能源消費(fèi)、碳排放和經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系的實(shí)證研究——以河南省為例

劉戰(zhàn)偉

（許昌學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，河南 許昌461000）

一、引言

能源是國家經(jīng)濟(jì)增長和社會發(fā)展的重要保障，但能源的過度消耗和大量二氧化碳的排放，卻造成了環(huán)境的日益惡化和不可再生資源的日漸枯竭。黨的十八大報(bào)告提出：“推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，控制能源消費(fèi)總量，加強(qiáng)節(jié)能降耗，支持節(jié)能低碳產(chǎn)業(yè)和新能源、可再生能源發(fā)展，確保國家能源安全。”因此，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，全面落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，堅(jiān)持環(huán)境保護(hù)基本國策，大力推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，積極倡導(dǎo)生態(tài)文明，構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，探索能源消耗、環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)增長的協(xié)調(diào)發(fā)展成為關(guān)鍵問題。河南省是我國的資源大省，也是全國重要的經(jīng)濟(jì)大省、新興工業(yè)大省，經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了能源消耗、二氧化碳排放量同步增長的局面。2009年，河南省二氧化硫排放量135.5萬噸，能耗總量1.98億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭消費(fèi)比重達(dá)到88.2%，單位GDP能耗高出全國平均水平，這種高能耗、高污染、低效率的經(jīng)濟(jì)增長方式已經(jīng)造成了生態(tài)破壞，成為制約經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。因此，系統(tǒng)研究河南省的能源消費(fèi)、二氧化碳減排和經(jīng)濟(jì)增長問題，對河南省進(jìn)一步落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，推動(dòng)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)于能源消費(fèi)、碳排放和經(jīng)濟(jì)增長之間關(guān)系的研究，從現(xiàn)有文獻(xiàn)來看，主要有三種情況：一是能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系研究。如馬宏偉、劉思峰及李宏岳等研究了能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長是單向還是雙向因果關(guān)系以及這種關(guān)系是長期還是短期的問題［1－2］。二是碳排放與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系的研究。利用環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC）證明經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境之間是否存在倒U關(guān)系，如彭水軍、包群得到N型曲線［3］，劉榮茂等得到倒U形曲線［4］。三是研究能源消費(fèi)、碳排放與經(jīng)濟(jì)增長三者之間的關(guān)系。如Zhang及胡宗義、陳紅梅等［5－7］即研究了此類問題。

綜上可見，現(xiàn)有文獻(xiàn)對能源消費(fèi)、碳排放和經(jīng)濟(jì)增長三者之間關(guān)系的研究主要集中于中國宏觀角度，而分析各個(gè)省級區(qū)域三者之間關(guān)系的很少，對河南省能源消費(fèi)、碳排放和經(jīng)濟(jì)增長三者之間關(guān)系沒有涉及。因此，無法根據(jù)河南省內(nèi)部的實(shí)際情況提出有針對性的建議。本文試圖對現(xiàn)有的研究進(jìn)行拓展，利用河南省1978－2010年的樣本數(shù)據(jù)，采用協(xié)整分析、VECM模型和格蘭杰因果檢驗(yàn)等方法，全面分析能源消費(fèi)、碳排放和經(jīng)濟(jì)增長三者間的關(guān)系，并提出政策建議，這對于河南省實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，促進(jìn)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)的科學(xué)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

二、變量選擇與數(shù)據(jù)來源

研究河南省能源消費(fèi)、碳排放和經(jīng)濟(jì)增長三者間的關(guān)系涉及三個(gè)變量：

（1）能源消費(fèi)指標(biāo)（EC）。能源消費(fèi)以能源消耗量為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，折算為標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，單位為萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

（2）碳排放指標(biāo)（C）。由于碳排放量統(tǒng)計(jì)年鑒沒有公布，不能直接獲得數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行估算。碳排放可以分為自然排放和人工排放。本研究中所計(jì)算的碳排放量主要是指一次能源消耗，其計(jì)算公式為Ct＝Ecδc＋Eoδo＋Enδn，式中Ct，Ec，Eo，En分別代表碳排放總量、煤炭消耗實(shí)物量、石油消耗實(shí)物量和天然氣消耗量，單位為噸；δc，δo，δn分別代表煤炭消耗的碳排放系數(shù)、石油消耗的碳排放系數(shù)和天然氣消耗的碳排放系數(shù)。對于碳排放系數(shù)，美國能源部（DOE）與其統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)能源情報(bào)署（EIA）、日本能源研究所、國家科委氣候變化項(xiàng)目和徐國泉的研究得出了不同結(jié)果，見表1。本文研究選取其平均值作為各能源消耗碳排放系數(shù)，根據(jù)碳排放公式計(jì)算出河南省碳排放量。

表1 碳排放系數(shù) 噸碳／噸

（3）經(jīng)濟(jì)增長指標(biāo)。采用國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）作為衡量經(jīng)濟(jì)增長的基本指標(biāo)，為了剔除價(jià)格因素的影響，以1978年不變價(jià)格計(jì)算出實(shí)際GDP，單位為億元。

本文選取河南省1978－2010年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為樣本，研究所涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于歷年《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》，為了消除計(jì)算過程中異方差的問題，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了對數(shù)化處理，分別表示為ln EC，ln C 和ln GDP。

三、實(shí)證分析

（一）單位根檢驗(yàn)

為了避免偽回歸問題，在協(xié)整檢驗(yàn)之前，需要對時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)。采用ADF分別對ln EC，ln C和ln GDP進(jìn)行單位根檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 變量ADF單位根檢驗(yàn)結(jié)果

從表2中可以看出，變量ln EC，ln C和ln GDP 的檢驗(yàn)值大于其臨界值，不能拒絕有單位根的假設(shè)，是非平穩(wěn)序列。而一階差分序列的ADF檢驗(yàn)值都小于其臨界值，因此拒絕其單位根的假設(shè)，即一階差分都是平穩(wěn)時(shí)間序列。

（二）VAR模型的建立

在單位根檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可以建立以河南省能源消費(fèi)、碳排放和經(jīng)濟(jì)增長為因變量，以這些變量的滯后值為自變量的VAR模型，VAR模型中的一個(gè)重要問題是滯后階數(shù)的確定，根據(jù)AIC和SC值最小原則確定VAR模型，經(jīng)檢驗(yàn)將最優(yōu)滯后階數(shù)確定為2，即建立VAR（2）模型。通過對模型平穩(wěn)性的檢驗(yàn)，結(jié)果顯示全部特征根均在單位圓曲線內(nèi)，見圖1，說明該模型是平穩(wěn)的。

圖1 VAR特征多項(xiàng)式逆根圖

（三）協(xié)整檢驗(yàn)

協(xié)整是變量之間存在的長期均衡關(guān)系。協(xié)整檢驗(yàn)包括兩種：一種是基于回歸殘差序列的協(xié)整檢驗(yàn)即兩步法檢驗(yàn)，主要用于兩變量模型的檢驗(yàn)；一種是基于回歸系數(shù)的協(xié)整檢驗(yàn)，即Johansen檢驗(yàn)，主要用于多變量的檢驗(yàn)。由于涉及多個(gè)變量，這里使用Johansen協(xié)整檢驗(yàn)方法，協(xié)整檢驗(yàn)是一種基于VAR模型的檢驗(yàn)方法，根據(jù)以上建立的VAR（2）模型，Johansen協(xié)整檢驗(yàn)的滯后期是無約束VAR模型一階差分的滯后期，故確定為1，檢驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 Johansen協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果

從結(jié)果中可以看出，變量ln EC，ln C和ln GDP 三者之間存在協(xié)整關(guān)系，即存在長期穩(wěn)定的均衡關(guān)系。估計(jì)出經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后的協(xié)整關(guān)系式如下：

從協(xié)整方程中可以看出，能源消費(fèi)對碳排放的彈性是0.61，實(shí)際GDP對碳排放的彈性是0.18，說明能源消費(fèi)和實(shí)際GDP每增加一個(gè)單位，碳排放將分別增加0.61和0.18個(gè)單位。這種協(xié)整關(guān)系符合河南省的實(shí)際情況，河南省能源消費(fèi)主要是碳基能源，煤炭消費(fèi)比重尤其大，其次是石油和天然氣。同時(shí)河南省處于工業(yè)化階段，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，經(jīng)濟(jì)規(guī)模的擴(kuò)大增加了碳基能源的需求，這些因素都導(dǎo)致了碳排放的增加。

（四）向量誤差修正模型

如果多個(gè)變量同為一階單整，而且它們之間存在長期穩(wěn)定的均衡關(guān)系，則可以建立向量誤差修正模型（VECM）。VECM模型是含有協(xié)整約束的VAR模型，包含了水平值和差分值，將各變量之間的長期均衡關(guān)系及短期波動(dòng)關(guān)系相結(jié)合起來，其基本形式為：

其中，ecmt－1為誤差修正項(xiàng)，反映的是變量之間的長期均衡關(guān)系。VECM模型中的參數(shù)向量，反映的是變量之間的均衡關(guān)系偏離長期均衡狀態(tài)時(shí)，將其調(diào)整到均衡狀態(tài)的調(diào)整速度，故稱其為調(diào)整參數(shù)陣，或修正參數(shù)陣。所有作為解釋變量的差分項(xiàng)Δyt－i（i＝1，2，…，p－1）的系數(shù)向量Γi（i＝1，2，…，p－1），反映的是各變量的短期波動(dòng) Δyt－i對作為被解釋變量yt的短期變化Δyt的影響。

由于ln EC，ln C和ln GDP三者之間存在協(xié)整關(guān)系，因此可以構(gòu)建VECM，VECM模型的滯后階數(shù)是原VAR模型一階差分的滯后期，因此其滯后階數(shù)確定為1。經(jīng)過相應(yīng)的誤差修正檢驗(yàn)，得出VECM模型為：

VECM模型在5%的顯著水平下，方程的回歸殘差序列滿足正態(tài)性。同時(shí)AIC和SC的值較小，F(xiàn)值顯著，擬合度也較好，說明模型的解釋能力較強(qiáng)。根據(jù)VECM模型可以看出：滯后一期的碳排放對經(jīng)濟(jì)增長的彈性系數(shù)是－0.237 3，而滯后一期的能源消費(fèi)對經(jīng)濟(jì)增長的彈性系數(shù)為1.528 1，說明了能源消費(fèi)的增加推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)增長。ecmt－1系數(shù)估計(jì)值分別為－0.054 3和0.0574，說明當(dāng)變量的短期波動(dòng)偏離長期均衡時(shí)，誤差修正項(xiàng)會分別以0.054 3和0.057 4的調(diào)整力度將非均衡狀態(tài)拉回到均衡狀態(tài)，其不同之處在于負(fù)值是反向調(diào)整，正值是正向調(diào)整。

（五）格蘭杰因果關(guān)系檢驗(yàn)

協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果表明了ln EC，ln C和ln GDP 三者之間存在協(xié)整關(guān)系，但不能確定出變量之間是否存在因果關(guān)系。本文利用格蘭杰因果關(guān)系檢驗(yàn)對三者之間的關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)AIC和SC值最小原則選擇滯后階數(shù)為2，檢驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 格蘭杰因果關(guān)系檢驗(yàn)

結(jié)果顯示：（1）碳排放與經(jīng)濟(jì)增長之間存在單向的格蘭杰因果關(guān)系。碳排放不是經(jīng)濟(jì)增長的Granger原因，而經(jīng)濟(jì)增長是碳排放的Granger原因。長期以來，河南省經(jīng)濟(jì)增長是粗放的外延式擴(kuò)張，主要依靠資本、勞動(dòng)力等生產(chǎn)要素的投入，排放量增加對經(jīng)濟(jì)增長的作用有限；更為關(guān)鍵的是，河南省經(jīng)濟(jì)增長缺乏一個(gè)資源、碳排放權(quán)的有效交易市場，導(dǎo)致市場定價(jià)機(jī)制不能對污染所產(chǎn)生的負(fù)外部效應(yīng)進(jìn)行內(nèi)部化。因此，極大地限制了環(huán)境變化對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。（2）能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長之間具有雙向因果關(guān)系。即能源消費(fèi)的增加會促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長，同時(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也會增加能源消費(fèi)。這種關(guān)系充分體現(xiàn)了河南省經(jīng)濟(jì)增長的特征和能源消費(fèi)模式。一方面，近年來，河南省能源消費(fèi)量不斷增加，其中煤炭在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占比例不斷擴(kuò)大；同時(shí)根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，在經(jīng)濟(jì)衰退時(shí)，煤炭所占比例出現(xiàn)下降，這說明了河南省經(jīng)濟(jì)增長對能源消費(fèi)的依賴性很強(qiáng)。另一方面，經(jīng)濟(jì)增長大大刺激能源消費(fèi)增長，“十一五”以來，河南省以年均7.9%的能源消費(fèi)增速支持了國民經(jīng)濟(jì)12.8%的增長，大大高于同期世界能源消費(fèi)年均1.0%的水平。（3）碳排放與能源消費(fèi)之間存在單向的格蘭杰因果關(guān)系。即能源消費(fèi)是碳排放的Granger原因，而碳排放不是能源消費(fèi)的Granger原因。這符合河南省的實(shí)際情況，河南省經(jīng)濟(jì)增長導(dǎo)致能源消費(fèi)的增加，而河南省能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中主要以碳基能源為主，碳基能源會導(dǎo)致大量二氧化碳的排放。因此必須要降低能源消費(fèi)量，尤其是化石能源，從而降低二氧化碳排放量。

四、結(jié)論與啟示

本文利用協(xié)整及VECM模型等方法對河南省碳排放與能源消費(fèi)、經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)證檢驗(yàn)，得出以下主要結(jié)論：（1）河南省能源消費(fèi)、碳排放與經(jīng)濟(jì)增長之間存在長期均衡關(guān)系，且這種關(guān)系比較穩(wěn)定。（2）誤差修正模型表明當(dāng)變量的短期波動(dòng)偏離長期均衡時(shí)，誤差修正項(xiàng)會分別以0.054 3和0.057 4的調(diào)整力度將非均衡狀態(tài)拉回到均衡狀態(tài)。（3）碳排放分別與能源消費(fèi)、經(jīng)濟(jì)增長之間存在單向的格蘭杰因果關(guān)系，而能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長之間具有雙向因果關(guān)系。根據(jù)以上研究結(jié)論，本文認(rèn)為河南省要實(shí)現(xiàn)能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，必須要轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式。首先，要優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展可再生能源，提高能源效率。其次，要加大科技投入力度，降低產(chǎn)品的單位能耗，走集約化發(fā)展之路。最后，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，使經(jīng)濟(jì)增長與碳排放趨于脫鉤，保障河南省經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。

［1］ 馬宏偉，劉思峰，袁潮清，等.基于生產(chǎn)函數(shù)的中國能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長的多變量協(xié)整關(guān)系的分析［J］.資源科學(xué)，2012，34（12）：2374 -2381.

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