基于VEC模型的中國CO₂庫茲涅茨曲線分析

關鍵詞： 二氧化碳庫茲涅茨曲線；非化石能源比重；能源強度；VEC模型

摘 要： 人均二氧化碳排放的影響因素基于Kaya恒等式可以分解為人均GDP、能源結構和能源強度三個因素。VEC模型的實證結果顯示我國存在二氧化碳庫茲涅茨曲線，即人均二氧化碳排放隨我國經濟增長先惡化后改善的倒U形曲線，非化石能源比重與能源強度對我國二氧化碳減排影響顯著，但方差分解方法顯示能源結構因素和能源強度因素對我國二氧化碳排放的抑制作用非常有限。我國“十二五”期間和2020年的節能減排任務艱巨，只有堅持節約發展和清潔發展，才能實現減排目標。

中圖分類號： F062.2 文獻標志碼： A 文章編號： 10012435(2012)01002506

Analysis of CO₂Kuznets Curve in China Based on VECM

LIU Ying， REN Yanyan (School of Economics， Shandong University， Jinan 250100， China)

Key words: carbon dioxide Kuznets curve; proportion of non-fossil energy; energy intensity; VECM

Abstract: The influencing factors of per capita emissions can be decomposed as GDP per capita， energy structure and energy intensity based on Kaya identity. The empirical result of VECM shows that CKC，the inverted Ushaped curve between emissions and income， holds for China. Moreover， both proportion of nonfossil energy and energy intensity are significant on emissions reduction. However， the result of variance decomposition displays that their restraining effects are very limited. In addition， the tasks for energy saving and emissions reduction for twelve fiveyearplan and in 2020 are still arduous. We must insist on conservative and clean development to accomplish our goal.

2009年哥本哈根氣候大會召開前，我國提出到2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40％至45％，在2011年德班大會上再次重申并表示在2020年后有條件接受量化減排協議，引起了國際社會的關注。由于我國正處在發展經濟、改善民生、推進工業化和城市化的關鍵階段，二氧化碳減排困難重重。研究二氧化碳排放的影響因素，預測二氧化碳排放的趨勢，對于我們制訂合理的減排計劃、遵守減排承諾至關重要。

根據環境庫茲涅茨曲線（Environmental Kuznets Curve， EKC），在經濟發展初期，二氧化碳排放將隨經濟增長而增加，當經濟發展到一定階段排放會隨經濟增長而逐漸減少，這種倒U形曲線關系被稱為二氧化碳庫茲涅茨曲線(Carbon Dioxide Kuznets Curve， CKC)。Jalil 等認為，CKC假說在中國是成立的，能源消費對二氧化碳排放影響顯著而對外貿易影響不顯著［1］。Acaravci等發現除了丹麥和意大利支持CKC假說外，其他國家均不支持［2］。Iwata等則發現二氧化碳排放和經濟增長之間不是倒U型曲線關系，而是單調遞增的線性關系［3］。杜婷婷等認為我國不存在CKC曲線，我國的二氧化碳排放與經濟增長之間呈現“N”型曲線關系［4］。陸虹運用空間狀態模型證明我國人均二氧化碳排放隨人均收入上升而持續惡化［5］。國內外學者對于CKC假說難以得到一致的估計結果。國內學者對我國CKC的研究主要集中于二氧化碳排放與收入之間的關系，對收入以外影響二氧化碳排放的其他因素關注較少，缺乏對二氧化碳排放未來趨勢方面的預測研究。Auci 等將EKC模型分為未調整模型和調整模型，在未調整模型中只有人均GDP一次項和二次項兩個解釋變量，調整模型在未調整模型的基礎上加入了其他影響排放的控制變量，比如國際貿易、收入分配、能源消費、能源結構和產業結構等［6］。很多學者認為調整模型的估計結果比未調整模型有效［6-8］。我們基于Kaya恒等式在未調整模型中加入了能源結構因素和能源強度因素兩個控制變量，防止模型設定誤差，使估計結果更穩健。同時，Romero-vila和Wagner的研究均表明計量模型的選擇對CKC假說的估計結果意義重大［9-10］。我們用VEC模型分析人均排放與人均GDP、非化石能源比重和能源強度之間的協整關系，對我國人均排放的趨勢進行預測，考察我國政府提出的“十二五”節能減排目標和2020年的減排承諾實現的可能性。

一、模型構建

（一）基于Kaya恒等式的人均排放影響因素分解

Kaya在1989年IPCC 的研討會上提出了著名的Kaya恒等式：

C=CE×

EGDP×

GDPP×P，其中C、E、GDP和P分別代表一國二氧化碳排放總量、一次能源消費量、國內生產總值和人口數量。這種通過構造鏈式乘積的方法將二氧化碳排放影響因素分解為能源碳排放強度CE、能源強度EGDP、人均GDP和人口四個因素。其中能源強度是用單位GDP能耗來衡量的，反映了一國經濟對能源的依賴程度，能源碳排放強度CE可以轉化成iEiE×CiEi，其中i表示第i種能源，EiE表示第i種能源在一次能源消費中的比重，CiEi表示第i種能源的碳排放系數。這樣Kaya恒等式就可以進一步轉化為

CP=iEiE×

CiEi×

EGDP×

GDPP。由于目前還沒有成熟的二氧化碳減排技術，各種能源的碳排放系數基本保持不變，因此能源碳排放強度大體上就由能源結構決定［11］。轉化后的Kaya恒等式意味著人均二氧化碳排放由人均GDP、能源結構和能源強度三個影響因素驅動。

（二）CKC調整模型

基于轉化后的Kaya恒等式的分析，我們將能源結構因素和能源強度因素作為控制變量加入到未調整的CKC模型，特別地，我們用非化石能源比重代表能源結構因素。建立我國CKC調整模型的對數形式為：

ln(co2)t=β0+β1lnyt+β2(lnyt)2+β3ln(es)t+

β4ln(ei)t+εt （1）

其中co2表示人均二氧化碳排放，y表示人均GDP（按2005年不變價格計算），es表示非化石能源比重，ei表示能源強度，εt為隨機擾動項。我們對所有的變量都作對數變化是為了把握其線性趨勢。

二、實證分析

（一）數據來源及描述性分析

人均二氧化碳排放數據來源于美國能源部二氧化碳信息分析中心（Carbon Dioxide Information Analysis Center，CDIAC）。GDP和人口數據來源于賓夕法尼亞大學國際比較中心創立的Penn World Table

7.0，非化石能源比重和一次能源消費數據來源于世界銀行WDI。樣本區間為1971-2008年。在此期間我國二氧化碳排放和GDP分別增長了6.8倍和22.8倍，人均二氧化碳排放和人均GDP分別增長了4.0倍和14.2倍，非化石能源比重上升了4.4倍，能源強度下降了77.3%。從圖1可知我國的人均排放除了在1996-1999年出現短暫的改善外，從總體上呈現隨人均GDP增長而逐年惡化的趨勢，而且從2000年開始加速上升。如果CKC假說在我國成立，那么式（1）中β1＞0和β2＜0應同時成立，這就是CKC假說聲稱的倒U形曲線，而預期人均二氧化碳排放會隨著非化石能源比重上升和能源強度下降而下降，即β3＜0而β4＞0。

圖1 1971-2008年人均二氧化碳排放與人均GDP散點圖

（二） 平穩性檢驗

我們同時采用ADF檢驗和Phillips-Perron檢驗（PP檢驗）兩種方法來對各個變量進行單位根檢驗以保證檢驗的穩健性。ADF和PP兩種單位根檢驗方法均表明人均二氧化碳排放、人均GDP一次項、人均GDP二次項、非化石能源比重和能源強度的自然對數序列是差分后平穩序列即一階單整序列（I（1），見表1）。

（三）Johansen協整檢驗

以上I（1）序列的矩，如均值、方差和協方差會隨時間改變而改變，但這些序列的線性組合序列卻可能具有不隨時間變化的性質，假如這種平穩的或I（0）的線性組合存在，這些非平穩的時間序列之間被認為具有協整關系，即穩定的長期均衡關系。采用Johansen協整檢驗的跡檢驗方法可以在1%的顯著性水平上拒絕“協整秩為0”的原假設，表明以上I（1）序列之間具有協整關系（見表2）。盡管無法拒絕“最大秩為2”的原假設，但考慮到人均排放與人均GDP、非化石能源比重、能源強度之間如果存在穩定的長期均衡關系，則這種均衡關系必定是唯一的，因此我們將協整秩設為1。

（四）協整方程與誤差修正模型

VEC模型可以看作是帶有協整約束的VAR模型，既可以考察長期效應，也可以考察短期效應。我們用VEC模型來探求人均排放與人均GDP、非化石能源比重和能源強度之間的長期均衡關系，以及各個解釋變量的短期波動對人均排放的沖擊。人均排放的1階差分作為被解釋變量的誤差修正模型為以下形式：

Δln(co2)t=α1+β11Δln(co2)t-1+β12Δlnyt-1)+β13Δ(lnyt-1)2+β14Δln(es)t-1+

β15Δln(ei)t-1+λ1ecmt-1+εli

（2）

綜合AIC信息準則、BIC信息準則和樣本容量因素確定VEC模型對應的VAR系統滯后階數為2，此時的VEC模型是穩定的，也通過了殘差自相關的診斷性檢驗。

式（2）的解釋變量由人均排放1階差分的滯后項、式（1）中所有解釋變量的滯后項和誤差修正項組成。β12、β13、β14、β15反映式（1）中解釋變量的短期變化對人均排放短期波動的影響。ecmt-1是誤差修正項，反映變量之間的長期均衡關系，λ1為誤差修正項的系數，表示當人均排放偏離其長期均衡狀態時向均衡狀態調整的速度。

由表3協整方程系數可知，從長期來看，人均GDP一次項、人均GDP二次項、非化石能源比重和能源強度對人均二氧化碳排放的影響都是顯著的。與CKC假說相一致，式（1）中β1符號為正，β2符號為負，人均排放與人均GDP呈現倒U形曲線關系，說明我國人均排放會經歷一個隨經濟增長先惡化而后逐漸趨于改善的過程。同時，與預期相一致，β3符號為負而β4符號為正，說明改善能源結構和降低能源強度將會促進二氧化碳減排，其中非化石能源比重每提高一個百分比，人均排放就可以減少0.239%，能源強度每降低一個百分比，人均排放就可以減少0.883%。在表3的誤差修正模型中λ1為0.661，不僅顯著且符號也符合預期，預示著當人均排放偏離長期均衡狀態時它將以66.1%的速度向均衡狀態調整。當發生人均排放的短期沖擊時，這個調整速度是非常迅速的。值得注意的是，與CKC假說相反，β12＜0而β13＞0，說明人均排放與人均GDP之間為正U型曲線關系，可見在短期內經濟增長對惡化二氧化碳排放的力量比較明顯。同時，非化石能源比重和能源強度在短期內對二氧化碳排放沒有顯著影響。一個可能的解釋是非化石能源在一次能源消費中的比重過小且在短期內很難改善，同時能源強度的降低即能源效率的提高在短期內也很難實現，因而無法對二氧化碳減排發揮作用，而在長期，非化石能源比重和能源強度在短期的影響逐漸累積從而對人均排放產生顯著影響。

（五） 人均排放的方差分解

用方差分解方法可以分析每一個結構沖擊對人均排放波動的貢獻度，通過計算這個貢獻度在總貢獻中的比例可以分析每一個結構沖擊的相對重要性。由表4可知，除了人均排放本身外，人均GDP（包括一次項和二次項）對解釋人均排放的預測方差起到了重要作用，能源結構次之，能源強度起到的作用則非常微弱。在“十一五”期間，我國鼓勵開發可再生能源，如風能、太陽能和生物燃料。“十二五”期間，我國將加快推進包括水電、核電等非化石能源發展，積極有序做好風電、太陽能、生物質能等可再生能源的轉化利用，這將顯著減少煤炭消耗，并彌補石油和天然氣資源的不足。在中國科學院提出的能源科技發展規劃中，我國將在2050年前后建成可持續能源體系，總量上基本滿足經濟社會發展的能源需求，結構上對化石能源的依賴度降低到60%以下，可再生能源成為主導能源之一。我國非化石能源在一次能源消費中的比重在1971-1999年間年均增長5.3%，進入21世紀以來，非化石能源建設速度有所加快，年均增長6.4%，但從世界范圍看，我國非化石能源在能源結構中的比重是偏低的，以2008年為例，我國非化石能源比重為3.5%，遠低于9.1%的世界平均水平，更低于發達國家的一般水平。因此，盡管能源結構因素對減排影響顯著，但是非化石能源比重對人均排放預測方差的貢獻度最高只有9.4%，現階段我國能源結構因素對人均排放的抑制作用還很有限，能源強度對人均排放預測方差的貢獻度則更小，最高僅為1.9%。我國能源消耗高、效率低、環境壓力大，能源強度不僅高于許多發達國家，也高于許多發展中國家。能源強度對二氧化碳減排影響顯著，但能源強度的改善、能源效率的提高是個長期而復雜的過程，現階段改善能源強度對我國二氧化碳排放的抑制作用還沒有發揮出來。

（六） 二氧化碳排放預測

用2006年以前的數據來估計VEC模型，然后預測2006-2008年三年的數據，并與實際觀測值比較，如圖2所示，預測都落在了99%的置信區間之內，對人均GDP和能源強度的預測比較準確，對人均排放和非化石能源比重的預測次之。表5給出了用VEC模型預測我國“十二五”到2020年期間人均排放、人均GDP、非化石能源比重和能源強度的變化趨勢。根據測算，“十二五”期間我國單位GDP二氧化碳排放和單位GDP能耗分別會下降15.5%和12.0%，這和我國提出的降低17%和16%的目標有距離；我們預計2020年我國單位GDP二氧化碳排放比2005年下降39.0%，這與我國政府提出的下降40％至45％的承諾有差距。估計到2020年非化石能源占我國一次能源消費仍不到4%，我國政府提出：“十二五”期間我國非化石能源占一次能源消費的比重要提高到11.4%，到2020年要提高到15%，從預測看，我國的非化石能源建設過慢。過度依賴煤炭等化石能源的發展不僅嚴重污染環境，也是不可持續的，必須大力發展非化石能源，提高其在一次能源消費中的比重，才能夠有效降低二氧化碳排放，保護生態環境，并降低化石能源不可持續供應的風險。

三、結論與啟示

運用我國1971-2008年的經濟、能源和環境數據來實證分析人均二氧化碳排放的影響因素并對人均排放的趨勢預測，得出以下結論與啟示：

1. 人均排放、人均GDP、非化石能源比重和能源強度在我國存在穩定的長期均衡關系， 且人均GDP、非化石能源比重和能源強度對人均排放影響顯著。

2. CKC假說在我國是成立的，表明我國二氧化碳排放會經歷一個隨經濟發展先惡化再逐漸改善的過程，但是，單純依靠經濟增長自身實現二氧化碳減排是不現實的，發達國家“先污染后治理”的老路在我國行不通。我國目前仍處在二氧化碳排放逐漸惡化的階段，高投入、高消耗、高排放、難循環、低效率的粗放型增長方式在我國還沒有發生根本轉變。我國若要以較快的速度實現CKC假說聲稱的倒U型路徑，必須調整能源結構，加快轉變經濟增長方式，才能使人均排放隨經濟增長而趨于改善。

3. 人均排放的方差分解方法表明經濟增長因素對我國人均排放的解釋程度最高，而能源結構因素和能源強度因素對我國二氧化碳排放的抑制作用則非常有限。

4. 經過對VEC模型進行預測，基于我國經濟增長方式和資源使用現狀，我們認為，我國政府實現“十二五”節能減排目標和2020年減排承諾任務非常艱巨。我國必須降低能源強度，提高能源使用效率，同時優化能源結構，加快發展非化石能源。積極應對氣候變化，采取低碳型發展方式，不僅是國際潮流，也日趨成為一種國際壓力，我們只有在發展方式的轉型上增強緊迫感，深化節能減排，堅持節約發展和清潔發展，才能完成預定的減排任務、遵守我國的減排承諾，履行我國作為發展中大國的責任。

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責任編輯：陸廣品