能源價格、碳排放量與經濟增長的聯動效應研究

趙建輝

（中國地質大學 （北京）地球科學與資源學院，北京100083）

能源作為經濟增長的重要因素，在促進經濟增長的同時，會產生大量的溫室氣體。溫室氣體中排放量最多，影響最大的是二氧化碳。20世紀中期以來，隨著溫室氣體的濃度不斷增加，造成了許多極端氣候和嚴重的生態問題。國際社會普遍認為減少溫室氣體尤其是二氧化碳排放是解決全球氣候生態問題的最佳途徑。

改革開放以來，我國經濟發展取得了舉世矚目的成就，已經躍居為世界第二大經濟體。但長期以來我國經濟一直是粗放發展模式。根據德國可再生能源研究所研究報告，2011年中國二氧化碳排放量居世界第一，為89億t，遠遠高于位居第二位美國的二氧化排放量，其排放量為60億t。我國在參與《聯合國氣候變化框架公約》活動時遭到的壓力越來越大，若處置不當將影響我國的國際形象和地位。

根據國外相關研究表明能源價格對碳排放量的影響較為顯著。但我國能源價格在較大程度上受政府行政指令的干預，對碳排放量影響如何，需作進一步研究。另外能源作為經濟發展過程中的一種重要原材料，其價格的上漲對國民經濟各個方面都會產生影響。因此，應該對能源價格變動引起的社會經濟問題予以高度重視。本文主要對能源價格、碳排放量和經濟增長三者之間的關系進行探討，以便制定相關政策。

1 國內外研究概述

國內外有關能源價格、碳排放量和經濟增長之間關系的研究，主要分為以下三個方面。

1.1 能源價格對宏觀經濟的影響

1973年的石油危機，使國外學者開始研究能源價格對經濟發展的沖擊。具有代表性的是Gisser和 Goodwin（1986）［1］，二人研究表明美國經濟和石油價格之間存在負相關關系；Darby（1982）［2］、Burbidge和 Harrison（1984）［3］發現除美國之外的其他國家經濟和石油價格之間也存在負相關關系；Jones和Leiby（1996）［4］通過實證分析發現石油價格和GNP之間的彈性系數約為－0.05；Hamilton和 Herrera（2004）［5］、Hamilton（2005）［6］研究發現幾乎每次經濟衰退之前都有石油價格飆升的現象。

國內學者楊柳、李力（2006）［7］對我國能源價格變動對通貨膨脹和經濟增長的影響進行了實證分析，研究表明三者之間存在長期均衡關系，短期內能源價格變動對我國經濟增長有負方向沖擊；胡宗義等（2008）［8］發現提高能源價格都能顯著降低能源強度，能源價格的提高對會經濟帶來較大的負面影響。

1.2 經濟增長對碳排放量的影響

對于經濟增長和碳排放量之間關系最具有代表性的研究成果是環境庫茲涅茨曲線（EKC）。美國經濟學家Gene Grossman和Alan Krueger（1991，1994）將庫茲涅茨曲線應用于環境領域的分析中，通過對多個國家的水污染和環境污染變動情況進行追蹤，得到隨著GDP的增加環境污染會先惡化后改善，從而提出了“環境庫茲涅茨曲線（EKC）”。國外學者 Hill和 Magnani（2002）［9］研究表明存在倒 U型的EKC，收入水平的拐點接近收入分配的上端。Neumayer（2002）［10］研究表明存在倒 U 型 EKC，并且轉折點在GDP價值范圍外。Birgit Friedl和Michael Getzner（2003）［11］對奧地利的環境庫茲涅茲曲線進行檢驗，研究表明國內生產總值和二氧化碳排放呈 N 型關系。Hiroki Iwata等（2010）［12］通過實證分析也證明了倒U型的EKC的存在。

國內學者杜婷婷等（2007）［13］通過實證分析發現碳排放和經濟增長之間是三次曲線方程關系。胡初枝（2008）［14］通過因素分析模型發現碳排放和經濟增長之間呈現“N”型關系。付加鋒等（2008）［15］研究了單位GDP的二氧化碳排放量與人均GDP之間關系，研究表明兩者之間存在EKC。任重、周云波（2009）［16］對環渤海地區人均GDP和工業廢氣排放量之間的關系進行研究，研究表明兩者之間呈現整體向上的倒“N”型的曲線特征。林伯強、蔣竺均（2009）［17］用時間序列分析方法研究了二氧化碳排放量，并對我國未來二氧化碳排放量進行預測。韓玉軍、陸旸（2009）［18］對165個國家進行實證分析，研究表明收入水平不同的國家其EKC也不同。

1.3 能源價格對碳排放量的影響

研究能源價格對碳排放量影響的學者較少。祝婧然（2011）［19］初步探究能源價格波動對中國碳排放量的調節作用，能源價格會對碳排放量產生不同程度的調節作用。何凌云、林祥燕（2011）［20］研究發現：我國能源價格通過影響經濟結構進而作用于碳排放的路徑存在阻滯，而能源價格通過經濟總量和能源效率對碳排放產生有效的通向和反向調節。

由此可見，國內外學者僅是對三個變量兩兩之間的關系進行研究，但在現實生活中三者之間的關系是一個系統，本文利用計量經濟學中的協整、VAR模型以及脈沖響應函數對三者之間的動態關系進行分析。

2 實證分析

2.1 變量選擇和預處理

本文采用1953～2011年我國相關經濟數據進行實證分析，樣本數據均由歷年《中國統計年鑒》、《中國能源統計年鑒》和《新中國五十五年統計資料匯編》相關統計數據整理和計算而得。選取能源價格、碳排放量和國內生產總值三個指標，分別用EP、CL和GDP表示。由于我國目前沒有專門公布的能源價格，本文采用原材料、燃料、動力購進價格指數來表示能源價格。由于我國目前沒有碳排放量的官方統計數據，本文采用因素分解法，將碳排放量的影響因素分為規模、結構和技術三個方面，碳排放量的計算公式為

式中：C表示碳排放量；E表示能源消費總量；Ci表示第i種能源的碳排放量；Ei表示第i種能源的消費量；Si表示第i種能源在能源消費總量中所占比重；Fi表示第i種能源的排放系數（強度）。各類碳源排放系數如表1所示。

表1 各類碳源排放系數

為消除時間序列異方差的影響，我們分別對變量EP、CL和 GDP取對數，記為 LEP、LCL和LGDP。利用Eviews軟件，我們可以得到三個變量LEP、LCL和LGDP的變化趨勢圖如圖1所示。

圖1 1953～2011年LEP、LCL和LGDP的變化趨勢圖

從圖1我們可以看出，LCL和LGDP這兩個變量呈現逐年上升的趨勢，說明這兩個變量的時間序列數據都是非平穩序列，而LEP沒有明顯的趨勢，初步判斷LEP是平穩序列。對變量LCL和LGDP進行一階差分，一階差分后的序列變化趨勢如圖2所示。

從圖2中可以看出LGDP和LCL一階差分后兩個序列沒有明顯的上升或下降趨勢，因此初步判斷LGDP和LCL兩個的一階差分為平穩序列。

2.2 實證分析

2.2.1 平穩性檢驗

大多數宏觀經濟時間序列是非平穩序列，本文采用Dickey ＆Fuller（1981）提出的ADF檢驗來對三個變量進行平穩性檢驗，由AIC和SIC準則來確定滯后階數，檢驗結果如表2所示。

圖2 1953～2011年LEP、DLGDP和DLCL的變化趨勢圖

表2 變量LEP、LCL和LGDP平穩性檢驗結果

從表2中可以看出，一階差分后的DLEC和DLCL兩個序列的ADF值均大于各自1%、5%和10%臨界值，并且P值都小于0.05，拒絕單位根假設，說明兩個序列都是平穩序列。DLEC和DlCL表示能源消費和碳排放量的增長率。能源價格LEP的ADF值小于5%和10%臨界值，并且P值大于0.05，拒絕單位根假設，說明能源價格是平穩序列。因此，DLGDP、DLCL和LEP都是同階單整，即I（0）。

2.2.2 協整分析

雖然有些時間序列是非平穩的，但是它們的某種線性組合卻是平穩的，這種線性組合反映了變量之間的長期穩定關系，稱為協整關系。因此協整揭示了變量之間的長期穩定均衡關系，在這一關系下任何變量的短期偏離最終會回到長期均衡路徑上來。協整分析要求時間序列變量為同階單整。本文所用的三個變量都是I（0），滿足協整分析的要求。本文采用Johansen協整檢驗對三個變量之間的關系進行分析。Johansen協整檢驗結果如表3所示。

表3 變量LEP、DLCL和DLGDP協整檢驗結果

通過表3可以看出，在5%顯著性水平下，變量之間沒有協整關系、最多有1個協整關系、最多有2個協整關系的假設都被拒絕，因此三個變量之間存在兩個以上的協整關系，也就是說變量之間都互為聯動效應。

下文建立VAR模型進一步研究三者之間的關系。

2.2.3 格蘭杰因果檢驗

VAR模型的一個重要應用是分析經濟時間序列變量之間的因果關系。格蘭杰（Granger）因果關系檢驗實質上是檢驗一個變量的滯后變量是否可以引入到其他變量方程中。一個變量如果受到其他變量的滯后影響，則稱它們具有Granger因果關系。表4顯示了變量LEP、DLCL和DLGDP之間的格蘭杰因果檢驗結果，滯后階數根據AIC和SC準則確定。

從表4中可以看出，能源價格是經濟增長的格蘭杰原因，這說明我國能源價格對經濟發展有一定程度的影響；碳排放量與能源價格之間并不存在因果關系；經濟增長是碳排放量的格蘭杰原因，這說明我國經濟增長導致碳排放量增多，我國經濟是由能源高消費、高污染推動的。

2.2.4 VAR模型

向量自回歸（VAR）是基于數據的統計性質建立模型，VAR模型把系統中每一個內生變量作為系統中所有內生變量的滯后值的函數來構造模型，從而將單變量自回歸模型推廣到由多元時間序列變量組成的“向量”自回歸模型。VAR模型的優點主要是該模型中的所有變量都是內生變量，避免了在模型構建過程中區分內生變量與外生變量而出現指定誤差的問題。

滯后階數的確定是VAR模型中的一個重要問題。在選擇滯后階數p時存在一個矛盾：為完整反映模型的動態性，希望滯后階數p足夠大，但滯后階數越大，模型中需要估計的參數就越多，模型的自由度就會減少。所以在選擇滯后階數時要綜合考慮，本文采用Lag Length Criteria和Ar Roots Graph來確定滯后階數，見表5。滯后3階的Ar Roots Graph見圖3。

表4 變量LEP、DLCL和DLGDP格蘭杰因果關系檢驗結果

表5 Lag Length Criteria確定滯后階數

圖3 滯后3階的Ar Roots Graph

通過表5可以看出選擇滯后3階最好。

從圖3可以看出，在滯后3階的情況下，所得單位根都在單位圓內，選擇VAR模型滯后階數為3是合適的，得到相應的VAR（3）模型。下面利用脈沖響應函數繼續考察三者之間的聯動關系。

2.2.5 脈沖響應函數

通過前面協整檢驗知，VAR模型中三個時間序列是協整的，這說明此模型中的三個變量從長期來看具有均衡的關系，但在短期內會受到隨機干擾的影響，這些變量有可能偏離均衡值，但這種偏離是暫時的，最終會回到均衡狀態。從前面格蘭杰因果檢驗看，能源價格對碳排放量之間不存在因果關系，對能源價格一個沖擊會影響經濟增長，對經濟增長一個沖擊會影響碳排放量，并且通過VAR模型的動態結構傳導給其他所有的內生變量。脈沖響應函數就是用于衡量這種來自隨機擾動項的一個標準差沖擊對變量當前和未來取值的影響軌跡，它能夠比較直觀地刻畫出變量之間的動態交互作用及其效應。上述建立包含三個內生變量的三階VAR模型，經過檢驗，模型是顯著的。

圖4給出了2個變量的沖擊對經濟增長的影響程度。圖4中，橫軸表示沖擊作用的滯后期間數（單位：年度），縱軸表示經濟增長，實線表示脈沖響應函數，代表了能源價格和碳排放量對經濟增長的沖擊反應，虛線表示正負兩倍標準差偏離帶。

從圖4中可以看出，給能源價格一個標準差的沖擊，經濟增長在前4期內呈上升趨勢，第4期達到最大值0.0244，從第4期開始逐漸下降，大約到第20期達到均衡狀態。這說明了能源價格波動會立刻傳導到經濟增長上，開始能源價格上升對經濟增長具有正效應，隨后效應會逐漸下降直至平穩。經濟運行實際情況也說明了這一點，能源價格開始上升會帶來溫和通貨膨脹，溫和通貨膨脹會促進經濟增長加快，隨后這種影響將逐漸減弱。由于我國能源價格是受政府管制，能源價格對經濟增長的影響有限。

圖4 給LEP和DLCL沖擊對經濟增長的脈沖響應函數圖

給經濟增長一個標準差的沖擊，在前4期內對碳排放量的影響由正效應逐漸下降為負效應，第4期達到最小值－0.0369，隨后開始上升在0軸附近波動。這說明了經濟增長的波動會立刻傳導到碳排放量上，開始經濟受到沖擊后碳排放量會下降，隨著時間的推移經濟受到的沖擊對碳排放量越來越小。

3 結論

本文對我國能源價格、碳排放量與經濟增長之間的關系進行實證研究，主要得到以下結論。

1）在5%的顯著性水平下，能源價格、碳排放量與經濟增長之間存在長期均衡關系，說明我國能源價格、碳排放量與經濟增長之間的相互依存關系是客觀存在的。

2）格蘭杰因果檢驗表明，能源價格是經濟增長的格蘭杰原因，說明能源價格的變化在一定程度上影響我國經濟發展狀況；經濟增長是碳排放量的格蘭杰原因，說明我國經濟增長主要還是依靠高能耗、高污染的工業拉動的；能源價格與碳排放量之間不存在格蘭杰原因，說明長期以來我國對能源實行價格管制，對碳排放量的影響并不明顯。

3）通過脈沖響應函數考察我國能源價格與經濟增長之間的動態關系，發現給能源價格一個標準差的沖擊，經濟增長在前4期內呈上升趨勢，第4期達到最大值0.0244，然后開始下降，大約到第20期達到均衡狀態。

4）通過脈沖響應函數考察我國碳排放量與經濟增長之間的動態關系，給經濟增長一個標準差的沖擊，對碳排放量的影響由正效應逐漸下降為負效應，第4期達到最小值－0.0369，隨后開始上升在零軸附近波動。說明經濟增長的波動會立刻傳導到碳排放量上，開始經濟受到沖擊后碳排放量會下降，隨著時間的推移，對碳排放量的影響越來越小。

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