不同發(fā)展階段國家能源消費與經(jīng)濟增長實證研究

李瀟瀟

(中國社會科學(xué)院 研究生院，北京 102488)

一、引言

隨著世界經(jīng)濟規(guī)模的不斷增大，世界能源消費量持續(xù)增長。同時，世界能源消費呈現(xiàn)不同的增長方式，發(fā)達國家增長率明顯低于發(fā)展中國家。能源消費結(jié)構(gòu)趨向優(yōu)質(zhì)化，但地區(qū)差異仍然很大。伴隨著能源需求的增長，各國努力尋求穩(wěn)定充足的能源供應(yīng)，化石能源的利用會產(chǎn)生溫室效應(yīng)、環(huán)境污染等，這一系列問題都使可再生能源的開發(fā)利用在全球范圍內(nèi)升溫。從目前世界各國既定能源戰(zhàn)略來看，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生能源已成為未來各國能源戰(zhàn)略的重要組成部分。從世界可再生能源的利用與發(fā)展趨勢看，風能、太陽能和生物質(zhì)能發(fā)展最快，產(chǎn)業(yè)前景最好，其開發(fā)利用增長率遠高于常規(guī)能源。風力發(fā)電技術(shù)成本最接近于常規(guī)能源，因而也成為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的清潔能源技術(shù)。風電是世界上增長最快的能源，年增長率達27%。國際能源署的研究資料表明，在大力鼓勵可再生能源進入能源市場的條件下，到2020年新的可再生能源(不包括傳統(tǒng)生物質(zhì)能和大水電)將占全球能源消費的20%，可再生能源在能源消費中總的比例將達30%。無論從能源安全還是環(huán)境要求來看，可再生能源將成為新能源的戰(zhàn)略選擇。[1]

能源消費與經(jīng)濟增長的關(guān)系，尤其是可再生能源發(fā)展與各國經(jīng)濟增長的關(guān)系引起了各國學(xué)者的關(guān)注和研究。Hsiao-Ping Chu等運用格蘭杰因果檢驗研究了西方六國集團的能源消費和經(jīng)濟增長的關(guān)系，日本、英國和美國的核能消費促進了經(jīng)濟增長，而在加拿大、法國和德國兩者關(guān)系并不明顯，他們同時對各國石油消費和經(jīng)濟增長的關(guān)系做了研究，并對經(jīng)濟發(fā)展提出政策建議。[2]Eggoh等研究了非洲21國能源消費與經(jīng)濟增長的關(guān)系，按稟賦不同，將研究對象分為能源輸入國和能源輸出國兩種，研究發(fā)現(xiàn)各國能源消費、實際GDP、價格、勞動和資本之間存在均衡關(guān)系，不同國家的協(xié)整關(guān)系存在差別。[3]Nazlioglu等探討了OECD國家核能消費與經(jīng)濟增長的關(guān)系，對其做了相關(guān)異質(zhì)面板因果分析，發(fā)現(xiàn)使用面板分析與時間序列分析得出的結(jié)果差異較大，說明了不同統(tǒng)計分析工具在政策分析中扮演著重要角色。[4]陳詩一認為，改革開放以來中國工業(yè)總體上已經(jīng)實現(xiàn)了以技術(shù)驅(qū)動為特征的集約型增長方式轉(zhuǎn)變，能源和資本是技術(shù)進步以外主要驅(qū)動中國工業(yè)增長的源泉，勞動和排放增長貢獻較低甚至為負，但一些行業(yè)仍為粗放型增長，必須提高節(jié)能減排技術(shù)。[5]楊宜勇、池振合認為，中國能源消費與經(jīng)濟增長在長期內(nèi)保持均衡狀態(tài)且兩者互為因果關(guān)系。[6]霍宗杰、周彩云認為，中國存在單向的經(jīng)濟增長到能源消費和能源結(jié)構(gòu)的因果關(guān)系，以及能源結(jié)構(gòu)和能源消費的雙向因果關(guān)系。[7]賈功祥等檢驗了中國29個省市地區(qū)1997—2009年間經(jīng)濟發(fā)展水平和能源消費量兩者互相對對方的沖擊情況，認為經(jīng)濟增長和能源消費的互相拉動作用是非對等的，能源總量的消費對經(jīng)濟增長波動的影響較顯著。[8]

可見，目前國際上的研究主要集中于區(qū)域或者經(jīng)濟體的研究，國內(nèi)文獻對我國和其他國家能源消費與經(jīng)濟增長的比較研究相對較少，本文分別選取處于不同發(fā)展階段的國家，運用ARDL(Autoregressive distributed lag model)邊界檢驗和誤差修正模型(vector error correction model,VECM) Granger因果分析研究能源消費與經(jīng)濟增長的關(guān)系，并對國家間進行橫向比較，分析發(fā)展中國家和發(fā)達國家之間在開發(fā)利用可再生資源策略方面的差異。

二、模型和方法——ARDL邊界檢驗和VECM Granger因果分析

本研究的目的是根據(jù)1980—2009年的年度數(shù)據(jù)探求不同發(fā)展階段國家(選取日本、美國、英國、法國等發(fā)達國家，中國、印度、巴西、南非等發(fā)展中國家)能源消費和經(jīng)濟增長的關(guān)系。為此，筆者采用柯布-道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)的對數(shù)化變形形式研究能源消費和經(jīng)濟增長的關(guān)系。為了簡化模型，假設(shè)函數(shù)中勞動作為產(chǎn)出的外在因素，資本作為控制變量，同時假設(shè)技術(shù)進步保持不變。此外，為了重點分析引起經(jīng)濟增長的不同能源種類的影響，筆者將能源消費分解為可再生能源消費和不可再生能源消費。經(jīng)過變換，不同能源消費與經(jīng)濟增長的關(guān)系如下：

lnYt=α0+α1lnRt+α2lnNRt+α3lnK+ut

(1)

其中，Yt為人均國內(nèi)生產(chǎn)總值(美元)，Rt為可再生能源消費量(千克油當量/人)，NRt為不可再生能源消費量(千克油當量/人)，K為人均資本形成總額(美元)。

能源消費(可再生和不可再生)和經(jīng)濟增長的長期關(guān)系可以運用ARDL邊界測試模型予以研究。[9]ARDL邊界測試模型避免了傳統(tǒng)的協(xié)整分析中由于各變量之間可能存在單整階數(shù)不一致導(dǎo)致無法進行分析的窘境，僅要求各變量的單整次數(shù)介于I(0)到I(1)之間即可。如果變量在公式(1)中被發(fā)現(xiàn)是靜止的，那么序列集成度的順序與應(yīng)用ARDL邊界檢驗無關(guān)。對于相對小樣本的序列，這種方法也較合適。從一般到具體框架，無限制的ARDL選擇合適的滯后階數(shù)以捕捉數(shù)據(jù)生成過程。ARDL模型的適當修正足以校正殘差序列自相關(guān)問題。無限制的誤差修正模型(UECM)探討序列長短期關(guān)系的方程如下：

其中，Δ是差分算子，ut是t期殘差。根據(jù)赤池信息標準(Akaike information criterion，AIC)選擇適當?shù)囊浑A差分滯后期數(shù)。合理的F統(tǒng)計量的計算取決于模型中序列合適的滯后階數(shù)。滯后變量系數(shù)的共同意義運用Pesaran等的F檢驗來驗證。在公式(2)中，檢驗的原假設(shè)是變量之間不存在穩(wěn)定的長期關(guān)系，即H0θY=θR=θNR=0，備擇假設(shè)為：H0θY≠0或θR≠0或θNR≠0，也可以設(shè)置備擇假設(shè)為原假設(shè)。兩個漸進關(guān)鍵值已經(jīng)由Pesaran等產(chǎn)生。上臨界值(UCB)和下臨界值(LCB)被用來決定變量是否存在長期協(xié)整關(guān)系。如果所有變量都是平穩(wěn)的，就運用LCB檢驗序列之間的協(xié)整。如果變量間是一階單整，就使用UCB檢驗序列間的長期關(guān)系。計算各方程(4)到(6)的F檢驗值，例如FY(Y/R,NR),FR(R/Y,NR),FNR(NR/Y,R)。如果計算的F統(tǒng)計量大于上臨界值(UCB)，則存在一個協(xié)整關(guān)系。如果計算的F統(tǒng)計量小于下臨界值，則表明變量間無協(xié)整。如果F統(tǒng)計量介于LCB和UCB之間，則無法確定是否協(xié)整。

因為樣本量比較小，所以每個國家只包括1980—2009年30個數(shù)據(jù)，運用Pesaran等的方法產(chǎn)生的臨界值是不合適的，因此，采用Narayan的上下臨界值法。[10]Pesaran等產(chǎn)生的臨界值適用于大樣本(T=500到T=40000)。Narayan等指出，Pesaran等提供了序列間協(xié)整分析的有偏決定。Pesaran等的臨界值顯著偏低。Narayan的上下臨界值更適合于序列為T=30至T=80的小樣本。[11]

一旦證實可再生能源消費、不可再生能源消費與經(jīng)濟增長間的協(xié)整存在，就可探討序列間的因果關(guān)系。一旦變量間存在一階單整I(1)，向量誤差修正模型(VECM)就是一種檢驗變量間因果關(guān)系的合適方法。比較而言，向量誤差修正模型是一種無限制的向量自回歸模型的限制形式。這種限制性主要存在于序列間長期運行關(guān)系。由此可見，在這樣的環(huán)境中，響應(yīng)變量被它自身的滯后和獨立變量的滯后以及誤差修正和殘差所解釋。向量誤差修正模型可以寫成如下形式：

這里Δ表示差分，uit表示殘差，假設(shè)其為獨立正態(tài)分布。滯后誤差項的意義即ECTt-1進一步驗證了變量間的長期運行關(guān)系。ECTt-1的估計也顯示出所有模型從短期到長期均衡路徑的收斂速度。當序列間存在協(xié)整和至少一個方向的因果關(guān)系時，向量誤差修正模型的Granger因果檢驗對于檢驗因果關(guān)系是合適的。此外，向量誤差修正模型的Granger因果檢驗有助于區(qū)分長短期因果關(guān)系。

誤差修正項里的負系數(shù)確保了系統(tǒng)的收斂，也表明了變量間長期運行的因果關(guān)系。同時，短期因果關(guān)系通過差分變量來衡量。在目前的背景下，α22,i≠0?i表明Granger檢驗可再生能源消費導(dǎo)致了經(jīng)濟增長，β22,i≠0?i描述了從經(jīng)濟增長到可再生能源消費的因果關(guān)系，反之亦然。隨后，Wald檢驗被應(yīng)用于伴隨誤差修正項的給定變量的滯后值，誤差修正項導(dǎo)出變量間長期運行和短期運行因果關(guān)系的最后結(jié)論。[11]

三、不同國家經(jīng)濟增長與能源消費的特征分析

從所選各國人均GDP示意圖(圖1)可以看出，總體來說，各國人均GDP大體呈增長趨勢，發(fā)展中國家生產(chǎn)總值明顯低于發(fā)達國家，但近年來增速較快。

由圖2可以看出，可再生能源的消費總體呈上升趨勢，但發(fā)達國家增速較慢，發(fā)展中國家中的中國、巴西基本呈直線增長趨勢。

*數(shù)據(jù)來自世界銀行(http://data.worldbank.org.cn/ )圖1 各國人均GDP示意圖

由圖3可以看出，對不可再生能源的消費發(fā)達國家與發(fā)展中國家的差距較大。發(fā)達國家多數(shù)呈現(xiàn)平穩(wěn)波動，但其基數(shù)較大，消費量不可小覷；發(fā)展中國家雖然總量較低，但總體呈現(xiàn)增長趨勢，尤其是中國2002年之后不可再生能源消費大幅增加。

由圖4可以看出，發(fā)達國家人均資本總額明顯高于發(fā)展中國家，但波動較大，2008年受金融危機影響，近年來呈下降趨勢，發(fā)展中國家基本呈增長趨勢，增長較為平穩(wěn)。

四、模型分析

將序列的一階差分做ADF單位根檢驗，在10%的顯著性水平下，拒絕原假設(shè)，認為序列的一階差分是平穩(wěn)的。

運用Microfit 5.0進行ARDL邊界檢驗,分別對每個國家的Y、R、NR取對數(shù)后的LnY、LnR、LnNR進行不同參數(shù)組合，以最小二乘法(OLS)估計一階差分的回歸結(jié)果，計算各模型F值，選擇各模型中最大的F值并與臨界值比較，判斷各變量間是否存在協(xié)整關(guān)系，具體見表1。

*數(shù)據(jù)來自世界銀行(http://data.worldbank.org.cn/ )圖2 各國可再生能源消費量示意圖

*數(shù)據(jù)來自世界銀行(http://data.worldbank.org.cn/ )圖3 各國不可再生能源消費量示意圖

*數(shù)據(jù)來自世界銀行(http://data.worldbank.org.cn/ )圖4 各國人均資本形成總額示意圖

各國能源消費與經(jīng)濟增長之間普遍存在協(xié)整關(guān)系。該結(jié)論不依賴于它們是I(0)還是I(1)過程。協(xié)整關(guān)系的存在，表明自變量與因變量間存在長期的均衡關(guān)系。對存在控制變量和協(xié)整關(guān)系的變量做向量誤差修正模型，其長期平衡關(guān)系為誤差修正項加控制變量的形式:y*=k0+k1x1+k2x2+k3x3，得到各國經(jīng)濟增長和能源消費的長期關(guān)系如表2所示。

表1 各國最優(yōu)F檢驗

*數(shù)據(jù)均來自世界銀行(http://data.worldbank.org.cn/)

表2 各國經(jīng)濟增長和能源消費的長期關(guān)系

∑Y-nb0-b1∑X1-b2∑X2-…-bm∑Xm-bm+1∑Xm+1-…-bn∑Xn=0

調(diào)整后的各國能源消費和經(jīng)濟增長的長期關(guān)系見表3。

表3 調(diào)整后的各國經(jīng)濟增長和能源消費的長期關(guān)系

各國的能源消費不同程度地促進經(jīng)濟增長。能源消費對發(fā)達國家的影響小于發(fā)展中國家。能源消費每增加一個百分點，對發(fā)達國家經(jīng)濟增加的百分點小于發(fā)展中國家。這與各國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)消費習(xí)慣以及基數(shù)不同有關(guān)。發(fā)達國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較為合理，對能源的依賴性較小，且能源消費本身基數(shù)較大，經(jīng)濟發(fā)展?jié)摿π∮诎l(fā)展中國家。雖然彈性系數(shù)較小，但不可與增長量較小等同。大部分國家不可再生能源消費彈性大于可再生能源消費彈性。這是由于各國技術(shù)差距的不同，不可再生能源的使用時間較長，技術(shù)相對成熟，使用效率相對較高。但考慮到不可再生能源的局限性、可再生能源的潛力以及環(huán)境保護等因素，可再生能源將在未來能源供應(yīng)中起重要作用。

表3反映了各國能源消費和經(jīng)濟增長的長期關(guān)系，而根據(jù)表1的結(jié)果，對存在協(xié)整關(guān)系的變量間，求出其向量誤差修正模型，反映短期中可再生能源和不可再生能源對經(jīng)濟增長的關(guān)系。經(jīng)濟增長的VECM方程的可決系數(shù)和誤差修正系數(shù)如表4所示。

表4 經(jīng)濟增長的VECM方程的可決系數(shù)和誤差修正系數(shù)

在經(jīng)濟增長的VECM方程中，可決系數(shù)分別為0.8206,0.8894,0.8014,0.8394,0.6653,0.7712,0.9264,0.8654，這是經(jīng)濟增長變動率可由能源消費的短期變動、它們之間長期均衡關(guān)系和人均資本形成總額的解釋部分，即中國的人均GDP可由可再生能源、不可再生能源的長短期變化及當期人均資本形成總額解釋為82.06%，南非的人均GDP可由可再生能源、不可再生能源的長短期變化及當期人均資本形成總額解釋為88.94%，印度、巴西、日本、法國、美國、英國的人均GDP由能源消費及資本解釋的部分分別為80.14%、83.94%、66.53%、77.12%、92.64%、86.54%。發(fā)展中國家經(jīng)濟增長對能源的依賴作用較強，英美由于消費結(jié)構(gòu)和消費習(xí)慣的原因?qū)δ茉吹囊蕾囈埠軓姟？蓻Q系數(shù)較大，說明能源消費的長短期變動和人均資本形成總額對經(jīng)濟增長的解釋效果良好。各國誤差修正系數(shù)反映各國短期內(nèi)經(jīng)濟增長向長期均衡狀態(tài)調(diào)整的速度，分別以0.5104,0.8510,0.4373,0.7589,1.2123,0.4285,0.2134,0.4923的比例影響后一期的經(jīng)濟增長的變化。

運用脈沖響應(yīng)函數(shù)方法，分析當一個誤差項發(fā)生變化，或者模型受到某種沖擊時對系統(tǒng)的動態(tài)影響，做出其脈沖響應(yīng)函數(shù)。各國可再生能源的對數(shù)和不可再生能源的對數(shù)對人均GDP的對數(shù)的脈沖，人均GDP的對數(shù)和不可再生能源的對數(shù)對可再生能源的對數(shù)的脈沖，人均GDP的對數(shù)和可再生能源的對數(shù)對不可再生能源的對數(shù)的脈沖趨勢值見表5。

表5 各國各變量脈沖趨勢值

從表5可以看出，短期中，在人均GDP為因變量，可再生和不可再生能源為自變量的模型中，在本期給人均可再生能源一個正沖擊后，對各國人均GDP有促進作用。在以可再生能源為因變量，人均GDP和不可再生能源為自變量的模型中，分別給人均GDP和不可再生能源一個正的沖擊，對可再生能源都會產(chǎn)生拉動作用，其中人均GDP的作用大于不可再生能源。人均GDP的脈沖對各國可再生能源消費量沖擊呈正向關(guān)系，人均GDP的增加將使可再生能源消費增加。

五、結(jié)論與建議

通過以上實證分析，可以得到以下幾點結(jié)論：

第一，從長期關(guān)系看，能源消費對發(fā)達國家的影響小于發(fā)展中國家?？傮w來說，目前不可再生能源利用效率大于可再生能源的利用效率。可再生能源利用效率還存在一定的潛在空間，可再生能源的發(fā)展應(yīng)該作為可持續(xù)發(fā)展的趨勢之一。

第二，在經(jīng)濟增長的VECM方程中，計算了可決系數(shù)，即經(jīng)濟增長變動率可由能源消費和資本的短期變動及它們之間的長期均衡關(guān)系解釋部分，可以看出，發(fā)展中國家經(jīng)濟增長對能源消費的依賴性相對更強?？蓻Q系數(shù)較大，說明能源消費的長短期變動和人均資本形成總額對經(jīng)濟增長的解釋效果良好。各國誤差修正系數(shù)反映了各國短期內(nèi)經(jīng)濟增長向長期均衡狀態(tài)調(diào)整的速度，除個別國家外，發(fā)展中國家的誤差修正系數(shù)普遍偏高。

第三，在短期內(nèi)，經(jīng)濟發(fā)展將對可再生能源的消費起促進作用，而人均GDP的沖擊對不可再生能源影響并不明顯。這可能與各國在經(jīng)濟社會發(fā)展中調(diào)節(jié)經(jīng)濟增長方式、改變經(jīng)濟結(jié)構(gòu)以及能源消費結(jié)構(gòu)有關(guān)。

基于以上結(jié)論可知，隨著經(jīng)濟增長，各國能源消費呈現(xiàn)不同的消費模式，其中可再生能源的消費是逐步增加的?？稍偕茉醇夹g(shù)的進一步成熟和市場化應(yīng)用可以促進經(jīng)濟更好更快發(fā)展。同時，各國都應(yīng)鼓勵和加大可再生能源的消費，節(jié)約和減少不可再生能源的消費，提高能源利用效率，重視經(jīng)濟增長對提高發(fā)展中國家可再生能源消費的作用。各國應(yīng)當采取各種政策支持，加快可再生資源的技術(shù)開發(fā)和推廣應(yīng)用，使可再生能源得到快速發(fā)展，提高產(chǎn)業(yè)化水平和其在能源構(gòu)成中的比重。

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