中國能源消費與經(jīng)濟增長的因果分析——基于Divisia指數(shù)法和Toda-Yamamota檢驗

孫 巍，赫永達，2

(1.吉林大學 數(shù)量經(jīng)濟研究中心，吉林 長春 130012;2.山西財經(jīng)大學 經(jīng)貿(mào)外語學院，山西 太原 030006)

一、引 言

能源是工業(yè)的糧食，是國民經(jīng)濟的命脈。改革開放以來，中國持續(xù)高速的經(jīng)濟增長，對能源的需求與日俱增，已于2004年成為僅次于美國的全球第二大能源消費國。伴隨著能源需求的與日俱增，傳統(tǒng)的高耗能、高排放、高污染的增長方式已經(jīng)不適應(yīng)中國進一步發(fā)展的需要。近年來，全球能源價格尤其是石油價格不斷高漲，能源消費量增加帶來的生態(tài)、環(huán)境、氣候等問題愈演愈烈，而這個時期也正是實現(xiàn)我國現(xiàn)有經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、城市化水平、居民消費結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。這一系列變化刺激了我國能源消費量的急速增長，使得能源供需不平衡的狀況日益突出。

圖1 1979—2011中國能源消費總量和GDP

從圖1可以看到改革開放以來中國能源消費量和 GDP增長路徑的演變情況。1979—1999年，中國能源消費和GDP的增長路徑呈現(xiàn)出一定的相似性，但1999年開始，GDP的增長率明顯高于能源消費的增長率。這種情況的出現(xiàn)與我國開始高度重視能源使用效率、能源節(jié)約以及轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，降低經(jīng)濟對能源的依賴程度有關(guān)。針對經(jīng)濟增長、能源消耗和環(huán)境污染(3E)的兩難困境，近年來我國政府相繼出臺了一系列節(jié)能減排政策。如節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃(國發(fā)〔2012〕40號)指出，“十一五”期間，國家把能源消耗強度降低和主要污染物排放總量減少確定為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的約束性指標，把節(jié)能減排作為調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的重要抓手和突破口并取得了顯著成效。我國以能源消費年均6.6%的增速支撐了國民經(jīng)濟年均11.2%的增長，能源消費彈性系數(shù)由“十五”時期的 1.04下降到0.59，節(jié)約能源6.3億噸標準煤，為保持經(jīng)濟平穩(wěn)較快發(fā)展提供了有力支撐。然而，重工業(yè)占工業(yè)總產(chǎn)值比重卻由68.1%上升到70.9%，高耗能、高排放產(chǎn)業(yè)增長過快，結(jié)構(gòu)節(jié)能目標沒有實現(xiàn)，而且能源利用效率總體偏低。我國國內(nèi)生產(chǎn)總值約占世界的8.6%，但能源消耗占世界的19.3%，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗仍是世界平均水平的2倍以上。因此，經(jīng)濟發(fā)展對能源消費的依賴性依然很大?！笆濉币?guī)劃進一步提出到2015年全國萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2010年降16%的目標。但“十二五”規(guī)劃同時總結(jié)了我國目前經(jīng)濟社會發(fā)展中存在的問題，那就是經(jīng)濟增長的資源環(huán)境約束強化，投資和消費關(guān)系失衡，收入分配差距較大，科技創(chuàng)新能力不強，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，城鄉(xiāng)區(qū)域發(fā)展不協(xié)調(diào)，就業(yè)總量壓力和結(jié)構(gòu)性矛盾并存，社會矛盾明顯增多，因此，加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式已經(jīng)刻不容緩。

然而，如何在保持經(jīng)濟增長、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式的前提下實現(xiàn)“十二五”節(jié)能減排約束性目標，如何保證我國經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展以及資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的建立?要回答類似的問題，必須要對能源消費與經(jīng)濟增長之間的因果進行深入分析。而且，近些年來，由溫室氣體排放(GHG)而導致的氣候變化已經(jīng)如同石油峰值和能源安全一樣，成為備受關(guān)注的環(huán)境問題。隨著石油價格不斷高漲，氣候暖化問題也愈受到各國重視，在高度仰賴能源使用的情況下，中國不得不開始重視能源效率使用問題。在減少溫室氣體排放的能源政策方面(比如節(jié)約能源)，考察能源消費與經(jīng)濟產(chǎn)出間的因果關(guān)系也是非常必要的，因為能源消費時溫室氣體排放的主要根源。相應(yīng)地，如果能源消費對經(jīng)濟產(chǎn)出的Granger因果關(guān)系顯著，那么非技術(shù)進步型的節(jié)能方式將給經(jīng)濟增長帶來不利的影響(Karanfil)［1］1191-1194。

但是，能源消費與經(jīng)濟增長(GDP)的因果關(guān)系由于研究選取時間間隔不同、能源消費量計算方法不同或者所采用的檢驗方法的不同，所得到的結(jié)論也存在著較大差異。不同的結(jié)論又會導向不同的政策決策。首先，從研究方法差異的影響來看，傳統(tǒng)普遍使用的熱當量法加總能源消費量的方法與基于能源形式價值差異性的Divisia指數(shù)加總能源消費量的方法存在著差別，從而在能源消費量與經(jīng)濟增長的因果關(guān)系檢驗下產(chǎn)生不同的結(jié)果。因此，能源消費量加總方法的科學性決定了最終檢驗結(jié)果的合理性。然而，在不考慮加總方法差異性的情況下，若能找到一種更寬泛條件下的檢驗方法使得無論采用以上哪種加總法均可得到趨勢相同的檢驗結(jié)果，那么，就可以為以后相關(guān)能源消費與經(jīng)濟增長關(guān)系研究提供便捷的方法組合選擇。

其次，從兩者的因果關(guān)系結(jié)論影響意義上看。一方面，如果能源消費量對經(jīng)濟增長的因果關(guān)系顯著(即我國經(jīng)濟增長仍然依賴于大量的能源投入)，那么，從短期來說，為保證經(jīng)濟增長，必須提高傳統(tǒng)能源使用效率、加快新能源開發(fā)以及擴大海外能源投資合作等措施保證有充分的能源供應(yīng)，同時我們要提防“短期行為”，需繼續(xù)防止經(jīng)濟發(fā)展中存在的粗放式模式，即通過增加能源消費、犧牲長期利益來實現(xiàn)經(jīng)濟的短期增長;從長期來說，節(jié)約能源消費必須走技術(shù)進步型的路子，任何非技術(shù)進步型的節(jié)能方式將給經(jīng)濟增長帶來不利影響。同時，這也充分說明目前能源供應(yīng)是經(jīng)濟持續(xù)增長的必要條件，應(yīng)當被作為獨立生產(chǎn)要素投入來考慮，而不僅被作為經(jīng)濟增長的外部約束來考慮。另一方面，如果經(jīng)濟增長對能源消費的因果關(guān)系顯著，即能源消費量的增加可由經(jīng)濟增長作出解釋，則說明目前中國經(jīng)濟增長對能源的消費需求具有剛性，短期來看，科學地約束經(jīng)濟增長目標是必須要考慮的;長期來看，必須加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，推進低耗能、高科技產(chǎn)業(yè)的形成，加快淘汰具有“三高”特點的落后產(chǎn)業(yè)。

本文正是從以上兩點出發(fā)，利用對比的方法，對能源消費量進行更為科學的Divisia指數(shù)方法加總，同時引入Toda和Yamamoto［2］225-250提出的更具適應(yīng)性的Toda-Yamamoto因果檢驗方法進行能源消費與經(jīng)濟增長關(guān)系的因果檢驗，從而得出更為客觀的結(jié)論，并為宏觀經(jīng)濟政策制定提供啟示。

二、文獻綜述

針對能源經(jīng)濟領(lǐng)域中關(guān)于能源消費量與經(jīng)濟增長之間的因果關(guān)系這一熱點問題，國內(nèi)外學者均進行了深入探討，觀點卻差異顯著，甚至能源對產(chǎn)出是否存在真實的因果關(guān)系在許多實證文獻中給出了很大質(zhì)疑(Kraft;Narayan和Smyth;Payne)［3］401-403［4］1109-1116［5］575-577。而另一方面，有研究表明能源對經(jīng)濟增長確實存在Granger因 果 關(guān) 系 (Narayan 和 Prasad; Stern)［6］910-918［7］267-283。在具體國家和全球范圍內(nèi)，能源消費量與經(jīng)濟增長之間是否存在長期因果關(guān)系以及因果關(guān)系影響方向等方面問題仍存有較大分歧(Payne)［8］53-95［9］47-52。在相關(guān)的理論文獻中，能源消費量是否影響經(jīng)濟增長并不存在一致性結(jié)論。主流經(jīng)濟增長模型，如Solow新古典經(jīng)濟增長模型，沒有把能源作為主要的生產(chǎn)要素提及。與此相反，大多數(shù)生態(tài)經(jīng)濟學者的觀點只肯定了能源的作用，而忽視傳統(tǒng)要素投入如資本和勞動的作用(Stern)［10］26-51。Stern與Ayres和Warr［11］試圖將兩者進行綜合分析，但在經(jīng)濟增長的能源極限方面尚未取得一致認識。從實證研究上來說，能源與經(jīng)濟增長的因果關(guān)系檢驗結(jié)果的差異，除了受國家地區(qū)間特有因素影響以外，還與研究方法的不同有關(guān)。自Kraft和Kraft提出雙變量模型以來，絕大部分的文獻都是建立在雙變量模型基礎(chǔ)上進行研究(如Akarca和Long;Yu和Hwang;Yu和 Jin)［12］326-331［13］186-190［14］259-266。然而，基于雙變量模型的研究由于排除了重要的相關(guān)變量，存在遺漏解釋變量的問題，從而影響了模型估計的準確度(Stern)［7］267-283。因而，因果檢驗發(fā)現(xiàn)雙變量模型的估計結(jié)果存在較大偏差。其他因素，如計量方法的選取，變量內(nèi)生性問題，樣本量大小等在一定程度上解釋估計結(jié)果的差異性(Costantini和Martini)［15］591-603。早期的研究大多運用于雙變量和無約束向量自回歸(VAR)模型來檢驗?zāi)茉磁c產(chǎn)出間的Granger因果關(guān)系，現(xiàn)在的研究則多借助協(xié)整理論的方法(Stern)［10］26-51。因為相關(guān)實證研究中所涉及的變量往往是非平穩(wěn)的，具有一定的隨機趨勢，因此，進行協(xié)整檢驗是估計有意義的先決條件(Engle和Granger)。而另一種Granger因果檢驗的方法是Toda和Yamamoto提出的因果檢驗方法，該檢驗方法的特點是可以考慮多變量情形下不同的單整階數(shù)，直接使用變量的水平值進行檢驗，從而最大限度地減少了由于錯誤識別變量的單整階數(shù)而帶來的風險，甚至在變量間不存在長期穩(wěn)定關(guān)系時也適用。本文將借鑒Stern［16］137-150提出的一個全面的分析方法，即生產(chǎn)函數(shù)法。此方法可避免附加變量選擇的隨機性。在生產(chǎn)函數(shù)中，將GDP設(shè)為能源、勞動和資本的函數(shù)。在模型納入資本和勞動有助于避免能源消費量和經(jīng)濟產(chǎn)出之間出現(xiàn)任何虛假回歸的問題，還可以在保持生產(chǎn)函數(shù)其他要素投入不變時，得到能源消費量對經(jīng)濟產(chǎn)出的邊際效率.

國內(nèi)學者對于中國能源消費量與經(jīng)濟增長的相關(guān)性問題進行了一系列研究，結(jié)論亦不相同。馬超群等［17］47-50采用 E-G兩步法對中國1954—2003年間的年度數(shù)據(jù)進行了分析，認為中國經(jīng)濟增長同能源總消費、煤炭消費之間存在著長期的均衡關(guān)系，但同石油、天然氣和水電之間不存在協(xié)整關(guān)系。韓智勇和魏一鳴［18］17-21運用協(xié)整分析和因果檢驗研究能源消費量與經(jīng)濟增長之間的關(guān)系，認為兩者之間存在雙向因果關(guān)系，但不存在長期協(xié)整關(guān)系。王海鵬和田澎［19］253-258采用變參數(shù)模型研究的結(jié)果顯示，中國能源消費量與經(jīng)濟增長間存在隨時間不斷變化的長期均衡關(guān)系。汪旭暉和劉勇［20］57-62運用協(xié)整分析方法和Granger因果檢驗進行研究的結(jié)果表明，盡管在短期內(nèi)，我國能源消費量與GDP之間存在波動關(guān)系，但是從長期來看，能源消費量與經(jīng)濟增長之間存在著長期穩(wěn)定的均衡關(guān)系，并且存在從能源消費量到經(jīng)濟增長的單向因果關(guān)系。周建［21］3-18則通過狀態(tài)空間模型研究了改革開放以來能源需求、經(jīng)濟增長、效率改進等之間的動態(tài)相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)改革開放以來能源需求與經(jīng)濟增長存在長期穩(wěn)定的均衡關(guān)系，能源需求的短期波動除了受到相關(guān)因素的直接影響外，制度變遷等不可觀測變量也對能源消費的模式及其變動有著巨大的推動作用。趙進文和范繼濤［22］31-42，梁經(jīng)緯等［23］49-53分別采用非線性STR模型和半?yún)?shù)的估計方法，檢驗發(fā)現(xiàn)中國經(jīng)濟增長對能源消費量的影響具有非線性特征。吳巧生和陳亮［24］27-40運用面板單位根、異質(zhì)面板協(xié)整合基于面板的誤差修正模型研究發(fā)現(xiàn)，能源消費量與經(jīng)濟增長之間的因果關(guān)系與考察期限和考察區(qū)域有關(guān)。張志柏［25］42-53，馬宏偉等［26］2374-2381分別基于協(xié)整、誤差修正模型及多變量生產(chǎn)函數(shù)，進行多變量估計與分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟增長與能源消費量與其他變量之間均存在長期穩(wěn)定的協(xié)整關(guān)系，但在因果關(guān)系問題上未達成一致。張欣欣和劉廣斌［27］26-27以1978—2008年中國能源消費量和GDP數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過Granger因果關(guān)系檢驗、協(xié)整檢驗和誤差修正模型，分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟增長對能源消費量僅存在顯著單向Granger因果關(guān)系，未發(fā)現(xiàn)能源消費量對經(jīng)濟增長存在單向因果關(guān)系，即不能判斷我國經(jīng)濟增長是依靠能源消費來拉動的。馬穎［28］35-41則運用馬爾科夫區(qū)制轉(zhuǎn)移向量自回歸模型，得出能源消費量與經(jīng)濟增長之間的因果關(guān)系會隨經(jīng)濟狀態(tài)不同而改變的結(jié)論。

以上學者從各自的角度進行研究，得到各自不同的結(jié)論，均未對不同方法加總的能源消費量與經(jīng)濟增長的因果關(guān)系異同進行對比分析。在實證研究中，傳統(tǒng)廣泛利用的能源消費量加總方法是熱當量加總法。該方法對各種能源所包含的熱量進行簡單加總后得出能源消費總量。熱當量法由于所用數(shù)據(jù)的客觀性以及數(shù)據(jù)收集的簡便性而被廣泛使用。比如，我國在能源統(tǒng)計中對于煤炭、原油和天然氣的折算就是基于熱當量法的發(fā)電煤耗法，將各類能源釋放出的熱量轉(zhuǎn)化成以萬噸標準煤為單位，然后進行相加。但是，這種熱當量法的使用其實有個前提條件，那就是單位熱當量的不同能源是等價和可替代的。可是這樣的假設(shè)從經(jīng)濟學角度上看是不合理的，因為若單位熱當量的不同能源是等價和可替代的，那么在市場上相同的能效應(yīng)該具有相同的價格。而明顯的事實是，單位熱當量的電比煤炭和原油的價格高得多。在研究中，這種方法越來越顯露了自身的缺陷。Cleveland et al［29］301-317指出，能源消費量的熱當量加總方法無法反映能源間不同形式價值上的差異性，因此缺乏經(jīng)濟意義的分析功能。實際上，由于受到能源本身性質(zhì)，包括稀缺性、清潔性、安全性、能源密度、做功能力以及形式轉(zhuǎn)換成本等的影響，不同形式的能源是不能等價或完全替代的。相應(yīng)地，不同能源的邊際生產(chǎn)力和使用用途不盡相同，這一點也反映在了不同能源的市場價格差異上。

針對熱當量法的不足，學者們從不同的角度進行了能源使用量加總法的研究，主要的研究方法可以概括為能值加總法、Exergy分析加總法、相對價格法以及Divisia能源指數(shù)方法。H.T.Odum［30］213-231從生態(tài)學層面上進行研究，發(fā)現(xiàn)不同能源間質(zhì)的差異可以用形成單位熱當量的某種能源所消耗的太陽能來度量，把一種能源的能值轉(zhuǎn)換率作為該能源的能質(zhì)因子。通過該種方法可把各種能源轉(zhuǎn)換成同一性質(zhì)的能值，解決了不同能源間衡量標準不同的問題。但能值加總法并不完美。首先，太陽能值轉(zhuǎn)化率只是從生態(tài)學角度反映某種能源能質(zhì)的高低，而未能體現(xiàn)該能源的做功能力、使用過程中的安全性以及清潔性等性能，因此將其作為能質(zhì)的唯一標準有一定局限性。其次就是如何確定太陽能值的轉(zhuǎn)化率的問題。盡管從理論上看，某種能源的太陽能值轉(zhuǎn)化率等于它的能值除以對應(yīng)的熱當量，但即使同一類型的能源由于成藏時間、空間以及開采技術(shù)上的差異，其太陽能值轉(zhuǎn)化率也會有較大變動，從而造成該方法在實際應(yīng)用中存在著很大的局限性。Ayres［31］189-209則從熱力學角度出發(fā)，引入 Exergy的概念:一種能量從初始狀態(tài)到達與環(huán)境相平衡的狀態(tài)所能作出的最大理論做功能力稱為Exergy。Exergy分析加總法就是將Exergy占總能量的比重作為能質(zhì)因子，對不同類型能源進行加總。該方法除了考慮能源量的屬性外還從熱力學角度考慮了能質(zhì)因素，這在一定程度上反映出了不同能源的質(zhì)量差異，因此與熱當量法相比是一種更優(yōu)良的方法。但從純熱力學的角度衡量不同能量的做功能力僅僅考慮了能源不同性質(zhì)中的一個方面，而忽略了能源的其他屬性，如清潔性、安全性等，也不能反映出不同能源的經(jīng)濟價值。因此，Exergy分析加總法也存在較大的缺陷。根據(jù)新古典經(jīng)濟理，能源投入的邊際產(chǎn)量值可體現(xiàn)能源的質(zhì)量，而能源的價格又與其邊際產(chǎn)量值對等，因此進一步可以推出，能質(zhì)可由價格來衡量?；诖?，有學者提出了相對價格加總法，用單位熱當量能源的相對價格作為能質(zhì)因子，對不同能源進行加權(quán)平均從而求得總能源消費量。但該方法存在以下不足:能質(zhì)因子受基準能源價格的變動影響較大。一方面，同一能源的熱當量的權(quán)重會因選取的基準能源不同而發(fā)生改變;另一方面，基準能源自身價格可能會隨時間發(fā)生波動，進而影響能源的加總。基準能源的選擇以及價格的波動對能質(zhì)因子產(chǎn)生的敏感效應(yīng)限制了相對價格法在實際中的應(yīng)用。

以上提到能值加總法和Exergy加總法，本質(zhì)上均是對能源熱當量加總法的補充和完善，都沒能徹底脫離熱當量法的根本缺陷。而Berndt提出的Divisia指數(shù)方法則是一種更優(yōu)的能源消費量加總方法(見下文)。Nguyen和Andrews［32］149-156應(yīng)用 Divisia指數(shù)法和熱當量法評估了美國制造業(yè)要素投入的需求彈性，結(jié)果表明 Divisia指數(shù)方法表現(xiàn)優(yōu)良。Cleveland［33］769-782應(yīng)用熱當量法和Divisia指數(shù)法分別對美國的石油和天然氣能源進行了凈能源分析，并對能源消費量與經(jīng)濟增長進行了格蘭杰因果關(guān)系檢驗，發(fā)現(xiàn)檢驗結(jié)果因所用加總方法的不同而存在明顯的差異。為了體現(xiàn)不同能源投入質(zhì)的差異，Stern［7］267-283采用離散式Divisia指數(shù)能源消費量加總方法，發(fā)現(xiàn)根據(jù)能源質(zhì)差異調(diào)整后的美國能源消費量對GDP存在著因果關(guān)系，這與基于熱當量加總能源消費量得出的結(jié)果是截然不同的;同時還揭示了能源消費量與經(jīng)濟增長間存在反向因果關(guān)系，即兩者間的因果關(guān)系是雙向的。而目前為止，對能源消費量與經(jīng)濟增長間所做的因果關(guān)系研究中仍很少考慮不同能源間質(zhì)的不同。

三、研究方法

(一)能源消費量的Divisia指數(shù)方法

能源消費量的熱當量加總方法無法反映能源間不同形式價值上的差異性，因此缺乏經(jīng)濟意義的分析功能。實際上，由于受到能源本身性質(zhì)，包括稀缺性、清潔性、安全性、能源密度、做功能力以及形式轉(zhuǎn)換成本等的影響，不同形式的能源是不能等價或完全替代的。為克服相對價格法中能質(zhì)因子對基準能源選擇和價格波動的敏感反應(yīng)，Berndt(1978)將Tornqvist指數(shù)應(yīng)用于能源消費量加總，得到了Divisia能源指數(shù):

其中，QEt代表第t期的能源總量。該指數(shù)表明，總能源增長率是多種能源增長率的加權(quán)平均，其中權(quán)數(shù)為前后兩個時期某種能源價值占總能源價值的比重的平均。與相對價格法相比，指數(shù)中的權(quán)重由價格之比變?yōu)閮r值之比，使該權(quán)重既可以同相對價格一樣作為能質(zhì)因子，又極大地降低了總能源對基準能源價格變動的依賴度。另外，該指數(shù)的計算不需要求出各種能源的熱當量值，只要價格和能源數(shù)量保持單位對等即可，從而省去了不同能源間的單位轉(zhuǎn)換過程。

本文即是考慮通過構(gòu)建能源消費量的Divisia指數(shù)來反映中國能源消費的水平。離散時間Divisia指數(shù)被定義兩個變化時期的平均成本份額，構(gòu)建的能源消費量Divisia指數(shù)表達式如下:

其中，s代表成本份額，W是平均每萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消費量作為權(quán)數(shù)，n是總能源需求類型，E表示每種能源投入的量(萬噸標準煤)。構(gòu)建能質(zhì)調(diào)整后能源消費加總的能源類型包括煤炭、焦炭、石油、原油、燃料油、電力石油、天然氣。所有加總和單一能源數(shù)據(jù)均來自相關(guān)年份的《中國能源統(tǒng)計年鑒》。

(二)Toda-Yamamota因果檢驗

協(xié)整檢驗的方法很多。傳統(tǒng)的 Engle-Granger兩步法可以用來研究單一的協(xié)整關(guān)系。此前用多變量模型研究能源產(chǎn)出關(guān)系的文獻已經(jīng)證實了多元協(xié)整關(guān)系的存在(例如，Ghali和El-Sakka; Warr 和 Ayres; Stern)［34］225-238［35］1688-1693［7］267-283。本文后續(xù)的實證研究中將綜合運用Engle和Granger檢驗法和Johansen檢驗法進行協(xié)整關(guān)系的檢驗。根據(jù)協(xié)整理論，如果變量間存在協(xié)整關(guān)系，則可以用誤差修正模型對短期波動和長期均衡進行直接描述。Johansen協(xié)整過程的比較優(yōu)勢在于，能給出多元協(xié)整向量的獨立估計，并將極大似然估計方法應(yīng)用到r階協(xié)整過程中，協(xié)整階數(shù)可由跡統(tǒng)計量λtrace和最大特征根統(tǒng)計量λmax檢驗得到。另外，本文所使用的動態(tài)協(xié)整模型允許對長期估計參數(shù)設(shè)置檢驗約束以決定在方程中是否排除該變量。本文對能源系數(shù)參數(shù)設(shè)置約束條件，來確定能源是不是協(xié)整空間中的一個重要變量。

由Toda-Yamamoto提出的因果檢驗方法不要求知道變量的單整階數(shù)，直接使用變量的水平值進行檢驗，從而最大限度地減少了由于錯誤識別變量的單整階數(shù)而帶來的風險，甚至在變量之間不存在長期穩(wěn)定關(guān)系時也適用。如果模型中的變量非協(xié)整時，可用VAR一階差分進行Granger因果關(guān)系檢驗。此過程中長期因素在模型中被忽略。因此，模型中所涉及的變量是否為協(xié)整關(guān)系，直接影響用做因果關(guān)系檢驗的模型形式。但是，正如前面提到，Toda-Yamamoto方法能夠避免進協(xié)整檢驗，還具有其他優(yōu)勢:首先，它優(yōu)于以誤差修正項(ECM)為基礎(chǔ)的方法(Zapata和Rambaldi;Zhang和Cheng)［36］285-298［37］2706-2712。其次，Toda-Yamamoto檢驗方法可以通過似不相關(guān)回歸(SUR)實現(xiàn)，當方程中誤差項高度相關(guān)時，SUR估計過程會更加有效(Binkley)［38］890-895。最后，通過 Toda和Yamamoto方法，可以觀測到各級滯后獨立變量的特征和效應(yīng)(長期模型)。根據(jù)變量的正負特征，來制定合理的政策(Bowden和Payne; Squalli)［39］180-188［40］1192-1205。

Toda-Yamamoto方法包括一個擴展VAR(k+ d max)模型估計，其中k表示原VAR系統(tǒng)中最優(yōu)滯后長度，dmax表示變量單整的最大階數(shù)。Toda和Yamamoto方法運用修正的Wald檢驗，檢驗第一次k個無約束滯后參數(shù)的情況。該統(tǒng)計量，在VAR(k+d max)估計限度內(nèi)，服從自由度為k的卡方分布。

所以Toda-Yamamoto法的基本步驟一般如下:

第一步，由信息準則確定向量自回歸(VAR)模型的最佳滯后階數(shù);

第二步，通過單位根檢驗找出各變量的最大可能單整階數(shù);

第三步，建立式(3)和式(4)的滯后擴展VAR模型:

其中，p、q、r、s為初始VAR模型的最佳滯后階數(shù)d1、d2、d3和d4為加入各變量最大可能單整階數(shù)后擴展的VAR模型的滯后階數(shù)。

第四步，使用Wald統(tǒng)計量對式(3)和(4)進行因果關(guān)系檢驗。當拒絕βi=0和ηi=0的零假設(shè)時，可以得知Yt和Et之間存在雙向因果關(guān)系。

四、實證分析

(一)變量選擇及數(shù)據(jù)來源

實證模型中包含五個變量:實際國內(nèi)生產(chǎn)總值(Real GDP)、投入為資本存量(K)、勞動要素(L)、熱當量法加總的能源消費量(E)、基于Division理想指數(shù)加總的能源消費量(ED)。樣本觀察期為1990—2011年。本文選取1990年為基期根據(jù)GDP平減指數(shù)得到實際國內(nèi)生產(chǎn)總值，資本存量的測算是根據(jù)永續(xù)盤存法計算得到。其基本公式為:

其中Kt表示第t年的資本存量，It表示第t年的投資，Pt表示固定資產(chǎn)投資價格指數(shù)，δt表示第t年的折舊率。為了構(gòu)造資本存量序列，需要初始階段的資本存量和折舊率。由于《中國統(tǒng)計年鑒》中并沒有資本存量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，本文借鑒張軍和章元(2003)［41］35-43的方法，并采用1990年的資本存量數(shù)據(jù)作為初始的資本存量，然后由《中國統(tǒng)計年鑒》得到以后各期的固定資產(chǎn)投資總額，1990年后固定資產(chǎn)投資價格指數(shù)可以從《中國統(tǒng)計年鑒》得到，并設(shè)定t年的折舊率δt=0.05。

對文中所采用的變量，首先給出它們在樣本區(qū)間上的部分描述統(tǒng)計結(jié)果，見表1。

表1 數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計分析結(jié)果

由表1可知，在描述經(jīng)濟增長方面，實際GDP和L的平均增長率基本相同，而K的平均增長明顯高于它們。而在反映能源消費量方面，熱當量法加總的能源消費量(E)的平均增長率遠高于基于Division理想指數(shù)加總的能源消費量(ED)，這也從一個側(cè)面反映了這兩個變量的不同，而不同的能源消費量平均增長率反映了能源需求計算結(jié)果的差異性，進而會導致對經(jīng)濟增長與能源消費量關(guān)系的研究呈現(xiàn)不同的結(jié)果。

(二)變量的平穩(wěn)性檢驗

本文運用ADF檢驗方法(Dickey和Fuller)、PP檢驗法(Phillips和 Perron)、KPSS檢驗法(Kwiatkowskiet al.)檢驗數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性。表2給出了ADF，PP和KPSS單位根檢驗的結(jié)果?？紤]到樣本的大小(T=12)，運用 T1/3公式Lütkepohl，單位根檢驗的最大滯后長度設(shè)定為1。本文采用了包含截距項和趨勢項的設(shè)定形式進行檢驗。檢驗結(jié)果見表2。檢驗結(jié)果表明所選變量均為一階單整，這是本文后續(xù)將利用協(xié)整分析方法的基礎(chǔ)和原因。

(三)協(xié)整檢驗和Granger因果檢驗

1.E-G協(xié)整檢驗

表3給出了將能源消費量(E)、資本存量(K)、勞動要素(L)作為生產(chǎn)要素投入的單個方程估計。為了反映結(jié)構(gòu)變化對模型設(shè)定的影響，本文估計了如下模型:

表2 變量的平穩(wěn)性檢驗結(jié)果

表3 單方程估計結(jié)果

其中，γ作為時間趨勢項t的系數(shù)，反映被解釋變量關(guān)于時間t的變化情況。

對于能源消費量，分別采用熱當量法加總的能源消費量(E)和基于Division指數(shù)加總的能源消費量(ED)對上述模型進行估計，結(jié)果見表3。

由表3可知，用熱當量法加總能源消費量時，資本投入系數(shù)不明顯，而且符號不正確;而采用Division理想指數(shù)方法加總能源消費量時，結(jié)果會變的不同，包括時間趨勢在內(nèi)的所有系數(shù)符號均合理。檢驗的結(jié)果實際證明了能源是生產(chǎn)過程中重要的要素投入，能源需求顯著的，符號合理。另外，由KPSS的單位根檢驗可得，模型的殘差序列平穩(wěn)，證明變量間存在長期穩(wěn)定的協(xié)整關(guān)系。

2.基于熱當量法加總的能源消費量和總產(chǎn)出的因果檢驗

Johansen協(xié)整檢驗方法，需要在第一階段進行最優(yōu)滯后長度的選擇。鑒于目前經(jīng)濟理論中尚無關(guān)于滯后長度選擇的詳細論著，文獻論述中普遍采取純統(tǒng)計的方法。我們首先選取最大滯后長度1，并運用序列修正似然比、AIC和SIC為VAR模型選取最優(yōu)滯后長度(見表4)，VAR模型只用于截距項的估計。AIC和SIC檢驗顯示最優(yōu)長度為一階滯后，但運用拉格朗日乘數(shù)(LM)法檢驗多階滯后自相關(guān)時模型并未通過序列相關(guān)性檢驗。似然比(LR)準則確定滯后長度為3，與較短滯后長度相比，模型殘差屬性更優(yōu)。我們使用Sims(1980)［42］1-48小樣本修正LR檢驗以修正可能潛在的小樣本偏差。3階的滯后長度在常態(tài)性和異方差性檢驗中進一步得到驗證。由表4可知，根據(jù)滯后期選擇的SIC準則和LR準則，VAR模型最優(yōu)的滯后長度為3。

表4 VAR模型滯后階數(shù)的選擇

表5給出了基于熱當量法加總的能源消費量和經(jīng)濟總產(chǎn)出協(xié)整長期關(guān)系的估計結(jié)果。第一個協(xié)整方程是對GDP的正規(guī)化，第二個協(xié)整方程是對勞動要素變量的正規(guī)化，其中勞動要素變量隨宏觀經(jīng)濟總產(chǎn)出波動作一種即時調(diào)整。第一個協(xié)整函數(shù)結(jié)果表明了中國長期總產(chǎn)出決定于能源消費量、資本存量、勞動要素三種要素。χ2β統(tǒng)計量顯示，所有變量均需保留在協(xié)整空間中。本文運用向量誤差修正模型(VECM)弱外生性檢驗經(jīng)濟增長與能源以及其他變量之間是否存在Granger因果關(guān)系，檢驗結(jié)果見表6。GDP的弱外生性在向量誤差修正模型(VECM)中被拒絕。檢驗結(jié)果表明，資本，勞動和能源均與GDP存在單向因果關(guān)系。

表5 基于熱當量法加總的能源消費量和總產(chǎn)出的協(xié)整方程估計結(jié)果

表6 短期調(diào)整系數(shù)檢驗結(jié)果

正如本文前面指出的，Johansen協(xié)整檢驗結(jié)果對于協(xié)整模型中線性趨勢的基本假定具有較高的敏感度。并且由于協(xié)整模型中趨勢項的引入是隨機的，因此在給定的樣本期間內(nèi)，趨勢項不能充分地與技術(shù)進步建立聯(lián)系，協(xié)整模型中線性趨勢的引入減少了GDP方程的誤差修正模型估計的適應(yīng)度。所以本文在上述向量誤差修正模型(VECM)弱外生性)的基礎(chǔ)上還利用Toda-Yamamoto方法對比，對勞動和能源均與GDP的相互影響關(guān)系進行檢驗。在檢驗過程中參照LR準則，最優(yōu)滯后長度設(shè)定為3。根據(jù)單位根檢驗，dmax設(shè)定為 1。Toda-Yamamoto檢驗結(jié)果見表7。

表7 Toda-Yamamoto因果檢驗結(jié)果

Toda-Yamamoto檢驗結(jié)果證明了GDP與能源消費量之間存在著雙向Granger因果關(guān)系。此外，該檢驗還表明，資本、勞動要素與能源消費量之間也存在Granger雙向因果關(guān)系。

3.基于Division理想指數(shù)加總的能源消費量與總產(chǎn)出的因果檢驗

現(xiàn)在我們利用Eq代替E，即利用能源消費量Division指數(shù)衡量能源消費總量，重新進行上面的滯后長度選取和模型估計。滯后長度選擇，LR和SIC準則下是最后滯后階數(shù)為1，AIC準則下為3。進一步檢驗發(fā)現(xiàn)，滯后期為3的模型相對比較充分。因此，在第一個差分模型中，本文選用2階滯后檢測協(xié)整關(guān)系。跡統(tǒng)計量和最大特征值統(tǒng)計量都證實兩個協(xié)整關(guān)系的存在。Johansen協(xié)整檢驗向量誤差修正模型(VECM)的結(jié)果和估計見表8和表9。

表8 基于Division理想指數(shù)加總的能源消費量和總產(chǎn)出協(xié)整方程估計結(jié)果

表8顯示，三種生產(chǎn)要素(資本，勞動，能源)在協(xié)整模型中符號合理，與前述實證檢驗結(jié)果具有顯著的一致性。向量誤差修正模型(VECM)為基礎(chǔ)的Granger因果檢驗(見表9)表明，模型中的變量均不存在弱外生性，這說明中國的經(jīng)濟增長和基于能源消費量Division指數(shù)加總的能源消費量之間存在雙向因果關(guān)系。

表9 短期調(diào)整系數(shù)檢驗結(jié)果

利用Toda-Yamamoto方法對比，勞動和能源均與GDP的相互影響關(guān)系進行檢驗。在檢驗過程中參照LR準則，最優(yōu)滯后長度設(shè)定為3，根據(jù)單位根檢驗，dmax設(shè)定為 1。Toda-Yamamoto檢驗結(jié)果見表10。

與用Divisia指數(shù)加總的能源消費量的向量誤差修正模型(VECM)相似，在GDP和能源Divisia指數(shù)加總的能源消費量之間存在雙向因果關(guān)系。這個結(jié)果與基于熱當量法加總的能源消費量的模型結(jié)果不同，因為后者的因果檢驗結(jié)果表明只存在從能源消費量到GDP的單向因果關(guān)系，反向則不成立。Divisia指數(shù)加總后的能源消費量對資本和勞動都存在著Granger因果關(guān)系。資本對質(zhì)能調(diào)整后能源消費量不存在Granger因果關(guān)系的顯著被拒絕。滯后系數(shù)總和為負值表明資本投入可能是能源偏向性的。滯后系數(shù)總和為正，并且從能源(調(diào)整后的消費量)到GDP存在Granger因果關(guān)系，表明了經(jīng)濟中整體能源的使用效率在逐漸提高;滯后系數(shù)總和為正，并且從GDP到能源(調(diào)整后的消費量)存在Granger因果關(guān)系，反映出中國能源強度隨著時間不斷下降的趨勢。

表10 Toda-Yamamoto因果檢驗結(jié)果

五、研究結(jié)論與政策啟示

本文利用不同的因果檢驗方法，針對1990—2011年的GDP、基于熱當量法加總的能源消費量和基于Division理想指數(shù)加總的能源消費量數(shù)據(jù)，在經(jīng)典Granger因果檢驗同時，引入Toda-Yamamota因果檢驗方法，對比檢驗了中國能源消費量和與經(jīng)濟增長的相互影響關(guān)系，由實證結(jié)果得出如下主要結(jié)論和建議:

第一，對于實際國內(nèi)生產(chǎn)總值、能源消費量(基于熱當量加總法與基于Division理想指數(shù)加總法)、投入資本存量和勞動要素等變量，由ADF等檢驗得出它們是一階單整的;針對三類模型，利用KPSS檢驗，發(fā)現(xiàn)能源消費量與經(jīng)濟增長間存在長期穩(wěn)定的均衡關(guān)系。能源同資本、勞動一樣，與宏觀經(jīng)濟總產(chǎn)出長期協(xié)整關(guān)系的估計結(jié)果表明了中國長期總產(chǎn)出決定于能源消費量、資本存量、勞動要素三種要素。能源不能僅作為經(jīng)濟增長的外在約束條件，而是經(jīng)濟增長的內(nèi)生性生產(chǎn)要素。

第二，本文引入考慮能源異質(zhì)性對能源消費量加總的Divisa指數(shù)法以及更具適應(yīng)性的Toda-Yamamota因果檢驗方法對能源消費量與經(jīng)濟增長因果關(guān)系進行對比分析，得出:采用能源消費量Division理想指數(shù)來衡量能源消費總量時，無論基于向量自回歸模型(VAR)的Granger因果檢驗還是基于Toda-Yamamota因果檢驗，中國經(jīng)濟增長和能源消費量之間均存在雙向因果關(guān)系。而采用能源消費量熱當量法來衡量能源消費總量時，如果采用 Toda-Yamamota檢驗方法，中國經(jīng)濟增長與能源消費量之間仍然存在雙向因果關(guān)系;但是如果仍采用向量誤差修正模型(VECM)為基礎(chǔ)的Granger因果檢驗，所得的結(jié)果卻并非是雙向因果關(guān)系的結(jié)論，而僅是能源消費量到經(jīng)濟增長的單向因果關(guān)系。這種差異說明了熱當量法加總能源消費量的不足，由于無法反映能源間不同形式價值上的差異性，如稀缺性、清潔性、安全性、能源密度、做功能力以及形式轉(zhuǎn)換成本等方面是不能簡單等價或替代的，因此會造成經(jīng)濟意義的偏離。而考慮能質(zhì)差異性的Divisia指數(shù)法加總法則更為科學，使得不同檢驗法得到相同趨勢的結(jié)果。在對我國能源消費量使用Divisia指數(shù)加總后，用不同的因果檢驗方法，均得出能源消費量與經(jīng)濟增長之間存在著雙向因果關(guān)系的結(jié)論。同時，本文采用的Toda-Yamamota因果檢驗法，可以直接使用變量的水平值進行檢驗，能夠最大限度地減少了由于錯誤識別變量的單整階數(shù)而帶來的風險，甚至可在變量間不存在長期穩(wěn)定關(guān)系時使用，這種更具適應(yīng)性的檢驗方法得出的結(jié)論更能說明我國能源消費量和經(jīng)濟增長的關(guān)系特征。

本文得出中國能源消費量與經(jīng)濟增長之間是雙向因果關(guān)系的結(jié)論意義和政策建議如下:

首先，本文基于熱當量加總法的不足，以及Toda-Yamamota因果檢驗法的包容性，給出了在類似問題的研究中，能源消費量加總法和Granger因果關(guān)系檢驗上較為科學的方法選擇:若采用基于誤差修正模型為基礎(chǔ)的Granger檢驗法，建議使用Divisia指數(shù)法加總能源消費量，尤其是計算不同形式能源的時候;若因便捷性采用熱當量法加總能源，則建議采用更具廣泛意義的Toda-Yamamota因果檢驗方法;若采取最具適應(yīng)性的選擇，則是基于Divisia指數(shù)法加總能源消費量，并用Toda-Yamamota方法進行因果檢驗。這樣的方法組合即可以兼顧數(shù)據(jù)客觀性、可得性，又可以得到較為一致的結(jié)論，從而減少因方法不同而造成的研究困惑和結(jié)論差異。

其次，經(jīng)濟增長可由能源消費量來解釋的事實，說明雖然能源的強度隨時間呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，目前經(jīng)濟增長還沒有脫離能源的高投入條件。資本、勞動和其他因素(管理，技術(shù))還無法取代能源對經(jīng)濟發(fā)展的促進作用。短期來看，能源消費量呈現(xiàn)剛性，若要保持經(jīng)濟增長，則必須加大能源開發(fā)力度。若經(jīng)濟增長依賴能源消費量的狀況繼續(xù)持續(xù)下去，那么能源壓力將是巨大的，能源消費與環(huán)境約束無法承載經(jīng)濟增長的要求。因此，提高能源使用效率，優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，加大力度開發(fā)水電、風電、太陽能等新能源和其他形式的可再生能源，推廣使用清潔可再生能源等，才可能使得中國在中長期走上可持續(xù)發(fā)展道路。而且我國新能源發(fā)展有廣闊前景。不同于傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國在新能源發(fā)展方面幾乎與全球同步，而且在國內(nèi)外市場的強勁拉動下，憑借資源和制造成本等比較優(yōu)勢，近幾年已經(jīng)快速發(fā)展成為全球新能源產(chǎn)業(yè)大國。無論是政策環(huán)境，還是技術(shù)、市場環(huán)境都已經(jīng)發(fā)生了重大變化。“十一五”期間，我國新能源產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴大。光伏、風電等新能源產(chǎn)業(yè)保持了高位增長。風力發(fā)電能力位居世界前列，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度不亞于風電，太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模世界第一。我國新能源占能源生產(chǎn)總量比重已在2008年超過了9%，生物質(zhì)能、核能、地熱能、氫能、海洋能等潛力巨大的新能源得到了較快發(fā)展。但是，新能源迅猛發(fā)展中卻存在著諸多問題。首先，由于產(chǎn)業(yè)標準體系缺失而導致的新能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)相對過剩與產(chǎn)業(yè)運營體系、創(chuàng)新體系不足導致的產(chǎn)能不足同時存在，國內(nèi)市場與產(chǎn)業(yè)規(guī)模不匹配，產(chǎn)業(yè)消化能力不強。其次，政策體系不完善，配套措施不能滿足市場要求。加之，新能源核心技術(shù)依賴國外，自主創(chuàng)新能力較弱。面對這些不足，我國應(yīng)該采取措施，加強新能源產(chǎn)業(yè)的體系建設(shè)，加強產(chǎn)業(yè)的配套能力;培育產(chǎn)業(yè)區(qū)域創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，加強企業(yè)的根植性和輻射性;加快創(chuàng)新體系建設(shè)，提升產(chǎn)業(yè)集聚水平和層次，并加大專業(yè)人才的激勵和培養(yǎng)，提供人才保障。在發(fā)展新能源已經(jīng)成為全球發(fā)達國家能源重要布局的大背景下，為滿足國內(nèi)經(jīng)濟增長對能源長期需求，發(fā)展新型能源是我國自主性能源戰(zhàn)略的不二選擇.

再次，經(jīng)濟增長仍是能源消費的原因，即能源消費量的增加可由經(jīng)濟增長作出解釋，則說明目前中國經(jīng)濟增長對能源的消費需求仍具有剛性。可以從短期和長期考慮制定政策以促進能源消費水平的進一步降低。一方面，能源消費水平是由生產(chǎn)技術(shù)水平?jīng)Q定的，經(jīng)濟增長到能源消費因果關(guān)系顯著說明我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)仍有待優(yōu)化，要根據(jù)各地區(qū)的特點，制定產(chǎn)業(yè)政策，科技發(fā)展政策和能耗標準，提高整體能源的使用效率。要繼續(xù)通過財政稅收等手段進一步激勵企業(yè)進行新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)改造;另外，要通過市場手段，提高管理水平，優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)體制性因素助推經(jīng)濟增長方式的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)低碳生產(chǎn)，實現(xiàn)綠色發(fā)展模式，否則無法跨越“庫茲涅茨倒U型曲線”，實現(xiàn)能源消耗低、環(huán)境污染少的新型工業(yè)化道路轉(zhuǎn)型。

另外，本文實證結(jié)果表明了能源消費量對經(jīng)濟產(chǎn)出的Granger因果關(guān)系顯著，說明非技術(shù)進步型的節(jié)能方式將給經(jīng)濟增長帶來不利的影響。因此，必須以科技創(chuàng)新和技術(shù)進步推動節(jié)能減排。節(jié)約能源不能是簡單的“拉閘限電”式地減少使用，也不能降低人民的生活水平，根本上要應(yīng)通過采用先進技術(shù)提高能源利用效率。應(yīng)加快節(jié)能減排技術(shù)支撐體系的建立，對于關(guān)系全局的重大技術(shù)項目和關(guān)鍵技術(shù)一定加大投入，并學習吸收國外先進節(jié)能減排技術(shù)和管理經(jīng)驗。在各級相關(guān)科技計劃和專項中，應(yīng)大力支持對節(jié)能減排科技研發(fā)，建立節(jié)能減排技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范和推廣應(yīng)用，建立相關(guān)技術(shù)的評定及推廣機制。實施節(jié)能重點工程、環(huán)境治理重點工程、循環(huán)經(jīng)濟重點工程。通過科技創(chuàng)新和技術(shù)進步，為節(jié)能減排提供強大而持久的動力。也該注意到，節(jié)能減排是節(jié)約能源使用的必須手段，但這確實會造成較大潛在的經(jīng)濟產(chǎn)出損失，陣痛是必然存在的，但這種損失會隨著技術(shù)進步及產(chǎn)業(yè)升級不斷衰減，最終低于產(chǎn)出損失，能源消耗少、環(huán)境污染小的低碳化經(jīng)濟發(fā)展模式有望實現(xiàn)。處于當下工業(yè)化轉(zhuǎn)型期，應(yīng)該“開源”與“節(jié)流”并舉，即開發(fā)新能源、開展國際能源合作以增加能源總量儲備，同時以推動技術(shù)進步為重點，將能源節(jié)約路徑設(shè)定在主要以技術(shù)革新帶來的能效提高上。

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