浙江省能源消费与经济增长关系的统计分析*——基于变参数统计模型

秦慧君、罗季

（浙江财经大学数学与统计学院，浙江杭州 310018）

浙江省能源消费与经济增长关系的统计分析*
——基于变参数统计模型

秦慧君、罗季

（浙江财经大学数学与统计学院，浙江杭州 310018）

研究能源消费与经济增长之间关系已成为当前经济问题研究中的重大课题。本文基于1990-2013年浙江省能源消费总量和国内生产总值的时间序列数据，构建了基于状态空间模型的变参数统计模型，检验了变量的平稳性及协整关系，并运用卡尔曼滤波算法对状态空间模型的参数进行估计，最后得出能源消费与经济增长存在长期均衡的协整关系，为社会经济的长远规划、能源发展战略以及有关政策法规的制定提供了理论依据。

能源消费；经济增长；变参数模型；协整关系

一、引言

近年来，随着全球能源危机的迅速升级，能源消费与经济增长之间关系的研究已成为国内外经济热点研究问题。浙江省作为我国的经济大省，改革开放以来，一方面，善抓机遇、艰苦创业，在科学发展观指导下不断建立和完善市场经济，实现了经济的高速发展。另一方面，经济的快速增长是以能源的大量消耗为依托，而浙江省又是资源小省，能源生产水平不高，许多能源需外界供应，这样长久下去，伴随着经济的快速发展，能源需求量必将逐渐增大，随之而来的能源稀缺问题将成为制约浙江省社会、经济发展的主要瓶颈。本文研究能源消耗与经济发展之间的关系，以便为制定更加合理的能源消费政策提供理论依据，同时为浙江省长期稳定的发展提供科学依托。

一直以来，能源消费与经济增长之间关系受到国外学者的关注。Kraft(1978)最早将美国1947-1974年之间的能源消费与收入的相关数据进行Granger因果检验，得出美国GNP与能源消费存在单向的因果关系；之后，Akarca和Long(1979)运用相同的方法对美国月度GDP和能源消费数据进行了分析，却得到GNP与能源消费之间不存在因果关系的结论；Yu和Jin(1992)最早将协整技术应用于GDP与能源消费关系的研究，其结果表明美国能源消费对国民收入和就业两变量之间的关系是中性的；Hwang和Gum(1992)采用协整技术研究了台湾能源消费与经济增长之间的关系，结果表明两者之间存在双向的格兰杰因果关系。

国内对于能源消费与经济增长之间关系的研究始于1990年之后。张明慧、李永峰(2004)采用Granger因果检验发现中国能源与经济增长存在双向因果关系；韩智勇等(2004)对我国1978-2000年的数据进行分析，结果表明能源消费与经济增长之间存在双向因果关系，但不具有长期的协整性；王海鹏，田澎(2006)利用状态空间模型对我国1953-2002年的统计数据进行研究，表明能源消费与经济增长存在一种随时间不断变化的长期均衡关系，即变参数协整关系；段显明等(2011)利用浙

江省1985-2009年的GDP和能源消费总量数据，利用脉冲响应函数、方差分解分析方法表明浙江省能源消费与经济增长之间存在从经济增长到能源消费的单向因果关系，经济增长的较小波动会对能源消费产生持续的影响。

综上所述，有关能源消费与经济增长关系的研究文献很多，大多采用经典的格兰杰因果检验和协整检验的方法来研究两者的关系，后来又逐步将状态空间模型、脉冲响应次数、方差分解等方法引入到两者关系的实证研究中，可见研究方法日趋完善。但对于浙江省能源问题的研究，大多是定性分析，缺少两者关系的定量分析。由于在较长跨度的时间内，二者的关系受政治形势、经济发展、经济政策等的影响，模型中的参数不一定是固定不变的，因此，与之前的研究不同的是，文中采用基于变系数的状态空间模型，来研究浙江省能源消费与经济增长之间的关系。

二、模型构建

为了更好地反应浙江省能源消费与经济增长之间随时间变化的规律，文中采用基于可变系数的状态空间模型来估计并检验两者之间的变参数协整关系。在较长跨度的的时间期内，由于能源消费与经济增长之间的关系受多种因素（如政治形势、经济政策、消费习惯等）的影响，且这些因素又处于变化之中，因此文中采用变系数模型来反映这种动态的变化关系。而状态空间模型一般应用于多变量时间序列，是动态模型的一般形式，由测量方程(Measurement Equation)和状态方程（State Equation）两部分组成。为消除异方差，能源消费(EC)与经济增长(GDP)均取自然对数,则构建的模型如下：

模型(1)是变参数模型，参数αt是随时间改变的且不可观测，需利用可观测变量LnEC和LnGDP来估计，反映除GDP以外的其它因素对能源消费和GDP关系的综合影响。dt是有固定参数的解释变量。假定变参数由AR(1)描述即得模型(2)。εt和ηt是扰动项，相互独立，且服从均值为零，方差为常数的正态分布。

三、实证分析

1.数据的选取与处理

文中选取浙江省1990-2013年的实际GDP和能源消耗量，数据来源于中经网统计数据库。GDP的数据是以1990年为基期的浙江省实际GDP，能源消费用全国各行业和居民生活消费的各种能源的总和表示，并采用通常的万吨标准煤。

2.能源消费与经济增长的关系

图1 能源消费和国内生产总值趋势图

由图1可以看出，浙江省能源消费与国内生产总值基本呈现出相似的变化趋势，表明两者之间存在协整关系的可能性大。

3.变系数状态空间模型的估计

利用Eviews6.0软件，用卡尔曼滤波算法进行状态空间模型的估计，估计结果如下:

其中变参数αt的估计值αt如下图：(横轴表示时间，纵轴表示变参数估计值)

图2 变参数αt估计值

图2显示了浙江省能源消费弹性系数αt的变化趋势。由图可以发现上世纪90年代浙江省的αt基本呈现出下降趋势，说明这个时期能源利用效率大大增加，从浙江省长期发展情况可以知道，尤其是改革开放以后，我省能源的高投入对经济增长有着很大的推动作用。2000年以后，αt又呈现出快速回升的趋势，原因是这几年投资增长过猛、高耗能产业迅速扩张和高耗能产品产量大幅增长，逐步造成了宏观层面能源利用效率的低下。2007年以后，又呈现逐渐下滑的趋势，原因主要在于随着改革开放的深入发展，我省经济体制变革改变以往资源配置方式，初步形成市场机制配置，调整产业结构，逐步改变以往粗放型增长方式为集约型增长方式，提高了能源生产利用效率。伴随着我省可持续发展战略的不断快速推进，能源消费问题将会面临更大的压力。

4.数据的平稳性检验

分析状态空间模型所描述的EC与GDP之间关系，需要进行协整性分析。为方便LnECt和LnGDPt分别用和xt表示，若和xt具有相同的单整阶数，且模型残差为平稳时间序列，则和就是协整的。

（1）单位根检验

若浙江省EC与GDP是同阶单整的，那么两者之间就可能是协整的，故首先需考察两变量的单整阶数。本文采用ADF检验，检验的最优滞后步长根据Schwarz信息准则确定。所得结果如表1所示：

表1 ADF单位根检验结果

（2）协整关系检验

为进一步考察能源消耗与经济增长之间是否真正存在长期均衡关系，本文采用EG两步法进行协整检验。

表2 残差序列的ADF检验

从表中可以看出，残差项在任何显著水平下都是平稳的，因此可认为变参数模型的估计结果是可靠的，即浙江省能源消费与经济增长存在协整关系，经济的快速增长势必将带动能源消费的快速增长。

如果使用最小二乘估计直接对固定参数模型进行估计，得到：

表3 残差平稳性的EG检验

从上面结果可以发现，固定参数模型的拟合优度很高，t检验显著。但R2的值大于DW，说明存在伪回归的可能，因此需要对残差序列进行单位根检验，以判断两者之间是否存在协整关系。

图3 变参数回归残差

图4 固定参数回归残差

由表4可以看出在1%的显著性水平下，回归残差是非平稳的，所以固定参数模型是一个“伪回归”模型。由图3.3和图3.4可以看出，变参数回归模型的残差要比固定参数回归残差平稳的多。这就表明采用变参数模型可以表明能源消费与经济增长之间协整关系更为显著。

四结论与建议

基于上述分析可知，与固定参数模型相比，变参数模型能更好的描述浙江省能源消费与经济增长之间的动态关系，得到的模型为变参数αt变动范围为0.464-0.5，即GDP每增加1%，就会增加0.46%-0.5%的能源消费。

文中在统计分析的基础上对浙江省今后的能源消费和结构优化调整提出了相关政策建议。

1.提高节能意识，加大节能投资。浙江省是资源小省，人均资源和能源占有量很少，因此提高资源节约的意识对经济发展十分必要。当前我国大部分的工业企业节能投资不足，节能设备技术水平落后，因此政府要从行政和政策上引导各企业在追求利益和节能减排之间找到平衡点。对于不符合产业政策的落后生产能力要坚决淘汰，促进高耗能行业结构调整，加大监测和执法力度。在提高节能投资水平方面，要推进节能专项资金的建立。政府要尽快将节能预算纳入公共预算范围，积极安排专项资金用于节能技术的研究开发，促进社会加大对节能的投资水平。

2.优化能源消费结构，促进经济增长方式的转变。浙江的能源消费长期保持着以煤炭、石油类化工能源为主的劣质结构，这种消费结构方式高污染、高耗能而且效率低。近年来浙江省作为转变经济发展方式的试点省份，优化浙江能源的消费结构已经刻不容缓。因此要积极探索新能源，开发水电、核电、天然气发电并因地制宜发展太阳能、生物能等可再生能源。对于产业结构的调整，应该大力发展第三产业特别是现代服务业，相对于工业企业而言，要大力促进生产性服务业的发展，严格控制高耗能行业的发展速度，坚决杜绝以牺牲能源换取经济利益的行为。

3.加强能源环境保护，完善能源储备体系。经济发展过程中能源消耗所造成的环境污染已经成为制约经济可持续发展的瓶颈，环境的承载力是有限的，如果不加强对环境污染问题的重视，不妥善解决环境污染，它有可能在将来很长一段时间内制约我国经济进一步的可持续发展。国家以及各级政府要设立环境保护专项基金用于环境清洁技术的研究和开发、宣传与应用。浙江作为能源消费大省，能源建设必须具备抵御风险的能力，要有一定的战略性物资准备，包括实物和渠道，要建立健全突发事件的检测和预警预报体系，提高监测预测能力，制定完善的突发事件应对计划，做好充分的突发事件应对准备。

[1]Kraft J.,Kraft A.On the relationship between energy and GNP[J].Journal ofEnergy and Development,1978(3): 401-403.

[2]Yu,E.S.H.and Jin,J.C.Co-integration tests of energy consumption,income andemployment[J].Resources and Energy,1992(12):219-226.

[3]林伯强.中国能源需求的经济计量分析[J].统计研究,2001(10):34-39.

[4]王海鹏,田澎,靳萍.基于变参数模型的中国能源消费经济增长关系研究[J].数理统计与管理,2006,25(3): 253-258.

[5]段显明,郭家东.浙江省能源消费与经济增长的动态关系[J].技术经济,2011(10):72-75.

(责任编辑：牛域宁)

注：*本文受国家社会基金项目(13CTJ012)，浙江省自然科学基金项目(LQ13A010002)资助。