能源強度與中國制造業產業結構優化實證

唐曉華　劉相鋒

摘要 制造業的能源消耗和產業結構優化關系一直是學術界研究的焦點之一。該文利用Geweke因果檢驗方法，并采用1993--2013年20年間的數據，對中國制造業產業結構優化與制造業能源利用效率之間的關系進行統計和分析。首先，對中國制造業產業結構優化的情況進行描述性分析，將產業結構優化劃分成產業結構合理化和高級化兩個方面，研究發現中國制造業產業結構優化中高級化都呈現良好的趨勢，但制造業產業結構合理化卻呈現出“倒U”變化趨勢，這與國家的宏觀政策具有一定相關性。其次，計算制造業的能源強度，并利用LMD方法對能源強度進行分解，分解為結構效應和技術效應兩個方面，研究發現中國制造業能源強度變化受到技術效應影響波及時間較長，結構效應變化造成短期影響較大。最后，利用Gewke因果檢驗的方法對能源強度和制造業產業結構優化之間的長期因果關系、即時因果關系及整體因果關系進行統計檢驗，研究發現：中國制造業產業結構優化與能源消耗之間形成兩條不同反饋循環，一條為制造業產業結構合理化、結構效應及技術效應之間的短期反饋循環，另一條為產業結構優化內部和技術效應之間的長期反饋循環，這兩條循環相互促進和影響，最終形成閉合橫“8”字均衡循環。據此，研究給出相應的政策和建議：一是制造業產業結構優化調整是實現能源的“開源節流”的有效手段；二是制定差異化的能源政策和產業結構調整政策是實現“減少能源壓力、保證經濟發展”雙贏局面的重要保障和前提。

關鍵詞 能源強度；產業結構優化；Geweke因果分解

中圖分類號 F401.1 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104（2016）10-0078-08 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2016.10.010

三次科技革命使得能源已經成為各國的經濟命脈，兩次石油危機已經給各國敲響了警鐘。為此，世界各國紛紛投入大量人力財力到能源消耗的研究工作中來。作為高速成長的中國，能源問題將是今后發展的重要研究課題。中國的能源消耗絕大部分來自于工業消耗，而自2000年以來，工業能源消耗中制造業占據了80%以上并伴隨有上升的趨勢。因此，研究中國的工業能源消耗問題，重點在于研究如何能夠使得制造業的能源強度良性下降，同時又能夠促進產業健康發展成為中國經濟最為緊迫的任務。關于制造業產業結構與其能源利用效率之間關系的研究，國內外學者普遍認為產業結構對能源利用效率起到關鍵性作用。Stiglitz最早注意到能源和產業結構互動影響，并指出長期的均衡發展路徑和能源開采量關系。Ayres則加深對產業結構與能源效率的認識，其指出產業結構沒有良性調整前提下，各種其他手段改善能源利用效率均不能夠得到良好的效果。史丹則分析了中國的實際情況，并通過分析能源的回彈效應及彈性系數支持了Ayres的觀點，其認為結構效應在能源效率中起到不可估量的作用。劉洪、陳小霞測算中國中部六個省市的能源情況，得出能源效率受到產業結構因素影響效果最大。早期對兩者關系研究方法，學者們則普遍采用如Granger因果關系檢驗法（VAR模型）等常規統計分析手段。然近些年伴隨空間計量方法的興起，空間因素逐漸被引入分析框架中。屈小娥利用面板數據對中國東中西部比較分析，其認為產業結構發揮其重要作用。王玉燕利用Granger因果檢驗模型（VAR）發現中國產業結構優化對能源效率具有顯著正向作用，并且長期看產業結構的貢獻程度最大。近些年的學者則大多采用空間計量，如關偉等利用空間計量測度了遼寧省能源效率和產業結構的關系，其發現產業結構優化能夠顯著改善能源效率，并形成“π型”、“二字型”、“工字型”等空間結構特征。已有的文獻分析產業結構和能源利用效率主要從全行業或整體層面出發，但對具體特定行業的指導意義相對較弱。其二，絕大多數關于產業結構變遷和能源關系的研究最大的缺陷在于沒有說明產業結構變遷的方向性，研究產業結構優化與能源強度關系的研究更是少之又少，沒有厘清產業結構優化和能源強度關系難以形成對產業結構調整的正確判斷。最后，傳統的如Granger因果檢驗等統計分析方法仍有缺陷，其只能夠進行長期因果關系的刻畫，難以形成因果關系的整體把握。鑒于此，從中國制造業產業結構優化與能源利用效率的交叉作用人手，將產業結構優化剖成合理化和高級化兩個轉型方向，將能源利用效率分解成技術和結構兩重因素，并將各自的兩個方面囊括到一個框架進行分析，探究兩者之間復雜關系，以期對如何兼顧產業結構和能源利用問題給出具有建設性意見。

1變量與樣本說明

1.1變量說明

1.1.1能源強度

能源強度（EI）：能源強度是衡量能源利用效率的重要觀測指標，其表示為單位產出所需的能源使用量，其單位一般為t標準煤/萬元。其公式為：

EI=E/Y （1）

其中，E表示能源的使用量，Y表示制造業工業產值。但由于產業內部經濟性質和產業特點不同，使得內部不同行業的能源消耗程度相差也較大。此外，對于制造業整體而言，行業能源強度也同樣受到內部不同結構和技術等因素影響，體現為不同時間跨度上的能源強度變化。大部分學者認為能源強度變化主要可分為技術因素和結構因素兩個方面，但是兩者體現的作用孰輕孰重，學者各執一詞。Kambara、史丹等認為結構效應是能源強度下降的主要原因。相反，以FengT為代表的國內外學者則認為能源強度變化主要來自于技術效率因素X。對能源強度變化的分解方式，本文采用大多數學者如Zhao x等采用的LMDI指數分解法，后文對該方法以及分解的數據情況進行詳細的說明和展示。

1.1.2產業結構合理化

產業結構合理化指數（ISR）：產業結構合理化在表現產業比例關系的同時，更表現為產業間的協同和促進關系。以往對產業結構合理化衡量采用產業結構偏離度，但是這種衡量忽視了行業個體的重要程度，并且涉及絕對值問題，所以本文為避免該問題換用泰爾指數進行衡量。當經濟體偏向于均衡時，泰爾指數更加趨向于0。因此，ISR越小反映產業結構合理程度越高。具體公式如下：

（2）

1.1.3產業結構高級化

產業結構高級化指數（OIS）：產業結構高級化是對自身結構揚起的過程，這種過程是一種生產效率和價值提升的過程。對其衡量絕大多數文獻都是采用三次產業間的比例關系，但是考慮到本文研究產業內的結構高級化問題，采用了高新技術產業對非高新技術產業的比重（OIS）指標進行衡量。該指標反映制造業內部結構層次變化，更能反映在技術先進性方面，這符合產業結構高級化調整的本質要求。對于制造業產業劃分，采用《中國高技術產業統計年鑒》的劃分方法，即將醫藥制造業、專用設備制造業、通信設備、計算機及其他電子設備制造業以及儀器儀表及文化、辦公用機械制造業等四大行業作為高技術制造業。

對產業結構合理化指數和高級化指數進行描述性統計。圖1表明中國制造業產業結構優化中高級化都呈現良好的趨勢，但制造業產業結構合理化卻呈現出倒U變化趨勢，即2003年前的制造業產業結構協調程度逐年惡化，而其后制造業產業結構不斷向行業內的協調程度方面進行調整。出現這樣的狀況可能在于，2002年黨的“十六大”會議提出以“產業結構優化”為明確目標、適合國情的產業政策，將經濟結構戰略性調整尤其是制造業產業結構合理化調整作為中國改革的基本“主線”。由圖1還可以看出，制造業產業結構優化的兩個層面進行調整的時間也具有差異性，產業結構高級化相對于合理化更加提前，即1999年以后開始出現顯著調整。總之，就中國制造業產業結構優化的兩個方面，產業結構高級化提升更加平穩，方向更加明確。

1.2樣本數據選取

本文的數據主要來源于《中國工業統計年鑒》、《中國能源統計年鑒》以及《中國勞動統計年鑒》，時間跨度為1993-2013年共計20年。為保證數據的有效性和真實性，本文進行篩選遵循以下幾個原則：①所選取的行業均為規模以上工業企業數據，其中規模以上工業企業為全部國有及年主營業務收入在500萬以上的非國有企業。②1993-2013年連續20年的相關可得數據。③為達到形成平衡面板的目標，剔除了數據中缺失相關行業變量項。④對統計年鑒統計口徑不一致的進行口徑調整處理，遵循以匯總行業為統一計量，如汽車制造業自2012年工業統計年鑒獨立統計，將其歸入以往的交通運輸設備制造業中。再如2012年以后工業統計年鑒將塑料制造業和橡膠制造業合并為一個行業，但2012年以前均為分別統計。遵循上述原則，本文將2012年以前分別統計的塑料和橡膠制造業進行合并處理，加總統計。因此獲得1993-2013年中國制造業29個子行業作為研究對象。⑤由于在計算產業結構合理化和高級化需要統計產值，因而需要對產值進行平減處理消除掉物價因素引起的產值增長。平減處理利用1993-2013年間的CPI指數進行處理。最終，遵循上述5條原則，獲得了1993-2013年20年間所需要的相應數據，其中3級制造業部門29類，制造業相應的能源強度亦可通過《中國能源統計年鑒》提供的29類制造業能源平衡表的數據進行計算加工獲得。

2能源強度與制造業產業結構優化Geweke因果分解及實證分析

2.1能源強度分解

制造業的能源強度出現多年變化其重要原因來源于制造業整體的結構調整和產業的技術水平提高兩個方面。多數學者將兩個方面歸結為結構效應和技術效應，并指出能源效率的提高程度首先是因為技術水平的改善使得能源的使用出現精細化的趨勢，其次是因為在同一產業內，其結構出現調整，能源密集型產業在整體生產中所占份額減低，能源強度相應降低。相應地，能源強度分解采用的方法按標準形式被定義為分解分析指數法（IDA），但是具體的分解指數又可分為五種，即Laspeyre指數、Pasche指數、Fisher指數、AMD指數和LMD指數。其中，Laspeyre指數、Paasche指數、AMD指數三種方法測算的結構包含殘差項，因此含有未被解釋項，Fisher指數和LMD指數并不包含，亦被稱為理想指數。本文沿用LMD的方法進行分析制造業能源強度，采用的公式如下。

（3）

（4）

其中，EI_SE和EI_TE表示由于結構和技術原因而造成的能源強度變化，但是采用以上五種不同指數形式，繼而得到的分解式也大相徑庭。本文采用LMD指數理想形式，因此得到的形式為各部門能源強度變化中技術效應和結構效應的加權平均之和，若表達為連續型的形式時，公式為：

（5）

其中，ω_i為產業部門i在能源消費總量中占的比重，設置為結構權重系數。本文采用能源強度分解方法LMD方法是利用環比指標，因而能夠清楚刻畫能源強度影響因素的各期動態變化和趨勢。圖2給出了中國制造業1993-2013年期間的結構效應（sE）、技術效應（TE）以及總體效應（AE）的變化及相互關系。從中可以看出，2003、2004年技術效應和結構效應波動巨大，但是從整體看，制造業能源強度變化受到技術效應影響較大，結構效應變化相對較為穩定。

該部分將制造業能源強度進行分解，分別為技術效應和結構效應。其目的在于分析，制造業能源強度變化與制造業產業結構優化的內部關系和相互影響。這樣與后文的產業結構優化高級化和合理化兩個方面進行關聯分析，厘清制造業能源強度和產業結構優化兩者內部關系。

2.2數據平穩性檢驗

在進行統計分析前，需要對數據進行平穩性檢驗，避免由于數據的非平穩特征造成偽回歸問題。首先對4個變量進行ADF檢驗，見表1。從表1可以看出，4個變量中，能源強度分解出來的結構效應變量（SE）和效率效應變量（TE）均為平穩數據，而制造業產業結構高級化指數（ISR）和合理化指數（OIS）需要進行一階差分處理才能夠得到平穩數據。具體地，制造業能源強度分解的結構效應（SE）和技術效應（TE）的ADF統計量分別為-6.937和-5.729，均小于1%的臨界值，兩者為平穩數據；制造業產業結構合理化指數（OIS）和高級化指數（ISR）的ADF值為-1.342和0.549，均大于10%的臨界值，而一階差分后的合理化指數（DOIS）和高級化指數（DISR）的ADF值分別為-3.920和-4.136，均小于1%的臨界值，一階差分可實現數據的平穩性。

2.3實證分析 2.3.1Geweke分解檢驗原理

Geweke分解檢驗是在對Granger因果檢驗所建立標準VAR方法基礎上的改進，具體改進是將短期因果項加入到模型中。首先，對于一對隨機帶估計變量可以采用標準的VAR方法進行估計，如公式（6）和（7）所示。

（6）

（7）

對于上述公式，若自變量的滯后項前的系數均是顯著的話，稱其為自變量是因變量的Granger因果關系。但是，這種估計卻沒有考慮到如公式1中的X_t和Y_t之間的關系。因此，Geweke提出將一對變量的同時期關系加入到以往VAR模型中，這樣除了反映長期關系及其方向以外，還可以當期變量之間的因果關系，即即時關系。將公式（6）和（7）改寫成（8）和（9）。

（8）

（9）

對于沒有存在Granger因果關系，這里則可以改成（10）和（11）。

（10）

（11）

那么，本文構造對于上述公式統計量，即長期Granger因果關系統計量為：

（12）

（13）

短期即時關系，也可稱為Geweke分解關系統計量為：

（14）

（15）

其中，總體因果關系統計量為：

（16）

（17）

這種建立在Granger因果檢驗的基礎之上的改進方法，能夠有效克服Granger因果檢驗只能夠檢驗長期的因果關系問題，將即時因果關系一短期因果關系加入到計量模型中，可以清楚看出在因果關系中長期和短期因果的貢獻程度和份額。根據其原理，并利用stata12進行實證分析。具體結果見表2。

2.3.2 Geweke分解檢驗結果

從表2可知，能源強度的技術效應與制造業產業結構高級化存在單向的Granger因果關系，表中顯示TE對DISR的Granger影響統計量為10.149 2，其為1%的顯著水平，但反過來DISR對TE的統計量僅為0.046 9，并不顯著；DISR與SE和DOIS之間也存在著顯著的單向Granger因果關系，其統計量分別為4.766 7和6.574 5，并且為10%和5%的置信水平；但相反，兩者對DISR的Granger影響卻并不顯著，統計量僅分別為3.817 0和2.698 7。

表2中整體因果關系一項反應了Geweke分解的即時因果關系情況。大體可得出，能源強度與產業結構優化之間存在顯著即時因果關系分別為制造業能源強度的技術效應和結構效應以及制造業能源強度的結構效應和產業結構合理化兩對顯著關系。其中，制造業能源強度的技術效應和結構效應之間的即時因果關系的統計量為19.971 6，為1%的顯著水平。而制造業能源強度的結構效應與產業結構合理化的即時關系統計量為3.477 5，為10%的顯著水平。

從表2信息上看，呈現出顯著水平的關系分別為能源強度的技術效應和結構效應關系、能源強度的技術效應和產業結構高級化之間關系、能源強度的結構效應與產業結構高級化之間關系以及產業結構合理化與產業結構高級化之間的關系等四對顯著因果關系，其統計量分別為24.404 1、12.648 2、9.122 8以及11.399 3，其顯著水平分別為1%、5%、10%以及5%。

綜合表2中各項因果關系的結果，可以得出具有顯著因果關系內長期以及即時（短期）的反饋份額或貢獻程度，匯總為表3。可發現，制造業產業結構內部優化過程時間相對能源強度變化的技術效應和結構效應之間的反應要較為滯后，這是因為產業結構內部優化調整均已Granger長期因果關系為主，而制造業能源強度兩個效應卻以即時關系為主。

2.3.3結果解讀

由表2和表3，繪制出制造業能源強度與產業結構優化關系圖（見圖3）。圖3中單向黑色箭頭表示Granger長期的因果關系，并且箭頭的方向表示作用方向；圖中雙向箭頭則表示短期即時因果關系。由關系圖得出結論，產業結構合理化在短期可直接影響制造業能源強度的結構效應和技術效應，繼而影響制造業整體的能源利用效率。這是因為，制造業產業內部合理化調整的目標是達到資源配置更加合理，進而影響到制造業能源強度的結構效應。又由于采用的LMD指數算法對制造業能源強度進行分解，因此被解釋因素在同期具有相互影響的關系，因而統計分析的結構呈現在圖3中為制造業產業結構合理化指數與制造業能源強度的分解兩個因素即技術效應和結構效應具有短期直接因果關系。這意味著產業結構優化中合理化調整可以短期直接影響制造業能源利用效率；相反，制造業能源利用效率的變化也會在短期影響產業結構合理化程度。

相較上文，Granger長期的因果關系主要以單向形式存在，并主要分布于產業結構優化調整的內部和能源強度分解因素與產業結構高級化關系兩個部分。具體地，長期的因果關系的起點為制造業能源強度的技術效應，其受到技術革新以及結構效應或其他因素影響，制造業能源強度的技術效應發生變化，長期影響制造業產業結構高級化水平，促使制造業產業結構中高技術含量產業的比重逐漸加大，由于高技術所釋放的作用一方面促進了產業間的協調程度和資源的配置能力，另一方面由于結構調整形成了一定程度的能源強度結構效應。Granger長期因果關系反映了技術在制造業能源利用和產業結構優化中的重要作用，但這種作用并不像結構作用具有短期即時的反饋效果，而是具有長期反復的積累和變化才能有有所體現出來的。由此說明，學者們爭論的制造業技術效用和結構效用的作用程度實質是體現為不同時間維度，即制造業能源利用效率主要體現為兩種效用的即時因果關系，而制造業產業結構優化的合理化和高級化程度間呈現出長期因果關系。

從現實意義看，制造業能源利用效率與制造業產業結構優化調整之間存在著不同脈絡。一方面，技術進步是產業結構優化的根本動力，其中來自于能源利用效率方面的技術進步是一種長期動力，另一些來自于產業自身的技術進步。這兩種技術進步都作用于產業結構的高級化調整，可以說制造業產業結構的高級化是技術進步的集中體現。這給政策制定者一個重要的啟示：將技術進步和改善作為提高能源利用效率和產業結構優化的根本抓手，同時要求執行者具有一個中長期目標及計劃，不能急功近利。另一方面，制造業產業結構的合理化具有改善能源的技術和結構效應的短期效果。產業結構合理化調整的目標是為了在滿足經濟發展的前提下保證資源、能源不超出其承載能力，促進資源配置更為合理。因此，產業結構合理化調整不斷權衡產業結構和能源結構之間協調性。當其出現失衡，這種合理化基于其目標促使偏離方進行調整，這種調整類似于一種帕累托改進，需要兩種結構之間進行權衡調整前后的損益情況，若出現一方受損來彌補另一方的行為合理化的目的將不會被滿足。研究發現，這種產業結構合理化調整將會即時影響能源效應兩個方面，使得能源強度的技術效應不斷累積從而長期影響產業結構優化。因而，產業結構優化調整的重點在于產業結構合理化調整，其不斷進行量的累積使得技術效應出現質的飛躍，長期使得制造業自身的高級化得以提高，進而做到短中長期都能夠使產業得以優化，從而形成良性循環。

綜上所述，制造業產業結構優化與制造業能源利用效率之間的作用關系表現為長期和短期因果關系相結合。具體而言，長期因果關系體現為制造業能源利用效率單向對制造業產業結構的影響，這種影響說明制造業產業結構優化過程肯定了制造業能源利用效率的技術革新的根本性作用，但這種作用集中體現在產業結構的高級化調整方面。另一方面，短期因果關系表現為制造業產業結構合理化和能源利用效率的結構效應之間，這種短期因果關系將產業結構優化的作用不斷反饋于能源利用效率方面，使得能源利用效率在技術和結構兩個效應形成即時性的累積，在技術效應這個出口得以釋放，并通過長期關系再次作用到產業結構優化中去，這些關系形成一個閉合的橫“8”循環。

3結論和建議

從制造業產業結構優化和能源利用效率關系這一問題為出發點，利用Geweke分解方法對1993-2013年20年間的中國制造業產業結構優化以及能源利用效率相關數據進行統計分析。研究發現，制造業產業結構與能源利用效率之間的關系并不像已有研究，即技術革新是產業結構優化和能源消耗的核心因素，而是技術革新在兩者之間僅僅為一種長期單向因果關系，這種長期關系是由能源利用效率的結構效應通過長期累積影響，進而發生的“質”的飛躍，使得制造業產業結構出現高級化發展的趨勢；制造業產業結構的合理化產生的能源利用效應則會產生“即時”結構效應，該效應可以在短期不斷積累，最終與長期的技術效應反饋形成閉合的橫“8”良性循環。其說明技術和結構兩種因素在產業結構優化和能源利用效率之間并不是一種孰輕孰重的地位，而是一種作用時間長短的關系。說明制造業產業結構和能源利用效率之間有著復雜的內部關系，而政策之間也具有作用時間長短之分。

據此，對制造業產業結構優化、能源利用效率及其關系提出如下建設性意見：其一是通過產業結構調整達到能源“節流”目的。加快制造業產業轉型步伐，合理協調產業結構優化的內容，即以制造業產業結構合理化和高級化調整作為結構優化的短期和長期手段和目標，降低制造業中能源消耗較大的子產業比重，通過產業結構合理化調整手段，促進能源結構和產業結構的協調程度，利用產業結構的合理優化降低能源使用強度，起到“節流”的作用。其二是通過技術水平的提升到達“開源”的目的。加大能源、產業的技術水平研發投入，提高能源的利用效率，將能源清潔程度以及使用力度作為能源計劃和產業政策考核的重要指標，增加新能源、替代能源及清潔能源的開發力度，通過技術長期進步優化制造業的產業結構和能源結構，實現能源經濟協調發展的目的。最后是差別化制定制造業的產業轉型政策和能源政策。產業轉型政策的重點在于產業結構優化，然而無論從產業結構合理化還是高級化角度，這種優化都是一種螺旋漸進的長期過程，并且產業結構優化的兩個方面之間也是一種長期影響的過程。相比之下，能源政策的核心在于能源利用效率，影響利用效率的結構效應和技術效應之間存在的是一種短期效果。這就要求，政策的制定應打破以往“一刀切”模式，實行在時效和重點方面的差異策略，即制造業產業轉型政策的執行過程較長，效果相對慢，因而長期的目標應較為突出；制造業能源政策主要以短期為主，以技術突破為重點。

（編輯：李琪）