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能源节约型技术进步及其对能源效率的影
响研究#
徐佳妮，雷钦礼**
（暨南大学经济学院，广州 510632） 5
摘要：随着我国经济高速发展，能源短缺和环境污染问题也日益突出，因而提高能源效率是
我国进行可持续发展的必然选择，而提高能源效率的关键在于技术进步。本文在 CES 生产
函数的基础上，引入能源要素，并将劳动和资本聚合成非能源要素，进而合成双层嵌套式
CES 生产函数。并用 1990—2012 年工业数据进行测算，得到能源与非能源要素之间的替代10
弹性为 ，即存在互补关系。结合能源效率的增长分析可知，我国近年来的技术进步为能
源节约型技术进步。分析发现，能源节约型技术进步水平及能源价格对能源效率的提升均产
生正向影响。
关键词：能源节约型技术进步；CES 生产函数；替代弹性；能源效率
中图分类号： 15
A Study on the Measurement of Energy-saving Technical
Progress and its Impact on Energy Efficiency
Xu Jiani, LEI Qinli
(Economics School, Jinan University, Guangzhou 510632) 20
Abstract: With China's rapid economic development, energy shortage and environmental
problems are increasingly prominent. So that improving energy efficiency becomes the inevitable
choice for China’s sustainable development, and the key to increase energy efficiency is technical
progress. This paper puts energy into the CES function, and merges labor and capital into
non-energy factor, forming a two nested CES function. Based on the relevant data of Chinese 25
industry from 1990 to 2012, we come to a conclusion that the elasticity of substitution between
energy and non-energy factor is , exists a complementary relationship between them.
Regarding the increasing trend of energy efficiency, we conclude that China’s technical progress
tends to be an energy-saving one. The regression test results prove that energy-saving technical
progress has a significant positive effect on energy efficiency, and raising the price of energy can 30
improve the efficiency to a certain extend.
Key words: Energy-biased Technical Progress; CES production function; elasticity of substitution;
Energy efficiency
0 引言 35
改革开放以来，我国经济持续快速增长，能源消费和碳排放也呈现出不断增长的趋势。
随着我国工业化和城市化进程的加速发展，能源作为工业的粮食，以及世界经济发展和人民
生活所必需的物质资源，是国民经济发展的关键，对我国社会发展和人民生活水平的提高起
着至关重要的作用。从国际角度来看，自从上世纪 70 年代发生了两次“石油危机”，人们已
经逐渐意识到能源资源对经济增长的巨大约束。能源已经成为除资本、劳动、技术进步外又40
一影响经济增长的重要因素。从国内发展进程来看，现阶段，中国已进入一个重化工业时代，
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随之而来的是日益突出的能源及环境问题。 虽然目前我国的能源消耗增速低于 GDP 增速，
但能源消耗仍处于较高水平，环境污染严重，生态环境脆弱。 2011 年，我国 GDP 约占世
界的 %，但能源消耗占世界的 %。我国单位 GDP 能耗是世界平均水平的 倍，美
国的 倍，日本的 7 倍，也高于巴西、墨西哥等发展中国家。因此，在经济的不断发展和45
技术的进步过程中，我国把重点逐渐转向节能减排工作，而“节能减排”这一战略的实施，
归根结底在于节能。十八届三中全会提出“创新改革、节能环保”，并确立节能环保为国民
经济新支柱产业。节能，即提高能源的利用效率，同时也是缓解我国现阶段能源短缺和保护
生态环境的重要途径，而技术进步作为提高能源效率的关键因素之一，同样发挥着重要作用。
就我国现阶段国情而言，工业既是能源消耗的主体，也是我国增加值增长的主体。而我50
国的工业发展一直呈现出高增长、高投资、高能耗、高排放的特征。改革开放期间只占全国
%的工业 GDP 却消耗了全国 %的能源，同时也排放出全国二氧化碳的 %。因而，
对工业以及工业高能耗行业的能源节约型技术进步进行深入研究，对政府各种环保政策的制
定与实施，节能减排目标的实现，以及工业产业结构调整、能源发展战略规划具有重要参考
价值。 55
1 文献综述
在考虑技术进步的传统经济学研究中，能源一直以来都被看成是经济增长中的外生变
量，只是作为“自然要素”存在。然而能源作为世界经济与全球环境之间的桥梁，和劳动及
资本一样，已经成为基础性战略资源和经济系统的基本生产要素，同样作为影响经济增长的
一大重要因素。而对能源节约型技术进步的研究中，重要的前提是对能源要素和非能源要素60
之间替代弹性的估计。早在 1975 年，Ernst 等[1]通过超越对数成本函数，并在希克斯中性技
术进步的前提下估计出了能源与资本、劳动的替代弹性。Ma,H.,etal.（2009）[2]和樊茂清等
（2009）[3]基于 WelscLH 和 （2005）的方法来分析能源与非能源要素替代弹性对
能源强度的影响。近几年，郑照宁、刘德顺(2004)[4]和吕振东[5]等国内学者也开始研究能源
要素与其他基本投入要素之间的替代弹性。 65
此外，技术进步带来的一系列能源环境问题在近几年也受到了众学者的重视。
Popp(2002)[6]经研究得出美国制造业能源要素与非能源要素之间存在互补关系，且能源效率
增长的三分之一来源于与能源相关的专利技术。Fisher-Vanden，Jefferson 等（2006）[7]
研究发现，技术研发是能源效率提高的重要因素之一。马恒运和 Les Oxley 等（2008）[8]
也采用两阶段超越对数成本分函数对总过能源经济状况进行了分析，得出结论：能源要素与70
资本和劳动之间均存在替代关系，中国的能源强度不断增加的主要原因在于技术进步向着高
能耗的方向发展。
Okushima and Tamura(2009)[9]利用多校准分解技术研究日本在 1970-1985 年间技术变化
对能源效率和碳排放的影响，并揭示了技术变化对能源效率具有重要影响。Acemoglu（2009）
[10]将技术进步偏向性扩展到环境节约型技术进步领域，进而研究碳排放和二氧化碳的定价问75
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题。综上所述，关于技术进步对能源效率等的研究目前大多基于一般性的技术进步，并没有
从技术进步的各要素偏向性层面进行分析，同时研究影响因素时也缺少了一定的理论推理作
为依据。
基于现有学者对技术进步的研究，本文将能源消耗作为一个独立的生产要素引入测算，
将传统两要素条件下技术进步的统计测算扩展到三要素条件进行测算，进一步研究我国工业80
产业在能源节约型技术进步上的有关特征。同时，在得到的关于技术进步与能源效率关系式
的理论基础上，进而分析我国工业产业的能源要素的技术进步水平对能源效率的影响，并为
我国节能减排目标的实现和保障经济的稳定增长提出政策性意见。
2 能源增强型和非能源增强型技术进步的测度模型
嵌套的 CES 生产函数 85
本文考虑到 CES 生产函数突破了替代弹性等于 1 的限制，具有更好的灵活性，同时为
了将能源与非能源要素分开研究，因而采用双层嵌套式 CES 生产函数。
1 1
1 1{(1 )[ ] [ ] }Et t t t t tY AK L A E
（1）
其中， tY 为总产出， tK 为资本投入， tL 为劳动投入， tA 为资本—劳动增强型技术进步
水平， tE 为能源投入， EtA 为能源增强型技术进步水平， 表示资本—劳动对能源的替代弹90
性， 为资本收入份额占劳动及资本共同份额的比例。
该函数的第一层为非能源要素，即资本和劳动之间的 Cobb-Douglas 函数，而第二层为
资本—劳动聚合后与能源要素之间的常替代弹性生产函数——CES 生产函数。因此，双层
嵌套式 CES 函数可用于测度关于能源要素和非能源要素两种技术进步水平。
假定要素市场为完全竞争型市场，即要素的边际产出等于其实际价格，从而可得： 95
11
(1 )(1 )[ ]Share t t t t tt
t t t
Y L AK LL
L Y Y
（2）
1
[ ]
E
Share t t t t
t
t t t
Y E A EE
E Y Y
（3）
由式（2）、（3）可得两类技术进步水平为：
11 [ ](1 )(1 )
Share
t t
t
t t
Y LA
K L
（4）
1[ ]
Share
E t t
t
t
Y EA
E
（5） 100
由上式可知，只要设定 、 与 的值，并利用数据 tY ， tK ， tL ， tE ， SharetL 和 SharetE ，
即可求得两类技术进步的水平。由于 在此只有水平效应，而不具有增长效应，因而本文假
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定 1。
能源要素与非能源要素之间替代弹性的估计
由式（4）、（5）可以看出，要研究要素技术进步水平，很重要的前提就是估计出两者105
间的替代弹性 。
假定技术进步水平满足以下条件：
1
1
AA
t t t
E E E E
t t t
a a
a a
（6）
其中， log( )t ta A ， log( )E Et ta A ， ~ (0, )
A
t
E
t
N
由式（4）、（5）可推导出： 110
1 1
1 1
1
1 1 1
Share
t t t t t
Share
t t t t t
A Y K L L
A K L Y L
（7）
1
1
1 1 1
E Share
t t t t
E Share
t t t t
A Y E E
A E Y E
（8）
对式（7）、（8）取对数，带入式（6）中，得到：
1
1 1 A
1 1 1
1 1
1
log( ) log( )
log log
=
1 log loglog( ) log( )
t t
Share Share A
t t t t t t t
E Share Share E
t t t t t
t t
Y Y
K L K L L L
Y Y E E
E E
（9）
令 11 1
1 1
log( ) log( )A t tt
t t t t
Y Ys
K L K L
， 1
1
log( ) log( )E t tt
t t
Y Ys
E E
， 115
1z log log
A Share Share
t t tL L ， 1z log logE Share Sharet t tE E ，
因而式（9）可简写成:
1
A A
t t
tE E
t t
s z
s z
（10）
对于上式（10），可以采用似不相关回归法进而估计出弹性 的值。
3 数据来源及计量结果 120
数据说明
本文所用到的数据有总产出 tY ，生产过程中投入的要素——劳动力数量 tL 、资本数量
1 的取值借鉴于 Hassler J, Krusell P, Olovsson C 在《Energy-saving technical change》一文中的设定。
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tK 和能源的消耗量 tE ，劳动收入份额 SharetL 和能源份额 SharetE 。本研究采用 1990—2012 年
的时间序列数据。
tY 使用以 2000 年价格计算的各年的工业增加值。原始数据来源于《中国统计年鉴》，125
由于 1997 年前的年鉴报告的是乡及乡以上工业企业的数据，而 1998 年后报告的是规模以上
工业企业数据，前后口径不一致，无法直接比较。因而本文借鉴陈诗一（2011）[11]的做法
把工业数据按比例调整到统一的全部工业口径，并利用工业品出厂价格指数，构建以 2000
年为基期的平减指数对各年调整后的工业增加值进行平减，得到实际工业增加值。
劳动投入 tL ，选取工业企业全部从业人员年平均人数。数据来源于历年《中国统计年130
鉴》以及《中国工业经济统计年鉴》。统计口径仍按照陈诗一所给出的方法调整到工业全口
径。由于我国统计年鉴没有工业全行业用收入法核算的工业增加值的完整数据，因而对于劳
动收入份额 SharetL ，本文采用劳动人数与劳动价格的乘积来计算。关于劳动价格，用工业城
镇单位就业人员的平均工资作为代表，近似当做全部工业行业就业人员的工资水平。
对于资本存量 tK ，由于国家统计局没有发布过专门的数据，而只有固定资产原值和净135
值的数据，因此需要另外加以估算。本文采用雷钦礼在《偏向性技术进步的测算与分析》[12]
中用到的永续盘存法对资本存量进行测算。用 2000 年为基期的固定资产投资价格指数将
1990 年的固定资产净值调整到以 2000 年为基期的不变价格下，并作为 1990 年的初始资本
存量，进而算得各年以 2000 年为基期下的资本存量。
对于能源的消耗量 tE ，选取各年分行业能源消费总量中工业的能源消费量，且均以标140
准煤计量，具体数据以 09 年《中国能源统计年鉴》调整后的数据为准。能源收入份额 SharetE
采用能源价格与能源消耗量的乘积计算。由于本文不考察能源消费结构的差异，鉴于我国工
业能源消耗构成中，煤炭占很大比重，因而本文直接选取煤炭价格作为能源价格，并用全国
各地区原材料、燃料、动力购进价格指数对各年价格进行修正，原始数据来源于各年《中国
统计年鉴》和《中国能源统计年鉴》。 145
关于 的取值，鉴于
11
11
(1 )(1 )[ ]
(1 )[ ]
Share t t t t t
t
t t t
Share t t t t t
t
t t t
Y L AK LL
L Y Y
Y K AK LK
K Y Y
整理可得 1
Share
t
Share
t
L
K
，其中，资本收入份额 SharetK 不能直接得到，需要进一步计算。
资本收入用营业利润加上本年折旧计算，因而资本收入占当年的工业增加值的比值即为
Share
tK 。为了将 值固定在恒定值，本文将所得到的各年 /Share Sharet tL K 值取平均值，从而得150
到 的取值为 。
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估计结果
用 EVIEWS 软件对式（10）做似不相关回归估计，得到如表 1 结果：
表 1 SUR 参数估计结果
参数 估计值 P值
C(1)
C(2)
C(3)
Equation: SA=C(1)+C(2)*SE 修正后的 R
2
D-W 值
Equation: ZA=C(3)+C(2)*ZE 修正后的 R
2
D-W 值
由以上结果中的 DW 值可以看出，第一个方程存在一定程度上的自相关，因此，本文155
采用科克伦—奥克特迭代法对方程一的估计消除自相关，并得到如下结果：
表 2 消除自相关后的 SUR 参数估计结果
参数 估计值 P值
C(1)
C(2)
C(3)
Equation:
*SA(-1)=C(1)+C(2)*(*SE(-1)) 修正后的 R
2
D-W 值
Equation: ZA=C(3)+C(2)*ZE 修正后的 R
2
D-W 值
由结果可知 c(2)=，及 / ( 1) ，从而得到 =，即能源与非能源要素
之间的替代弹性为 ，符合经济学含义。这说明了能源要素与非能源要素之间存在一定的
替代性，但可替代性较弱，在一定程度上劳动和资本要素以及能源要素投入的增加会对彼此160
的边际产出有相互促进的效果。此外，从能源问题及其所带来的环境污染问题来看，能源要
素与非能源要素之间存在的这种互补性说明，不能单纯的通过增加非能源要素的投入以此代
替部分能源要素的使用。因为能源投入的减少，不仅会造成劳动、资本边际产出的降低，还
会带来总产出的减少，从而阻碍经济发展，因而要使得经济增长同时又兼顾能源问题，必须
要通过技术进步来实现。 165
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将所得 值带回式（4）、（5）可得到两大类要素的技术进步水平，并进一步求得两者
的技术进步增长率，如表 3 所示。
表 3 技术进步水平及增长率
年份 A AE gA gAE
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
由图 1 可以看出，在 1990 至 2011 年间，虽然能源要素与非能源要素技术进步水平均有
上升趋势，但现阶段的中国，劳动和资本的技术进步水平还是明显高于能源要素技术进步水170
平。并且，从 21 世纪开始，两类技术进步的发展水平差异不断拉大。具体看来，在 93 年，
劳动—资本要素的技术进步水平和能源要素的技术进步水平均出现了一个小高峰，这与当时
中国的实际情况相符。92 年邓小平在南巡讲话中重申“科学技术是第一生产力”后，中国
从政策上和实际行动上加大力度提升技术进步水平，并且就当时的中国发展与国情来看，整
个经济的发展还是重点放在通过提高劳动力和加大投资这方面，因而劳动和资本要素的技术175
进步水平在该时期的提升水平大大超过能源要素技术进步水平的提升。但在 94 年和 95 年，
技术进步水平均有一定程度的回落，93 年国家采取紧缩的银根政策，从而使得非政府资金
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和贷款对科技的投入大大减少，从而影响之后两年的技术进步发展，使得非能源要素技术进
步水平降至 95 年的 ，而能源要素的技术进步水平达到最低值 。95 年起，国家大力
实施科教兴国战略，从而自 96 年起，能源与非能源要素技术进步水平重新处于不断增长的180
上升趋势。总体看来，我国在近 20 年来技术进步一直处于高速增长阶段，且劳动—资本的
技术进步发展水平明显快于能源要素的技术进步水平发展，非能源要素的技术进步水平从
90 年的 增至 2012 年的 ，增长了近 8 倍，能源要素的技术进步水平也增长了
倍。从两类技术进步水平的增长率来看，在所研究年份内，两者在整体上具有相似的变化趋
势，除 94、95 年和 08 年外，增长率均为正数，且都在不断波动，最后趋于平稳。 185
a b
图 1 技术进步水平(a)及其增长率(b)
4 能源节约型技术进步对能源效率的影响
回顾我国近年来的经济发展，虽然经济一直处于高速增长阶段，但在此过程中却过度依190
赖于能源消耗。从本文获得的数据来看，能源效率表现出明显的上升趋势，如图 2。1990
至 1995 年间，工业能源效率处于波动阶段，上升幅度不大。在此之后，能源效率进一步强
劲增长。综合表 3 所示，能源要素的技术进步水平也呈现出不断上升的趋势，因而总体看来
我国近年来的技术进步属于能源节约型技术进步。但据 2013 年能源峰会上披露，2012 年我
国一次能源消费量为 亿吨标煤，消耗全世界 20%的能源，能源效率仅为全世界平均水195
平的 40%，对比发达国家，我国的能源效率仅相当于其 1/4，同时也低于巴西、墨西哥等发
展中国家。在此背景下，如何进一步提高我国的能源效率成为了关注的焦点。
图 2 能源效率（Y/E）
根据能源收入份额的定义，有：
E
Share t t
t
t
E PE
Y
（11） 200
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由式（5）和式（11）联立可得： ln (1 ) lnA (ln ln )E Et t t
t
Y P
E
（12）
可以看出，能源效率与能源节约型技术进步水平以及能源价格有着紧密联系。因此，建
立关于能源效率影响的一般化计量模型如下：
0 1 2lnY / lnA ln
E E
t t t t tE a a a P
估计结果见表 4，即 lnY / Et t t tE P 。 205
由此可以看出，能源节约型技术进步水平和能源价格对能源效率均有较大影响。
表 4 参数估计结果
参数 估计值 P 值
a0
a1
a2
修正后的 R2
F 值
从表 4 可以看出，模型的拟合优度为 %，技术进步水平和能源价格的系数均能通过
5%的显著性水平检验。对于技术进步水平，主要是考察能源要素的技术进步对能源效率的
影响。计量结果显示，该技术进步对能源效率的贡献率高达 %，且非常显著，居于主导210
地位，这也证实了能源要素的技术进步水平对能源效率的重要影响。由图 1 和图 2 对比也可
以看出，两者具有近乎一致的发展趋势。
此外，能源价格上升 1%可以带来能源效率增长 个百分点，即说明提高能源价格，
能从一定程度上提升能源效率。近十年来，我国煤炭价格增长较快，这对能源效率的快速增
长也有了一定正向影响。能源价格的提升，将会使使用成本增加，这对高能耗行业的影响较215
大，使其在整个工业增加值中的占比减少。从现有研究可知，高能耗行业的能源效率要明显
低于低能耗行业，因而高能耗行业所占比重的降低，能有效减低了整个行业的能源消耗，进
而提高工业全行业的能源效率。此外，能源从较低效率的行业流向较高效率的行业，某种程
度而言也是能源利用效率提高的另一种表现。
5 结论与建议 220
结论
由本文分析结果可知，在 1990 至 2012 年，我国能源要素与非能源要素（劳动—资本聚
合）之间存在互补关系。分析两者的技术进步率可知，从整体上看，我国近年来的能源与非
能源的技术进步水平均在不断提升，但劳动和资本的技术进步水平仍高于能源要素的技术进
步水平，且两者的发展趋势有不断拉大的趋势。此外，鉴于能源效率整体的上升趋势及能源225
要素技术进步水平的增长，我国的技术进步表现出能源节约型技术进步。
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建议
为促进我国工业产业能源效率的提升，首先要从能源要素的技术进步下手。技术进步可
以通过新的管理和技术以及新设备的使用，在同等产出条件下节约能源使用量，或在同等投
入下得到更多产出。一方面，能源节约型技术进步可以体现在企业生产中引进更先进的设备230
减少生产过程中的能源损耗，另一方面也可以体现在加强对管理体制的进一步完善，使管理
效率提高，从而使资源得到更高效的配置。此外，我国也应加大对科技产业的投入，提高自
主创新能力，增强对新能源的开发，引导节能环保性技术的创新，使能源的消费向着高科技
新能源的方向发展，从而提高能源利用效率，并以此降低产品的单位能耗和对环境的污染。
但是，在此过程中，我们也不能忽略技术进步的“回弹效应”，即技术进步促进经济快速增235
长，可能进一步导致能源消费的增加。因而，找出适合我国现阶段国情的技术进步发展至关
重要。
其次，我国要行成一个合理的能源价格体系，促进经济向能源效率提高的方向发展。在
如今的市场经济环境下，能源价格也是对能源效率提升的长期而稳定的激励机制。因而，我
国可以在现行体制下，适当的提高能源要素的价格，并进一步的优化能源结构，从而降低能240
源强度促进能源效率的提高。但是，能源价格提升幅度也不易过大，否则会对经济发展有阻
碍作用。在此方面，可以引入差别能源价格政策，为促进高能耗行业转变生产方式进行节能
减耗的技术研发，而提高其能源使用价格，进而提升能源效率。
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