我国能源消费分析及预测——基于变结构协整法

高 涓，孙文基

（1.苏州大学商学院，江苏 苏州 215006； 2.健雄职业技术学院，江苏 苏州 215400）

我国能源消费分析及预测
——基于变结构协整法

高 涓1，2，孙文基1

（1.苏州大学商学院，江苏 苏州 215006； 2.健雄职业技术学院，江苏 苏州 215400）

随着我国工业化与城市化水平不断推进，能源与经济的关系日益密切，对能源消费和经济增长关联性的研究是预测我国能源消费及需求并制定和实施能源政策的重要依据，进而影响我国宏观经济的平稳运行，因此具有十分重要的理论意义和实用价值。文章以变结构协整的视角，设定虚拟变量，对1953-2011年的我国能源消费总量与实际GDP数据进行变结构协整分析，认为1960年是结构突变点，进一步建立考虑突变点的回归模型，并与不考虑变结构的协整分析结论作对比，得出结论：我国能源消费总量与经济增长有较强的关联性，它们之间存在长期均衡关系，而且考虑变结构的协整分析结果优于不考虑变结构的分析结果。

能源消费；经济增长；变结构；虚拟变量

一、引言

我国是一个能源生产和消费的大国。据2012年国家统计公报显示，2011年我国GDP为471564亿元，较上年增长9.2%；一次能源生产总量为31.8亿吨标准煤，较上年增长7.0%；原煤35.2亿吨，较上年增长8.7%；原油2.04亿吨，较上年增长0.3%；天然气1030.6亿立方米，较上年增长8.7%；全年发电量47000.7亿千瓦小时，较上年增长11.7%。尽管我国经济发展强劲，能源资源丰富，但经济增长方式粗放，能源消耗高，2011年我国能源消费总量34.8亿吨标准煤，较上年增长7.0%，即使美国基本维持在2010年35.28亿吨标准煤的水平，我国也没有超过美国，但2011年全球能源消费量增长2.5%，我国成为世界上能源消费增长最快的国家。其中，煤炭消费量增长9.7%；原油消费量增长2.7%；天然气消费量增长12.0%；电力消费量增长11.7%；全国万元国内生产总值能耗为0.793吨标准煤/万元，下降2.01%，作为“十二五”开局之年，距离2011年年初制定的3.5%的节能目标有较大差距，2011年的能耗控制目标并未达到预期。据国际货币基金组织估计，2011年，全球GDP为69.66万亿美元，我国GDP为7.298万亿美元，占全球的比重约为10.48%，而能源消费增长却占到全球的71%，在主要原材料消费中，钢材消费量8.4亿吨，增长9.0%；精炼铜消费量786万吨，增长5.2%；电解铝消费量 1724万吨，增长12.1%；乙烯消费量1528万吨，增长7.5%；水泥消费量20.7亿吨，增长11.2%。能源消耗高、环境污染大、能源利用效率低是我国目前不争的事实[1]。

经济系统中，由于受到剧烈的外生冲击，如金融危机、体制变化、自然灾害等，可能造成数据生成过程中变量系数的时变性问题，即DGP结构突变，对变量之间的关系带来阶段性的影响。目前大多数学者在研究我国能源消费和经济增长之间关系时，都只是在国外研究的模型及方法的基础上，运用我国的数据进行分析，并未考虑DGP结构突变问题，忽略了由于外生冲击对数据序列的影响。而且以往文献一般选取的样本数据区间很小，一般不超过30年，造成因时间跨度过小而产生的研究误差。因此，文章以变结构协整的视角对我国能源消费与经济增长之间关系的量化进行实证分析，选取样本数据区间为1953-2011年，为迄今相关文献选取时间跨度最大的样本数据。

二、变结构协整理论模型

结构协整根据模型结构变化的原因不同可以分为参数变结构协整、部分协整和机理变化型协整。其中，参数变结构协整比较适用于经济结构或政策发生制度性变化的情况，即使某一点上的协整参数发生变化，也不会影响序列间协整关系存在，由于文章研究的是我国能源消费与经济增长之间的关系，所以选择参数变结构协整模型[2]。标准协整回归的静态模型为：

当ut～I(0)时，称xt，yt间存在变结构协整关系[3]，这也是变结构模型存在的充分条件，其中α和β为参数。

引入虚拟变量，则

图1 能源消费总量变动趋势图

图2 国内生产总值变动趋势图

图3 能源消费总量和实际GDP增长率图(%)

φ∈(T0，T1)为结构变化区间。

得到该结构变化模型的一般形式[7]:

①当λt=0和γ=0时，模型(3)就变为水平漂移型模型，其中α表示漂移以前的常数项，δ表示漂移量；②当γ=0时，模型(3)就变为水平趋势项漂移型模型，其中α表示漂移以前的常数项，δ表示漂移量。

如果变结构点已知，可以采用单位根检验对模型(3)进行检验，但是在实际的社会经济系统中，无法预先确定变结构点。因此，文章研究在未知变结构点的情况下，做参数变结构协整分析。

三、实证分析过程

1.数据选取与分析

为了量化研究我国能源消费与经济增长之间的关系，选取能源消费和国内生产总值两个变量为研究对象，分别记为EC和GDP。其中，1953-2004年的统计数据来源于 《新中国 55年统计资料汇编》，2005-2011年的统计数据来源于《中国统计年鉴》。变量EC为被解释变量，变量GDP为解释变量，EC为实物指标，单位是万吨标准煤。GDP为我国一年内产出的全部最终产品和劳务价值，单位是亿元人民币，并根据名义GDP和可比价格计算的GDP指数，以1978年为基期进行平减，计算实际GDP，记为RGDP。我国能源消费总量变动趋势和折算后的实际国内生产总值变动趋势分别如图1和图2所示。为了使模型的设定更合理并减少或消除潜在的异方差问题，文章对所有指数序列采取自然对数处理，分别为lnEC和lnRGDP。我国能源消费总量和RGDP的增长率关系如图3所示。其中，PEC和PRGDP分别表示我国能源消费增长率和实际GDP增长率。

1953-2011年我国能源消费总量年均增速为8.34%，增长势头强劲，在考察时间区间内也出现过若干次波动。其中，1953-1958年之间我国能源消费总量出现一个波动，原因在于1953-1958年，是我国第一个五年计划，经济增长模式以苏联模式为主，大力发展高耗能产业，为粗放式经济增长方式。随后我国又实施了“大跃进”发展战略，1958-1960年期间能源消费总量出现剧烈波动，以环境、资源为代价换取经济的高速增长，其中，1958年我国能源消费增速为82%，是1953-2011年时间区间内最高的一次。1958-1960年更为粗放型的增长方式，使得我国能源资源无力支撑这种高消耗，1961-1963年我国的能源消费出现负增长，其中以1961年的-32%为最低。此外1996-1967年经济社会处于非常状态，能源消费量下滑，但持续时间不长。之后长达40年我国能源消费围绕经济增长上下波动，大多数年间经济增长快于能源消费增长，呈现良性发展态势。

经过上述分析可以看出，改革开放前，我国处于高度集中的计划经济体制之下，能源消费总量与经济增长波动频繁，而且振幅较大，表明当时资源配置与经济发展不协调。1978年以后，我国能源消费总量与经济总量增速趋于平稳，表明我国资源配置日趋合理，经济运行趋于平稳健康。但在2003-2004年期间，我国由于大量重复性建设以及产业结构失调等问题，能源消费增速又明显高于经济总量的增速，说明此期间能源利用效率再次降低。

2.单位根平稳检验

根据ADF单位根检验规则，利用Eview5.0软件进行检验，结果如表1，可以看出我国能源消费总量与实际GDP均为一阶差分平稳序列，即一阶单整I (1)，说明我国能源消费总量与实际GDP序列不具有趋势稳定的特征，而经过一阶差分之后平稳，再次表明我国能源消费总量与实际GDP是单位根过程所生成，他们之间可能存在协整关系。

表1 ADF检验结果

3.协整检验

文章采用EG两步法检验我国能源消费总量与实际GDP之间可能存在的协整关系。

第一步，建立最小二乘回归模型：

ADR=0.9307，AIC=0.3827，D.W.=0.1089，t统计量通过1%显著性检验，F统计量=765.5910，F统计量P值=0.0000。

第二步，对模型生成的残差进行单位根检验如表2：

表2 残差单根检验

由表2可以看出残差序列是平稳序列，则表明我国能源消费总量与实际GDP之间的协整关系存在。

4.变结构模型建立及分析

由于外生性冲击很容易影响数据生成过程中的时变性问题，于是，文章考虑变结构协整分析。首先进行突变点的确定，考察以下lnECt和lnRGDPt的曲线图，如图4。

图4 lnECt和lnRGDPt的曲线图

通过观察lnECt和lnRGDPt的曲线图以及能源消费总量和实际GDP增长率图，发现1960年为有可能的突变点。因为1958年我国实施“大跃进”发展战略，粗放型经济增长方式导致能源需求急剧增加，能源消费总量从1957年的9644万吨标准煤，增加到1958年的17599万吨标准煤，1960年更是猛增到30188万吨标准煤，1961年又锐减到20390万吨标准煤。此外，1959年大庆油田出油，在1963年就累计产油1千万吨，对优化我国以煤炭为主的单一能源消费结构起着重要作用，可以说，1960年一部分的经济增长效应来自于高效率的能源替代低效率的能源[4]。于是，文章对1960年再进行邹检验，结果如表3。

表3 突变点的邹检验结果

由表3可以看出，观察值1960处的概率值高度显著，可以视为结构突变点。为将突变点考虑进模型中，根据模型(2)引进虚拟变量，，建立如下回归模型：

ADR2=0.9597，AIC=-0.0914，D.W.=0.3107，t统计量通过1%显著性检验，F统计量=436.5461，F统计量P值=0.0001。对模型(5)生成的残差进行单位根检验，如表4。

表4 残差单根检验

从模型(5)形式看，我国能源消费总量与实际GDP的变结构协整关系在1953-2011年期间的表现形式为水平漂移型协整关系，也即发生均值突变。用Eviews5.0得到的残差、实际值、拟合值结果如图5、图6所示，与未考虑突变点的协整回归相比较，不难发现它们之间在模型的截距、斜率以及时间趋势都存在较大的差异，模型(4)未考虑其他任何的影响，单一用数据说话，属于静态模型，而一般经济系统模型，由于政治制度和经济体制改革等原因，不是一成不变的。尤其是在我国经济转型时期，静态的经济模型难以解释经济关系和结构变化，而变结构模型，作为一种体现经济系统内部长期均衡关系的研究方法能够很好地反映经济关系和其结构变化。通过选取1960年为结构突变点，建立变结构模型(5)，并与未考虑结构突变的模型(4)比较发现（如图5、图6所示），拟合程度有很大的改善，说明考虑结构突变点的模型对我国能源消费及需求有很好的预测分析能力，为相关部门提供决策依据具有一定的实用价值。

四、结论

变结构协整分析是反映经济关系和经济结构变化，体现经济系统内部长期均衡关系的研究方法。尤其是我国处于经济转型时期，经济模型对国家经济体制变化敏感度高，很容易受到影响。在未考虑结构突变的情况下，我国能源消费总量与经济增长序列是单位根过程生成的，而不是趋势稳定生成的。为了更准确及时地反映经济问题，文章引入虚拟变量，运用EG协整分析方法，对1953-2011年的数据进行变结构协整分析，得出我国能源消费总量与经济增长有较强的关联性，它们之间存在长期均衡关系，任何一个外生冲击都会对其产生持久的影响，变结构模型表明经济每增长1个百分点，能源消费总量将增长0.8071个百分点，同时，考虑结构突变因素的效果明显好于不考虑结构突变因素的效果，说明变结构模型对我国能源消费具有很好的预测能力，对准确预测我国能源消费及需求，为相关部门提供决策依据，具有一定的实用价值。在未来我国能源消费量预测方面，由于我国调低了经济增长的预期，加上经济增长方式的转变和结构调整，未来能源消费的增长势必将趋缓。当然由于新型城镇化战略的提出，可能给能源消费带来新的动力，从而使得能源消费和经济增长在一个较长时间仍然维持较强关联性。

图5 未考虑突变点的拟合效果

图6 考虑突变点的拟合效果

[1]赵进文，范继涛.经济增长与能源消费内在依从关系的实证研究[J].经济研究，2007(8)：31-42.

[2]Perron P.The great crash,the oil price shock and the unit root hypothesis[J].Econometrica，1989(57)：1361-1401.

[3]张世英，许启发，周红.金融时间序列分析 [M].北京：清华大学出版社，2008：129-131.

[4]Jorgenson DW.The role of energy in productivity growth[J].American Economic Review，1984(2)：26-30.

（责任编辑：WDY）

Analysis and Arediction of China's Energy Consumption——Structure with a Variable Structure Cointegration Perspective

GAO Juan1，2，SUN Wen-ji1
（1.Soochow University，Suzhou Jiangsu 215006，China；2.Chien Shiung Institute of Technology，Suzhou Jiangsu 215400，China）

As our country industrialization and urbanization advancing，the relationship between energy and economy is increasingly close，the study of correlation between energy consumption and economic growth can forecast energy consumption and demand in our country，which is important basis for formulating and implementing energy policy， further more affecting the smooth running of our macro economy.So it is of vital theoretical significance and practical value.In a variable structure cointegration perspective，setting virtual variable is to analyse the data of the total energy consumption in our country and real GDP with variable structure cointegration from 1953 to 2011and put forward 1960 is a structure mutation point.Further more，the article establishes regression model taking mutation point into consideration，in contrast with variable structure threw out.Fanaly this paper draws the conclusion that the total energy consumption in our country and real GDP have strong relevance in china. There is a long-term equilibrium relationship between them and considering the results of variable structure cointegration analysis is better than not considering variable structure analysis.

Energy consumption；Economic growth；Variable structure；Virtual variable

F061.2

A

1004-292X（2014）06-0015-04

2014-01-22

江苏省科技厅软科学（2012）基金项目。

高 涓 (1981-)，女，山西太原人，博士研究生，研究方向：财政理论和政策；

孙文基 (1963-)，男，江苏扬州人，博士生导师，主要从事财政理论与政策研究。