基于面板數(shù)據(jù)的美國(guó)能源消費(fèi)回彈效應(yīng)的實(shí)證分析

溫 睿，李 睿，何旭坤

(上海對(duì)外經(jīng)貿(mào)大學(xué) 統(tǒng)計(jì)與信息學(xué)院，上海 201620)

1 引 言

技術(shù)進(jìn)步歷來被視作解決能源消耗量過高的重要途徑(Kemp, 1994; von Weizs?cker, 1994; Hinterberger and Schmidt-Bleek, 1999; Lovins and Lovins, 2001; Grubler, 2003) 。其基本原理是，因?yàn)榧夹g(shù)提高了因素、資源、流程的生產(chǎn)效率，高能源使用效率的技術(shù)發(fā)展能夠維持在同一水平下使用較少能源的物質(zhì)福利。事實(shí)上，從早期資本主義，提高能源使用效率的進(jìn)程一直在持續(xù)，但全球能源消耗從未停止增長(zhǎng)(Herring, 1999; Ayres et al., 2003; Fouquet and Pearson, 2006)。

如何在經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程中最大限度地減少能耗，并對(duì)能源使用不合理造成的匱乏進(jìn)行政策調(diào)控，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源消耗與環(huán)境保護(hù)的并行，已經(jīng)成為世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中交織的三重難題。美國(guó)作為當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)大國(guó)，能源消耗不但是美國(guó)政府的關(guān)注焦點(diǎn)，也是世界各國(guó)參考能源政策的典范。本文的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)主要在于：研究美國(guó)能源回彈效應(yīng)對(duì)我國(guó)以及世界各國(guó)進(jìn)行節(jié)約能源、降低消耗以及經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重大現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)美國(guó)1987—2016年30年的數(shù)據(jù)計(jì)算出美國(guó)能源的回彈效應(yīng)：一方面擴(kuò)充了國(guó)內(nèi)關(guān)于美國(guó)能源消費(fèi)的相關(guān)研究；另一方面也為我國(guó)依據(jù)美國(guó)能源回彈效應(yīng)的分析制定出更加科學(xué)合理的能源政策。

2 計(jì)量模型

本文基于柯布-道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)，通過剩余法估測(cè)技術(shù)進(jìn)步對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率，進(jìn)而算出美國(guó)能源的回彈效應(yīng)。

由于能源相關(guān)數(shù)據(jù)的缺乏，國(guó)內(nèi)研究者在測(cè)算直接回彈效應(yīng)時(shí)很少根據(jù)需求價(jià)格彈性定義進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而使用回彈效應(yīng)的最初定義，即RE=1-(AES/PES) , 全要素生產(chǎn)率(TFP)被用來測(cè)算由技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致的能源回彈效應(yīng)，其中，AES和PES分別代表實(shí)際能源節(jié)約量和潛在能源節(jié)約量。根據(jù)能源效應(yīng)的初始定義，可以得到回彈效應(yīng)的計(jì)算公式為：

(1)

因技術(shù)進(jìn)步而造成的能源節(jié)約量為：

ΔE=Yt+1×(EIt-EIt+1)

(2)

其中，EIt=Et/Yt表示t期的能源強(qiáng)度(單位產(chǎn)值能耗)，這是計(jì)算能源效率的重要指標(biāo)，本文根據(jù)能源強(qiáng)度為基礎(chǔ)搭建回彈效應(yīng)計(jì)算模型。σt+1為t+1期的美國(guó)能源技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)率，Yt+1為t+1期的美國(guó)總產(chǎn)出。

在回彈效應(yīng)的測(cè)算過程中，GDP和單位產(chǎn)值能耗可以通過查找統(tǒng)計(jì)年鑒及公式計(jì)算得到。無法經(jīng)過計(jì)算得到技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)率σ。本文采用剩余法計(jì)算出技術(shù)進(jìn)步對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率，并引入了技術(shù)資源這一因素，將能源投入設(shè)為E，假定美國(guó)的投入要素為資本K，勞動(dòng)L和能源E、生產(chǎn)函數(shù)為：

Y=A0eatKαLβEγ

(3)

式中資本的產(chǎn)出彈性是α，勞動(dòng)的產(chǎn)出彈性是β，能源的產(chǎn)出彈性是γ。本文還考慮到了時(shí)間變化t的因素，將1987年定義為時(shí)間變量t的基年，將公式進(jìn)行雙對(duì)數(shù)化?？赊D(zhuǎn)換為：

lnY=lnA0+at+alnK+blnL+glnE

(4)

通過多元回歸分析，可以計(jì)算出資本K，勞動(dòng)L和能源E的系數(shù)具體數(shù)值。假設(shè)GY、GK、GL、GE為美國(guó)經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)出、資本投入、勞動(dòng)投入和能源投入關(guān)于1987年的相對(duì)增長(zhǎng)率，則在可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展下，美國(guó)能源行業(yè)的全要素生產(chǎn)率的貢獻(xiàn)率σ可轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

(5)

因而可由以上公式計(jì)算出技術(shù)進(jìn)步引起的能源回彈效應(yīng)。

根據(jù)以上計(jì)算，政府的能源部門可以根據(jù)回彈效應(yīng)的大小制定合理的能源政策，并可以更科學(xué)地把握國(guó)家能源效率的提高究竟是增加還是降低能源消耗。比如，國(guó)家可以采取能源價(jià)格調(diào)控和稅收政策，控制在高回彈效應(yīng)情形下技術(shù)進(jìn)步對(duì)能源消耗的影響作用。

3 實(shí)證分析

美國(guó)生產(chǎn)總值(GDP)和勞動(dòng)力(L)均來自美國(guó)商務(wù)部經(jīng)濟(jì)分析局(BEA)，其中勞動(dòng)力為美國(guó)當(dāng)年全職和兼職總?cè)藬?shù)。能源(E)來自美國(guó)能源信息署(eia)。而美國(guó)資本存量(K)無相關(guān)數(shù)據(jù)，本文得出資本(K)可視作美國(guó)固定資產(chǎn)投資和耐用品消費(fèi)總額，數(shù)據(jù)來源于美國(guó)商務(wù)部經(jīng)濟(jì)分析局(BEA)。

本文對(duì)1987—2016年的美國(guó)能源及經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證研究，對(duì)美國(guó)能源回彈效應(yīng)進(jìn)行測(cè)算，探究技術(shù)進(jìn)步對(duì)能源消耗的影響作用。

為保證實(shí)證分析的嚴(yán)謹(jǐn)性，本文對(duì)四個(gè)生產(chǎn)要素變量勞動(dòng)(L)、能源(E)、資本(K)、時(shí)間(t)進(jìn)行了相關(guān)性檢驗(yàn)。

結(jié)果表明，這四個(gè)變量存在嚴(yán)重的多重共線性，變量與變量間相關(guān)性較高。因此本文采用了嶺回歸計(jì)算系數(shù)，由嶺跡圖得出嶺參數(shù)值K取0.1時(shí)，四個(gè)變量系數(shù)趨于穩(wěn)定，VIF在K=0.1時(shí)通過顯著性檢驗(yàn)，解決了多重共線性問題。

得到嶺回歸公式為：

lnY=0.7794t+0.1476lnK-0.0475lnL+0.144lnE-28×10-16

(6)

根據(jù)30年的能源及經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和式(6)得到技術(shù)進(jìn)步對(duì)美國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率、能源消耗減量及回彈效應(yīng)數(shù)值，見表1。

表1 1987—2016年美國(guó)因技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致的能源節(jié)約量及回彈效應(yīng)

回彈效應(yīng)是指國(guó)家改善技術(shù)提高了能源生產(chǎn)設(shè)備的使用效率，獲得與以往相等的產(chǎn)出只需要使用較少的能源，但是高設(shè)備生產(chǎn)效率激起了生產(chǎn)廠商和消費(fèi)者的能源消費(fèi)欲望，進(jìn)而使得能源消費(fèi)量反而增長(zhǎng)，不但沒有節(jié)約能源，反而超出預(yù)期的能源消耗量。從表1得知，2009年、2010年美國(guó)能源回彈效應(yīng)分別為-0.4841和39.4126。2009年的回彈效應(yīng)數(shù)值為負(fù)，而2010年的能源回彈效應(yīng)值高達(dá)40，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出往年數(shù)據(jù)均值，因此計(jì)算出的1987—2016年的美國(guó)能源回彈效應(yīng)值應(yīng)剔除2009年、2010年。

表1中年份與年份之間，區(qū)間與區(qū)間之間回彈效應(yīng)差值較大。1987—1988年，美國(guó)能源回彈效應(yīng)較高，均值為166.52%，超過了100%。隨后的1989—1995年能源回彈效應(yīng)小幅度下降，一度跌至69.31%，該區(qū)間能源的回彈效應(yīng)屬于中等水平，平均為97.88%。1996年能源回彈效應(yīng)大幅上漲至183%，反映出能源回彈效應(yīng)的回火現(xiàn)象。2001年和2002年的能源回彈效應(yīng)分別為40.93%和145.18%，上漲幅度高達(dá)254.73%，說明技術(shù)進(jìn)步在這一年不但沒有節(jié)省能源消耗，反而大大增加了更多的能源消費(fèi)。在2008年，能源回彈效應(yīng)又從118.49%下降至36.71%，當(dāng)年能源回彈效應(yīng)最低，跌幅為69.02%。2013年，美國(guó)能源回彈效應(yīng)達(dá)到最高點(diǎn)，達(dá)到456.85%，比上一年增長(zhǎng)了827.52%。隨后2014—2016年，回彈效應(yīng)又明顯下降，平均穩(wěn)定在86.15%。2013年，美國(guó)能源回彈效應(yīng)如此之高的原因在于，當(dāng)年奧巴馬連任總統(tǒng)，開始推行美國(guó)能源戰(zhàn)略，推廣涉及的領(lǐng)域范圍之廣，包括波浪和潮汐能、藻類生物質(zhì)燃料、下一代燃料電池等領(lǐng)域。奧巴馬剛連任時(shí)推行的能源政策導(dǎo)致美國(guó)人民及廠商的能源需求變大，能源消費(fèi)量大幅度增加，由此產(chǎn)生了較強(qiáng)的能源回彈效應(yīng)。隨后的2014—2016年，美國(guó)大量使用新能源，對(duì)國(guó)外石油的依存度減半。2015年美國(guó)消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，可再生能源占10%，較2008年增長(zhǎng)了3個(gè)百分點(diǎn)，說明美國(guó)在技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)也較好地控制了能源消費(fèi)。

4 結(jié)論與啟示

能源在經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展過程中越來越重要，本文收集了美國(guó)1987—2016年能源及經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，證明美國(guó)在近30年出現(xiàn)了能源消耗的高回彈效應(yīng)。

通過技術(shù)進(jìn)步增大能源效率，反而會(huì)促進(jìn)能源消費(fèi)這一現(xiàn)象，使得各國(guó)能源部門重新調(diào)整能源政策。與此同時(shí)，回彈效應(yīng)值的高低也反映了能源政策的有效性。由實(shí)證分析可知，能源回彈效應(yīng)在美國(guó)存在十分廣泛，這是由于美國(guó)近年來大力發(fā)展可持續(xù)的新能源政策，鼓勵(lì)廠商和個(gè)人使用潮汐能、風(fēng)能、地?zé)崮艿刃履茉?，迅速的能源技術(shù)發(fā)展使得能源消耗量增加，進(jìn)而產(chǎn)生能源回彈效應(yīng)。而后的2014—2016年，回彈效應(yīng)從高于100%減少至86.15%，說明美國(guó)通過能源價(jià)格管制、稅收調(diào)控等政府政策抑制了回彈效應(yīng)的增長(zhǎng)。

根據(jù)美國(guó)能源回彈效應(yīng)的實(shí)證研究得出的經(jīng)驗(yàn)來看，我國(guó)應(yīng)把能源政策的合理調(diào)整放在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的首要地位。我國(guó)目前正處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源消費(fèi)與環(huán)境保護(hù)三大難題交織的階段，技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理正制約著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不僅僅是美國(guó)，我國(guó)也正需要一種科學(xué)合理的能源政策來避免因技術(shù)進(jìn)步引起的能源消耗的負(fù)面影響。因此，研究因技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致的美國(guó)能源回彈效應(yīng)，會(huì)為我國(guó)能源消費(fèi)政策的制定和能源的合理節(jié)約，提供堅(jiān)實(shí)可靠的理論依據(jù)。