CO2排放与能源消费约束下中国全要素生产率研究

郭 辉，董 晔

0 引言

伴随着中国GDP的增长，以煤为主的能源消费结构和化石能源消耗速度的加快是导致CO2排放大幅增加的主要原因。能源消耗增大、环境质量持续下降约束了中国经济增长的持续性。2008年世界环境绩效指数（EPI)报告指出，中国指数从2006年的94名，下降到105名。2010年中国得到了49分，在所有163个国家和地区中排第121位，环境情况不容乐观。作为世界上第二大能源消费国和CO2排放国，中国面临着经济发展和CO2排放之间的两难选择，如何化解经济快速发展对能源消耗的高度依赖和生态环境的恶化问题已成为中国面临的主要难题。本文遵循文献理论框架，把能源消耗和CO2排放与传统要素资本和劳动力一起做为投入要素引入生产函数来估算全要素生产率。将CO2做为投入要素而非产出的主要原因有：一是本文测算的全要素生产率是从经济增长所带来的负向生态效应（即CO2排放）入手。任何一个国家或企业都是通过要素扩张、技术进步来实现其增长目的。但是经济增长不仅要追求效率，同时要保护生态环境。因此，从考虑经济增长的环境效应来看，CO2排放作为投入要素可以体现出在污染排放约束下全要素生产率（TFP）中对经济增长的贡献程度。二是中国节能减排的基础是保证经济增长，本文将CO2排放看成节能减排行为引入生产函数，以期发现2003年中国将节能减排约束目标写入发展规划纲要之前和之后TFP、CO2排放对GDP的贡献程度表现出何种变化趋势。三是CO2排放带来的负外部性会挤占部分本来用于生产产出的要素投入，最终降低产出。因此将CO2排放看成被挤占的部分投入来测算TFP。

1 方法与模型

1.1 模型

本文设定生产函数为:

其中，Y为GDP，K，L，E，C分别代表资本存量、劳动力、能源消耗和CO2排放四个投入要素，t为时间趋势变量(t=1，2，……，31)，为简化形式，下文将t省略。

对模型的基本假设：

f(·)符合稻田条件，同时满足上述假设的模型有：柯布－道格拉斯(C-D)生产函数和超越对数生产函数。为了估算投入要素随时期而变化的产出弹性系数，模型的形式采用C-D形式：

α，β，γ，τ代表四种要素的产出弹性，A代表希克斯中性技术进步系数。根据Solow(1957)的经典方法，对(4)式两端同时微分并除以Y，可以得到全要素生产率(TFP)。

其中，变量标注上端点表示其增长率。在新古典假定下，α、β、γ、τ的产出弹性就等于各自的产出贡献份额，全要素生产率的增长率则近似于技术进步率。该式即可用于中国的绿色经济增长核算。

1.2 数据与变量测量

由于各类统计年鉴公布数据的时间不同，因此将样本区间设为1978～2008年。数据来源为《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》和《中国劳动统计年鉴》。其中GDP数据为1978年不变价格的实际GDP，其他数据间接利用年鉴估算。

本文主要以煤炭、石油和天然气这三种消耗量较大的一次能源为基准来核算中国的CO2排放量。公式为：

其中，CO2代表估算的二氧化碳排放量，i代表煤炭、石油和天然气，E为消耗量。NCV为2007年《中国能源统计年鉴》附录4提供的中国三种一次能源的平均低位发热量。CEF为2006年IPCC提供的碳排放系数，COF是碳氧化因子(煤炭设定为0.99，原油和天然气为1，参考陈诗一（2009）)。44和12分别为二氧化碳和碳的分子量。各种能源折算标准煤系数由2007年《中国能源统计年鉴》提供。

资本存量的测算公式为：Kt=(1-δt)Kt-1+It/Pt。其中Kt、Kt-1分别为t年、t-1年的实际资本存量，Pt为固定资产投资价格指数，It为t年的名义投资，δt为t年固定资产折旧率。中国资本存量的测算有两个难点：一是基年资本存量的确定，二是实际净投资(包括固定资产投资价格指数和资本折旧)的确定。本文选择王小鲁和樊纲（2009）假定的固定资产折旧率5%。对于固定资产投资价格指数，根据张军和章元（2003）所估算的全国固定资产投资价格指数，折算出1978～1991年(1978年为基期)的固定资产投资价格指数，并与1991年国家统计局正式编制的1992～2008年价格指数合并。1978年年末的初始资本值直接采用Chow(1993)核算的14112亿元。

传统的劳动力总量不包含劳动者素质的信息，不能反映劳动力素质的变化。因此本文采用劳动力受教育年限来测量劳动力变量。计算公式为：Ht=Lt*∑(Ei,t*Yi)。其中H为人力资本，E为各学历占比，Y为各学历所需教育年限，i为各学历，t为年。Lt为t年就业人口总数。文盲半文盲、小学、初中、高中、专科、本科、研究生受教育年限分别取2年、6年、9年、12年、15年、16年和20年。1978～2000年受教育情况数据来自于张保法（2007），200l～2010年受教育情况数据来自2002～2011年《中国劳动统计年鉴》。

2 实证分析

本研究全部回归与检验的计算过程通过计量软件Eviews 6.0完成。

2.1 单位根检验

GDP、资本存量、人力资本、能源消费和CO2排放为典型的时间序列，具有显著的趋势和非平稳特征。表1给出各变量水平值的描述性统计。

表1 各变量描述性统计

将上述变量取对数记为Ly、Lk、Lh、Le和Lc,为避免伪回归，对各变量做ADF单位根检验，根据赤池信息准则(AIC)选取最优滞后期。检验结果表明：所有变量一阶差分后都通过了单位根检验，均为I(1)平稳过程，符合协整检验的前提条件，结果见表2。

表2 各变量一阶差分的单位根检验

2.2 协整分析

为了进行协整分析，需建立由LY、LK、LH、LE和LC构成的VAR模型。VAR滞后阶数根据各种准则选定，LR、FPE都选定滞后阶数为4，而AIC、SC以及HQ选择滞后阶数为5。为避免估计模型的过度参数，选择VAR的滞后阶数为2。

协整估计中假定在VAR(2)模型中含有无约束截距和无约束趋势项，表3报告了Johansen和Juselius协整检验结果。迹检验和极大特征值检验统计量的结果为：迹检验说明5%的显著水平存在2个协整方程，显著水平为1%时存在1个协整方程；极大特征根检验说明显著水平为5%时存在1个协整方程。综合来看，接受有一个协整向量的备择假设。

表3 Johansen和Juselius迹和最大特征根检验

据此，建立VECM(2)模型，并得到各变量长期协整关系：

上式括号内为t统计量，系数符号与预期相同，结果表明上述五个变量在样本期间存在长期均衡关系。协整向量中各变量前的系数反映了变量之间的长期关系：资本对经济增长的弹性系数较低（0.332)；人力资本对经济增长的弹性系数较为显著(0.769)；能源消费对经济增长的弹性系数非常显著(1.889)；CO2作为“负投入”对经济增长的弹性显著为负(-1.869)。

为进一步验证CO2排放弹性的符号问题。应用简单E-G两步法对CO2和GDP的检验结果为：Ly=-13.816+1.866Lc，似乎表明CO2排放对GDP的影响与能源消费对经济增长的作用相同。但是应用Johansen协整检验发现，AIC和SC都明确指明两者存在唯一协整关系且方程包含截距和趋势。再应用VECM(2)得到：Ly＝8.986-0.079Lc+0.099t，表明两者为负向关系。一般而言，Johansen协整检验的准确率高于E-G两步法，而且多变量分析综合考虑也优于两变量。这也充分证实了在综合考虑资本、劳动力、能源消费、CO2排放以及技术进步对经济增长影响的情形下，CO2排放对经济增长存在负向影响。

2.3 VECM分析

在检验协整关系的基础上，进一步建立将短期波动与长期均衡联系起来的向量误差修正模型。由于本文重点关注的是实际GDP的方程，所以只列出ΔLy：

在实际产出的短期动态方程中，可决系数是0.793。这表明短期实际GDP增长率的波动可由本模型中的5个变量的短期变动以及它们之间的长期关系解释79.3%，VECM说明，如果短期内对能源消费和CO2排放作出调控，将会显著引起经济增长的波动，除非对资本和人力资本作出相适应的调整以抵消冲击，从而保证经济的平稳。

2.4 绿色增长核算

表4报告了基于C-D对数生产函数估计的中国经济在改革开放至今的绿色全要素生产率和要素贡献的结果。代表技术进步的全要素生产率增长率根据公式(4)计算得到。要素增长率和协整分析所估计的该要素的产出弹性之积为要素投入的贡献份额，它们与TFP加总等于GDP增长率。因此该表格列出了各年份技术进步和四种要素对产出的贡献份额，由此可以判断在能源消耗和CO2排放的约束条件下驱动中国经济增长的真实源泉。鉴于篇幅原因，只列出部分数据。

表4 绿色全要素生产率及个要素贡献率（%）

测算出的K、H、E、CO2四列数据分别为各年份资本、人力资本、能源消费和CO2对GDP的贡献份额。从上表可以看出，CO2对经济增长的负向影响较显著，而且随着能源消费的增大，CO2对GDP的抑制作用越明显。能源消费对GDP的贡献作用最大，其次是资本投入，最后是人力资本要素。驱动中国经济快速增长的源泉是大量的能源消费和资本投入。

3 结论

本文测度了1978～2008年中国包含CO2排放和能源消费的绿色全要素生产率，通过计量分析得出主要结论：(1)技术进步对经济增长的贡献率较低。中国1978～2008年间中国绿色全要素生产率平均增长率为3.664%，远低于经济增长的9.785%，平均贡献率较低。中国经济增长主要依赖于资本投入和能源消耗，其代价是CO2高排放。未来中国的低碳经济更应提高技术进步对经济增长的贡献力量，在CO2减排道路上需要依赖的核心因素是技术进步。（2）CO2作为环境成本的代理变量对经济增长的负向影响较为显著，而且随着能源消费对中国经济增长的贡献越大，对经济增长的抵消作用也不断增大。（3）虽然人力资本对产出的弹性比资本要素较显著，但是改革开放以来人力资本对中国经济增长的贡献度明显小于资本要素。因此，未来中国经济发展不应忽视人力资本积累对经济增长的直接贡献，因为人力资本不仅促进新技术和新产品的产生，而且对生产率的提高起着至关重要的作用。（4）自2003年中国将节能降耗目标写进五年发展规划以来，节能减排技术和政策的实施改变了CO2排放快速增长的趋势。可见，未来中国应在保证经济增长的前提下，通过促进能源技术进步和增加清洁能源的比重是中国低碳经济转型的战略选择。

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