電力消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長的協(xié)整與周期關(guān)系分析
——以山東省為例

韓曉宇

（中電聯(lián)電力發(fā)展研究院， 北京 100053）

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾鲁B(tài)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)代替要素驅(qū)動(dòng)和投資驅(qū)動(dòng)，發(fā)展動(dòng)力和發(fā)展方式加快變換。然而，在外需萎靡及投資明顯下降的沖擊下，我國總需求大幅度緊縮，經(jīng)濟(jì)下滑呈現(xiàn)出由先前“新常態(tài)”潛在增速回落引導(dǎo)的格局轉(zhuǎn)變?yōu)椤摆厔?shì)力量”下滑與“周期性力量”回落同行的局面。經(jīng)濟(jì)增長與電力消費(fèi)在發(fā)展過程中顯著呈現(xiàn)出一定的周期性波動(dòng)狀態(tài)，科學(xué)合理地分析經(jīng)濟(jì)增長與電力消費(fèi)發(fā)展的協(xié)整關(guān)系和周期關(guān)系，準(zhǔn)確把握兩者的長期均衡關(guān)系和波動(dòng)規(guī)律，有利于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與電力行業(yè)協(xié)調(diào)、穩(wěn)定、健康地發(fā)展。

針對(duì)電力消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)增長的協(xié)整關(guān)系和周期關(guān)系，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了廣泛研究。國外學(xué)者采用計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)方法中流行的“單位根檢驗(yàn)”和“協(xié)整”模型[1]來分析經(jīng)濟(jì)與電力（能源）消費(fèi)之間的關(guān)系。為研究美國戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)景氣的情況，Hordrick和Prescott（1980）首次建立H-P濾波[2]，他們認(rèn)為時(shí)間序列是由趨勢(shì)性成分[3]和波動(dòng)性成分共同組成[4]。A.E.Akinlo（2009）、Wasim Ahmad（2014）利用 H-P 濾波技術(shù)證明了電力消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)增長之間存在“共同趨勢(shì)、共同波動(dòng)”的特征關(guān)系[5]。

國內(nèi)學(xué)者林伯強(qiáng)（2003）和陳銀峰（2010）基于協(xié)整理論[6-7]分別對(duì)經(jīng)濟(jì)增長和電力消費(fèi)的關(guān)系進(jìn)行了分析[8]。李翔、梁亞麗（2005）從實(shí)際增長率序列、趨勢(shì)成分序列和周期成分序列3個(gè)方面對(duì)季節(jié)調(diào)整后的我國電力消費(fèi)增長率與GDP增長率進(jìn)行了比較[9]。而李翔、吳景龍（2005）利用狀態(tài)空間模型理論證明了用電需求與GDP分解的增長率周期項(xiàng)之間有著顯著的相關(guān)關(guān)系[10]。袁家海等人（2006）基于實(shí)證研究，展示了電力消耗和GDP的趨勢(shì)序列間與周期序列間均展示出一定的協(xié)整關(guān)系[11]。

1 研究方法

1.1 協(xié)整理論

協(xié)整理論可用來描述兩個(gè)及以上的時(shí)間序列之間的平穩(wěn)關(guān)系。非平穩(wěn)序列通過線性組合可能變?yōu)槠椒€(wěn)序列，線性組合后的平穩(wěn)時(shí)間序列被稱為協(xié)整方程，即這些非平穩(wěn)序列間存在長期穩(wěn)定的均衡關(guān)系。同階單整是協(xié)整關(guān)系檢驗(yàn)的前提，可通過平穩(wěn)性檢驗(yàn)來檢驗(yàn)變量是否同階單整。如果非平穩(wěn)（有單位根）的變量序列是同階單整，并且變量的線性組合為平穩(wěn)序列，說明這些變量間具有協(xié)整關(guān)系。

構(gòu)造用電需求與經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素的協(xié)整關(guān)系模型，屬于檢驗(yàn)多變量因素序列的協(xié)整關(guān)系，一般運(yùn)用Johansen協(xié)整檢驗(yàn)來確定多變量因素之間的長期均衡關(guān)系。

1.2 Hodrick-Prescott濾波

由于人們普遍關(guān)心宏觀經(jīng)濟(jì)序列中的長期趨勢(shì)成分，Hodrick and Prescott于1980年首次提出Hodrick-Prescott濾波技術(shù)，來分析美國戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)周期的變化。該方法原理如下。

設(shè)經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列{Yt}包含趨勢(shì)成分序列和周期成分序列，{YTt}為其中的趨勢(shì)成分時(shí)間序列，{YCt}為其中的周期成分時(shí)間序列。則HP濾波分解原理就是從序列{Yt}中把趨勢(shì)成分{YTt}分解出來。由于{Yt}中的趨勢(shì)成分{YTt}不可觀察，通常其被轉(zhuǎn)化為下面最小化方程的解：

其中，為延遲算子多項(xiàng)式：

將式（1）代入式（2），則H-P濾波分解的問題就轉(zhuǎn)化為使損失函數(shù)（3）最小的問題，即：

最小化問題基于[c（L）YtT]2來調(diào)整趨勢(shì)的變化，并伴隨的增長而增長。然而，該問題還存在一個(gè)權(quán)衡問題，即要在趨勢(shì)成分序列對(duì)實(shí)際時(shí)間序列的跟蹤程度和趨勢(shì)光滑度之間做出選擇。當(dāng)λ=0時(shí)，最小化問題的趨勢(shì)成分{YtT}等于{Yt}序列；隨著λ值的增長，估計(jì)趨勢(shì)成分{YtT}越來越光滑；當(dāng)λ趨于∞時(shí)，估計(jì)趨勢(shì)成分{YtT}將近似于線性函數(shù)。一般經(jīng)驗(yàn)地，λ的取值如下：

2 電力消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長的協(xié)整關(guān)系分析

2.1 數(shù)據(jù)來源及指標(biāo)選取

由于電力消費(fèi)影響因素較多，本文選取了GDP、工業(yè)增加值比重、總?cè)丝?、城?zhèn)化率、出口總額、居民消費(fèi)水平、電力消費(fèi)強(qiáng)度等指標(biāo)來分析山東省經(jīng)濟(jì)增長與電力消費(fèi)的協(xié)整關(guān)系。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度公式，計(jì)算得出GDP、工業(yè)增加值比重以及電力消費(fèi)強(qiáng)度是影響山東省電力消費(fèi)的主要關(guān)鍵因素。本文數(shù)據(jù)指標(biāo)均來源于《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》和國家電網(wǎng)華北分部，數(shù)據(jù)樣本期為1986—2014年。

2.2 協(xié)整檢驗(yàn)

2.2.1 時(shí)間序列的平穩(wěn)性檢驗(yàn)

基于灰色關(guān)聯(lián)度分析，本文選取山東省地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）、工業(yè)增加值比重（Mg）以及電力消費(fèi)強(qiáng)度（E）3個(gè)變量與全社會(huì)用電量（ELEC）構(gòu)建經(jīng)濟(jì)增長與電力消費(fèi)的協(xié)整關(guān)系模型。經(jīng)過平穩(wěn)性檢驗(yàn)，lnELEC、lnGDP、lnMg和E在5%的顯著性水平下均為非平穩(wěn)序列，但都是二階單整，即lnELEC～I(xiàn)(2)，lnGDP～I(xiàn)（2），lnMg～I(xiàn)（2），E～I(xiàn)（2）。因此，可以對(duì)lnELEC、lnGDP、lnMg以及E這4個(gè)變量進(jìn)行協(xié)整檢驗(yàn)。

2.2.2 協(xié)整關(guān)系檢驗(yàn)

基于 lnELEC、lnGDP、lnMg和 E的 VAR 模型，對(duì)這四個(gè)變量進(jìn)行協(xié)整檢驗(yàn)。跡檢驗(yàn)和最大特征值檢驗(yàn)兩種方法進(jìn)行的協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果均表明，lnELEC與lnGDP、lnMg、E之間存在協(xié)整關(guān)系，各變量的協(xié)整系數(shù)如表1所示。

表1 各變量的協(xié)整系數(shù)

則全社會(huì)用電量與地區(qū)生產(chǎn)總值、工業(yè)增加值比重、電力消費(fèi)強(qiáng)度的協(xié)整關(guān)系模型如公式（5）所示。

結(jié)果顯示，式（5）中的各系數(shù)均通過了檢驗(yàn)，說明山東省電力消費(fèi)與地區(qū)生產(chǎn)總值、工業(yè)增加值比重、電力消費(fèi)強(qiáng)度這三個(gè)變量在樣本期間保持長期均衡的趨勢(shì)。從長期均衡關(guān)系來看，電力消費(fèi)與這三個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)呈正相關(guān)關(guān)系。其中，山東省經(jīng)濟(jì)增長對(duì)電力消費(fèi)的影響最大。

3 電力消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長的周期關(guān)系分析

對(duì)lnGDP和lnELEC兩序列進(jìn)行H-P濾波分解，分別得到lnGDP序列和lnELEC序列的趨勢(shì)成分和周期成分，如圖1、下頁圖2所示。在1%的置信水平下，H-P濾波后所得的周期成分殘差檢驗(yàn)為白噪聲。

圖1 lnGDP序列的趨勢(shì)成分和周期成分

如圖下頁3、4所示，分別對(duì)lnELEC和lnGDP的趨勢(shì)成分和周期成分進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)濾除周期成分以后，電力消費(fèi)序列和經(jīng)濟(jì)增長序列的趨勢(shì)成分具有增長斜率幾乎相等的共同趨勢(shì)特征。同時(shí)，電力消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)增長有著幾乎一致的共同波動(dòng)周期特征，兩者峰谷之間存在著幾乎一致的對(duì)應(yīng)相關(guān)關(guān)系。電力消費(fèi)和GDP的周期成分波動(dòng)最明顯的特征為：整體上不僅包含“增長型”周期，而且又有“古典型”周期。因此，可以得出結(jié)論：山東省經(jīng)濟(jì)增長和電力消費(fèi)之間的協(xié)整關(guān)系與經(jīng)濟(jì)增長和電力消費(fèi)之間的“共同趨勢(shì)和共同波動(dòng)”特征相關(guān)。

圖2 lnELEC序列的趨勢(shì)成分和周期成分

圖3 H-P濾波分解后lnELEC與lnGDP的趨勢(shì)成分比較

圖4 H-P濾波分解后lnELEC與lnGDP的周期成分比較

4 結(jié)論

本文對(duì)山東省全社會(huì)電力消費(fèi)和實(shí)際GDP進(jìn)行了協(xié)整關(guān)系分析和周期關(guān)系分析，基于電力消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系可以得出以下結(jié)論。

1）通過對(duì)山東省全社會(huì)用電量和實(shí)際GDP的協(xié)整關(guān)系檢驗(yàn)分析，結(jié)果顯示山東省電力消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長之間存在一定的協(xié)整關(guān)系，即具有長期的均衡關(guān)系。

2）通過對(duì)H-P濾波分解，發(fā)現(xiàn)山東省電力消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)增長的趨勢(shì)成分之間存在共同趨勢(shì)，電力消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)增長的周期成分之間具有幾乎一致的波動(dòng)特征。

3）山東省電力消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)增長之間的長期均衡協(xié)整關(guān)系與電力消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)增長之間的“共同趨勢(shì)、共同波動(dòng)”特征相關(guān)。