中國能源效率與其影響因素的動態關系研究＊

譚忠富 張金良

(華北電力大學電力能源經濟研究所,北京 102206)

中國能源效率與其影響因素的動態關系研究＊

譚忠富 張金良

(華北電力大學電力能源經濟研究所,北京 102206)

本文利用1978-2006年樣本數據,首先通過狀態空間模型分析了經濟結構、技術進步、能源消費結構和能源價格對能源效率的單向動態變化過程及成因;接著使用向量誤差修正模型估算出能源效率與其影響因素之間的長期均衡和短期波動關系;在此基礎上利用脈沖響應函數和方差分解模型就我國能源效率與其影響因素之間的動態關系作進一步分析。結果表明:改革開放以來我國能源效率與其影響因素之間存在長期均衡關系,經濟體制改革和一些相關政策對能源效率有著深遠的影響。從長期均衡關系來看,技術進步對能源效率的正面影響最大,能源價格和一些不可觀測變量對能源效率有著促進作用,而經濟結構和能源消費結構未能對能源效率起推動作用。從各因素對能源效率的貢獻百分比來看,能源價格對能源效率的貢獻最大,然后依次是經濟結構、能源消費結構和技術進步。

能源效率;狀態空間模型;向量誤差修正模型;脈沖響應函數

改革開放以來,我國國內生產總值保持著近30年的高速增長,2007年G DP比上年增長11.4%。在盤點所取得的輝煌業績時,我們發現高速的經濟增長是以資源的高投入、高消耗以及環境的高污染為代價的。這種粗放式的經濟增長后果是:能源浪費嚴重,環境污染惡化,能源對外依存度加大,這對我國經濟與社會的可持續發展構成威脅,解決這一問題的根本途徑就是提高能源效率。為此,我國政府在“十一五”發展規劃中提出:在優化結構、提高效益和降低消耗的基礎上,實現2010年中國單位G DP能源消耗比“十五”期末降低20%左右。然而,2006年單位G DP能耗僅下降了1.33%,未完成年均4.4%的節能目標。因此,我們有必要深入分析能源效率與其影響因素之間的動態關系,為提高能源效率提供一些政策建議。

能源效率是國內外普遍關注的問題之一。Patterson指出,能源效率是一般化的術語,可以用多種數量上的指標進行測算,一般來說,能源效率是指用較少的能源生產同樣數量的服務或者有用的產出,問題是如何準確地定義有用的產出和能源投入[1]。李廉水又將能源經濟效率分為能源強度和能源生產率,兩者互為倒數[2]。史丹指出能源效率的含義非常寬廣,并從能源綜合效率、能源生產效率、能源消費效率三方面分析我國能源效率的變化趨勢與現狀[3]。本文將能源綜合效率作為衡量我國能源效率指標,能源綜合效率是指能源要素的投入與經濟產出比,一般用單位G DP能耗表示,其數值越大能源效率越低。

國內外關于能源效率及其影響因素之間的關系研究包括:王海建研究了經濟結構轉變對能源強度下降的影響[4]。齊志新、陳文穎認為,技術進步是我國能源效率提高的決定因素[5]。李廉水把能源效率的提高歸結為兩類因素,一是能源從低生產率的產業流向高生產率的產業,即產業結構的調整;二是通過技術進步提高能源利用效率。徐國泉、姜照華定性分析了技術進步、經濟結構和能源價格對能源效率的影響[6]。余甫功以廣東為例,論證了能源結構變化對能源效率的作用[7]。Edenhofer和Jaeger研究了能源替代對能源效率提高的作用[8]。Farla研究了荷蘭的經濟結構與能源效率變化的關系[9]。Henryson以瑞典為樣本,研究了信息與提高能源消費效率的關系[10]。董利指出,國內已有研究存在的不足,表現在:能源效率是受多種因素綜合影響,而現有文獻是從不同的角度單獨分析考察某一因素對能源效率的影響,這不利于全面地把握轉軌經濟條件下我國能源效率變化及成因[11]。迄今為止,國內外學者還未對能源效率及其影響因素之間的動態關系進行實證研究,本文將對此展開研究。

1 變量的選擇與數據來源

1.1 經濟結構

經濟結構變化對能源效率的影響是顯而易見的。一般來說,第三產業能耗低,20世紀80年代,美國是通過提高第三產業的比例來降低單位G DP的能耗。本文將第三產業占G DP的比重作為能源效率的重要解釋變量,這是因為第三產業比重的提高是影響中國能源效率改善的關鍵因素,且中國正處于工業化中期,第三產業比重的上升幅度會加大。

1.2 技術進步

技術進步對能源效率的影響主要體現在兩方面:一方面,“硬”技術進步(如科技創新)可以提高設備的工作效率,從而降低單位產品的能耗。另一方面,“軟”技術進步(如管理、制度等改進與優化)可以降低中間交易成本、減少中間能源損耗、提高資源配置效率,進而降低單位產品的能耗。技術進步的衡量一直是經濟學界的難題,本文利用全要素生產率來代表技術進步。

1.3 能源消費結構

對于石油和天然氣來說,煤炭的利用率較低,所以在同一產出水平下,不同品種的能源投入是不同的。因此,能源消費結構的變化會對能源效率產生很大的影響。由于資源稟賦特性,我國的一次能源消費將繼續以煤炭為主。本文用煤炭在一次能源消費總量中的比重衡量能源結構變化。

1.4 能源價格

能源價格是影響能源效率的一個重要因素。能源價格的上漲使得用戶所支付的成本不斷增加,這將導致用戶一方面節約用能,另一方面不斷尋求新技術,充分提高能源效率。本文采用由國家統計局公布的礦物燃料價格指數來代表能源價格,因為燃料價格近似地反映了能源的供給成本[12]?；谝陨系挠懻?我國能源效率與其影響因素的關系可以用下式表示:

式中EF表示能源效率,ES表示經濟結構,T代表技術進步,CS是能源消費結構,P代表能源價格。本文所用數據來自《中國統計年鑒》(1978-2006)。其中G DP是消除價格影響因素的實際G DP且以1978年為基期,礦物燃料價格指數以1978=100為基期,全要素生產率的數據來自文獻《中國全要素生產率估計:1978-2006年》[13]。

2 各影響因素對能源效率的動態變化過程及成因分析

改革開放以來,由于我國經濟體制改革、能源政策調整、各種各樣外界沖擊等因素對能源效率產生了一定的影響,而用固定參數模型表現不出這些不可觀測變量對能源效率的影響。因此,本文利用狀態空間模型來研究能源效率的影響因素對其動態變化過程。為增強時間序列的平穩性,對各變量取自然對數后的狀態空間模型如下:

其中εt,μt分別為隨機擾動項且相互獨立,各自滿足零均值、同方差的古典假設。將1978-2006年我國能源效率及其影響因素變量的數據代入上式,用卡爾曼濾波算法可估算出最后的狀態空間模型如下:

檢驗結果表明,除經濟結構外,其它參數都是高度顯著的,且模型的擬合優度較高。各變量的狀態參數均符合隨機游走形式,說明改革開放以來我國經濟體制改革、能源政策調整、各種各樣外界沖擊等因素對能源效率產生了一定的影響。各狀態參數的變化軌跡如圖1-4所示。

從圖1中可以看出,經濟結構對能源效率的彈性具有較大的波動性。1978-1981年的彈性系數sv1t由0.16下降到-0.84,1982年降至最低-0.87。由于1982年中共十二大明確提出節約能源、有效利用能源的戰略,因此,經濟結構變化對能源效率的彈性影響較大。1983-2003年經濟結構對能源效率的彈性系數sv1t基本維持在0.1左右,可見這期間提高第三產業的比重不會促進能源效率的提高反而有反作用,這與韓智勇的研究結果相似[14]。主要原因是產業間的正效應小于產業內能源效率下降的負效應。近年來經濟的增長主要依靠高耗能行業和高能耗附加值產品的出口拉動的,這表明產業內能源的配置是無效率的。2004-2006年sv1t又變為負數,可見提升第三產業的比重對能源效率的提高具有一定的拉動作用,其主要原因是各項節能措施的實施和節能技術的推廣,行業內的能源配置效率較高,經濟結構對能源效率的總效應為正。

圖1 經濟結構對能源效率彈性sv1t的變化軌跡Fig.1 Variable trajectory of the flexibilitysv1tof economic structure on energy efficiency

圖2 技術進步對能源效率彈性sv2t的變化軌跡Fig.2 Variable trajectory of the flexibilitysv2tof technological progress on energy efficiency

圖3 消費結構對能源效率彈性sv3t的變化軌跡Fig.3 Variable trajectory of the flexibilitysv3tof energy consumption structure on energy efficiency

圖4 能源價格對能源效率彈性sv4t的變化軌跡Fig.4 Variable trajectory of the flexibilitysv4tof energy prices on energy efficiency

從圖2中可以看出技術進步對能源效率的提高具有巨大的拉動作用。從技術進步對能源效率的彈性系數來看,1978-2006年所有數據都為負數,這說明技術進步能夠降低單位G DP能耗,單位G DP能耗的降低也就是能源效率的提高。技術進步對能源效率的彈性系數sv2t波動性較大,在1978年出現了最高值-0.35,隨后又有幾次升降,到2006年降低最低值-0.59?？傮w來看sv2t是呈下降趨勢的,其主要原因是改革開放以來,我國經濟發展水平較低、經濟體制和制度不夠完善、能源技術水平較低,技術進步所帶來的節能成果不能被完全釋放出來。隨著我國經濟發展水平的加速、產業結構的不斷優化、管理水平的不斷提升以及對外開放程度的加深,技術進步所帶來的效應更好地滲透到國民經濟的各個部分,從而對能源效率的提高起到一個巨大的拉動作用。同時,也發現技術進步對能源效率的提升空間還很大,并沒有出現拐點。

從圖3可以看出消費結構對能源效率的彈性系數,1978-2006年sv3t為正數,這說明煤炭消費比重的上升對能源效率的提升起到抑制作用。1987年彈性系數sv3t僅為0.04,但在1981年開始出現一個跳躍式的上升,增至3.10以上,到1983年達到最大值3.39。這是由于改革開放以來,我國經濟增長方式一直以高投入、高消耗為主,使得能源特別是煤炭被大量消耗掉。正是基于這樣的背景下,中共十二大才明確提出了節約能源、有效利用能源的戰略。1984-1996年彈性系數sv3t基本穩定在0.5左右。這是因我國經濟體制和制度已逐步完善、產業結構不斷得到優化、能源技術不斷取得進步,所以煤炭比重的提升對能源效率提高的抑制作用要弱一些。而在1998-2006年彈性系數sv3t又突然升至1.9左右,出現這一現象的主要原因是受東南亞金融危機,我國政府為了保持經濟的持續增長而擴大了基礎設施的建設,煤炭比重的提升對能源效率的抑制作用又較上期有所增強。

從圖4可以看出除了1979-1982年、1983-1984年能源價格對能源效率的彈性系數sv4t影響較大外,其它年度相對比較平穩。1979年彈性系數sv4t為0.05,而到1982年突然下跌到最低值-5.24,之后在1983-1984年又出現一次幅度較小的波動。之所以這樣,是因為改革開放以來,我國能源利用率較低,能源消耗非常大,且此期間經濟結構的優化、技術進步、能源消費結構的優化等因素對提高能源效率的貢獻較小,只有能源價格的上升才能促進能源效率的提高,因此,這兩階段的彈性系數sv4t由正變負。1985-2006年彈性系數sv4t一直徘徊在0.1-0.2左右,說明提高能源價格并不能促進能源效率的提升反而有抑制作用。這是因為1985年以來我國經濟發展速度加快、居民生活水平快速提升,特別是近年來我國政府對基礎設施投入的加大、高耗能行業的扶持以及出口貿易的鼓勵,由此造成了能源的過渡消耗,使得單位G DP的能耗加大。因此,能源效率的價格彈性系數為正值。

3 能源效率與其影響因素之間的動態關系

以上研究的是經濟結構、技術進步、能源消費結構和能源價格對能源效率的單向動態變化過程,下面我們使用向量誤差修正模型(VEC)分析這五個變量之間的長期均衡和短期波動關系,并利用脈沖響應函數和方差分解模型就能源效率與其影響因素之間的動態影響作進一步分析。由于能源效率、經濟結構、技術進步、能源消費結構和能源價格之間的動態關聯性可以通過各自沖擊的交互影響體現出來,為此,我們建立五元結構VAR模型:

其中,Yt=(LEFt,LESt,LTt,LCSt,LPt),μt為擾動向量,A0為常數向量,A1,A2,…Ap為參數矩陣,p為滯后期,LEFt、LESt、LTt、LCSt和LPt為取自然對數后的各變量。

根據Jonansen于1958年提出的估計方法,如果VAR模型的內生變量都含有單位根,當這些變量之間存在協整關系時,可將上述模型修改為向量誤差修正模型:

3.1 平穩性檢驗

常用的單位根檢驗方法有ADF檢驗、PP檢驗和KPSS檢驗,由于ADF檢驗和PP檢驗對小樣本數據可能缺乏效力,而KPSS平穩性檢驗在選擇較低的滯后截斷參數時,對小樣本較為有效[12]。因此,本文以KPSS統計量判斷數據平穩性,表1顯示五個時間序列都是一階單整的。

3.2 變量的協整檢驗

本文在向量自回歸模型結果的基礎上,采用Johansen和Juselius一起提出的基于回歸系數的多變量協整檢驗。首先,綜合考慮LR統計量、赤池信息準則、施瓦茨準則和HQ信息準則進行選取,然后進行模型的檢驗,直到找到理想的模型。經過反復檢驗確定滯后期為2,結果見表2。由此可以看出,在5%的顯著水平下,變量之間存在2個協整變量關系。

3.3 ECM模型分析

以上分析說明能源效率、經濟結構、技術進步、能源消費結構、能源價格之間存在長期的均衡關系,但我們無法了解到這些變量的短期動態關系,誤差修正模型可以解決這個問題,模型估計結果見表3。

由表3可以看出,能源效率與其影響因素之間具有長期均衡關系。從長期來看,能源效率對經濟結構的彈性為0.37,說明第三產業比重的上升對能源效率的提高沒有拉動作用;能源效率對技術進步的彈性為-0.84,由此可以看出技術進步對能源效率的影響較大,技術進步每提高一個百分點,就能使能源效率提高0.84百分點;能源效率對能源消費結構的彈性為1.52,這說明煤炭比重提高一個百分點則導致能源效率降低1.52個百分點,可見我國一次能源消耗過度地依賴煤炭,能源消費結構很不合理。能源價格對能源效率的彈性為-0.13,表明能源價格的提高也能促使能源效率的小幅度提高,我們應進一步完善能源價格形成機制,充分發揮能源價格的節能功效。從短期來看,能源效率的波動來自兩方面:一方面它受到自變量短期波動的影響,滯后一期的經濟結構、技術進步、能源消費結構、能源價格對能源效率短期波動的影響系數分別為-0.10、0.06、0.75、-0.09,由此可以發現能源消費結構對能源效率波動性影響很大;另一方面它又取決于誤差修正項,誤差修正項反映了變量在短期波動中偏離它們長期均衡關系的程度,其系數大小反映短期波動對偏離長期均衡的調整力度。從系數估計值-0.15來看,當短期波動偏離長期均衡時,系統將以-0.15的調整力度將非均衡狀態拉回到均衡狀態。

3.4 變量的脈沖響應分析

協整分析只是說明變量間是否存在長期均衡關系,并沒有表現出一個變量的變動對整個系統的擾動,以及各變量對這些擾動的綜合反應。而脈沖響應函數分析的就是在擾動項上加上一個標準差大小的沖擊對內生變量的當前和未來值所帶來的影響。本文以VAR模型為基礎,對各變量之間的系統關系進行脈沖響應分析(見圖5)。

表1 單位根檢驗Tab.1 Unit root test

表2 Johansen協整檢驗結果Tab.2 Johansen Co-Integration test results

表3 VECM模型的估計結果Tab.3 VECM model estimation results

從經濟結構變化的沖擊所引起的能源效率變化的脈沖響應函數圖可以看出,當期經濟結構變化的一個正沖擊給能源效率帶來負面影響,并一直持續到第5期,之后變為正面影響在第10期達到最大。這說明經濟結構變化受外部條件的某一正沖擊后,能源效率的變化規律是先降后升。我國目前產業內部能源效率與其它國家相比較低,產業間優化升級所來的正效應小于產業內部能耗較高的負效應,所以前幾期經濟結構變化的正沖擊會給能源效率帶來負面影響。只有產業內部的能源效率提高到一定程度時,經濟結構變化的正沖擊才會促進能源效率的提高。

從技術進步的沖擊所引起的能源效率變化的脈沖響應函數圖可以看出,技術進步的一個正沖擊會給能源效率帶來負面的沖擊,但在第4期后又變成正面的沖擊,且幅度由大逐漸變小。技術進步是通過整個國民經濟體系和市場機制傳導到各生產部門并對其產生作用的,所以技術進步對促進能源效率的提升有時間滯后性。我國經濟是建立在一個市場程度不高、機制和體制不健全、產業結構不合理、管理水平低下、技術落后的基礎之上的,因此在初期,技術進步對能源效率的提升空間很大,但隨著經濟體制改革的深入,技術進步所發揮的作用會逐漸減小。

圖5 能源效率受各變量的沖擊反應Fig.5 Impulse response of variables on energy efficiency

從能源消費結構變化的沖擊所引起的能源效率變化的脈沖響應圖可以看出,本期給能源消費結構變化一個正沖擊會給能源效率帶來負面影響,并且此影響一直持續到第5期,之后才對能源效率的提升起拉動作用。我國的資源稟賦特性決定我國現階段和未來一段時間內,一次能源消耗仍以煤炭為主。一方面,煤炭的利用率要低于石油和天然氣,當給能源消費結構變化一個正沖擊時,前幾期能源效率會下降;另一方面,煤炭的價格又遠低于石油和天然氣,當我們推廣煤化油、煤化氣、煤化電力以及清潔高效燃煤技術后,同樣資源條件下G DP會增加而消耗會減少,所以后期能源效率會上升。

從能源價格變化的沖擊所引起的能源效率變化的脈沖響應圖可以看出,當在本期給能源價格一個正沖擊后,能源效率在前5期內迅速上升并在第6期達到最大,隨后開始下降。這說明能源價格的正向沖擊對能源效率的提高具有顯著的拉動作用,并且這一顯著促進作用具有持續效應。而本文第三部分分析顯示1985-2006年能源價格提高對能源效率的提升有小幅度的抑制作用,這說明這期間我國能源價格受政府管制比較嚴重,能源價格沒有真實地反映資源的稀缺性和社會成本,其作為優化資源配置的有效手段也沒有發揮出來。為此,我們必須進一步完善能源價格形成機制,使其能夠促進能源資源的有效利用。

3.5 變量的方差分解

方差分解是將系統的均方誤差分解成各變量沖擊所做的貢獻,進而計算出每個變量沖擊的貢獻率,以評價不同沖擊的重要性。圖6給出了能源效率的方差分解圖。從圖6中可以出來,不考慮能源效率自身的貢獻率,能源價格變化對能源效率的貢獻率最大值出現在第7期為40%左右,隨后出現下降趨勢;其次是經濟結構變化,貢獻率最大值在第10期達到22%;能源消費結構變化、技術進步對能源效率的貢獻率都是逐漸增大的,并都在第10期達到各自的最大值16%、6%左右。以上分析說明,提高我國能源效率的當務之急便是完善能源價格形成機制。

圖6 各因素對能源效率的貢獻百分比Fig.6 Contribution percentage of various energy efficiency

4 結論與政策含義

本文利用基于狀態空間模型和誤差修正模型分析能源效率、經濟結構、技術進步、能源消費結構、能源價格這五個變量之間的動態關系,結論是改革開放以來我國能源效率與其影響因素之間存在長期均衡關系,經濟體制改革和一些相關政策對能源效率有著深遠的影響。從長期均衡關系來看,技術進步對能源效率的正面影響最大,而能源價格對能源效率的拉動作用較小。經濟結構的優化沒能拉動能源效率的提升。煤炭比重的上升會對能源效率產生負面影響。從各變量對能源效率的沖擊反應來看,各變量的一個正沖擊在第6期后都會對能源效率起拉動作用。從各因素對能源效率的貢獻百分比來看,能源價格對能源效率的貢獻最大,然后依次是經濟結構、能源消費結構和技術進步。

上述研究的政策啟示:第一,大力開發和推廣應用煤化油、煤化氣、煤化電和高效燃煤技術,把提高能源利用效率作為技術進步的目標。第二,進一步完善我國能源價格形成機制。合理的能源價格不僅反映能源資源的稀缺性和社會成本,而且還要體現出能源商品之間的替代性和互補性。第三,由于能源效率各影響因素的外部沖擊對能源效率的影響是不同的,且貢獻率也不同,所以我們要有區別、有重點的對各影響因素進行短期調整。

(編輯:溫武軍)

References)

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AbstractFirst,by using sample data from 1978 to 2006,this artizle studies the dynamic change process of the influence of economic structure,technological advances,energy consumption structure and energy price to energy efficiency and the causes through state space model.Then the article estimates the long-term equilibrium and short-termfluctuation relationship of energy efficiency and its influential factors through vector error correction.On the basis of the above analyses,We study the dynamic relationship between energy efficiency and its influential factors using impulse reaction function and variance decomposition for a further analysis.The results show that there is a long-run equilibrium relationship between energy efficiency and its influencing factors in China.The economic reform and a number of related policies have a profound effect on energy efficiency since the China’s reform in 1978.For the long-run equilibrium relationship,the positive effect of technological progress on energy efficiency is the greatest,energy price and some unobserved variables have a positive effect on energy efficiency,but economic structure and energy consumption structure have a negative effect on energy efficiency.For the percentage contribution of various factors to energy efficiency,the energy price makes the largest contribution to the energy efficiency improvement,followed by the economic structure,energy consumption structure and technological progress.

Key wordsenergy efficiency;state space model;vector error correction;impulse reaction function

Demonstrational Analysis of the Relationship Between Energy Efficiency and Its Influential Factor in China

TAN Zhong-fu ZHANG Jin-liang
(North China Electric Power University,Beijing 102206,China)

F062.1

A

1002-2104(2010)04-0043-07

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.04.008

2009-07-21

譚忠富,教授,博士后,博士生導師,主要研究方向為電力經濟,風險管理理論,企業戰略管理。

＊國家自然科學基金(No.70571023),教育部博士點基金(No.20070079005)、國家新世紀優秀人才計劃項目(No.NCET-06-02-08)基金資助。