中美比較視角的能源消費量與GDP關系實證研究

王斌會+何衛平

內容摘要：本文以1979-2012年的中美兩國的能源消費量和GDP數據為研究樣本，并運用協整分析法，考慮了非平穩性及誤差修正項的Granger因果檢驗法來研究中美兩國能源消費量與GDP之間關系的異同。實證研究表明：在長期，中美兩國都存在能源消費與GDP之間的長期均衡關系，相對于美國，中國的經濟增長與能源消費量之間的關系更加密切;在短期，中美兩國的能源消費與GDP之間均存在波動關系，且一旦兩變量關系失衡，相比于美國，中國的能源消費量與經濟增長二者之間對該失衡的修正速度要更加及時;且中國存在從GDP到能源消費量的單向Granger因果關系，美國存在從能源消費量到GDP的單向Granger因果關系。

關鍵詞：能源消費量 ? GDP ? 協整 ? 誤差修正模型 ? Granger因果關系

引言

能源是人類經濟發展的動力，經濟發展水平的提高需要能源作支撐。能源消費和GDP增長之間的關系一直以來是能源經濟學的一個熱門話題，然而這二者之間的關系究竟是怎樣的？中美兩國能源消費量與GDP之間的關系有什么區別嗎？目前，該論題依然被學者廣泛關注。

相關研究概述

國外已有大量學者對能源消費量與GDP之間的關系進行了探索。Kraft J和Kraft A（1978）對此問題做出開拓性工作，他們的研究表明：1947-1974年美國存在著從GNP到能源消費的單向因果關系，且當時美國若實行能源保護政策，經濟增長不會受此影響。Mohsen Mehrara（2007）對11個能源輸出國的數據進行了研究，發現能源輸出國的經濟增長對能源消費有單向強因果關系。另外Paresh Kumar Narayan（2008）、Ilhan Ozturk和Alper Aslan（2010）、K.Ali Akkemik和Koray Goksal（2012）也分別對相關國家的能源消費量與GDP之間的關系做過研究，他們所采用方法為面板數據協整檢驗和誤差修正模型。

國內也有許多學者對能源消費與經濟增長的相互關系進行了研究，我國該領域的研究起步于20世紀80年代，隨后越來越多學者對兩者關系進行了探索。汪旭暉和劉勇（2007）以1978-2005年我國能源消費量和GDP的數據為基礎，對我國能源消費和GDP關系進行了研究，結論表明GDP與能源消費量存在協整關系，并且存在從能源消費量到經濟增長的單向因果關系。趙進文和范繼濤（2007）率先將非線性STR模型技術具體應用于我國能源消費與經濟增長之間的內在結構依從關系研究，隨后劉長生、郭小東等（2009）、李影（2010）、張馨、牛叔文和丁永霞等（2010）等學者從各個角度挖掘了我國能源消費與經濟增長之間存在的關系。

國內外學者在研究能源消費量與GDP關系時大多采用協整理論、誤差修正模型、數據挖掘和面板模型等工具來刻畫兩者之間的線性或非線性關系，但值得注意的是，在進行Granger因果關系研究時，很多學者并未考慮數據非平穩對檢驗結果造成的影響。而這可能會影響到因果關系的判斷，另外，目前也很少有文獻來集中比較研究兩國的能源消費量與經濟增長之間關系的異同。基于此，本文運用協整理論、誤差修正模型來綜合比較中美兩國能源消費量與GDP增長之間關系的異同，且在進行Granger因果關系檢驗時，考慮到了由于數據非平穩和誤差修正項對檢驗結果產生的影響。

數據來源與說明

本文以中美兩國1979-2012年間的GDP數據（單位：億美元）和能源消費量數據（單位：十萬噸油當量）為研究樣本，并將兩國數據統一換算成以2005年為基期。從圖1知，兩國能源消費量與GDP增長量都是非平穩的。其中中國的經濟起點雖然明顯低于同期美國，但中國的GDP增長率相對美國來說要快，且中國的能源消費量增速也明顯高于美國。

實證檢驗及分析

（一）單位根檢驗

協整理論由Engle和Granger于1987年提出。他們認為，兩個同階單整序列的線性組合有可能是平穩序列。這種平穩的線性組合被稱為協整方程。在進行協整關系檢驗之前，要先對時間序列進行平穩性檢驗，以驗證時間序列是否同階單整。為了更加準確判斷中美兩國能源消費量與GDP時間序列的平穩性，本文分別采用ADF、PP、KPSS檢驗方法綜合判斷時間序列的平穩性。檢驗結果如表1所示。

其中lnEC代表能源消費量對數，lnGDP代表GDP對數，dlnEC代表能源消費量對數一階差分，dlnGDP代表GDP對數一階差分。表1表明，lnEC與lnGDP都是不平穩的，對其一階差分后，所有數據都通過了顯著性水平為5%的平穩性檢驗，由于中美兩國能源消費分別與GDP時間序列單整階數相同，滿足建立協整方程的要求。

（二）協整關系檢驗

本文采用Engel-Granger兩步檢驗法來建立協整方程，該方法主要思想是：首先對兩個非平穩時間序列用OLS方法回歸求得回歸方程;接著對回歸方程的殘差序列進行平穩性檢驗，若殘差序列是平穩的，則兩變量存在長期均衡關系;若殘差序列不平穩，則兩變量不存在長期均衡關系。

依上原理，首先建立中國的能源消費量與中國GDP之間的回歸方程：

lnEC=3.7677+0.5862lnGDP+εCNA （1）

（30.5） ?（43.8）

Multiple R2為0.984，Adjusted R2為0.983，lnEC代表中國的能源消費量，lnGDP代表中國的GDP數據，εCNA代表殘差項。

美國的能源消費量與美國GDP之間的回歸方程如下：

lnECUS=6.4456+0.352lnGDPUS+εUSA （2）

（27.7） （17.3）

Multiple R2為0.903，Adjusted R2為 0.90，lnECUS代表美國的能源消費量，lnGDPUS代表美國的GDP數據，εUSA代表殘差項。從回歸系數可知，中國的一單位對數GDP增長會使中國對數能源消費量增加0.5862個單位，而美國一單位對數GDP增長會使美國對數能源消費量僅增加0.352個單位。這說明，相對于美國，長期內的中國經濟增長與能源消費量二者之間的關系更加密切。endprint

接著對εCNA、εUSA進行ADF平穩性檢驗，檢驗形式為：εt=αεt-1+μt。檢驗結果如表2所示。從表2可知兩殘差序列均通過了顯著性水平為5%平穩性檢驗，即：中美兩國的能源消費量和GDP之間都通過了協整檢驗，兩國都存在能源消費量和GDP長期均衡關系。

（三）誤差修正模型

協整檢驗表明，中美兩國的能源消費量與GDP存在長期均衡關系。然而，短期內兩變量有可能偏離均衡，需要一種機制來表達對短期失衡的修正，最早由Sargan提出并由Engel和Granger加以推廣的誤差修正模型（Error Correction Model，ECM）就是用來表達對短期失衡修正的一種模型。格蘭杰表述定理表明，若兩個變量存在協整關系，則兩者可以用ECM表述。

首先引入一階誤差修正模型：

（3）

Multiple R2為0.298，Adjusted R2為0.251，其中ecmt-1=lnECt-1-β1-β2lnGDPt-1。

從（3）式可知：方程僅滯后項通過了t檢驗，且ecmt-1的系數為負數，該方程表明若lnECt-1高于其均衡值（-0.0110+0.68381lnGDPt-1），那么下期的能源消費量將低于上一期能源消費量，同理，若lnECt-1低于其均衡值，那么下一期的能源消費量將高于上一期能源消費量。

再對（3）式殘差進行相關性檢驗，得到DW = 0.686，p值為0，說明一階誤差修正模型存在自相關問題，為了解決該問題，引進二階誤差修正模型：

（4）

Multiple R2為0.67，Adjusted R2 為0.621。其中，ecmt-1的系數為負值，再對殘差序列進行DW相關性檢驗：DW=1.806，p值為0.156，說明殘差序列已經不存在序列相關性。誤差修正項為-0.1564ecmt-1，說明長期lnEC與lnGDP之間的偏離在一年內得到約15.64%的修正。

用同樣的方法對美國的數據建立ECM方程，發現其一階誤差修正模型殘差存在自相關性，直接給出二階誤差修正方程：

（5）

Multiple R2為0.572，Adjusted R2 為0.509，另外對美國數據建立的ECM方程進行相關性檢驗發現DW=1.841，p值為0.225，二階誤差修正模型不存在殘差序列相關性問題。

通過以上分析可知，在短期，中美兩國的能源消費量與GDP之間的關系都可以用二階誤差修正模型來表達，且中國一年內會對失衡修正約15.64%，而美國修正約13.7%。這說明，一旦能源消費量與經濟增長之間關系存在失衡，相比美國的能源消費量與經濟增長二者之間對短期失衡的修正速度，中國對失衡的修正會更加及時。

（四）Granger因果關系檢驗

通過以上分析，得出中美兩國能源消費量與GDP之間存在協整關系，但究竟是能源消費引起GDP增長還是GDP增長導致能源消費增長呢？對此，本文采用Granger因果檢驗法來檢驗能源消費量與GDP 之間的因果關系。

對于兩個存在協整關系的非平穩變量之間的因果關系檢驗，Granger提出了解決的辦法：即通過檢驗以下兩式：

（6）

（7）

其中ecmt-1表示滯后一期誤差修正項，在（6）式中ecmt-1項含有lnGDPt-1，若檢驗結果中λ1或者α1i在統計上不為零，這說明lnGDP的過去值對現期lnEC產生了顯著影響，即可得知lnGDP是lnEC的Granger原因。同理在（7）式中，可通過λ2和α2i是否為零來判斷lnEC是否是lnGDP的Granger原因。而判斷α1i與α2i是否同時為零可通過F檢驗來實現。根據以上方法，檢驗結果如表3所示。

從表3可知：在10%的水平下，中國的GDP是能源消費量的Granger原因，能源消費量不是GDP的Granger原因;美國的GDP不是能源消費量的Granger原因，而美國的能源消費量卻是GDP的Granger原因。這與汪旭暉和劉勇的研究結論不同，他們認為我國能源消費的增加導致了GDP的增加，而GDP的增長不一定導致能源消費的增長。之所以會得到不同的研究結論，原因可能是數據的選取周期不同，又或者是Granger因果關系檢驗的方法不同，本文在進行Granger因果關系檢驗時考慮到了數據的非平穩性和誤差修正項對檢驗的影響。

結論與啟示

本文以1979-2012年的中美兩國的能源消費量和GDP數據為樣本，探究了中美兩國能源消費量與GDP之間關系的異同，得到如下主要結論：首先，長期來看中美兩國能源消費量與GDP之間都存在協整關系，經濟的增長會伴隨能源消費量增加;短期內，兩者之間的關系可以用誤差修正模型來刻畫;其次，相比于美國，中國的經濟增長與能源消費量二者之間的關系更加密切。在短期，一旦兩變量關系存在失衡，相比美國的能源消費量與經濟增長二者之間對短期失衡的修正速度，中國對該失衡的修正速度會更加及時;最后，由于中國工業現狀總體為大而不強、生產消耗高，我國GDP的增長會導致能源消費量的增加，能源消費量的增長不一定會導致GDP的增加。而美國的能源消費量增加會導致GDP的增長，美國GDP的增加不一定會導致能源消費量的增加。

在本文結論基礎上，可對我國經濟發展得出如下啟示：首先，為了保障經濟建設，我國應該增加能源供給，建立充足的能源儲備，同時，政府應著眼未來，積極開發石化能源代替品，降低煤炭和石油在我國能源消費中的地位。其次，政府應淘汰高耗能企業，看重經濟發展質量，而非盲目追求經濟發展速度;最后，我國應大力發展清潔能源。發展清潔能源意義重大且具有戰略意義，可大力發展水電、核電、風力發電來代替火力發電，積極發展新能源以減少對傳統能源的需求。endprint

參考文獻：

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5.張馨，牛叔文，丁永霞等.中國省域能源資源與經濟增長關系的實證分析—基于“資源詛咒”假說[J].自然資源學報，2010，12

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