城市經濟增長與能源消費關系的相關分析

王人之

摘要：選取1985-2010年青島市歷年能源消耗和經濟增長的相關數據，運用格蘭杰因果分析方法，進行協整檢驗，分析青島市能源消耗和經濟增長之間的長期均衡關系。結果說明：經濟增長會拉動能源消耗的增長，而節能減排并不會制約經濟水平的提升；青島市能源消耗與經濟增長之間存在著長期均衡關系，不存在格蘭杰關系。能源消耗量的增長率變動除了受經濟增長影響之外，還同時受到其他因素的影響。

關鍵詞：能源消耗；經濟增長；格蘭杰檢驗；協整分析

自上世紀70年代以來，世界爆發的3次石油危機，海灣戰爭，伊拉克戰爭等一系列重大國際事件引起世界各國對能源的高度重視和對世界能源資源的激烈爭奪。我國作為世界上經濟發展最快的國家之一，同時也是能源的生產和消費大國，雖然我國能源生產率的增長快于消費率的增長，但仍滿足不了經濟發展的需要.青島市作為我國山東東部主要的經濟發展和能源消耗城市，其經濟發展對全國有著重要的影響。

進入新世紀以來，青島市社會經濟發展取得了舉世矚目的成就，經濟總量、城市面貌和人民生活水平實現了飛躍。在這一歷史性的變革中，能源對經濟和社會發展的支撐作用不容忽視。隨著節能減排寫進國策，發展經濟的同時要更加強調可持續發展，更加重視能源安全，更要從實際行動上打造能源節約型、環境友好型社會，最終實現青島市社會經濟又好又快的發展。

一、文獻綜述

能源是人類進步和社會發展的物質基礎，經濟增長需要能源作支撐。關于能源消耗與經濟增長二者之間的關系，不同學者從不同角度進行了深入研究，取得了較為豐碩的成果。其中比較有代表性的有：1978年Kraft.J和Kraft.A的開創性研究，他們利用美國1947年～1974年的數據.發現GNP與能源消費之間存在從GNP到能源消費之間的單向因果關系；我國學者韓智勇等（2004）研究了1978～2000年中國能源消費總量與經濟增長的協整性和因果關系，結論表明中國能源消費與經濟增長之間存在雙向因果關系，但不具有長期的協整性；張明慧等（2004）運用生產函數和格蘭杰因果關系檢驗法對1961～2001年間的能源消費總量與經濟增長的關系進行分析，探究了我國能源消費與經濟增長的深層關系，結論顯示我國能源對經濟的促進作用是明顯的。

同時也有眾多學者對我國各地區的經濟增長與能源消費關系進行了實證研究：蔣光軍等（2009）根據重慶市直轄以來能源消費總量、國內生產總值以及社會固定資產投資額等數據，應用灰色關聯理論分析了重慶市能源消費各影響因素的相關關系，其結論顯示：重慶市能源消費與國民經濟和第二產業的比重存在高度相關性；馬麗，張前進（2008）利用寧夏1985～2005年能源消費與經濟增長相關數據，運用計量經濟分析方法，通過協整檢驗以及格蘭杰因果關系檢驗.發現寧夏能源消費對經濟增長有推動作用，能源消費和經濟增長呈現出雙向的因果關系，但不具有長期的均衡性：趙曉麗，歐陽超（2008）通過矩陣分析法研究了北京市經濟結構和能源消費結構的關系，同時采用因素分解法研究了經濟結構與能源消費強度的關系，其研究認為北京市產業結構調整與各產業能源利用效率的提高都促使其能源強度下降，但主要的動力還是來自產業結構的調整，并且認為天然氣是北京市1998年以來需求增長最快的能源。這篇文章從產業結構的角度對我國能源消費與經濟增長進行分析，為研究各地區能源消費與經濟增長的關系提供了新的研究方向。

大部分分析能源消費與經濟增長關系的文章都是根據能源消費總量與GDP這兩個數據來分析的。但是不容忽視的是，產業結構的調整可以促進經濟又好又快的發展，關于產業結構調整對經濟增長的影響，國內學者幾乎一致認為產業結構變動有助于經濟增長。本文的研究目的是明確各產業能源消費與各產業增加值的關系，并且根據研究結論，為青島市有效的產業結構改革提供一些切實可行的建議，實現又好又快的發展。

二、青島市能源消費概況

進入新世紀以來，青島市社會經濟發展取得了舉世矚目的成就，經濟總量、城市面貌和人民生活水平實現了飛躍。在這一歷史性的變革中，能源對經濟和社會發展的支撐作用不容忽視。隨著節能減排寫進國策，發展經濟的同時要更加強調可持續發展，更加重視能源安全，更要從實際行動上打造能源節約型、環境友好型社會，最終實現青島市社會經濟又好又快的發展。作為我國重要的對外開放沿海城市，青島市的健康發展對我國有重要意義，對我國其他城市的發展有積極的影響作用。制定適合青島市經濟發展的能源政策尤為重要，因此對青島市能源消費與經濟增長關系的研究也就十分有必要。

圖1為青島市能源消費總量與GDP趨勢圖。從圖中可以看出自進入新世紀以來.青島市的能源消費總量從1985年的504.05萬噸增加至2010年的1637.17萬噸。經濟總量增長迅速，從1985到2010年，青島市GDP從81.4億元增長至6615.6億元.青島市以能源消耗年均5.42%的速度支撐了GDP年均11.33%的增長。

經濟發展質量的提高，除能源利用技術不斷提高的因素外，主要得益于產業結構的優化調整。青島市采取的不斷提高第三產業地位并使其成為經濟發展的支柱產業、降低第一產業比例以及優化第二產業結構的產業政策，使青島市的經濟發展速度加快，同時也取得了十分明顯的節能效果。據測算，服務業比重每增加1個百分點，將促進全市萬元GDP能耗下降1個百分點以上。

圖二為萬元GDP能耗走勢圖，自1992年起.青島市萬元GDP能耗下降明顯，由2005到2010年呈直線下降態勢。這說明青島市控制能源利用成效顯著。

三、青島市各產業能源消費量與各產業增加值關系的實證分析

（一）變量選取

選取《青島市統計年鑒》和《中國統計年鑒》地區生產總值、能源消費總量和能源生產總量1985-2010年的樣本區間作為研究對象，其中地區生產總值單位億元，能源數據采用標準煤作為變量，單位是萬噸標準煤。

為了消除價格影響，將青島的名義GDP除以青島市的居民消費價格指數（CPI）（1950年=100）算得以1950年為基期的實際GDP，將實際GDP（單位：億元）作為經濟增長指標。對于表示能源消耗的指標，我們選用規模以上工業主要能源消費與庫存的主要能源消耗，計算在內的能源有原煤、焦炭、焦爐煤氣、其他煤氣、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣、煉廠干氣、熱力、電力，由于這些不同的能源的單位不同，我們根據折算系數將這些能源全部折算成標準煤（單位：萬噸）?！咀ⅲ河捎?998年之前主要能源統計口徑與1998年之后的年份不一致。計算1998年的消耗能源中之前年份計算在內的能源與沒有計算在內的能源的比重，并發現這個比重的變化不大。因此，將1998年的這一比重作為折算系數，折算出1998年之前的總的能源消耗?！?/p>

（二）數據分析方法介紹

1.序列平穩性及其檢驗方法

在20世紀70年代以前，計量經濟學中的建模技術基本都是建立在“平穩的經濟時間序列”這樣一個前提假設上，然而對于實際經濟現象來說，這一假設顯然過于理想化了。多數的宏觀經濟時間序列都是非平穩的。而當經濟過程非平穩的時候，回歸擬合系數在不同的時序條件下具有不同的分布，從而由變量間的統計關系來推斷計量經濟模型的形式，就會出現比較大的偏差，導致出現偽回歸現象：同時在利用聯立方程模型對經濟活動進行建模的時候，經常出現很大的偏差，導致預測的失敗。

所謂序列的平穩性是指一個序列的均值、方差和自協方差是否穩定。如果一個序列是非平穩的，但其一階差分是平穩的，則稱此序列為一階單整序列：類似的，如果必須經過d次差分后才能平穩，則此序列為d階單整序列。

根據Stock和Watson（Stock，et al.，1989）的研究結果，包括協整檢驗和因果性檢驗在內的很多統計檢驗結果對序列的平穩性非常敏感。因此，作為協整檢驗和因果關系分析的第一步我們就要對能源消耗與經濟增長的時間序列進行平穩性檢驗。

1976年，Dickey和Fuller建立了對序列平穩性的檢驗方法，即DF單位根檢驗方法。1979-1980年間，他們又對其進行了擴展，形成ADF檢驗方法。由于實際的經濟序列通常不會是一個簡單的一階自回歸過程，所以本文采用ADF檢驗方法對序列進行單位根檢驗來判斷其平穩性。ADF檢驗是Dickey和Fuller為校正自相關在DF檢驗的基礎上擴展而來的，它是假定時間序列的數據生成過程為AR（P1（P階的自回歸過程）。檢驗方程有三種情況：1.不含常數項和時間趨勢：2.含有常數項但不含時間趨勢：3.同時含有常數項和時間趨勢。

原假設和備擇假設分別是：

H_{0：β=1，（yt有單位根） H1：β<1，（yt無單位根）}

用DF統計量檢驗單位根。在零假設成立的條件下，DF=β-1/S（β）服從DF分布。由于統計量的分布是非標準分布，因此使用Mackinnon臨界值來進行判斷。如果檢驗統計值大于臨界值則接受零假設，認為序列不存在單位根，是平穩序列；相反則說明序列存在單位根，是非平穩序列。

2.序列間協整性及其檢驗方法

變量序列之間的協整性衡量了兩個變量變化趨勢之間的長期穩定關系。其經濟意義在于：盡管兩個變量具有各自的長期波動規律，但只要他們是協整的，那么在兩者之間就存在一個長期穩定的比例關系。

根據Engle和Granger在1978年提出的協整理論（Engle，etal.，1987），對于兩個都是隨機游走的變量序列，如果這兩個序列都是非平穩的，但都是d階單整序列，而且它們的線性組合是穩定的，則稱這兩個序列為協整的。對于兩個序列而言，具有相同的單整階數，是序列之間具有協整性的必要條件。如果已經判斷兩個時間序列是非平穩的，但其都是d階單整序列，則可以對這兩個變量進行OLS回歸，得到協整回歸方程，X_1t=β₁x_2t+…+β_Nx_Nt，進而通過對協整方程殘差是否平穩的ADF檢驗來判斷兩個時間序列之間的長期協整性。

3.序列間因果關系及其檢驗方法

變量之間因果關系衡量的是一種變量的變化對另一種變量的影響程度。目前對于變量之間的因果關系的常用的檢驗方法是格蘭杰因果關系檢驗方法。在本文研究中，我們采用格蘭杰因果關系檢驗方法來能源消耗與經濟增長的因果性。格蘭杰因果關系檢驗思路是：如果兩個經濟變量X和Y，對Y進行預測，在同時包含X和Y過去信息的條件下，比只單獨包括Y的過去信息，對Y的預測效果更好，即變量x的歷史信息有助于變量Y預測精度的改善，則認為X對Y存在因果關系。但該檢驗的前提是檢驗變量是平穩的，若不平穩也要存在協整關系。

（三）模型建立及參數求解

本文選用ADF（原假設：至少存在一個單位根：備選假設為：序列不存在單位根）法對變量進行平穩性榆驗，結果如表1所示。（表1）變量ln（GDP）的ADF統計量1.582057大于顯著性水平為1%、5%、10%情況下的臨界值，所以接受至少有一個單位根的原假設，即ln（GDP）序列不平穩，然而ln（GDP）一階差分序列的ADF統計量值小于顯著水平為10%時的臨界值，說明該序列一階單整。同理，可分析得出變量ln（RESUM）也是一階單整?？蛇M一步檢驗它們之間是否存在長期協整關系。

非平穩時間序列的線性組合可能是平穩的，如果這種平穩存在，這些非平穩的時間序列被認為具有協整關系。

本文采用Engle和Granger（1987）提出的協整檢驗方法，即E-G協整檢驗法。首先對In（GDP）、ln（RESUM）進行回歸，回歸方程如下：

ln（GDP_t）=-8.40+1.95ln（RESUMt）+e_t

（15.6726）

ln（RESUM）系數的t統計量值為15.46726，伴隨概率低于0.05，得知統計意義上ln（GDP）的變化與ln（RESUM）存在關系，結合經濟意義兩者的關系的可以認為ln（GDP）與ln（RESUM存在因果關系。經單位根檢驗，e_t的ADF值為-2.119268，p值為0.0353，小于0.05，說明在統計意義上殘差是平穩的。殘差平穩，則回歸方程的設定合理的，說明回歸方程的因變量和解釋變量之間存在穩定的均衡關系，不存在偽回歸。

（四）模型解釋

由于能源彈性系數為1.95，能源消耗增加1%，經濟增長1.95%，說明就長期來看，對于青島來說能源的增長對經濟的促進作業將是會增加的。認為原因在1985年至今這段時間里，青島的發展迅速且潛力巨大，其經濟尚未達到均衡水平，其對與生產要素的需求也尚未達到飽和狀態。從經濟學意義上，我們應該建議其繼續增加能源的投入，以使經濟迅速達到最優水平，但從環境保護方面，我們則建議，青島市應該減少能源的消耗，因為有資料顯示盲目的能源消耗的確造成環境的污染。導致了綠色經濟學上GDP的減少。結合這兩點，我們建議青島市應從提高能源的使用效率上人手，爭取以最小的能源投入，得到最大的經濟效益，最低的環境污染程度。

經濟增長與能源消耗的關系有以下三種情況：

（1）經濟增長領先于能源消費：

（2）能源消費推動了經濟增長：

（3）兩者是互為動因的。

下面進行格蘭杰因果關系分析：Granger因果檢驗往往受滯后長度P的影響。處理滯后期有兩種方法：一是從2階滯后開始測試，按AIC、SC最小的原則確定VAR的滯后長度，作為Granger因果關系檢驗的滯后期；二是嘗試不同的滯后期，觀測因果關系的變化特征。本文采用第一種方法，將ln（GDP）、ln（RESUM）作為內生變量，建立VAR模型，確定滯后階數，結果如表2所示。（表2）

由表2可知，滯后階數為4時，AIC、SC都達到最小，所以確定滯后階數4作為格蘭杰果分析的滯后階數。做格蘭杰果分析，結果見表3。

由表3可以看出，在5%的置信水平下，ln（GDP）不是ln（RESUM）的Granger原因這一假設不能被拒絕，說明產值增加，不是進一步加大能源的消耗的原因：ln（RESUM）也不是ln（GDP）的Granger原因，說明能源的消耗能不一定會帶來GDP的增加。結合這兩點可以說明，在統計意義上，青島的經濟發展不是能源消耗增長的原因，提高能源消耗也不一定就能促進經濟的增長。綜上，經濟的增長不管在統計意義上還是在能源發展的方面，都應該采取其他途徑（提高能源利用率等），而不是簡單的提高能源消耗。

四、結論與建議

由格蘭杰因果關系分析得，產值不是能源消耗的Granger原因，說明產值增加，不是進一步加大能源的消耗的原因；能源消耗也不是產值增加的Granger原因，說明能源的消耗能不一定能帶來GDP的增加。結合這兩點可以說明，青島的經濟增長不能簡單通過增加能源的消耗來完成，而從Granger檢驗也可看出，青島市的確也沒有在經濟增長速度的刺激下盲目增加能源消耗，而是在產值增加下，下大力氣提高了技術水平，將資本更多地投入低耗能行業，使得能耗增加不會過快，這也是青島作為較發達城市的一個特征。

針對以上分析的結論，結合我國目前對節能減排政策的要求，對青島市的能源政策提出以下建議：

青島市應該在產值增加后，進一步提高科技水平，通過多元化綜合利用能源，提高能源利用率，有關管理部門應積極引導企業利用各種途徑，例如提高產品技術含量、增加產品附加值、調整產品結構、采取節能技術與設備、改善企業管理水平等等，來進一步改善和提高能源利用效率。