中美能源庫茲涅茨曲線研究

摘要：中國與美國能源庫茲涅茨曲線是存在的，中國將在人均GDP達到2萬美元左右到達能源消費總量拐點，產業結構變化影響較弱，經濟危機反而刺激了能源消費；美國在2007年前后已經到達拐點，第三產業產值與工業比值每提高1個百分點，會減少大約1百萬噸標準煤，每次經濟危機會減少當年3千萬噸標準煤。通過對比可知，目前中國屬于高能耗模式，不利于可持續發展，應對經濟危機應發揮市場自身的調節作用，從而達到優勝劣汰實現結構轉型。

關鍵詞：能源庫茲涅茨曲線；正交偏最小二乘回歸；能源消費總量；經濟危機

中圖分類號：F062.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-3890（2013）03-0069-06

一、引言

經濟增長與能源消費之間的關系是當前世界各國面臨的主要問題之一，如果說環境污染問題是經濟發展的“軟約束”，那么能源則是經濟發展的“硬約束”，可以毫不夸張地說，能源是當前經濟發展的先決條件。雖然關于環境污染與經濟增長的關系研究已經比較深入，而且證實了環境庫茲涅茨曲線的存在性，為各國經濟發展提供了政策依據，但是對于引起環境問題的能源消費顯然沒有引起學術界足夠重視，能源消費是否也存在相似的“庫茲涅茨效應”？中國能否進入“庫茲涅茨”下降階段？為實現這個目標究竟如何實施宏觀調控？這是本文要探討和解決的主要問題。

庫茲涅茨曲線最早源于美國經濟學家西蒙·史密斯·庫茲涅茨（Simon Simith Kuznets，1955），他依據推測和經驗提出了經濟發展與收入差距變化關系的倒U型曲線假說，是發展經濟學的一個重要概念[1]。1990年，美國經濟學家普林斯頓大學的教授格魯斯曼（Gene M. Grossman）和克魯格（Alan B. Krueger）將庫茲涅茨曲線假說應用于經濟與環境領域中，驗證了北美自由貿易協定（NAFTA）的環境效應中存在的環境與收入的倒U型關系；首次將環境相關變量與人均GDP關系的曲線作為研究對象，預測政府開始向環境保護政策施壓的時間點——即環境庫茲涅茨曲線的拐點[2]。1993年，哈佛大學終身教授西奧多·帕內約托（Theodore Panayotou）選取環境質量指標二氧化硫，采用1982—1994年30個發達國家的歷史數據，其分析結論是：庫茲涅茨所提出的經濟增長與收入差異之間存在的倒U形曲線關系能較好地模擬可能存在的經濟增長與環境污染水平之間的關系，并將這條曲線命名為環境庫茲涅茨曲線（Environmental Kuznets Curve，簡稱EKC）[3]。庫茲涅茨曲線在經濟發展與環境中的應用已經十分成熟，并且在各個領域得到驗證。

目前，由于能源消費與環境污染有直接的因果關系，因此學者們對于能源消費與經濟增長變動的研究主要是從二者相互變動關系角度進行的，對于從能源的角度分析能源消費與經濟增長的EKC的研究并不多見。Vivek Suri和Duane Chapman（1998）通過計量經濟學量化的效果，采用跨國和時間序列數據，分析了經濟增長、貿易和能源三者之間的關系[4]。研究表明：雖然處于工業化中后期國家增加對制成品的出口能夠增加能源需求，但是前者的增長速度更快，符合環境庫茲涅茨曲線假說。T. Luzzati和M. Orsini（2009）基于1971—2004年對113個國家的能源消費與人均GDP的關系進行了研究，研究表明：很多國家并不呈現倒U型，而且如果把世界作為一個整體來看，兩者關系單調正相關，并不能支持能源庫茲涅茨假說[5]。劉揚、陳劭鋒等（2008）通過對28個發達國家1970—2004年間的人均能源消費、能源消費總量和人均GDP數據進行了回歸分析，研究發現：28個發達國家中有17個國家出現人均GDP與人均能源消費以及人均GDP與能源消費總量之間的倒U形，其中有10個國家出現拐點，但是美國、日本等世界重要的發達國家并未呈現倒U型，能源消費還存在著其他影響因素[6]。趙曉罡和薛繼亮（2011）通過對建國以來（1953—2008年）能源消耗和經濟增長的動態關系研究，運用能源庫茲涅茨曲線（Energy Kuznets Curve，簡稱EyKC）模型，發現我國能源消耗和經濟增長呈先倒U型后正U型（N型）[7]。王虹（2011）采用1980—2009年52個國家數據進行分析，通過將52個國家分別劃分為高收入、中等收入以及低收入國家進行研究，結果表明：隨著收入水平的提高，各國EyKC由倒U型左半部上升通道逐步向頂部趨近，直至進入EyKC的下降通道，我國屬于中等收入行列并于2016年能源消費達到拐點（55.43億噸標準煤）[8]。

綜上所述，能源庫茲涅茨曲線以環境庫茲涅茨曲線原理為基礎，探討一國在經濟發展過程中GDP增長與能源消費的關系是否呈現倒U型，即反映了經濟增長對能源的依賴程度變化。其關系變化主要分為三個階段。在經濟發展初期，能源消費較低，但其能源消費量會隨經濟增長而加劇，此階段屬于上升階段；當該國經濟發展達到一定水平后，能源消費達到最高點；通過倒U型曲線頂點后，能源消耗量呈下降趨勢。因此，EyKC分為三種形式（如圖1）：

第一種形式，曲線峰度很大，即高能耗高排放模式。這種模式在發展第一階段不注重能源效率提高，能耗很高，按EKC假說來說，就是“先污染后治理”，例如歐美、日本等發達國家的能源消費與經濟增長都經歷過這個階段。在能源日益緊缺的情況下，這種模式顯然不利于我國經濟可持續發展。

第二種形式，瓶頸模式。在經濟高速增長階段，如果能源消耗始終增大，并沒有制度和技術改進的情況下，經濟增長的路徑就會因為能源約束受到阻礙，不能順利向前發展，并呈現向后彎曲的形態。這會使經濟增長在人均收入到達第三階段前停滯不前，使經濟增長遲遲不能進入第三階段。此時，庫茲涅茨曲線的斜率趨向于無窮大，由于能源的日益減少，人均收入增長將處于長期的停滯狀態，陷入低收入陷阱，經濟無法進入低碳階段[9] [10]。

第三種形式，低能耗低碳模式。曲線峰度較小，能源對GDP的貢獻度較低，經濟發展過程中能耗較小，能以最小的能源消耗實現經濟順利由高能耗向低能耗轉型，有利于經濟可持續發展。

國內學者在對EyKC進行研究的時候，往往僅考慮能源消費與人均GDP的直接的動態關系，而忽略了產業結構改變、經濟危機對能源消費的影響，從中國和美國能源消費總量的時間序列圖我們可以看出，能源消費總量受很多因素的影響，因此，相對于外國學者考慮多方面影響因素，這種處理方法明顯是不足的。由于我國處于經濟發展轉型期，雖然以前學者論證了能源庫茲涅茨曲線在我國同樣是存在的，但是對于宏觀經濟結構方面因素考慮略不足，缺少具體的對比，這樣就會影響建模結果的有效性。同時由于美國與中國都是世界性大國，國內經濟與世界經濟息息相關，能源消費總量占據世界能源市場很大份額，并且美國曾經也經歷過“世界工廠”這一階段，因此選用美國與中國比較更具現實意義。

筆者在以前學者研究的基礎上，分別基于1949—2010年美國相關數據以及1980—2010年中國數據，相對于傳統的能源庫茲涅茨曲線方程加入了產業結構方面的變量（制造業、交通運輸業、第三產業）以及外生變量（經濟危機），并且在建模方法上創新性地運用正交偏最小二乘回歸，使得模型更加精確可靠。美國數據選擇二戰后期對于中國未來的經濟發展具有很好的借鑒意義。

二、能源庫茲涅茨曲線模型與正交偏最小二乘法（Orthogonal PLS）

（一）變量選取

為了反映經濟結構變化下的能源消費與人均GDP是否存在庫茲涅茨曲線效應（即能源庫茲涅茨曲線是否存在），筆者在國外學者研究的基礎上結合我國自身的發展特點，選取了第三產業產值與工業產值之比作為考察產業結構的變量以及經濟危機作為虛擬變量加入模型中，其中加入產業結構變量有助于比較中美兩國的能源消耗關系，為我國可持續發展提供借鑒。同時經濟危機是與市場經濟相伴而生的，是一個不可避免的經濟現象，是市場經濟積極作用的副產品，對能源消費有顯著影響，因此虛擬變量的選取考慮了二戰后期六次世界性經濟危機（參照馬克思主義基本原理概論），經濟危機期間設為-1，正常期間設為0，經濟危機依次為1957—1958年、1973—1975年、1980—1982年、1990—1991年、2000—2001年、2008—2009年，其中中國由于2001年12月正式加入世貿組織，因此全球經濟危機影響僅選取2008—2009年。

（二）能源庫茲涅茨曲線模型

由中國與美國能源消費與人均GDP關系的軌跡變動散點圖，我們可以發現，兩者的關系并不是單純的倒U型，而是呈現S型彎曲，表明因變量與自變量呈現立方關系。因此為了提高擬合精確度，本文采用三次方程進行擬合，擬合模型如下：