中国能源消费、CO2 排放与经济增长关系的实证研究

王福军，王福田，宁庆月

(1.福州大学 经济与管理学院，福建 福州350108;2.山东省泗水县中册初级中学，山东 济宁237213)

自2013 年以来，中国的雾霾现象愈演愈烈。据相关数据统计，中国受到雾霾天气影响的区域十分广泛，包括华北平原、黄淮、江淮、江汉、江南和华南北部等地区，区域面积约占国土面积的四分之一，居民生活已经受到严重影响。雾霾现象是中国环境污染问题的又一表现，这与中国长期以来粗放型的经济增长模式和能源消费结构是密切相关的。中国是能源消费大国，世界银行统计数据显示中国自2009 年起超越美国，成为世界上能源消费量最多的国家。根据中国统计局最新数据显示，2013 年，中国的能源消费总量为37.5 亿吨标准煤，其中，中国化石能源消费总量占能源总消费量的90.2%。化石能源主要来源于化石燃料的燃烧，而大量的化石燃料燃烧会产生许多空气污染物，这是导致雾霾现象的主要成因之一。同时，化石燃料的燃烧排放也是二氧化碳排放的主要来源。从2006 年起，中国的二氧化碳排放量便一直居于世界首位。据国际能源机构(IEA)统计，2011 年，中国二氧化碳排放总量为79.996 亿吨，约占世界二氧化碳排放总量的四分之一。二氧化碳是主要的“温室气体”，温室效应引起的气候变化问题同样严峻，只是其影响程度并不如雾霾天气对人们有如“切肤之痛”的影响来得强烈。

面对能源和环境的双重威胁，如何有效实现“节能减排”战略目标是目前亟需解决的重要课题。然而，中国作为一个发展中大国，目前仍处于工业化、城市化进程的加速阶段，经济增长仍以化石能源的大量消耗为主要依托。由此而产生的矛盾是，“节能减排”战略的实施会否导致经济的延缓增长?本文旨在通过研究中国能源消费、二氧化碳排放与经济增长三者之间的关系，以期为国家“节能减排”战略走向的政策制定提供一定的参考作用。

一 文献回顾

目前，关于能源消费、二氧化碳排放和经济增长关系的研究，已成为国内外学者关注的热点问题。

关于二氧化碳排放与经济增长之间的关系研究，主要可以分为两大类:(1)对二氧化碳的库茨涅茨曲线(The carbon Kuznets curve，简称CKC)进行实证检验:Selden 和Song、Galeottia 和Lanza 研究认为二氧化碳排放与经济增长之间存在“倒U型”的库兹涅茨曲线关系［1-2］，而Agrasand Chapman、Richmondand Kaufmann、He Jie 则认为不存在CKC 关系［3-5］。林伯强和蒋竺均运用中国1960-2007 年数据，对中国CKC 的理论拐点和实证预测进行研究，认为中国二氧化碳库兹涅茨曲线的理论拐点对应的人均收入是37 170 元，并预计在2020 年左右达到［6］。(2)研究二氧化碳排放与经济增长之间的因果关系:Dinda 和Coondoo 通过对1960-1990 年88 个国家的面板协整分析，得出了一些国家的人均二氧化碳排放量与人均GDP 之间存在双向Granger 因果关系的结论［7］;袁富华认为中国二氧化碳排放与经济增长之间存在双向因果关系，并利用潜在经济增长核算方程具体分析二氧化碳排放对经济增长的影响［8］。

有关能源消费与经济增长之间的关系研究，主要有:AI-Iriani 采用短期面板因果检验方法分析6 个中东国家的能源消费和经济增长之间的关系，结果表明，两变量间存在从经济增长到能源消费的单向因果关系［9］。Narayan 和Smyth 采用面板协整分析方法考察中东国家电力消费与产出的相互影响关系，结果表明，其电力消费与产出之间存在显著的反馈作用关系［10］。Apergis 和Payne 对1980-2006 年间15 个新兴国家的煤炭能源消费与经济增长的动态关系进行研究，通过面板因果检验发现，无论是长期还是短期，两者间均存在双向因果关系［11］。吴巧生等通过对1986 ～2005 年间中国东部、中部和西部地区能源消费与GDP 的因果关系研究，发现它们之间的因果关系呈现出十分明显的区域特征［12］。赵进文和范继涛采用非线性STR 模型对中国1953-2005 年间的能源消费和经济增长关系进行分析，结果表明，经济增长对能源消费的影响具有非线性性、非对称性和阶段性的特点［13］。

近年来，一些学者开始将能源消费、二氧化碳排放与经济增长放在同一研究框架下进行分析。Soytas 等通过美国数据进行实证分析，发现短期收入不是二氧化碳排放的Granger 原因，而能源消费与二氧化碳排放之间则存在着长期的因果关系［14］。Ang 研究发现中国的能源消费越多、收入越高以及贸易开放程度越大，就会导致越多的二氧化碳排放量［15］。Zhang 和Cheng 分析认为长期存在着从GDP 到能源消费、能源消费再到二氧化碳排放的单向Granger 因果关系，但在短期能源消费和二氧化碳排放都不是GDP 的Granger 原因［16］。Jalil 和Mahmud 认为长期二氧化碳排放量取决于收入和能源消费［17］。Soytas 和Sari 认为土耳其的二氧化碳排放与能源消费存在单向Granger因果关系［18］，而Halicioglu 却发现无论是短期还是长期，二氧化碳排放与收入水平之间均存在着双向的Granger 因果关系［19］。Lean 和Smyth 采用面板向量误差修正模型对1980-2006 年间5 个东盟成员国进行研究，结果表明，长期来看电力消费和二氧化碳排放对经济增长存在着单向影响［20］。与国外研究相比，国内学者在这方面的研究文献较少。杨子晖采用有序无环图技术方法，对中国1971 ～2005 年间能源消费、经济增长和二氧化碳排放的三者关系进行分析，结果表明，中国现阶段存在着“经济增长——能源消费——二氧化碳排放”的动态关系链［21］。

二 数据描述与模型设定

本文所选用的经济变量有:人均实际GDP(单位:元，变量名为Y)，人均二氧化碳排放总量(单位:公吨，变量名为CO2)，人均能源消费总量(单位:千克每石油当量，变量名为EC)。其中，人均二氧化碳排放总量(CO2)、人均能源消费总量(EC)数据直接来自于世界银行的数据库;人均实际GDP 是用万德数据库中的人均名义GDP 和GDP 平减指数加以计算得出，这些数据均采用对数形式。具体数据如图1、图2 和图3 所示。

图1 中国1995-2010 年人均实际GDP

图2 中国1995-2010 年人均能源消费量

图3 中国1995-2010 年人均CO2 排放量

从图1-3 中可以看出，1995-2002 年我国人均实际GDP、人均能源消费量和人均二氧化碳排放量的变化趋势并不显著。但自从2003 年开始，这三者呈现出逐年快速递增的趋势，而且这三者的增长趋势基本一致。从2003 年到2010 年，中国人均实际GDP 增加了约183.2%，人均能源消费量增加了约69.8%，人均二氧化碳排放量增加了约76.4%。下面就人均能源消费量、人均二氧化碳排放量与人均GDP 之间是否具有某种具体的确定关系进行实证检验。

在前文理论分析及经济变量定义的基础上，我们将计量模型设定为:

其中:LnY、LnEC 和LnCO2分别表示人均GDP、人均能源消费量和人均二氧化碳排放量的对数;β0表示回归方程中的截距项;β1、β2分别是Y关于EC 和CO2的弹性，即当人均能源消费和人均二氧化碳每增加1%时，人均实际GDP 增加的百分比;u 表示我们所设定模型的随机扰动项。

三 实证结果与分析

(一)单位根检验

由于非平稳序列可能会产生虚假回归现象，所以首先对时间序列进行平稳性检验，我们采用ADF 单位根检验方法对各序列的平稳性进行检验，结果见表1 所示。

表1 ADF 单位根检验结果

从表1 的检验结果中我们可以看出，变量序列LnY、LnEC、LnCO2以及其一阶差分后的ΔLnY、ΔLnEC、ΔLnCO2序列都是非平稳的，而其二阶差分变量Δ2LnY、Δ2LnEC、Δ2LnCO2序列都是平稳的，这说明文中所有变量是二阶单整的，即为I(2)，根据协整检验条件，进而可以检验这些变量之间是否存在长期的协整关系。

(二)协整检验

采用E-G 两步法将对中国LnY 和LnEC、Ln-CO2进行协整分析。首先对这3 个变量运用OLS回归方法构造一元回归模型，然后依据ADF 检验方法判断其残差是否平稳，如果平稳说明这些变量之间存在协整关系，否则是非协整的。

首先，依据我们所设立的模型形式(1)，对LnY 和LnEC、LnCO2进行OLS 回归，回归方程如式(2)所示:

从模型的回归结果来看，R2=0.9792 表明能源消费、二氧化碳排放对当期的中国经济增长具有很强的解释作用，且其指标的回归结果也很满意，回归系数4.787877、-2.550322 分别为中国经济增长关于能源消费、二氧化碳排放的弹性系数，即这些变量每变化一个百分点，则中国经济增长变化相应的百分点数。例如，当中国的能源消费每增加一个百分点时，则经济增长将增加约4.79个百分点，相反，当中国的二氧化碳排放每增加一个百分点时，经济增长则会下降约2.55 个百分点。这表明能源消费对中国的经济增长具有推动作用，而二氧化碳排放对中国经济增长却有阻碍作用。这与现实相符，工业发展是中国经济增长的主要动力，而工业发展需要消耗大量的能源;而当某地区的二氧化碳排放过多时会对环境造成严重污染，有关部门就会限制二氧化碳排放过多的工业部门生产，这又会对当地的经济发展造成一定的阻碍作用。

其次，我们再对上面的回归方程的残差u 进行ADF 单位根检验，其结果如表2 所示:

表2 残差序列u 的单位根检验结果

从表2 可知，残差序列u 在5%的显著水平下拒绝原假设，因此可以确定u 为平稳序列，这表明LnY 和LnEC、LnCO2 之间存在协整关系，即这些变量之间存在长期稳定的均衡关系。这说明中国经济增长与能源消费、二氧化碳排放这三个时间序列的变动趋势在长期内是一致的。

(三)Granger 因果关系检验

由上述的E-G 协整检验结果可知LnY 和LnEC、LnCO2之间存在长期的均衡关系，但不能说明它们之间是否构成因果关系。Granger 因果关系检验是从两个相互联系的序列中分辨出两个变量的因果关系，为了明确地分析LnEC、LnCO2分别与LnY 是否存在因果关系，在显著性水平α =0.1下，对各变量的Granger 因果关系检验见表3。

表3 Granger 因果关系检验

基于VAR 模型的Granger 因果性检验的结果显示:存在着从经济增长到二氧化碳排放以及从能源消费到二氧化碳排放的单向因果关系，而经济增长与能源消费之间存在双向的Granger 因果性关系。

国内对经济增长、能源消费、二氧化碳三者之间因果关系的研究结论不尽相同，而且少有将此三者置于同一框架下进行研究的文献，绝大多数是对其中两者因果关系进行研究。关于经济增长与二氧化碳排放之间的因果关系，国内学者得出的结论多以存在“二氧化碳排放”到“经济增长”的单向Granger 因果关系为主。我们认为，从经济增长到二氧化碳排放的单向Granger 因果性关系，显示了中国高排放的经济增长模式。随着中国工业化、城市化进程不断加快，经济对能源的刚性需求使得二氧化碳排放量持续增加，从而使得由经济增长到二氧化碳排放的因果关系日益凸显。而二氧化碳排放对经济增长的影响可能在短期内并不显著，但二者在长期中存在协整关系。

对于经济增长与能源消费之间的因果关系，国内文献研究结论多以存在“能源消费”到“经济增长”的单向Granger 因果关系为主。我们认为，中国高速的经济增长依托于能源的大量消费，同时经济的快速发展又带动着能源消费需求的增加。经济增长与能源消费之间双向的Granger 因果关系说明了二者之间存在相互促进的关系。

而对于能源消费与二氧化碳排放之间的因果关系，目前国内少有单独研究者。从能源消费到二氧化碳排放的单向Granger 因果关系，也显示了中国能源消费的结构。中国以化石燃料为主的能源消费结构，决定了能源消费增加的同时也不可避免地导致二氧化碳排放量的增加。

四 结论

根据实证分析的结果可得出以下两个主要结论:

第一，从短期来看，能源消费对经济增长具有促进作用，而二氧化碳排放对经济增长具有阻碍作用。从长期来看，能源消费、二氧化碳排放与经济增长之间存在着协整关系，即其三者的变动趋势在长期内是一致的。

第二，存在从经济增长到二氧化碳排放以及从能源消费到二氧化碳排放的单向因果关系。另外，经济增长与能源消费存在着双向的Granger 因果性关系。

从以上两个结论可知，在未来长期内，中国能源消费、二氧化碳排放与经济增长三者之间的相互作用将日益显著，因此我们对这三者协整关系和因果关系的研究是具有预测意义的。从因果关系来看，能源消费与经济增长对二氧化碳排放的作用是正向的，即随着能源消费量的增加、经济的增长，二氧化碳排放量将上升。这意味着一项致力于“节能”的政策，可能同时收获“节能”和“减排”的双重效果。这对中国“节能减排”战略的推动具有积极意义。Dinda［7］指出，仅存在从经济增长到二氧化碳排放的单向因果关系，则意味着减少二氧化碳排放不会对经济增长产生显著的影响。但是，能源消费与经济增长之间的双向Granger 因果关系却表明，减少能源消费的同时可能延缓经济的增长。再加之能源消费与二氧化碳排放之间存在的单向Granger 因果关系，可以推断，“节能减排”战略在实施的过程中，可能将以牺牲经济的高速增长为代价。

对于如何在尽可能保证经济增长的前提下实现碳排放减排目标，林伯强［6］通过对二氧化碳影响因素的分解指出，能源强度因素具有最明显的碳减排作用，提高能源效率将是一个减少碳排放的主要途径。而能源强度的改善还将有利于全要素生产率的提高，对经济增长同样具有拉动作用。因此，提高能源利用效率可能是“节能减排”战略实施的重点方向。另外，通过促进清洁能源的发展、改善中国的能源结构也是一条可取的路径。

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