城鎮化中能源消費與二氧化碳排放研究
——基于省級面板數據的實證檢驗

王小斌，邵燕斐

（1.五邑大學經濟管理學院，廣東 江門 529020； 2.暨南大學經濟學院，廣東 廣州 510632；3.華中科技大學公共管理學院，湖北 武漢 430074）

城鎮化中能源消費與二氧化碳排放研究
——基于省級面板數據的實證檢驗

王小斌1，2，邵燕斐1，3

（1.五邑大學經濟管理學院，廣東 江門 529020； 2.暨南大學經濟學院，廣東 廣州 510632；3.華中科技大學公共管理學院，湖北 武漢 430074）

文章擴展了STIRPAT模型，使用1995-2011年中國30個省級面板數據，研究中國城鎮化進程在全國以及區域層面上對能源消耗的需求變化與二氧化碳排放的影響效應。研究結果表明：在全國層面上，城鎮化增加了對能源消費的剛性需求且對二氧化碳排放具有顯著的正向影響。同時，城鎮化對二氧化碳排放量影響有明顯的區域差異：在東部地區，城鎮化水平的提高增加了二氧化碳排放量，但在中西部地區，城鎮化水平的提高減少了二氧化碳排放。基于以上結論，文章探討了未來中國城鎮發展的相關對策：適當控制土地城鎮化發展速度，積極探索低碳城鎮化發展模式，培養市民良好的低碳生活方式，優化與調整地區產業結構與能源消費結構。

土地城鎮化；能源消耗；碳排放；面板數據

一、研究背景

隨著全球資源的日益枯竭與溫室氣體排放帶來的氣候變化，生態問題越來越引起世界各國的廣泛關注。能源不僅是人類社會發展的動力來源，也是現代城鎮化發展的基本動力基礎，城鎮化的進程需要大量資源能源作為支撐并不可避免產生大量廢氣排放。新型城鎮化是有利于可持續發展的城鎮化，其本質就是在資源約束前提下，實現城鎮化的穩健、快速與可持續發展。可見，城鎮化、能源消費與環境污染之間存在著密切的邏輯關系。從上個世紀90年代以來，中國城鎮化突飛猛進，城鎮率從1990的年26.4%上升到2012年的52.57%，年均約提高一個百分點。從世界各國城市發展規律來看，隨著城市化進程的發展、生活水平的提高與城市基礎設施投資的增加，必然導致能源消耗及鋼鐵、水泥、玻璃等高碳排放產品消費的迅速增加。同時，從中國目前的能源結構來看，煤炭占70%，石油占19%，天然氣僅占5%，天然氣作為清潔能源在能源結構中比重偏低，而煤炭和石油作為高污染能源比例過大（中國能源統計年鑒，2012）。城市化不僅是大量農村人口轉移到城市的過程，還包括經濟轉型與產業結構升級的過程，必然伴隨著大規模的城市基礎設施建設投資，導致了大量的能源消費，給資源、環境、生態帶來巨大的壓力。中國典型的城鄉二元化結構導致城鄉經濟發展極不平衡，城鎮地區消費了全國總能源的75.15%，城鎮居民人均能源消費是農村居民的6.8倍(Shobhakar，2009)[1]。Liu等(2011)[2]發現了中國35個特大城市的人口僅占全國人口18%，但貢獻了40%的二氧化碳排放量，城鎮居民的二氧化碳排放量占到全體居民排放量的73%。可見，城鎮化在中國能源消耗與二氧化碳排放扮演了重要的角色，中國節能減排的壓力主要在城鎮地區。隨著新一輪城鎮化浪潮的到來，不可避免造成能源消費剛性需求與二氧化碳排放量的增加。在1995-2012年期間，中國的城鎮率由29.04%上升到52.57%，總能源消費量從131176萬噸標準煤增加到361732萬噸標準煤，二氧化碳排放量從327021.76萬噸增加到901797.87萬噸。未來幾十年里，中國能源供需失衡的矛盾將變得愈加尖銳，節能減排的壓力將進一步加大，能源供需與環境污染將成為制約經濟增長和城市化推進的主要因素。因此，在此形勢下研究城鎮化與能源消費、環境保護交互耦合的脅迫與約束機制，認清三者交互影響的規律性，從而為實現在城鎮化進程中提高人居環境質量，科學制定城市可持續發展政策提供科學依據，具有非常重要的理論意義和現實意義。

二、文獻綜述

從世界各國城市發展規律來看，城市化進程是影響能源需求與二氧化碳排放的重要因素。總結現有的研究，主要從國家層面、城市層面與居民家庭生活消費層面來研究城鎮化、能源消費與二氧化碳排放之間的關系(Poumanyvong等，2010)[3]。在國家層面上，Ying Fan等(2006)[4]使用了STIRPAT模型，利用1975-2000年國家級面板數據實證研究全球149個國家城鎮化與二氧化碳排放之間的關系，發現高收入國家城鎮化對二氧化碳排放貢獻最大，其次是低收入國家，中等收入國家城鎮化對二氧化碳排放影響最小。Maruotti等(2011)[5]使用1975-2003年43個發展中國家面板數據，發現城市化對能源消費具有顯著影響作用，且城市化與二氧化碳排放量呈倒U形關系。一些學者則從城市層面研究城鎮化對能源消費與二氧化碳排放的影響，Ali等(2012)[6]論證了巴基斯坦的拉合爾市行政區城鎮化水平提高增加了能源消費與二氧化碳排放量，其原因是城鎮化導致了該地區農業和種植區面積減少。然而，Lariviere等(1999)以加拿大的城市為例，認為城鎮化有利于降低能源消費，城鎮化與人均能源消費成反比例關系。在居民消費層面上，Pachauri等(2008)[7]研究了亞洲一些國家的數據，認為印度農村居民的能源消費超過了城鎮居民的能源消費。Nansaior等(2011)論證了在泰國東北部城鎮化對能源消費具有正面影響效應。隨著中國城鎮化進程加快、能源緊缺與二氧化碳排放量飛速增長，近年來也出現了以中國作為研究對象的相關文獻。一些學者認為城鎮化是中國能源消費與二氧化碳排放量增加的驅動因素，能源使用效率低下、缺乏相能技術、環保意識不強(Fan et al.，2006；Li and Yao，2009)是重要原因。Feng等(2011)發現中國城鎮居民能源消費與二氧化碳排放量高于農村居民，2008年中國城市居民人均碳排放為1.28tCO2，農村居民人均碳排放為0.27tCO2。林伯強等(2010)使用中國1978-2008年時間序列數據，對城市化發展不同階段的碳排放影響因素進行了研究，證實了城市化提高增加了中國碳排放量。

縱觀這些研究，學者們對城市化與能源消費、碳排放之間的關系做了一定研究，但存在以下不足之處：主要是基于國家層面的時間序列數據或面板數據進行研究，而較少研究一國內部不同地區層面的城市化水平對能源消耗與碳排放的影響效應，忽視區域間能源稟賦與經濟發展水平的事實，可能會導致模型估計有偏性。再者，現有文獻計算二氧化碳排放的指標多種多樣，這些指標均存在一定的不足，有必要采用多種指標來研究城鎮化對中國二氧化碳排放的影響效應，才能確保獲得更加穩健的研究結論。另外，在城市化指標的選擇上，已有研究主要使用人口比重作為城市化的衡量指標，運用綜合的城市化指標對城市化水平對碳排放之間關系進行研究不多。考慮到中國幅員遼闊，在資源稟賦上具有明顯的地區差異，且不同地區城鎮化發展模式也千差萬別，文章認為很有必要從全國與地區層面上研究城市化、能源消費與二氧化碳排放之間的關系。在已有文獻的基礎上，文章擴展STIRPAT模型并使用1995-2011年中國30個省級面板數據，分別研究城鎮化建設在全國以及區域層面上對能源消耗與二氧化碳排放的影響效應。文章內容安排如下：第二部分為文獻綜述；第三部分是模型設立與數據說明；第四部分是實證檢驗與結果討論；第五部分是結論與建議。

三、模型設定

1.計量模型介紹

經典的IPAT模型認為人口規模、經濟發展、技術水平會對環境產生重要影響。因此，在研究人類活動對環境產生的影響與壓力時，我們通常使用IPAT模型，但傳統的IPAT模型是一個會計恒等式，無法直接用于實證。在文章中使用了Dietz and Rosa(1991)提出的IPAT擴展模型，即STIRPAT模型。

其中，I表示環境影響，P表示人口規模，A表示財富水平，T表示技術水平。α為模型系數，b、c、d為各自變量指數。為了研究城鎮化對能源消費與二氧化碳排放量的影響效應，構建以下兩個模型：

其中，i和t分別表示地區和年份；CON代表能源消費，CO2表示二氧化碳排放量，URB代表城鎮化，GDP為經濟增長，IND表示第一產業占GDP比重，SER代表第三產業占GDP比重，POP為人口規模，EI為能源強度，uit表示非觀察的地區固定效應，用來測量地理特征、排放模式、消費習慣等因素對CO2排放的影響，δit為誤差殘差項。式(2)、(3)中的所有變量均采用自然對數形式，所以α與β的系數估計值都可以直接視為彈性。

2.數據來源及處理方法

（1）能源消費總量(CON)。城鎮化的實質是農村人口向非農產業和城鎮轉移的過程，表現為人口向城市集聚、城市數量增加、城市規模擴大以及城市現代化水平的提高。城鎮化伴隨著能源消耗增長速度加快與需求剛性，二者之間存在著緊密的邏輯關系，我們用各省每年標準煤作為此變量，單位為百萬噸標煤。

（2）二氧化碳排放量(TCO2)。由于中國目前尚未公布省級層面的碳排放數據，只能通過聯合國政府間氣候變化專業委員會(IPCC)公布的碳排放系數和相關統計年鑒進行估算。本文采用IPCC(2006)方法估計中國省級1995-2011年二氧化碳排放量。，其中，CO2表示二氧化碳排放量，i分別表示煤炭、天然氣、焦炭、燃料油、汽油、煤油、柴油7種化石燃料；EI表示7種化石燃料的消耗量；NCV為燃料平均低位發熱量；CEF為燃料碳排放系數，COF為碳氧因子（通常為1），3.67為CO2與C的分子量比率，各種燃料消耗量與相關系數來自《中國能源統計年鑒》與IPCC (2006)。

（3）城鎮化(URB)。城市化伴隨著大規模增加城市基礎設施與商業住宅的建設與投資，從而拉動高能耗、高污染的鋼筋與水泥需求，加大節能減排壓力。但是，城市化的發展又會帶來人口密度提高與基礎設施使用規模經濟，可能會減少二氧化碳排放。現有文獻通常使用城鎮人口占總人口的比重代表城鎮率，但是中國城鎮人口統計是建立在戶籍制度基礎上，簡單以城鎮人口代表城市化的水平會低估城市化的真實水平，本研究借鑒陸銘等(2004)的做法，用非農業人口在總人口的比重表示城鎮化水平。

（4）經濟增長(PGDP)。經濟增長一方面會直接帶來更多的能源消費與環境污染，另一方面可能伴隨經濟結構變化與技術進步,從而緩解污染影響。因此，GDP是影響碳排放的一個重要因素，且兩者之間可能存在著非線性關系。為消除價格因素帶來的誤差，文章以1995年為基期的CPI對數據進行平減。

（5）產業結構（IND與SER）。GDP相近的兩個省由于產業結構不同，碳排放量可能存在較大的差異，例如2007年山西省與湖北省人均GDP相當，但山西的第二產業占GDP比約為60%，湖北為43%，因此山西的人均CO2排放量比湖北高出很多。鑒于目前產業結構失衡已成為中國能源消費快速增長的重要原因，我們分別用第二產業、第三產業總產值占當年GDP總值來衡量產業結構與碳排放之間的關系。

表1 主要變量統計與描述

（6）人口規模(POP)。城鎮化是人類社會生產和生活的空間聚集，表現為城市人口總量快速增長方面與人口在狹小區域內的密集居住，較多的人口可能會對能源產生越來越多的能源需求，導致溫室氣體排放越來越多，用各地區年末總人口表示人口規模。

（7）能源強度(EI)。能源強度是能源利用與經濟或產出之比，在國家層面，能源強度是國內一次能源使用總量或最終能源使用與國內生產總值之比，使用CON/GDP表示EI。

本研究采用1995-2011年全國30個省、自治區、直轄市的面板數據作為樣本進行回歸（不包括香港、澳門、臺灣，并剔除數據缺失嚴重的西藏地區）。同時將各省GDP換算成1995年不變價格，對所有變量均進行自然對數處理以消除異方差，所有數據均來自《中國能源統計年鑒》、《中國統計年鑒》、《新中國60周年統計資料匯編》、中經網統計數據庫等。

四、模型估計結果與分析

1.模型檢驗方法說明

我們分別使用全國總樣與三大區域樣本數據，并依次采用五種估計方法檢驗城鎮化對能源消費與二氧化碳排放量的影響效應：固定效應(FE)、可行廣義最小二乘估計(FGLS)、面板校正標準誤差(PCSE)、Driscoll-Kraay標準差(DK)、雙向固定效應(Two-WayFE)，估計結果如表2～表4所示。由于篇幅關系，對地區樣本檢驗時我們僅列出固定效應(FE)與Driscoll Kraay標準差(DK)檢驗結果。首先，檢驗各解釋變量之間的相關系數，發現各變量間相關系數大多小于0.3，只有LURB與LIND之間的相關系數大于0.6。其次，為減輕模型異質性偏差，我們使用了固定效應檢驗，但是使用Wooldridge經驗規則進行檢驗時，發現固定效應模型存在著自相關，且使用Pesaran(2004)方法進行檢驗時，存在橫截面相關性。為克服這些問題，我們采用了可行廣義最小二乘估計(FGLS)方法，但是這種方法要求面板的時間緯度至少要與截面緯度一樣大，而本文數據為大N小T，會影響到估計結果的準確性，因此我們采用了PCSE估計方法。同時考慮到此面板數據截面數N遠大于時間T，即當T/N較小時，這一方法則不夠精確。為克服了PCSE在截面數N較大情況下不夠準確的問題，我們使用Driscoll Kraay漸近有效的非參數協方差矩陣估計方法。而且，進一步使用Driscoll Kraay估計方法考察其方差膨脹因子，發現全部小于10，表明模型多重共線性并不嚴重。最后，為了獲得更穩健的估計效果，我們使用了雙向固定效應估計方法。

2.被解釋變量為能源消費的經驗實證

表2是基于全國樣本的城鎮化對能源消費影響效應的檢驗結果，城鎮化、經濟增長、第一產業、第三產業與人口數量的估計系數分別為0.407、0.547、1.428、-0.358、0.707，且均在10%水平下顯著。表明當其他變量不變時，城鎮化水平提高1%，全國能源消費量就會增加0.40%，意味著城鎮化在全國層面上與能源消費量成正比，城鎮化水平和能源消費具有很強的正相關性。

鑒于中國經濟發展極不平衡，不同地區的城鎮化水平具有顯著差異性，城市化水平可能會對不同地區的能源消費總量與能源消費結構產生不同影響。因此，進一步考察中國東、中、西三大區域的城市化水平與能源消費總量之間的關系，以揭示城市化水平對能源消費總量的區域特征。從表3可以看出，三大區域的城鎮化水平的提高均對能源消費總量產生了顯著的正向作用：在東部地區，城市化水平每提高1%，能源消費總量相應提高0.487%；在中部地區，城市化水平每提高1%，能源消費總量相應提高0.538%；在西部地區，城市化水平每提高1%，能源消費總量會相應提高0.675%。這表明城鎮化水平的提高對能源消費總量呈現出從西部、中部、東部地區逐步降低的梯隊分布。產生這一現象有其內在的原因，東部地區相對經濟發達、技術先進，基礎設施也比較完善，城市化水平的提高在改善了該地區產業技術結構、組織結構與產品結構的同時，也促進了城市居民生產生活方式的轉變和節能意識的提高。而在經濟相對落后的西部地區，由于缺乏技術創新、先進的組織結構、社會節能技術與節能意識，這些區域在能源消費上只能沿襲早期的粗放型消費路徑，從而加大了城市化對能源消費的依賴。研究表明：一方面，城市化帶來的工業化發展與人口膨脹會加大能源消費需求；另一方面，當城市化水平發展到一定階段后，技術創新和產業結構水平的提高又會降低城市化水平對能源消費的依賴。

表2 被解釋變量為能源消費的全國樣本估計結果

表3 被解釋變量為能源消費的分地區估計結果

3.被解釋變量為二氧化碳排放量的經驗實證

表4是基于全國樣本的城鎮化對二氧化碳排放量影響效應檢驗結果，城鎮化、經濟增長、第一產業、第三產業、人口數量與能源強度的估計系數分別為0.0788、0.625、0.0962、-0. 0942、0.983、0.779，除了IND外，其它變量均在10%水平下顯著。表明當其他變量不變時，城鎮化水平提高1%，全國二氧化碳排放量會增加0.079%，意味著在全國層面上城鎮化與二氧化碳排放量成正比。研究結果證實了中國城鎮化與二氧化碳排放量的彈性系數為0.085。

在區域層面上，東部地區城鎮化與二氧化碳排放量的回歸系數為正，且在5%水平上顯著，城鎮化提高1%，二氧化碳排放量增加0.1401%。同時，中西部城鎮化系數顯著為負，即該地區城鎮化發展顯著減少了碳排放。其原因可能是中西部地區經濟發展水平比較低，推動城鎮化有利于實現人口、技術、資金的空間集聚以及城市基礎設施使用規模經濟。其它變量也存在顯著地區差異，東、西部地區人口數量增加1%，這些地區二氧化碳排放量也會相應增加0.949%與0.811，但西部地區影響系數不顯著且為負。西部地區人均GDP對二氧化碳排放量的影響程度比東、中部地區大，在第一產業對二氧化碳排放量的影響方面，只有東、西部地區回歸系數顯著。在第二產業對二氧化碳排放量的影響方面，中、西部地區的回歸系數為負且在1%水平下顯著，而東部地區的回歸系數為正，符合理論預期。三個地區的能源強度對二氧化碳排放量影響的回歸系數分別為0.932%、0.737、0.889%，且在1%水平上顯著。

表4 被解釋變量為TCO2的估計結果

五、結論與建議

隨著工業化與城鎮化的迅速推進，不可避免造成中國能源消費的急劇增長與碳排放壓力的加大。在中國城鎮化取得巨大成就的同時，客觀評價城鎮化、能源消費與二氧化碳排放之間的關系具有重大的現實意義。文章采用1995-2011年中國省級面板數據，從全國及區域層面上分析城鎮化水平對能源消費與二氧化碳排放量的影響效應。研究結果表明：城鎮化水平在全國與區域層面上對能源消費均具有顯著的正向影響；城鎮化水平在全國層面上對二氧化碳排放具有顯著的正向作用，但是在區域層面上，城鎮化增加了東部地區二氧化碳排放量，降低了中西部地區二氧化碳排放。

以上結論對中國城鎮化進程的推進與節能減排政策的制定具有重要意義：首先，“大躍進”式的城市化運動造成中國能源消費需求與碳排放總量急劇增加，碳排放量增加速度超過城市化率的增長速度，有悖于建設低碳城市的目標。中國應該適當降低城鎮化速度，如果繼續盲目地把高城市化率作為衡量我國現代化水平，必然導致溫室氣體排放大幅度增加，對未來中國碳排放總量控制造成不利影響。其次，要實行地區差別的節能減排政策，充分考慮三大區域的經濟結構、產業結構與基礎設施建設水平。在交通系統和城市基礎設施比較優越的東部地區，政府應通過政策引導和制度設計積極合理的、適度的可持續消費方式，倡導消費行為由奢侈型向節約型轉變；在以高耗能的重工業為支柱的中部地區，需要積極進行產業結構調整，通過技術創新和新能源產業化，特別是使用新能源清潔技術以確保節能減排的成功；在西部地區，考慮到城市化對能源消耗的影響最強，大力發展綠色經濟、循環經濟和低碳技術，使用清潔能源替代傳統燃料勢在必行。再次，控制人口的增長對能源消費增長帶來的壓力是城鎮化進程減少二氧化碳排放量的重要途徑。政府要培養城鎮人口把節約型的能源消費視為美德的意識，強化低碳理念宣傳，增強全民低碳意識，利用廣播、電視、網絡、報刊等媒體，加大低碳生活宣傳力度，培育市民良好的低碳生活方式。最后，要積極調整產業結構和能源消費結構，把城市化進程作為調整產業結構的機會。為了給城鎮化發展提供清潔高效的能源保障，需要在控制總量的前提下，從根本上調整中國以煤為主的能源消費結構，提高新能源和可再生能源等清潔能源在終端能源消費中的比重。在城市化與工業化進程中推進產業結構和能源消費結構調整，改變現有能源高投入、高污染和低效率的模式，積極探索低碳城鎮化發展模式，制定符合中國國情的低碳城鎮化發展戰略，實現新型城鎮化可持續與協調發展。

[1]Shobhakar Dhakal.Urban Energy Use and Carbon Emissions From C-ities in China and Policy Implications[J].Energy Policy，2009.

[2]Lan-Cui Liu，Gang Wu，Jin-Nan Wang，et al.China's Carbon Emissions From Urban and Rural Households During1992-2007 [J].Journal of Cleaner Production，2011(19)：1754-1762.

[3]Phetkeo Poumanyvong，Shinji Kaneko.Does Urbanization Lead to Less Energy Use and Lower CO2Emissions?A Cross-country Analysis [J].Ecological Economics，2010(70)：434-444.

[4]Ying Fan，Lan-Cui Liu，Gang Wu，et al.Analyzing Impact Factors of CO2Emissions Using the STIRPAT Model[J].Environmental Impact Assessment Review，2006，26(4)：377-395.

[5]Inmaculada Martí nez-Zarzoso，Antonello Maruotti.The Impact of Urbanization on CO2Emissions:Evidence From Developing Countries[J]. Ecological Economics，2011，70：1344-1353.

[6]Ghaffar Ali，Vilas Nitivattananon.Exercising Multidisciplinary Approach to Assess Interrelationship Between Energy Use，Carbon Emission and Land Use Change in a Metropolitan City of Pakistan[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2012，16.

[7]Shonali Pachauri，Leiwen Jiang.The Household Energy Transition in India and China[J].Energy Policy，2008，36：4022-4035.

[8]Yi-Ming Wei，Lan-Cui Liu，Ying Fan，et al.The Impact of Lifestyle on Energy Use and CO2Emission:an Empirical Analysis of China's Residents[J].Energy Policy，2007，35(1)：247-257.

[9]成金華,陳軍.中國城市化進程中的能源消費區域差異—基于面板數據的實證研究 [J].經濟評論，2009(3)：38-46.

（責任編輯：FMX）

Research on Energy Consumption and Carbon Dioxide Emissions in China'，Urbanization——Empirical Study based on the Provincial Panel Data

WANG Xiao-bin1，2，SHAO Yan-fei1，3
（1.School of Economics and Management，Wuyi University，Jiangmen Guangdong 529020，China； 2.School of Economics，Jinan University，Guangzhou Guangdong 510632，China； 3.Huazhong University of Science and Technology，Wuhan Hubei 430074，China）

The paper extends the STIRPAT model and uses the 1995-2011 provincial panel data，analyses urbanization construction's impact on energy consumption and CO2emission effect in the national and regional level.The results show that urbanization increases the demand on energy consumption and CO2emissions in the national level.At the same time,urbanization's carbon dioxide emissions has obvious regional differences.Urbanization increases carbon dioxide emissions in the eastern region，but reduces carbon dioxide emissions in the central and western regions.Based the conclusions on the above，we discusses the countermeasures of future low carbon urban development in China， we should reduce the speed of land urbanization appropriately， use differently policy measures in energy-saving and emission-reducing in three regions，encourage good low-carbon lifestyle in public，actively adjust the industrial structure and energy consumption structure.

Land urbanization；Energy consumption；Carbon emission；Panel data

F273.1

A

1004-292X（2014）07-0019-05

2014-02-17

教育部人文社會科學規劃青年基金項目（13YJC810016）；廣東省哲學社會科學規劃學科共建項目（GD13XZZ05，GD12XZZ06）；廣東高校優秀青年創新人才培養計劃（育苗工程）項目（WYM11117）。

王小斌（1978-），男，福建漳州人，博士研究生，研究方向：政府規制；

邵燕斐（1979-），女，山東德州人，博士研究生，研究方向：科技管理政策。