能源强度与最优经济增长的耦合研究

唐建荣　程静　姜翠芸

摘要：基于生产要素替代视角及现有技术进步条件，利用最优化理论构建了最优经济增长模型， Lasso分析结果显示：经济增长与能源消耗存在较强耦合关系，能源消耗每增加一个百分点，国民生产总值将增加0034个百分点；2014～2020年中国能源强度约在07～08之间，最优经济增长约为8%左右。经济增长与能源强度的耦合关系表明：从长期来看，片面缩小能源消耗，过度强调降低能源强度，可能对经济发展产生阻尼效应。进一步的分析表明：生产要素替代弹性与经济增长成正相关；外生能源价格越高对经济增长越容易产生约束；资本生产率的提高对经济增长有显著的推动作用。如何充分发挥其他生产要素替代作用，在确保经济最优增长和降低能源强度间寻找一个平衡点是未来经济发展的导向。

关键词：能源强度；最优经济增长；要素替代；Lasso

DOI：10.13956/j.ss.1001-8409.2015.11.24

中图分类号：F206；F124文献标识码：A 文章编号：1001-8409（2015）11-0110-05

Abstract：This paper sets up the optimal economic growth model based on production factors alternative perspective and optimization theory. Result of Lasso analysis showed that， there is a strong coupling between economic growth and energy consumption， energy consumption for each one percentage point increase， national production GDP will increase by 0.034 percentage points；Chinese energy intensity from 2014 to 2020 is between 0.80.7， optimal economic growth of is about 8%. The coupling relationship between economic growth and energy intensity shows that， in the long run， onesided reduce energy consumption， excessively emphasis on reducing energy intensity， will possibly lead to damping effect on economic development. Generally speaking， the elasticity of substitution and capital productivity has a positive effect on economic growth； promoting energy prices will be bad economic growth. How to give full play to the factors of production alternatives in ensuring optimum between economic growth and reduce energy intensity is directed to find a balance future economic development.

Key words：energy intensity； optimal economic growth； factor substitution； Lasso

1引言

工业革命以来，能源的开发利用为突飞猛进的经济增长奠定了坚实的基础，给人类社会带来了前所未有的繁荣。但能源危机、环境恶化、全球变暖等生态问题让全球倍感焦虑。中国正处于工业化深入发展时期，能源消耗面临着既要满足经济增长又要实现降低能耗的双重压力。如果仅从节能减排来考虑，强制性缩小高耗能产业是最好选择，但这也可能会引发经济系统的失衡进而影响经济的持续发展。技术进步是节能减排的重要参数[1]，在不引起巨大的经济成本或结构破裂的条件下，技术创新对于节能减排具有重要作用，但这是一个长期过程，短期内无法起到立竿见影的效果。在此背景下，利用现有劳动力等非能源要素相对富足这一特点，在生产活动中积极引导其他生产资料替代能源这一要素，进而调整各要素间的配置比例，转变经济发展模式，这是保障经济增长，降低能源强度，实现能源—经济系统协调发展行之有效的途径。

现有研究表明[2，3]：资本、劳动力等非能源生产要素对能源的替代可以有效提高能源效率，促进节能减排，并且对未来经济发展具有重要影响。陈晓玲[4]等人通过对1978～2008年各省份数据的实证分析，认为生产要素替代对经济增长具有促进作用；Ma[5]等认为资本比劳动力更能替代能源消费，能源强度下降有赖于生产要素替代；Kemfert[6]等认为节能减排的经济影响在很大程度上依赖于资本劳动力对能源的替代弹性。通过文献梳理可以发现，要素替代不仅能够促进节能减排，也能带动经济增长，这就意味着要素替代将会成为缓解能源强度与经济增长内在冲突的新途径；对于能源强度与经济增长的内在关系，大多数学者都是从科技进步、二氧化碳排放[7，8]等方面来研究，忽略了经济系统的完整性；作为一种重要的生产要素，能源与其他生产要素共同作用于经济系统，生产要素具有替代作用，要素配置的不同也将引起能源强度及经济增长的变动。本文从要素替代这一视角来研究能源强度与经济增长的耦合关系，利用最优化理论构建最优经济增长模型，探讨通过要素替代以改善能源强度与经济增长的内在冲突，将要素替代作为保增长、促节能的手段；基于要素替代视角的研究可以更清晰地揭示能源强度与经济增长的耦合交互作用，相关研究结果为实现经济—能源系统的协调发展提供了理论依据，为保障经济增长和节能减排提供了新途径。

2基于生产要素替代的最优增长模型

经济学界普遍认为资本、劳动力和技术进步是推动经济增长的重要参数，随着工业化的不断发展，能源已成为经济发展必不可少的战略性资源。因此，本文将能源纳入一般生产函数，并认为能源与其他生产要素具有有限替代弹性，以真实反映能源与经济产出的关系。

由式（9）可知，最优经济增长率是能源强度的函数，在长期均衡路径下最优经济增长在一定程度上取决于给定的能源强度，并与要素替代弹σ、资本生产率b成正相关关系，与能源价格φ成负相关关系，其经济学意义为：资本、劳动、能源间的替代作用发挥得越好，越有利于经济增长；若只片面地考虑到节能减排而大幅度提高能源价格则会给经济增长带来负面效应。

3要素替代的最优经济增长参数估计

31研究方法

Lasso方法的基本思想是通过施加一个惩罚项对变量系数进行压缩，使得一些非显著变量的系数变小甚至趋于0，从而消除变量间的多重共线性。这种方法较其他方法而言模型误差小，稳定性强，能同时实现变量选择和参数估计，是一种较为有效的处理共线性问题的方法，因此本文选用Lasso方法对生产函数参数进行测算。

为了更全面地考察能源、资本、有效劳动与经济产出的关系，本文选取1980～2012年间的相关时间序列数据进行分析。国内生产总值GDP用1978年的不变价格折算，以消除价格影响，有效劳动力AL选择社会从业人员总量来表示，能源E选用每年消耗的标准煤数量。选用固定资本作为资本投入K的衡量指标，采用目前普遍使用的永续盘存法：Kt=It/Pt+（1-δ）Kt-1，Kt、Kt-1分别是第t和t-1期社会固定资本，It表示第t期新增资本存量，用当期的全社会资产投资额衡量，Pt表示当年固定资本平减指数，δ为资产折旧率，取δ=96%[9]。

利用Matlab软件得到回归解，表1给出了Lasso的变量选择及系数估计结果。从表1可以看出，这三个变量与经济产出密切相关，都没有因为共线性而使得系数被压缩为0，都是Lasso的解。同时也实现了变量选择与系数估计的同步。

利用GCV算法估计参数，当t=164523时，GCV=12582e+0005，误差取最小值，得到标准化的Lasso回归方程：

lnY=0033611lnE+0626437lnK+0339952lnAL（12）

结果显示资本、有效劳动是中国经济发展的主要源泉，但能源消耗对经济发展的作用也不容忽视。能源的产出弹性为0034，即能源消耗每增加一个百分点，国民生产总值将增加0034个百分点，经济的快速发展在一定程度上依赖于对能源的消耗，两者间存在较强耦合关系。

33能源强度估计

假定能源强度是外生的，根据刘晓等[10]的研究设定能源强度随时间呈指数变化趋势，能源强度模型为τ（t）=τ0eat，根据生产函数回归时采用的1980～2012年间的GDP和能源消费，计算出1980～2012年的能源强度；为了对能源强度模型进行回归，先将能源强度做对数化处理，并利用Eviews60对能源强度的时间序列进行回归分析，结果如表2。

由表2可知回归系数的t统计量都通过检验，具有统计学意义，得到能源强度模型：τ（t）=182e-0022t（t1980=1）。从模型结果可以看出，我国能源强度以每年0022的速度指数下降。

34其他参数估计

定义技术进步增长率gL的计算方式为gL=（Lt/L0）1/t-1，Lt是2012年的劳动力，L0是1980年的劳动力，t是增长期数，根据此计算方式可以求得劳动力年增长率为gL=0018。

全要素生产率的提高是技术进步的重要标志，所以本文利用全要素生产率指标来表示技术进步。通过索洛残差法估算出gA=000975。郭庆旺等[11]测算了1979～2004年全要素生产率，其年增长率为000891，这说明近十年来我国资源配置有所优化，技术效率有所提高。

ρ和σ在模型中都是重要的外生参数，而Barro和Sala-i-Martin[12]则认为002是ρ的一个基准值；顾六宝等[13]在动态模拟中国最优消费路径时，发现当ρ∈（001，003）时效果最好，并拟定ρ值为002，σ值取2。因此，本文采用ρ=002，σ=2。中国的资源禀赋就决定了煤炭是支撑经济发展的重要战略性能源，煤炭行业对GDP的贡献率已超过油气开发行业，并且贡献率增长迅速[14]，因此采用煤炭价格来衡量能源价格φ。王锋等[15]运用状态空间模型建立了煤炭价格的预测系统，研究结果显示该模型对煤炭价格具有较好的预估功能，本文借鉴其研究成果。长期均衡时资本生产率b是个常数，本文选用增量资本产出比对其进行度量，根据回归结果取b=0626437。

4能源强度与最优经济增长的耦合研究

对式（9）两边分别关于τ求导得到：

dgydτ=βbσ（1-α）·α-φτ（1-α）τ（13）

短期内能源消费带来的收益可能小于其自身的支出成本，即αY<φτY，式（13）小于0，即经济增长率对能源强度的一阶导小于0，其经济学意义为能源强度的降低对经济增长率具有正向推动作用，能源强度越低越有利于经济的增长。但从长期来看，能源消费带来的产出必定大于其自身的支出，成本即αY>φτY，式（13）大于零，即经济增长率对能源强度的一阶导大于0，其经济学意义为：从长期来看，降低能源强度对经济增长有一定的抑制作用，能源强度越低，经济增长越趋于平稳，这与公维凤等[16]的研究结论一致。

能源强度与经济增长的耦合关系表明，从长期来看，降低能源强度对经济增长的负面影响不容忽视。如何将能源强度控制在合理范围内，实现能源—经济的双赢是未来经济发展的导向。本文测算了2014～2020年我国能源强度与最优经济增长率，为实现能源—经济的平衡提供理论参考。根据能源强度模型和最优经济增长的参数估计结果并通过式（9）得到2014～2020年我国最优经济增长率结果如表3。

表3显示，2014～2020年我国能源强度约在07～08之间，虽与发达国家的能源强度存在差距，但中国的国情就决定了能源强度的降低是一个长期缓慢过程。2014～2020年我国的最优经济增长率为8%左右，这与陈江生[17]认为中国经济将保持较快增长，2020年的经济增长率为8%左右估计结果基本一致。经济增长应与能源强度相协调，降低能源强度应以保障经济持续增长为前提，若片面追求经济指标或降能指标，只会顾此失彼。

5结论及建议

51结论

本文基于生产要素替代视角及现有技术进步条件，利用最优化理论构建了最优经济增长模型，采用Lasso技术对生产函数进行回归，结果显示经济增长与能源消耗存在较强耦合关系，能源消耗每增加一个百分点，国民生产总值将增加0034个百分点。据此测算了2014～2020年中国能源强度在07～08之间，最优经济增长约为8%左右。经济增长与能源强度耦合关系表明，从长期来看，片面缩小能源消耗，过度强调降低能源强度，可能对经济发展产生阻尼效应，而能源强度过高也不利于当前的经济增长，能源强度的控制应立足基本国情。进一步的分析表明：生产要素替代弹性与经济增长成正相关；外生能源价格越高对经济增长越容易产生约束；资本生产率的提高对经济增长有显著的推动作用。

52基于要素替代的中国经济增长政策建议

“后危机时代”渐行渐近，这对于破解原有经济发展模式的症结既是挑战又是机遇。如何在推进工业化进程的同时，充分发挥一系列的后发优势（如人力资源、资本积累、能源产业创新、制度创新等），将能源强度调整在一个合理的范围内是新时期尤为重要的现实问题。立足中国当前实际情况，结合本文研究结果，并借鉴国内外的先进经验，本文提出以下要素替代模式：

第一，智库人才替代模式。从式（9）中可以看出，边际替代弹性越大，经济增长率提高的幅度越大，越有利于经济的可持续发展，这与德拉格兰德维尔假说[4]一致。充分发挥人力资源优势，这实际上是一种以人力资源替代物质资源的资源替代过程。我国人口众多，但人力资本效能低下，农村剩余劳动力富足，基层劳动者知识、技能缺乏，应积极引入民间教育融资，全方位、多层次开展教育培训事业，增强基层劳动者文化素质，充分发挥智库人才优势，推动能源—经济的可持续发展[18]。

第二，绿色金融替代模式。式（9）显示资本生产率对经济增长有积极正向的影响。利用金融创新寻找新的经济增长点是提高投资回报率的一个重要手段，其实质就是一个由资本替代能源的过程。我们可以对国外的先进经验进行借鉴、吸收、再创新，积极宣传并进一步拓宽投资渠道，搭建融资平台，成立中小型企业投资基金会，引导中小型资金向能源生产、减排及研发部门以及高新技术产业、新能源产业转移，加强能源托管服务性投资，通过金融创新以实现投资效益与生态环境的双赢。

第三，柔性价格替代模式。从式（9）可以发现能源价格的提高对经济增长率具有负面影响；在其他条件不变的情况下，能源价格的提高会使得能源消费支出大幅度上涨，可利用的投资资金也会相应减少，经济活动因缺乏资金支持而失去活力。但提高能源价格是促进能源效率提高的有效途径，为了减少能源价格小幅度上涨带来的负面影响，能源价格的调整应以柔性为原则，可以考虑调整不同能源间的价格差，以价格差来刺激能源种类间的替代。

第四，多边协同替代模式。在保障经济最优增长和降低能源强度间寻找平衡点时，技术进步无疑是一个重要参数。发达国家不仅经济发达，在能源技术方面也具有优势。应顺应国际能源发展的潮流，积极推动双边和多边国际能源技术合作与交流，借鉴国外先进经验，融合各种技术创新，推动我国能源技术的发展，提高能源利用效率。

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（责任编辑：杨锐）