一、引言
  在过去的一个世纪里，由于温室气体排放导致的全球变暖日益严重。全球经济发展的步伐日益加快，特别是在过去30年，人类活动对能源的需求不断增加。根据研究表明，不断上升的二氧化碳排放仍是全球气候变化的主要原因，其中70%的排放与过度能源消耗有关。因此，能源要素是实现全球气候和可持续发展目标的核心。
  技术进步是向低碳经济转型的关键。无论是外国投资、进口、出口还是专利数据，任何形式的国外创新都通过知识溢出影响能源效率。但知识溢出对能源强度的影响也可能受到本国特征的影响，如国内创新、地理位置、制度安排和环境政策。例如，研发和吸收能力在不同国家之间存在差异。国外创新的成功采用依赖于自主创新的努力，它的存在以溢出效应(如研发活动的输入)的形式在其他国家创造了正外部性。因此，通过吸收能力和内部研发，国内创新可以放大国外创新的效果。同样，国外研发的出口可以增加国内创新的效果，两者是互补的。
  相较于其他研究，本文从全球视角考察了国内外创新及其相互作用对能源效率的影响，拓展了能效与创新之间的关系。并且，本文通过采用不同的能效指标来解决以往研究中的方法问题。采用随机前沿分析(SFA)在能源效率文献中，利用能源需求函数控制随机噪声和未观测到的异质性，有助于减少效率估计的偏差。在考虑国家具体特征的情况下，本文还考察了地理位置在知识扩散和能源效率绩效中的作用。如果国家之间距离很近，拥有相似的产业，或者具有相同的吸收能力，那么知识溢出的可能性就会更大。同时，本研究还纳入了环境政策工具在提高能源效率方面的作用。严格的能源或环境政策工具可以促进国内创新，从而提高能源效率，并抑制搭便车行为。
  由此，本文提出了三个研究问题：(1)国外和国内的创新，以及两者之间的相互作用，在创新扩散以提高能源效率方面有什么独特的作用?(2)考虑到地理邻近性在知识积累和溢出方面的重要作用，各国的能源效率是否存在显著差异?(3)在考虑能源效率的变化时，环境政策工具和制度是否值得考虑?这些问题的回答对于理解知识(或技术)溢出在全球能源效率中的作用是非常重要，有利于政府和学术界准确地评估国家一级能效绩效，发挥环境政策和政府机构在促进可持续发展方面发挥着重要作用。
二、研究方法
2.1 数据描述
  本文检验了24个创新国家在1994年至2013年间的能源效率绩效，研究国内和国外的创新如何国家的能源效率。(1)技术创新是根据专利数量来衡量的，有关专利的数据摘自经合组织统计 (OECD -ilibrary.org)的三方同族专利数据(Triadic patent families)。使用三方同族专利作为数据集有两个主要优势。首先，它排除了低价值发明。其次，它降低了本土优势和地理位置对专利统计的影响。(2)利用经合组织环境政策严格性指数进一步研究了环境和能源政策对能源效率的影响。该指数的范围在0-6之间。(3)使用世界经济自由指数(EFW)的数据用作为衡量制度质量的指标，以评估制度质量对能源效率的影响。(4)将原油价格(以美元衡量)与该国的消费者价格指数相挂钩来构建每个国家的能源价格数据。其中，有关消费者价格指数的数据是从Penn World Tables (PWT) 9.0(佩恩表)版中提取的。
2.2 估计模型
  本文采用随机前沿分析(SFA)来估计总体前沿能源需求函数。在马歇尔需求函数的背景下，通过假设市场出清条件来确定能源需求函数，
  其中是所在国(c)在时间(t)时能源服务生产所需的最低能源，f(…)是模型中依赖于能源价格(P)和收入(Y) 的确定性部分。
  同时，考虑到其他影响能源需求的因素。其中，UEDT代表相关的外生变量，如技术、社会和气候因素。控制额外变量的影响有助于计算每个国家的“潜在能源效率”。本文进一步考虑了各国能效表现的变化以及各国能效的差异。Eq.(1)可以改写为:
  人口结构对能源消费的影响主要体现在人口密度和城市化两个方面，分别用PD和UR表示。来自服务业和工业部门的增值份额反映了每个国家经济结构的任何变化。来自服务业的价值份额用SS表示，来自行业的价值份额用IS表示。UEDT代表了潜在的能源需求趋势。EF代表未被观察到的“潜在能源效率”水平。
  SFA通常是从计量经济学的角度来计算生产过程的经济效率。一般来说，前沿方法的主要好处是它为经济行动者提供了经济指标的最大值或最小值。对于总能源(输入)需求函数，前沿定义了生产一定数量的能源服务所需的最小能源量。总的来说，使用前沿函数作为基本能源需求的评估，可以有效地反映国家的能源需求。因此，采用SFA方法，Eq.(2)的面板对数-对数函数形式可以表述如下:
  其中， UEDT表示为T，表现社会和气候变化对能源使用的影响。误差项由两个独立分量Vct和Uct组成，它们与解释变量无关。Vct是随机变量，表示噪声效应。Uct表示潜在能源效率水平EFct，是能源无效率项。
  在随机前沿分析中，潜在的能源无效率水平Uct表示为解释变量的一个特殊函数。本文重点是能源效率创新的效果。因此，选择了面板数据的SFA模型，并且采用了单阶段方法，即无效率项Uct的影响可以由一组环境因素同时解释，同时，将无效率元素Uct设置为一组解释变量的函数。由此分析了三个关键变量(国内创新、国外创新及其相互作用)以及其他控制能源效率变量的影响。本文的能源无效率函数Uct指定为:
  Kdomestc是国内技术; KForeign是国外技术; Kinteractionct表示国内外创新的相互作用(Kinteractionct=KDomesticct × KForeignct); Con表示控制变量; ε为白噪声误差项; ϕ为估计参数。
  由于式(4)中的变量为无效率因素，其负值表示能源无效率降低。如果国内创新(KDomesticct)提高了能源效率，那么能源无效率项应该为负数，这将意味着国内创新减少了与前沿的距离——这意味着能源低效率的降低。反之，如果系数为正，则表明国内创新增加了与前沿的距离，这意味着能源低效率的增加。
  本文使用固定效应随机前沿分析(SFA)模型，采用了模拟边际极大似然估计法，控制了未观测到的异质性。首先，知识溢出效应的衡量是通过构建知识存量来实现的。为此，采用了永续盘存法(PIM)，国内的知识存量可推导为:
  其中Ktc是国家(c)在时间(t)的知识存量，Ptc表示年获批专利数。假设δ=0.10(折旧率)。因此，知识初始存量的计算如下;
  其中，Ptc是C国在1985年的可获得的专利数量之和，g是从t0到t0 – 5期间技术专利的平均增长率。C国可获得的国外知识存量是建立在所有样本国家的累计专利数减去本国的专利数的基础上。本文使用这个变量来评估国外创新在知识扩散中的作用。
  知识溢出最有可能发生在邻近的国家或地区之间并随着距离增加而下降。本文采用距离加权法对国外知识存量进行检验，以检验是否存在国家边界效应。将距离递减效应建模为逆距离，其中空间交易成本用于衡量跨国知识溢出的强度。在这种情况下，C国与另一个国家F(∀F≠C的距离越小，F国对C国的影响权重就越大。F国的权重与F与C之间的距离成反比。因此，专利存量按国家与国家之间的逆矩阵指数关系来衡量，用数学表示为:
  D1为距离权重，KSr为加权知识存量，Wrs为分配给知识存量的权重。
三、结果与讨论
3.1专利存量的描述性统计
  国内知识(专利)存量、国际知识存量和加权国际知识存量的描述性统计如表2所示。结果表明，溢出效应在欧洲国家更为普遍，其中，87%的知识溢出发生在欧洲国家。并且，大多数创新国家都是欧洲国家。地理距离越大，知识溢出的可能性越小。
  鉴于知识存量集中在美国和日本这两个国家，专利存量的分布高度倾斜，可能影响了结果。因此，本文将这两个国家从分析中予以剔除。
  从图1可以看出，只有美日韩英等少数发达国家的专利存量呈现出明显的正增长趋势，而其他国家的专利存量则呈现出增长、下降和停滞的混合趋势。
3.2能源需求前沿估计
  能源需求函数的前沿参数和能源效率决定因素有六个不同的模型。
  首先，在所有模型中，收入对能源需求都是显著正相关。其次，人口密度对能源需求均有显著的负向影响，表明人口密度的增加降低了能源消耗。人口最密集的地区减少了通勤时间，从而节省了能源。同时，城市化也是正向显著影响，表明由于城市化的增加，对能源服务的需求不断增加。同样，工业和服务部门的比例越高，能源消耗就越高，最后，时间趋势的负显著值表明，提高技术创新水平降低了能源消耗。
  在影响能源无效率的因素中，从模型1可以看出，国内能源技术创新提高了能源效率。也就是说，一个国家的发明能力对降低能源强度大有帮助。同时，环境政策可以衡量需求拉动政策作为提高能源效率驱动因素的潜在作用，在模型1中也是显著负相关。这意味着环境政策对提高能源效率有显著作用。模型2的研究结果表明国外知识对本国的能源效率有显著积极的影响。模型3的研究结果表明从其他国家溢出的知识对接收国的能源效率产生积极影响。并且相对于模型2，空间加权的知识存量能更好、更真实地反映可能的知识溢出效应。因此，得出创新的跨国溢出作用可能在提高全球能源效率方面发挥关键作用。在模型4和模型5中，得出结论国外创新可以增加或补充国内创新。值得注意的是国家专利存量变量与能源效率呈负相关。这表明，国家专利存量的积极效应可能体现在互动项上。模型6发现制度质量和能源效率之间存在正相关关系。
3.3能源效率估计
  如表4所示，每个国家的能源效率得分都比较高，表明平均而言，创新国家在短期内在追赶基准技术方面取得了重大进展。
  图2、3显示了24个创新国家的平均能源效率变化情况。可以看出，技术进步是促进各国能源利用改善的因素之一。
  根据图4所示，可以得出结论，由于强大的经济基础和技术创新的扩大，发达国家的能源效率在选定的时期内不断提高。
  如图5所示，发展中国家能源效率样本期内能源效率呈上升趋势。
  图6和图7显示了发达国家和发展中国家在样本期内的能源效率变化。总的来说，所有发达国家都集中在顶端。发展中国家的能效途径也在稳步增加，能效趋同也更加明显。
  图8为各国能源效率排名。德国、法国、英国、荷兰和瑞士是能源效率最高的国家，而巴西、中国、南非、韩国和印度是能源效率最低的国家。
3.4敏感性分析
  为了提高研究结果的强度和可信度，本文将分析中省略了日本和美国重新纳入回归。表5显示了加入日本和美国后模型的研究结果。由表可见，能源效率和能源前沿需求的决定因素与初始结果相比没有显著变化，因此，原始结论仍然有效。各变量的系数与初始结果相近。除人口密度和时间趋势外，所有变量与能源需求均呈显著正相关关系。
四、结论
  由于能源和环境问题的全球性，必须发展新的节能技术，以缓解经济增长带来的碳排放问题。由于这些新技术的生产集中在少数地区或国家，国际知识溢出可能在创新技术的更广泛传播中发挥重要作用。
  本文对国内知识储备和国际知识溢出的作用以及两者之间的相互作用在影响能源效率上进行了新的评估。得出以下几点结论：(1)地理距离的增加会导致知识溢出的概率减小。(2)国家间的知识溢出可以提高能源效率。(3)能源技术创新可以提高能源效率。(4)鉴于国外创新的影响大于国内创新，应鼓励国家决策者促进国内创新能力和技术。(5)人力资本的开发对于利用国外知识溢出也至关重要。
五、局限性
  (1)国际知识溢出并不一定意味着所有拥有能源技术的周边国家都发生了溢出。可能需要专利引用来确定确切的溢出率，并需要考虑溢出发生的其他渠道。(2)在瞬态和持久能效这两种能效类型中，本文只估算了瞬态能效。未来的研究可以考虑两者之间的区别。
推荐理由：
  如何利用技术创新来提高能源效率一直是全球关注的热点，本文利用随机前沿分析方法，研究了技术创新和知识溢出效应在能源效率中的作用。结果表明，技术创新和知识溢出对于国家的能源效率具有积极正向的影响。一个有趣的发现，在相互邻近的国家中，知识溢出效应更加明显，国外创新能够促进国内创建，进而作用于国家的能源效率。本文的结论具有一定的现实和理论意义，利用创新作用和知识溢出效应，发展新的节能技术在缓解碳排放问题方面起重要作用。政策制定需要进一步考虑的是如何借助国外创新，促进国内创新，开发人力资本，从而提高能源效率。