的效果并不明显；机制检验显示，产业结构转型和能源利用效率是能源错配影响环境污染的作用途径，而且对地区工业经济发展产生双重拖累后果；异质性分析表明，在拥有能源禀赋和市场竞争激烈的地区，能源错配的污染排放效应被放大，在人力资本水平高、拥有国家级高新技术园区和属于联防联控政策试点的城市，能源错配的不利影响得到一定缓解。关 键 词：能源错配；环境污染；产业结构转型；能源利用效率；广义倾向得分匹配DOI：10.13885/j.issn.1000-2804.2023.04.003中图分类号：F205文献标示码：A文章编号：1000-2804（2023）04-0026-18收稿日期：2021-12-24基金项目：国家社会科学基金重点项目“双链协同区域科技创新中心的培育路径与治理体系研究”（22AZD129）；国家自然科学基金青年项目“能源错配下中国工业绿色升级的演化路径、机制设计与政策优化”（72004018）；国家自然科学基金面上项目“面向突破性技术的创新生态结构优化与治理体系设计研究”（72074043）作者简介：孙晓华（1978-），男，辽宁抚顺人，博士，教授，博士生导师，从事产业经济学、创新经济学和演化经济学研究。通讯作者：于润群Journal of Lanzhou University(Social Sciences)第51卷 第4 期2023年7月（社会科学版）Vol.51 No.4July 2023随着工业化和城镇化进程的快速推进，我国环境污染问题凸显。2020年，全国工业废水排放量126.3亿吨、工业二氧化硫排放量318.2万吨、工业烟尘排放量413.1万吨，环境绩效在180个经济体中排名第120位。然而，工业快速增长引致大量环境污染的背后是能源消耗的不均衡，以SO2排放强度前10%的城市为例，其产值占比仅为全国总产出的20%左右，而能源消耗总量超过全国能源消耗总量的40%，反映出地区之间存在严重的能源错配。“十四五”规划明确指出，生态文明建设实现新进步需要更加合理地配置能源资源以提高能源资源利用效率，切实降低单位国内生产总值能源消耗和主要污染物排放总量。那么，能源错配是否加剧了环境污染？进一步，能源错配是通过何种机制影响地区环境污染排放？什么样的地区特征能够影响能源错配的环境效应？本文将对上述问题展开详细讨论。相比于资本和劳动力要素，能源要素具有其特殊性。第一，能源分为一次能源和二次能源。一次能源是指直接取自自然界的各种能量资源，例如煤、石油、天然气等；二次能源是指由一次能源加 数据来源：中国城市统计年鉴。数据来源：2020年全球环境绩效指数（EPI）报告。化石能源在利用过程中主要产生SO2、NOx，以及烟尘等环境污染物，考虑城市层面污染排放数据可得性，故本文选取SO2排放强度衡量污染排放，在281个地级市样本中选择排放强度前10%的28个城市作为分析对象。工、转换为其他种类和形式的能源，如电力、焦炭、煤气等。其中，电能作为二次能源中最清洁、应用范围最广的一种能源，可以由各种一次能源转化得到。第二，能源要素价格的扭曲程度相对较高。由于中国能源领域的市场化改革严重滞后，能源要素的市场化程度远低于资本、劳动力要素的市场化程度。目前，尽管我国煤电上网电价实行“基准价+上下浮动”的市场价格机制、成品油定价与国际油价联动并设立最高、最低限价等价格机制改革，但是能源价格仍然低于市场均衡价格，未能通过能源价格反映出能源的稀缺性和环境外部性。第三，能源要素在地区间的流动仍然存在一定的障碍。能源要素在地区之间的运输和传送主要依靠铁路、电网和管道等方式。虽然我国具有世界上最大最复杂的能源输送网络，然而每年夏季用电高峰时，电力在地区间存在严重不平衡。华东、华中区域电网以及广东、江苏、浙江、安徽、福建、江西、陕西、广西等11个省级电网负荷不断突破历史记录，工业企业等生产用电受限。相似的，煤炭铁路运力紧张的局面也反复出现。对于运输条件的要求在一定程度上限制了能源要素跨区域的自由流动。能源要素的价格扭曲和跨地区流动障碍均不利于能源要素在地区间的市场化配置，从而导致出现地区之间的能源错配问题。现有关于资源错配的文献主要关注资本、劳动力和土地等生产要素资源，从成因1、测算评价2、产生的影响3等方面进行了大量的讨论。但对能源要素错配的研究相对匮乏，已有研究主要从能源错配的成因、核算以及后果等三个方面展开。第一，关于能源错配成因的研究。既有研究主要从行政垄断4、政府价格干预5、政府环境政策6、产业结构水平7等方面解释了能源错配的成因。第二，关于能源错配的核算。国内学者主要以陈永伟等8的方法为基础，通过计算能源价格扭曲指数测算能源错配程度9。还有研究直接测算能源要素的市场扭曲程度和配置效率10。第三，关于能源错配产生的后果。Trevor等在美国制造业行业层面测算了由环境政策导致的能源错配程度，提出能源错配会造成全要素生产率的损失11。Choi发现能源错配降低了韩国制造业全要素生产率5。Wei等基于微观企业数据测算了中国的能源错配程度，发现能源错配会导致行业间差距较大，对经济效率产生负向影响12。进一步，部分学者讨论了能源错配对环境问题的影响。冷艳丽和杜思正提出能源配置不当会导致地区雾霾污染加剧13。于明超等研究发现，能源要素市场扭曲会通过降低能源利用效率、阻碍产业结构升级和抑制技术创新等路径加剧了区域的环境污染14。苏颉等在测度制造业细分行业的能源错配指数基础上，发现能源错配的改善能够显著影响行业碳排放效率15。现有相关文献的不足主要体现在：第一，现有研究普遍忽略了能源要素的错配问题，缺乏对区域层面能源错配程度的测算、方向识别，以及影响机制等问题的深入研究。第二，尽管现有文献针对能源错配对环境问题展开了讨论，但是缺少深入剖析能源错配影响污染排放的机制和途径。第三，忽略了能源错配的方向性，未能将能源错配区分为能源配置过度和能源配置不足。针对现有文献的研究不足，本文首先从理论上探究能源错配对地区污染排放的影响，并将能源错配区分为能源配置过度和能源配置不足，分析不同能源错配方向对环境污染的异质性影响，进一步从产业结构转型和能源利用效图1 中国高污染城市的产值与能耗对比孙晓华等：地区间能源错配的环境污染效应272023年第4期（社会科学版）率剖析能源错配影响地区污染排放的作用机制。其次，基于Aoki16模型，将能源要素作为一种生产要素引入到Cobb-Douglas生产函数中，构建要素错配的测算框架，进而测算出中国城市层面的能源错配程度和方向。最后，以2009-2020年中国281个地级市为样本，基于广义倾向得分匹配法，实证检验了能源错配对污染排放的影响，并利用工具变量法处理内生性问题，保证了结论的可靠性。进一步考察了能源配置过度和能源配置不足对污染排放的差异性影响以及作用机制。同时，对能源错配的经济效应进行检验，并从地区的资源禀赋、地方政府竞争水平、是否为联防联控政策试点、人力资本水平和是否拥有国家级高新技术园区五个方面进行地区异质性检验。研究结果表明：第一，能源错配会显著增加地区的污染排放，而且，能源错配的不同方向对环境污染存在异质性影响；第二，能源配置过度抑或是配置不足都会通过影响地区产业结构转型和能源利用效率对环境污染排放产生差异影响；第三，对于不同特征地区，能源错配对地区污染排放的影响存在明显差异。与现有文献相比，本文的边际贡献主要体现在：第一，理论层面，将能源错配区分为配置过度和配置不足，分析能源错配的不同方向对环境污染的异质性影响。并且，本文从产业结构转型和能源利用效率两个方面深入剖析能源错配对环境污染的作用机制。第二，将能源要素引入到Aoki16的分析框架中，并将能源错配测算从省际扩展到城市层面，揭示了中国城市间的能源要素错配程度和方向，丰富了现有研究局限于资本或劳动力要素错配研究的文献，并为后续的实证研究提供更为准确可靠的数据支撑。第三，实证层面，能源错配与环境污染之间可能存在双向因果关系，以及环境污染不仅受到能源错配影响所导致的选择性偏误，干扰了因果关系识别结果。为了克服上述问题，本文采用广义倾向得分匹配方法通过“反事实”情形量化估计得到能源错配对地区污染排放的影响。进一步采用工具变量法进行内生性检验，保证了研究结果的可靠性。同时，对能源错配的经济效应进行检验，全面考察了能源错配对地区发展的影响。此外，还创新性地考虑了不同地区特征对能源错配作用效果的异质性影响，为本文研究提供了更为全面可靠的经验证据。一、理论机制我们从理论上探究能源错配与地区环境污染的关系，并提出待检验假设。首先，从总体上讨论能源错配对污染排放的影响，并且将能源错配区分为能源配置过度和能源配置不足两种情况，分析不同能源错配方向对环境污染的异质性影响；然后，从产业结构转型和能源利用效率两个方面分析能源错配影响环境污染排放的理论机制。（一一）能源错配对地区环境污染的影响能源错配对地区环境污染的影响能源的有效配置是指能源要素在地区之间自由流动使社会总产出达到最大的配置方式。而能源错配意味着能源要素未能配置到效率较高的企业、部门和地区，导致部分企业可以通过依赖于能源要素投入实现产出增长（规模效应）。因而，能源错配使得地区内本应被市场竞争淘汰的低效率企业可以继续凭借要素依赖的粗放型发展模式得以继续生存，从而破坏了地区产业结构升级的正常生命周期，强化了地区内以低效率工业生产为主的产业结构刚性15。这种锁定落后产能的发展方式不仅会导致地区能源的过度消耗和污染物排放增加，而且给地区环境保护带来较大的压力。另外，能源错配一定程度上阻碍了资本、劳动等其他生产要素在地区间的自由流动，迫使生产要素集聚在高能耗、高污染和低附加值的制造业17，进一步造成地区经济增长对高能耗、高污染产业的路径依赖，也将加剧地区的环境污染问题。因此，提出假设：H1.1：能源错配会加剧地区环境污染。生产技术水平低于行业平均水平，致使能耗高于行业平均水平的企业。28孙晓华等：地区间能源错配的环境污染效应在能源错配的情况下，低效率企业由于过度依赖于能源要素投入可能出现要素配置过度的问题，同时由于能源要素未能配置到生产效率较高的企业和地区，导致这些企业和地区出现能源配置不足的现象。能源错配的两种方向，即能源配置过度和能源配置不足，直接导致地区之间的能源使用成本不同，进而产生差异化的环境效应。能源配置过度说明该地区内企业获取能源要素的成本相对较低，对企业来说产生要素挤占效应和产出扩张效应。一方面，较低的能源使用成本会促使企业更倾向于依赖廉价的能源要素投入获取超额利润17，对本应投入到生产设备更新、新工艺采用以及员工技能培训中的资本投入产生挤占效应。从长期来看，企业深深陷入到依靠能源要素驱动经济增长的粗放型发展模式，不仅产生严重的污染问题，而且缺乏技术创新和转型发展的动力。另一方面，较低的能源使用成本造成工业生产高盈利的假象18，进而吸引外部投资进入以扩大生产，最终导致严重的产能过剩。而产能过剩是环境污染的根源，从而不利于地区环境质量的改善。对于能源配置不足的地区，由于能源要素供给不足，地区内企业面临的能源使用成本相对较高，所产生的要素替代效应和成本压力效应能够影响地区的污染排放。一方面，较高的能源使用成本迫使企业选择使用劳动力和资本等生产要素替代能源要素进行生产1，直接导致企业能源消耗强度的下降、污染排放的减少，进而改善地区的环境污染问题。另一方面，较高的能源使用成本压缩了企业的利润空间，给企业生产经营活动造成巨大的压力，从而导致企业缺少足够的资金进行生产方式的转变10。因此，短时间内企业很难摆脱高成本的能源投入，最终导致地区的污染排放居高不下。综上，提出假设：H1.2：能源配置过度和配置不足对地区环境污染排放可能存在差异化影响。（二二）能源错配影响地区环境污染的作用机制能源错配影响地区环境污染的作用机制生产要素错配的主要影响集中于产业结构、技术创新、经济效率等方面。其中，产业结构转型升级是影响环境污染至关重要的因素。基于能源错配本身的特殊性而言，企业的能源配置偏离理想状态，无法获得最大产出，从而直接影响能源利用效率水平。因此，本文认为产业结构转型和能源利用效率是能源错配影响地区环境污染的两个作用机制。1.产业结构转型。能源配置过度使企业能以较低的成本获得能源要素，导致落后产能企业的生产成本降低，抬高了落后产能企业的退出壁垒，造成落后产能无法被淘汰，抑制了地区产业结构的转型升级14。此外，能源配置过度使大量资本、劳动力等生产要素流向高能耗、高污染的重化工和低附加值加工业，一定程度上阻碍了地区高端制造业以及现代服务业的发展壮大，使得地区的产业结构更加固化于高能耗、高污染的传统产业19。由此可见，能源配置过度能够阻碍地区产业结构的转型升级，致使地区的产业结构过度重工业化，从而加剧了地区环境污染排放，对地区的环境造成了巨大的下行压力。反观能源配置不足的地区，由于长期能源要素的匮乏，地区的工业发展受到限制，致使地区内工业企业规模普遍较小、产业集聚度不高，难以形成生产的规模效应以及产业集聚的正向溢出效应，造成地区资本、劳动力等生产要素的流失和向外转移10。生产要素的大量流失使得地区难以实现对传统产业的改造升级，高端制造业、生产性服务业等新兴产业无法得到有效培育。可以看出，能源配置不足导致地区产业结构的优化升级受到抑制，高能耗、高污染的重化工和低附加值加工业等传统产业长期占据主导地位，进而增加了地区环境污染排放，不利于地区环境质量的改善。2.能源利用效率。能源配置过度会使得企业能够以较低的成本获得能源要素，诱使企业通过增加能源要素投入而非技术创新获得超额利润。这不仅导致企业缺乏动力和压力进行研发投入，而且对本应用于创新活动的资金产生了明显的“挤出效应”17。此外，能源配置过度会使地区内掌握先进技术的企业失去竞争优势，抑制其绿色技术创新的转移和扩散，最终使得地区的技术长期处于较低水平，进一步阻碍了地区能源利用效率的提升13。由于地区内企业技术创新受到抑制，高效率的清洁生产和污染处理技术得不292023年第4期（社会科学版）到研发、推广和应用，使得地区单位产出能耗和污染排放居高不下，地区的环境质量日趋恶化。能源配置不足导致企业需要以相对较高的成本才能获取能源要素，激励企业需要依靠自身的技术进步来获得利润，增强了企业对能源利用技术的改进和创新，进而实现地区单位产出能耗的降低。另外，能源配置不足所导致的高昂的生产成本会使一些技术水平落后的企业不断被淘汰，并释放其所占有的生产资源向技术水平较高的企业转移。这样较高技术水平的企业拥有了更多的资源进行绿色创新，进一步促进了地区的技术进步，有利于地区能源利用效率的提高10。可以看出，能源配置不足可以通过以上途径倒逼地区技术的发展，实现地区单位产出能耗的降低，进而改善地区的环境污染问题。综上，提出两个假设：H2.1：能源配置过度通过阻碍地区产业结构转型和能源利用效率的提升，从而加剧了地区环境污染。H2.2：能源配置不足能够阻碍地区产业结构转型，但会提升地区能源利用效率，进而影响地区的环境污染。二、能源错配的测算本文以Aoki16模型为基础，将能源要素纳入到生产函数中，构建区域层面的要素错配测算框架，进而对中国城市层面的能源错配程度和方向进行测算。（一一）模型构建模型构建本文的理论模型推导和说明如下。1.基本设定。考虑一个经济体中N个地区的竞争均衡模型，假设：1）一个地区内所有企业都是同质的，具有相同的生产函数，地区间存在异质性，每个地区被视为一个代表性企业进行生产；2）所有地区的生产都使用资本K、劳动L和能源E三种基本要素；3）企业是要素市场上的价格接受者，完全竞争条件下资本、劳动和能源这三种基本要素的价格分别为pK、pL和pE；4）在市场中，企业面临要素价格扭曲“税”，定义地区i中资本、劳动和能源的价格扭曲程度分别为ki、Li和Ei；5）参数i、i和i分别表示资本、劳动和能源三种要素的产出弹性；6）地区i的产出为Yi，企业面临的产品价格为pYi。设定地区i的代表性企业的Cobb-Douglas生产函数的形式为：Yi=Fi(Ai,Ki,Li,Ei)=AiKiiLiiEii (1)代表性厂商通过使用Cobb-Douglas生产技术和加总方法得到其最终产出为：Y=i=1NYii (2)其中，i为地区实际总产出占整个经济总产出的份额，即piYi/Y。2.能源错配程度与方向识别。要素市场价格扭曲会影响企业获得要素的成本，为简化起见，假设产品市场不存在价格扭曲，地区i的企业利润函数为：本文对Cobb-Douglas生产函数取对数处理，并利用最小二乘法对其逐年进行测算，得到各地级市各年的资本、劳动和能源的产出弹性。30孙晓华等：地区间能源错配的环境污染效应i=pYiYi-(1+Ki)pKKi-(1+Li)pLLi-(1+Ei)pEEi (3)由于本文主要关注能源要素错配问题，方便起见本文省略资本和劳动力要素的相关公式。式(3)中最优解的一阶条件为：ipYiYiE-1i=(1+Ei)pE (4)假设在每一期，资本、劳动力和能源的总量都是外生给定的，则有如下资源约束：Y=piYi，K=Ki，L=Li和E=Ei。进而可推出地区能源投入为：Ei=ipYiYi(1+Ei)pEjjpYjYj(1+Ej)pEE=ii11+Eijjj11+EjE (5)参考陈永伟等8，定义两类要素“扭曲系数”：绝对扭曲系数和相对扭曲系数。地区i的能源绝对扭曲系数为：Ei=1/(1+Ei)。绝对扭曲系数刻画当地区i面临的能源要素价格无扭曲时的加成情况，反映能源使用成本绝对值的信息。相应地，地区i能源的相对扭曲系数为Ei=Ei/(j(jj/)Ei)。其中，=iii。相对扭曲系数体现了同经济的平均水平相比，地区i中能源要素价格扭曲的相对情况，刻画了能源使用成本的相对信息。在研究错配问题时，需要关注能源要素价格的“相对”而非“绝对”扭曲程度，因为如果所有地区的能源绝对扭曲同时变化，能源要素价格都上升同一比例，那么能源在各地区的相对使用价格仍将保持不变，在地区间的配置情况不会发生改变。根据相对扭曲系数的定义，并结合式(5)，可以推出：Ei=iiEiE (6)因此，地区i能源的相对扭曲系数可表示为：Ei=(ii)-1EiE (7)根据相对扭曲系数的含义，可以通过其大小识别能源错配的方向。Ei=1为能源配置最优，Ei1表明能源配置过度，Ei1）以及能源配置不足（Ei2”的减排效果。参 考 文 献1 Wang S,Zhao D,Chen H.Government Corruption,Resource Misallocation,and Ecological Efficiency.Energy Economics,2019,85:104573.2 王文，孙早.中国地区间研发资源错配测算与影响因素分析.财贸经济，2020，41（5）：67-83.3 Cao H J,Wang B Z,Li K.Regulatory Policy and Misallocation:A New Perspective Based on the Productivity Effect of Cleaner Production Standards in China s Energy Firms.Energy Policy,2021,152:112231.4 孙传旺，林伯强.中国工业能源要素配置效率与节能潜力研究.数量经济技术经济研究，2014，31（5）：86-99.5 Choi B.Productivity and Misallocation of Energy Resources:Evidence from Koreas Manufacturing Sector.Resource and Energy Economics,2020,61:101184.6 肖士恩，牛风君，王军英.区域差异视角下环境规制的能源错配效应.中国人口资源与环境，2023，33（2）：73-80.7 李国柱，张佰静.地区能源错配测算及影响因素研究.统计与管理，2022，37（9）：14-21.8 陈永伟，胡伟民.价格扭曲、要素错配和效率损失：理论和应用.经济学（季刊），2011，10（4）：1401-1422.9 谌仁俊，周双双.节能目标政策与区域协调发展：来自中国企业的证据.世界经济，2022，45（7）：205-232.10 阚大学，吕连菊.要素市场扭曲加剧了环境污染吗?基于省级工业行业空间动态面板数据的分析.财贸经济，412023年第4期（社会科学版）2016，37（5）：146-159.11 Trevor T,Jennifer W.Environmental Policy and Misallocation:The Productivity Effect of Intensity Standards.Journal of Environmental 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on industrial pollution emissions.Empirically,281 prefecture-level cities are sampled for testing the causal relationship between energy misallocation and regional environmental pol-lution.The findings show that energy misallocation exacerbates urban industrial environmental pollution,and the over-allocation increases pollution emission,while the impact of under-allocation is not apparent.The mechanism test shows the industrial structure transformation and energy efficiency are the ways of energy misallocation to affect environmental pollution,and they both slow down the regional industrial economic de-velopment.Additionally,the heterogeneity analysis shows that in regions with energy endowments and in-tense market competition,the pollution emission effect of energy misallocation is more pronounced,while in cities with high-level human capital and national high-tech zones as well as joint prevention and control pilot cities,the adverse effects are alleviated to a certain extent.Keywords:energy misallocation,environmental pollution,industrial structure transformation,energy effi-ciency,generalized propensity score matchingThe Effect of Inter-regional Energy Misallocation onEnvironmental PollutionSUN Xiao-hua1 FU Lin1 YU Run-qun2（1.School of Economics and Management,Dalian University of Technology,Dalian 116024,Liaoning;2.School of Economics and Management,Dalian Jiaotong University,Dalian 116028,Liaoning,China）（责任编辑：贾 宜）43