中國煤炭消費與經濟發展水平之間關系的協整分析

薛黎明,侯運炳,蔡先鋒,何 廣

(中國礦業大學(北京) 資源與安全工程學院，北京 100083)

煤炭工業是中國國民經濟的重要基礎產業之一煤炭一直是我國重要的基礎能源和原料，也是中國的主要能源。近些年來，煤炭消費在我國能源消費中的比例一直保持在70%左右，而且，據預測，煤炭將長期是我國的主要能源，在一次能源消費結構中的主導地位在相當長時期內難以改變[1]。

我國目前正處于經濟快速發展的關鍵時期，能源是支撐經濟發展的重要物質保證，煤炭工業作為我國的重要能源支柱產業，如何科學地進行規劃，才能與國民經濟協調發展，是一個非常重要的問題。科學規劃的前提是對煤炭需求的正確判斷，而其基礎則是對煤炭消費與經濟發展內在關系的科學認識。因此，有必要分析煤炭消費隨著國民經濟發展而變化的特征，研究煤炭消費與經濟發展的內在關系，為煤炭消費分析與需求預測提供理論指導。

煤炭作為我國的主要消費能源，對我國經濟和社會發展起到了積極的推動作用，但同時也帶來了一系列的負面效應[2]。我國近幾年二氧化硫排放量中有90%左右都是由于煤炭燃燒而產生的[3]，煤炭是環境污染的重要來源，近年來，由于煤礦安全事故頻發，煤炭工業的發展也面臨著一系列的社會責難，其發展前景令人堪憂。

本論文工作就是要深入研究中國煤炭消費與經濟發展之間的內在關系，為煤炭需求分析提供方法指導，為煤炭工業的健康發展提出科學建議。

1 已有研究成果綜述

近年來，學術界特別關心能源消費與經濟增長之間的關系，并且取得了一些研究成果。Kraft. J.和Kraft. A.(1978年)對美國1947～1974年間GNP和能源消費之間的關系進行了研究，得出GNP和能源消費之間存在單向的因果關系的結論[4]。Akarca和Long(1980年)使用同樣的時間序列數據但比Kraft J.和Kraft A. (1978年)更短的樣本區間卻得不出類似結果[5]。Yu和Jin(1992年)對美國能源經濟關系進行了研究，得出美國GDP與能源消費不存在協整關系的結論[6]。Hwang和Gum B. (1992年)發現中國的臺灣地區GNP和能源消費之間存在雙向因果關系[7]。Stern(2000年)使用GDP、勞動力、資本和能源的VAR模型對美國1947 ～1990年的年度數據進行標準的因果關系檢驗，發現并不存在總能源消費到GDP的因果關系，但若對最終能源消費測量根據燃料構成進行調整，就會發現能源消費到GDP的因果關系[8]。從上述研究可以看出，不同學者使用同一時間序列不同長度的樣本區間卻得出不同的結論。這表明這些研究在實證方面都存在著不足。因為傳統的計量經濟手段對所分析數據的一個要求就是平穩的時間序列，而各國家或地區的經濟發展中的變量卻表現出非平穩性。因此，需要用新的處理非平穩時間序列的方法來研究能源消費與經濟增長之間的關系。Engle和Granger(1987年)提出用協整理論處理非平穩序列之間的關系[9]，在此基礎上建立的誤差修正模型能捕捉到變量之間的短期和長期影響。Wankeun O.和Kihoon L.(2004年)利用誤差修正模型對韓國1981～2000年的數據進行研究，得出在短期內能源消費和GDP不存在因果關系，而GDP對能源消費存在單向長期因果關系，節能政策從長期來看不會影響經濟的發展[10]。Lee C. C.(2005年)利用完全修正的OLS與面板協整分析模型對18個發展中國家的能源消費與GDP關系進行研究，得出不管從短期還是長期來看，存在能源到GDP的單向因果關系，不存在GDP到能源的反向因果關系的結論，這表明節能措施將危害發展中國家的經濟增長[11]。

國內學者也進行了該方面的研究。林伯強(2001年)應用協整和誤差修正模型研究了中國能源需求的決定因素，得出能源總消費、GDP、能源價格及結構變化之間存在著長期均衡關系[12]。張明慧、李永峰(2004年)對能源與經濟增長的Granger因果關系進行了檢驗，論證了能源發展與經濟增長的相互影響關系[13]。韓智勇、魏一鳴等(2004年)對中國能源消費與經濟增長的協整性和因果關系進行了研究，得出中國能源消費與經濟增長之間存在雙向的因果關系但不具有長期的協整性的結論[14]。馬超群、儲慧斌等(2004年)認為能源總消費、煤炭消費之間存在協整關系，而GDP與石油、天然氣和水電之間不存在協整關系[15]。張炎濤、李偉(2007年)對中國煤炭消費和經濟增長之間的因果關系進行了Granger因果檢驗和協整檢驗，認為煤炭消費與經濟增長之間存在因果關系[16]。劉長生、郭曉冬等(2009年)利用線性回歸和基于“閾回歸模型”的非線性回歸的分析方法對中國能源消費與經濟增長的關系進行了研究，得出結論是能源消費與經濟增長之間存在著非線性關系[17]。

從上述研究中可以發現，盡管學者們對能源消費與經濟增長之間的關系進行的研究比較多，而且近年來的研究也注意到時間序列的平穩性，但由于受所研究的時間段、所采用的研究方法、各國經濟水平結構等影響，目前仍然沒有一個確定性的結論。本文將應用協整原理，利用1978～2008年的中國煤炭消費與GDP的樣本數據，對煤炭消費與經濟增長之間關系進行研究，為煤炭產業規劃提供科學依據。

2 協整分析原理[18]

2.1 序列的平穩性檢驗原理

2.2 序列的協整性檢驗原理

協整關系研究的基本思想是：若兩個及兩個以上的時間序列變量是非平穩的，但它們的某種線性組合卻表現出平穩性，則這些變量之間存在長期穩定關系，即協整關系。然而，并不是任何兩個時序變量間都會存在協整關系，只有所研究變量均為非平穩變量，且同階單整，或者兩個以上變量具有不同的單整階數，經過線性組合構成低階單整變量，協整檢驗才有意義。為檢驗兩變量xt和yt是否協整，Engle和Granger于1987年提出了兩步法，稱為EG兩步法檢驗。其方法是，若序列xt和yt都是同階單整的，用一個變量對另一個變量回歸，即有：

(1)

(2)

2.3 因果關系檢驗原理

如果變量X有助于預測變量Y，即根據Y的過去值對Y進行自回歸可以預測變量Y，如果再加上X的過去值，能夠顯著地增強回歸的解釋能力，則稱X是Y的Granger原因，否則稱為非Granger原因。協整檢驗說明變量之間存在長期均衡關系，但是否構成因果關系,還需要進一步檢驗。其檢驗模型為：

(3)

其中a、b、c為參數，m1，n1均是正整數，ut是式(3)的隨機擾動項。零假設為：

(4)

可以采用F檢驗來驗證以上零假設。如果F統計值小于臨界值，則零假設被拒絕，說明X為Y的Granger原因。相反，如果零假設不能被拒絕，就稱X不是Y的Granger原因。滯后階數的確定,可根據赤池信息準則(AIC) 來確定。

3 我國煤炭消費與經濟發展水平之間的關系檢驗

3.1 數據來源與預處理

本部分的研究，選取了1978～2008年的中國國內生產總值(GDP)和煤炭消費(CC)的數據。GDP的統計數據來自歷年《中國統計年鑒》和《新中國五十五年統計資料匯編(1949～2004年)》，其中1993～2004年的數據，是國家統計局2006年1月公布的調整后的數據；煤炭消費數據來自于歷年《中國能源統計年鑒》和《新中國五十五年統計資料匯編(1949～2004年)》，其中1999～2004年的數據，是國家統計局2006年5月公布的調整后的數據。GDP數據是以1980年的不變價計算的實際GDP，單位是億元人民幣；煤炭消費序列用煤當量計算，單位是萬噸標準煤。各序列數據見表1。為消除數據中的異方差，對各序列的數據進行自然對數變換，即在所有變量字母前加上LN，表示相應數據經對數轉換而得的新變量，分別記為LNGDP和LNCC。

表1 中國國內生產總值及煤炭消費

3.2 變量的單位根檢驗

為了檢驗變量之間的協整關系，首先對經過對數處理的GDP和能源消費序列進行單位根檢驗，以判斷每個序列是否為單整序列。若序列仍不平穩，再對其進行一階差分或二階差分。各序列的單位根檢驗結果如表2所示。

表2 ADF單位根檢驗結果

檢驗結果表明，在1%顯著性水平上，序列LNGDP和LNCC都是二階單整序列。這表明，LNGDP和LNCC序列為同階單整序列，如果它們之間的線性組合為低階單整序列或平穩序列，則二者之間存在著協整關系。

3.3 協整檢驗與協整方程

依據EG兩步法，對LNGDP和LNCC做最小二乘估計，并對其殘差序列的平穩性進行檢驗，以判斷兩序列之間是否具有協整關系。最小二乘估計的結果為：

(5)

(0.0899) (0.0786)

[-13.429] [24.312]

R2=0.9532，D.W.=0.2019，F=591.0767

(6)

(0.199) (0.021)

[32.640] [24.312]

R2=0.9532，D.W.=0.2140，F=591.0767

其中，圓括號內為估計系數的標準差，方括號內為t檢驗值。

分別對殘差序列e1和e2進行單位根檢驗，檢驗結果見表3。

表3 殘差序列的ADF單位根檢驗結果

表3的檢驗結果表明，殘差序列e～I(0)，說明變量LNGDP和LNCC是協整的。從協整方程(5)和(6)可以看出，我國的經濟增長和煤炭消費量有著長期的穩定關系，從估計系數的大小來看，煤炭消費對經濟增長的影響程度顯得更大一些。

3.4 中國煤炭消費與經濟增長的因果關系檢驗

應用EViews 6.0軟件，對變量LNGDP和LNCC的因果關系進行檢驗，檢驗結果如表4所示。因果關系檢驗結果表明，拒絕假設“LNGDP不是LNCC的Granger原因”， 接受假設“LNCC不是LNGDP的Granger原因”。即LNGDP是LNCC的Granger原因，而LNCC不是LNGDP的Granger原因。結合式(6)的協整關系，“LNGDP是LNCC的Granger原因”表明GDP每增長1%會引起煤炭消費量增長0.4889%。

表4 Granger因果關系檢驗結果

4 結果分析及政策建議

分析結果表明，1978～2008年間，中國煤炭消費與經濟增長之間存在著從經濟增長到煤炭消費的單向因果關系，而且二者之間具有長期的均衡關系。這表明，經濟總量的擴大會導致對煤炭消費需求的增加。但是，這一結論帶來的更深層次的含義更值得我們注意。煤炭在中國經濟增長中起著非常重要的作用，盡管煤炭利用過程中會造成嚴重的空氣污染，但是，長期內煤炭仍然是我國不可或缺的重要能源和資源。為保障經濟持續穩定增長，必須要有不斷擴大的能源供應——特別是作為中國主要能源的煤炭供應作為保障，必須要實現煤炭工業的可持續發展。

(1)必須考慮如何實現煤炭的清潔利用。要實現經濟的可持續發展，發展低碳經濟是必由之路，必須要實現高碳能源低碳利用，走清潔利用的道路，控制煤炭使用過程中造成的污染，有效降低溫室氣體排放強度，使煤炭成為不僅經濟上合理，而且生態環境和社會可以接受的能源。煤炭的清潔利用主要可以體現在兩方面，一方面是節能，提高煤炭的利用效率；另一方面是利用過程中可以采用碳封存、碳捕捉技術，降低碳排放量。

(2)加大科技投入，減少安全事故。 煤炭行業承擔著支撐我國經濟發展的重要責任，但同時也承受著煤礦安全事故頻發的社會責難。煤炭行業的健康發展必須降低煤礦安全事故。中國作為一個煤炭大國，應該有世界上最先進的礦井、最現代化的技術設備、最安全的生產環境、最精干的管理人員、最優秀的產業工人。但是，我國距離這些目標還有很長的路要走。因此，國家應加大煤炭行業的科技投入力度，加大采煤的機械化程度，改善采煤生產環境，加強煤炭行業人才建設與人員培訓等。只有這些方面都有所改進，才能從根源上消除安全事故，改變煤炭行業在國人及世人心目中的形象。

(3)在煤炭開采過程中要踐行科學開采[19]。煤炭行業的健康發展不僅在煤炭利用過程中強調低碳利用，從煤炭開采這一環節開始，就要運用科學的開采方式從自然界獲取這一能源資源。“科學采礦”的提法最早是由我國采礦專家錢鳴高院士在2003年提出的。科學開采主要體現在以下幾個方面[20]：①高效開采。高效開采要求必須提高開采的機械化程度，使用各種先進的煤炭采、掘和運輸機械，以適應高效礦井的使用。而且，提高采礦機械化程度可以減少井下作業人員，這也是降低煤礦安全事故損害的有效措施。②安全開采。對于難以駕馭的礦體賦存條件，可以考慮暫緩開采，在確保安全的前提下才能進行開采。要通過加大科技投入、提高管理水平來進一步保護人身作業安全。③綠色開采。在開采過程中要保護環境，實現資源與環境協調開采。④高回收開采。提高資源采出率，擺脫現有的資源利用效率不高的狀況。⑤經濟開采。在市場經濟條件下，采用先進的科學技術以降低成本。

此外，為保障我國經濟增長對煤炭的需求，還要通過調整經濟結構和能源結構，推動能源強度下降，提高清潔能源比例，降低碳排放，實現經濟增長的低碳模式。

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