湖北省能源消費影響機理研究
——基于Granger因果關系及LMDI

(1.武漢大學 經濟與管理學院,湖北 武漢 430072;2.武漢理工大學 經濟學院,湖北 武漢 430074)

湖北省能源消費影響機理研究
——基于Granger因果關系及LMDI

方德斌1,李 晶1,余 謙2

(1.武漢大學 經濟與管理學院,湖北 武漢 430072;2.武漢理工大學 經濟學院,湖北 武漢 430074)

能源是一個國家或地區經濟發展的命脈,研究能源消費的影響機理將有助于湖北省經濟的可持續發展?；诤笔?005—2015年能源相關數據,運用Granger因果關系檢驗方法分析了湖北省能源消費的影響因素,運用LMDI方法研究了各影響因素對湖北省能源消費的影響程度。結果表明:影響湖北省能源消費的因素主要有能源強度、能源消費結構、GDP、產業結構、勞動力投入和資本投入。其中,能源強度、GDP和勞動力投入這三個因素與能源消費總量之間存在著雙向因果關系,能源消費到能源結構、能源消費到資本投入、產業結構到能源消費之間存在單向因果關系。湖北省能源消費增長的主要推動因素是固定資產投資,主要的抑制因素是能源強度。

湖北省;能源消費;影響機理;Granger因果關系;LMDI

1 引言

2005年以來,湖北省經濟實現了快速發展,能源需求不斷增加,但由于“缺煤、少油、乏氣”的能源稟賦特征,全省煤炭、石油、天然氣可開發量僅占全國的1%左右,水電資源雖然豐富,但基本已開發殆盡,而且大部分水電都輸送到外省,本省自用的部分僅占較小的比例。2015年,湖北省一次能源生產量為5256萬t標準煤(tce),而外省調入量為13468萬t標準煤(tce),調入量是生產量的2.56倍,能源消費主要依靠外省輸入,過高的對外依存度勢必會影響湖北省經濟的可持續發展。此外,湖北省作為首批低碳試點省份之一,要發揮示范作用,必須堅持走綠色發展道路,合理控制能源消費總量,以應對資源耗竭、氣候變化和發展低碳經濟帶來的挑戰,從而有效保障能源安全和經濟可持續發展。本文從湖北省能源消費現狀出發,通過分析能源消費的影響機理,為湖北省能源發展戰略的制定提供理論依據和決策支持。

關于能源消費影響機理的分析國內外學者做了很多研究,主要以實證分析為主。依據影響因素的不同,主要可分為:①經濟增長。Kraft J、Kraft A運用Sims因果關系檢驗分析了美國1947—1974年總能源投入與GNP的關系,結果表明兩者之間存在單向因果關系;房斌、魏一鳴基于投人—產出結構分解模型研究了中國能源消費的驅動因素,認為1992—2007年我國人均GDP是能源消費增長的主要驅動因素;鄔瓊基于狀態空間模型分析了我國能源消費與經濟增長之間的動態關系,并指出能源消費與經濟增長存在脫鉤現象。②產業結構。劉固望基于面板協整檢驗和面板回歸模型得出我國省際間三次產業產出與其能源消費存在約束關系;趙靜敏等學者通過誤差修正模型得出產業結構調整對能源消費具有顯著影響;蔣秀蘭、沈志漁研究發現,以工業為主的第二產業是河北省能源消費增長的主要因素。③能源效率。王艷秋、趙愛文等學者認為,提升能源效率能有效抑制能源消費的過快增長,而Wang、謝海棠等學者卻發現能源效率提升的同時會產生能源回彈效應,從而在某種程度上促進能源消費增加。④城鎮化水平。Parikh、Shukla、張鑫、王超等學者認為,城市化水平與能源消費之間呈正相關;Lariviere、Ewing研究發現,城市化與能源消費之間存在負相關關系,城市化程度較高的地區人均能源消費量反而較低。此外,還有部分學者從其他角度對能源消費進行了分析,如徐艷飛研究發現土地財政與能源消費之間的關系為正“U”型;花果指出降低資本形成率或出口率能有效抑制能源消費增長。上述學者關于能源消費機理的研究雖然有一定的參考價值,但多數都是從某一個或某幾個因素方面進行研究。本文在綜合考慮上述因素的基礎上引入固定資本投入及就業人數進行分析，以期為湖北省的能源消費提供有價值的參考。

針對不同的國家和區域,已有一些學者開展過研究,如馬曉鈺基于泰爾指數分解方法和STIRPAT模型對我國東部、中部、西部地區之間的能源消費差異進行了研究;王笑天運用IPAT等式對河南省能源消費的影響因素進行了分析,指出河南省能源消費與經濟增長之間存在弱脫鉤關系;唐葆君基于社會和私人交通視角,分析了對北京市能源消費的影響因素。由于不同的地區有各自的特點,湖北省不但是我國中部地區的交通樞紐,而且是國家首批低碳試點省份之一，因此研究湖北省能源消費的影響機理,既有助于湖北省制定可持續發展政策,又為國家制定相關政策提供了借鑒意義。

能源消費影響機理研究方法主要有回歸能源分析法、因素分解法、Granger因果關系檢驗等。例如，姜巍、高衛東基于多元回歸模型和通徑分析法分析了我國能源消費的影響因素,指出經濟增長和城市化水平是我國能源消費增長的主要原因;Ang、Liu、Wangle基于LMDI對我國能源消費的影響因素進行了研究;張優智、黨興華基于Granger因果檢驗得出能源消費結構與經濟增長之間存在著長期穩定關系。回歸分析和Granger因果關系檢驗雖然能分析能源消費與各影響因素之間的聯系,但未能較好地定量分析各因素對能源消費的影響程度;因素分解法雖然能對各因素進行定量分析,但分解的理論基礎仍然存在一定的缺陷。本文基于Granger因果關系檢驗與LMDI研究了湖北省能源消費的影響機理,在分析湖北省能源消費影響因素的基礎上對各因素的影響效應做進一步的定量研究。

2 湖北省經濟發展與能源消費現狀

2.1 湖北省經濟發展現狀

2005—2015年湖北省經濟保持快速增長,按2010年不變價計算,2015年湖北省GDP為26601億元,是2005年的3.12倍,年均增長率12.3%;2010年達到峰值(14.8%)之后,增速逐年下降。同時,隨著經濟快速發展,湖北省固定資產投資總額始終保持高速增長,從2005年的3669.58億元增長到2015年的25186.37億元,年均增長率達到20.45%,其中2008—2009年增長率更是高達40.59%。但就業人數并未如經濟發展一樣樂觀,就業人數增長緩慢,2015年全省就業人數為3658萬人,僅比2005年增長了3.4%,基本保持平穩(圖1)。

圖1 湖北省經濟發展趨勢

在產業結構方面,2005—2015年湖北省第一產業產值占比逐年下降,2005年占比為16.4%,而到2015年則下降到11.2%;全省第二產業產值逐年上升,但上升趨勢逐漸放緩,產值占比從2005年的43.3%上升到2012年的50.3%,2012年后開始下降,到2015年這一比例僅為45.7%;2005—2007年第三產業占比處于上升階段,2008—2012年有所回落,但從2012后開始上升(圖2)。

圖2 湖北省三大產業產值占比

2.2 湖北省能源消費現狀

工業是消費能源的主體,且與經濟的發展密切相關。湖北省正處于工業化中期向工業化后期過渡加速發展期,高耗能產業仍然具有較高能源需求,能源需求總量持續增長。2005—2015年,由于技術進步,湖北省能源強度逐年下降,從2005年的0.99tce/萬元(按2010年不變價)下降到2015年的0.62tce/萬元,下降了37.38%,然而能源消費總量卻仍然保持著上升態勢,2015年湖北省能源消費量為16404萬tce,比2005年的8486萬tce增長了93.31%(圖3)。

圖3 能源消費總量及強度變化趨勢

從分產業能源消費來看,2005—2015年湖北省第一產業能源消費量變動不大,但所占能源消費總量的比例不斷下降,2005年這一比例為5.44%,而到2015年降為3.0%;第二產業能源消耗量從2005年的6077萬tce上升到2015年的10832萬tce,增長了78.25%,年平均增長率為6.02%。2005—2015年,除了2011年第二產業能源消費占能源消費總量的比例有所上升外,其余年份一直處于下降階段,2015年這一比例為66.03%;第三產業能源消費總量在2005—2015年整體處于上升趨勢,2015年第三產業能源消費量到達5087萬tce,在此期間第三產業能源消費占能源消費總量的比例一直處于上升階段(圖4)。

圖4 分產業能源消費量

從分品種能源消費來看,2015年湖北省消費了11766萬t原煤、2551萬t原油、47.6億m3的天然氣、3769萬tce的其他能源,相應的消費比重則分別為50.94%、22.22%、3.86%、22.98%。其中,2005—2008年湖北省煤炭消費占比不斷下降,在2009年以后開始回升,2011年達到63.53%,之后又開始下降;2008年湖北省石油消費占比不斷上升,2009年后開始下降,2011年降為18.97%,之后處于上升階段;湖北省天然氣消費量占比雖然一直處于上升階段,但所占比例一直未有較快增長(圖5)。

圖5 分品種能源消費量

3 能源消費影響因素分析

GDP、能源強度、能源消費結構、產業結構、資本投入和勞動力投入是能源消費的可能影響因素,為驗證上述因素與能源消費之間的聯系是否真實存在,本文對上述各因素進行了Granger因果關系檢驗。

3.1 數據來源及處理

本文使用的數據來自2006—2016年的《湖北省統計年鑒》和《湖北省能源統計年鑒》。各品種能源消費量統一以標準煤為單位統計。E表示能源消費總量(萬tce);GDP和固定資產投資均按2010年不變價進行計算(億元);EI表示能源強度(tce/萬元),ES表示能源消費結構,以煤炭消費占比代替(%);S表示產業結構,以第二產業所占比例代替(%);K表示資本投入,以固定資產投資總額代替(億元);L表示勞動力投入,以就業人數代替(萬人)。

本文將湖北省經濟分為三個聚集產業,第一產業是指農、林、牧、漁業;第二產業是指工業、建筑業;第三產業是指除第一、二產業以外的其他行業。能源類型聚集分為煤炭、石油、天然氣、其他能源四種：煤炭包括原煤、洗精煤、其他洗煤、焦炭、焦爐氣、其他煤氣和其他焦化產品;石油包括原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣及其他石油產品;其他能源包含除開煤炭、石油、天然氣之外的所有能源。

3.2 平穩性檢驗

數據的平穩性是能否進行Granger因果關系檢驗的前提條件之一,假若不進行平穩性檢驗可能會出現偽回歸現象。本文主要運用ADF(Augmented Dickey-Fuller)方法檢驗各序列的平穩性,結果見表1。從表1可見,在10%的置信水平下,lnE、lnY均為平穩序列,lnES、lnEI在進行一階差分后序列平穩,即兩者都是一階單整,lnK、lnS、lnL在進行二階差分后序列平穩,三者都是二階單整。

表1 ADF檢驗結果

3.3 Granger檢驗結果

從表2可見,在10%顯著性水平下湖北省各因素與能源消費總量之間都存在因果關系,其中能源強度、GDP、勞動力投入這三個因素與能源消費總量之間存在雙向因果關系,能源結構到能源消費、資本投入到能源消費、產業結構到能源消費之間存在單向的因果關系。

表2 Granger因果關系檢驗結果

4 能源消費影響因素的影響效應分析

4.1 理論模型

本文將能源消費總量表示為:

(1)

式中,Eij表示產業消費能源j的數量;ESij=Eij/Ei表示產業i消費能源j的數量占產業i消費能源總量的比例;EIi=Ei/Yi表示產業i的能源強度;Sij=Yi/Y表示產業的產值占總產值的比例;A表示綜合技術水平;L表示勞動力;K表示資本投入;α表示勞動力的產出彈性;β表示資本產出彈性,A、α、β都為未知的常數變量。

運用LMDI的加法對式(1)進行分解,結果為:

△Etot=El-E0=△Ees+△Eei+△Es+△EL+△EK+△EA

(2)

其中:

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

式中,△Etot表示從0年到t年的能源消費變動的總效應;△Ees表示不同品種能源消費占總能源消費比例的變動引起的能源結構效應;△Eei表示每生產單位GDP所消耗的能源量的變動引起的能源強度效應;△ES表示產業部門產值占社會總產值比例的變動引起的產業結構效應;△EL表示勞動力數量的變動所引起的勞動力效應;△EK表示固定資產投資變動引起的投資效應;△EA表示由于技術變動所引起的技術效應,由于本文假定A為常數,因此△EA=0,在后面計算中不再考慮。

4.2 結果分析

總效應分解結果分析:2005—2015年湖北省能源消費總量不斷增長。從表1可見,2005—2015年湖北省能源消費總量變化的總效應為6063萬tce,能源強度表現為負效應,能源結構、產業結構、資本和勞動力投入表現為正效應。從圖6可見,投資效應對湖北省能源消費變化的貢獻度最大,達到194.43%,其次是能源強度效應-108.76%、產業結構效應10.69%、勞動力效應3.44%、能源結構效應0.2%。

圖6 各分解因素貢獻率

從表3可見,能源強度效應在能源消費總量的變化中起到了至關重要的作用。2005—2015年湖北省能源強度效應對能源消費總量的增長起到了很大的抑制作用,約減少了6594.75萬tce。從圖3可見,2005—2015年湖北省能源強度一直處于下降階段,從2005年的0.99tce/萬元降為2015年的0.62tce/萬元,雖然與國外先進水平相比還有一定的差距,但表明湖北省的能源利用水平在不斷提升。2005—2015年湖北省產業結構效應在一定程度上推動了能源消費總量的增長,產業結構效應可解釋648.04萬tce增長的原因。即于第二產業一直是能源消費最主要的產業部門,在能源消費中一直占有相當大的比例,一直保持在65%以上,這在一定程度上可解釋產業結構為什么會一直處于正效應。

表3 2005—2015年湖北省能源消費效應解結果(萬tce)

根據表3可見,能源消費結構效應對能源消費總量的變化影響較小。2005—2015年湖北省能源消費結構變動所引起的能源消費總量的變動為12.19萬tce,對能源消費總量變動的貢獻率僅為0.2%。勞動力效應對湖北省能源消費總量增長表現為3.44%的正效應,增加了208.53萬tce。從圖1可見,2005—2015年湖北省就業人數不斷增長,從2005年的3537萬人增加到2015年的3658萬人。其中一個很重要的原因就是在該段時間內湖北省經濟不斷快速發展,不但使本省的務工人員更多的選擇留在省內工作,而且吸引了大量的外來務工人員,就業人數增加帶來了能源消費增長。投資效應是能源消費總量增長最重要的推動作用。2005—2015年湖北省固定資產投資總額變動引起的能源消費量增長為11789.8萬tce。根據圖1可見,湖北省固定資產投資總額一直保持快速增長,2015年湖北省固定資產投資總額達到25186億元(按2010年不變價計算),是2005年的6.86倍,固定資產投資總額的高速增長導致了能源消費的快速增長。

分產業分解結果分析:從圖7可見,第一產業的能源消費總效應較平穩,基本上沒有出現太大的波動。2005—2009年湖北省能源消費總效應的變動方向基本與第二產業消費效應的變動保持一致,2000—2008年第二產業表現為負效應,2008—2009年能源消費總效應為1011.4萬tce。此時第二產業能源消費效應為845.78萬tce,第二產業能源消費效應的貢獻率為83.62%。2009年后,湖北省能源消費效應變動與第三產業能源消費效應變動的方向相同。2009—2012年湖北省能源消費總效應與第二產業效應都處于下降階段,2012—2013年能源消費總效應為2285.93萬tce,而在此期間第三產業引起了1765.47萬tce的增長,貢獻率達到77.23%,此后能源消費總效應與第三產業效應均處于下降階段。

圖7 湖北省三大產業能源消費效應變化趨勢

第二產業一直是湖北省能源消費的主體,能源消費總量的變化很大程度上是由于第二產業能源消費總量的變化所引起的。從圖8可見,2005—2015年湖北省能源強度效應和投資效應是導致第二產業能源消費量變動的主要因素。其中,湖北省能源強度表現為負效應,抑制了5675.19萬tce的增長,投資效應表現為正效應,因投資增加所帶來的能源消費量增長為8556.17萬tce。2005—2012年,湖北省產業結構效應始終保持著正效應,尤其在2008—2011年產業結構效應解釋了873.21萬tce的增長,2012年后產業結構效應表現為負效應,在一定程度上抑制了能源消費的增長。能源消費結構效應與勞動力效應相較于其他效應而言,變動最小,基本保持不變。

圖8 湖北省第二產業能源消費效應分解

5 結論與政策建議

5.1 結論

本文通過分析湖北省經濟發展與能源消費的現狀,運用Granger因果分析方法分析了湖北省能源消費的各影響因素,并結合LMDI方法分析2005—2015年各影響因素對湖北省能源消費總量的影響程度,得出以下結論:①能源強度、GDP和勞動力投入這三個因素與能源消費總量之間存在雙向因果關系,能源消費到能源結構、能源消費到資本投入、產業結構到能源消費之間存在單向因果關系。②2005—2015年湖北省能源強度一直處于下降階段,這對湖北省能源消費總量的增長起到了至關重要的抑制作用。③2005—2015年河南省投資效應是導致能源消費總量增長最主要的推動作用。在這期間,湖北省固定資產投資一直保持著高速增長,年均增長率為20.45%,這在很大程度上促進了湖北省能源消費總量增長。④分產業來看,2005—2009年湖北省能源消費總量的變動主要是由與第二產業消費量變動所引起的,2009—2015年第二產業消費量變動是能源消費總量變動的主要原因。

5.2 政策建議

基于上述研究結果,建議湖北省政府從以下幾個方面著手:①加強技術創新,降低能源強度,提升能源利用效率。降低能源強度是控制能源消費總量的主要途徑,積極與國際方面展開合作,推進能源開采、轉換、利用環節創新技術的研發和推廣,不斷提高管理能力和創新能力,通過技術進步降低單位GDP能耗,抑制能源需求增長速度。②優化投資結構。從研究結果來看,固定資產投資總額高速增長是能源消費需求持續增加的主要推動因素。為保障經濟的可持續發展,應建立資源節約型和環境友好型技術投入和生產投資機制,適當控制化工、原材料工業等高能耗產業的資本投入,鼓勵更多的資本投向優質低能耗產業,以投資結構調整促進產業結構升級。③加快產業結構升級。當前湖北省正處于工業化中期向工業化后期轉型的關鍵時期,第二產業比重較高,而且在短內不會有太大的變動,因此湖北省需要大力推動第二產業集約發展,淘汰落后產能,逐漸關閉高耗能低產值的小企業,提升高深技術產業在第二產業中的比重。同時,相對于第二產業而言,第三產業能耗更低,大力發展第三產業,優化產業結構。④優化能源結構。能源結構優化在湖北省能源與經濟的可持續發展過程中扮演著重要的角色,能源結構的合理與否,直接關系到經濟本身的發展。因此,必須大力發展水能、核能、風能、太陽能等清潔能源,加大清潔能源在能源消費中所占的比重,減少化石能源的使用,積極推進煤炭的清潔利用。

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InfluencingMechanismofEnergyConsumptioninHubeiProvince——BasedontheGrangerCausalityandLMDI

FANG De-bin1,LI Jing1,YU Qian2
(1.Economics and Management School,Wuhan University,Wuhan 430072,China; 2.Economics School,Wuhan University of Technology,Wuhan 430074,China)

Energy was the lifeblood of economic development,studying the influencing mechanism of energy consumption would contribute to the sustainable economy development of Hubei Province.This paper utilized Granger causality test method to identify the key factors on energy consumption,and applied LMDI method to investigate the impact of each factor on energy consumption,based on the data of energy consumption from 2005 to 2015 in Hubei Province.The results showed that the influencing factors of energy consumption included energy intensity,energy consumption structure,GDP,industrial structure,labor input and capital input,and there was a two-way causal relationship between the energy intensity,GDP and labor input and the total energy consumption,while one-way causal relationship in energy consumption to energy structure,energy consumption to the capital investment and industrial structure to energy consumption.The main factor promoting the growth of energy consumption in Hubei Province was the investment in fixed assets,and the most important factor inhibiting the growth of energy consumption was the energy intensity.

Hubei Province;energy consumption;influencing mechanism;Granger causality;LMDI

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.08.015

F206；F713.56

A

1005-8141(2017)08-0974-06

2017-06-22；

2017-07-12

國家自然科學基金項目“不對稱信息電力市場激勵性監管機制研究”(編號:71673210);國家自然科學基金項目“瀾滄江水資源利用機制研究”(編號:91647119);國家自然科學基金項目“基于超網絡的企業多主體合作創新與創新群體演化研究”(編號:71373198)。

及通訊作者簡介：方德斌(1976-),男,安徽省舒城人,教授,研究方向為決策論、對策論、能源經濟與政策。