云南省能源消费与经济增长动态关系——基于向量误差修正模型的实证研究

田文甫慧

(云南民族大学 经济学院，昆明 650500)

如何平衡能源节约与经济发展的关系一直以来都是学界研究热点、政府工作重点和社会关注焦点。“十三五”期间，云南贯彻践行新发展理念，全力打造世界一流“绿色能源牌”，能源产业跃升为全省第一支柱产业，能源工业成为全省经济增长主要拉动力，云南由能源资源大省向能源消费大省转变。面向“十四五”，要实现能源资源配置更加合理，确保生态文明排头兵建设取得新进展，推动全省高质量跨越式发展，当务之急是要厘清能源消费与经济增长之间的内在联系。作为经济欠发达地区，云南能否实现经济与环境的双赢？根据《中国统计年鉴》和《云南统计年鉴》最新数据，2019年云南能源消费量占全国能源消费总量的2.5%，为全国生产总值贡献了2.35%，单位产值能耗低于全国平均水平的6.52%。可见，从经验角度看，云南能源消费与经济增长之间存在某种联系。故从实证出发，对云南40年的统计数据进行定量分析，以期揭示二者之间更贴合云南实际的影响机制和发展规律。

1 文献综述

近年来，国内许多学者使用协整研究这个“鱼和熊掌”的问题。常用的协整检验法有两种：一是Engle和Granger提出的E-G两步法[1]，即先用OLS方法估计方程系数并计算非均衡误差，再检验非均衡误差的平稳性。二是Johansen[2]提出的基于回归系数的似然比检验法，主要用来分析由多变量组成的向量自回归系统，在向量自回归模型基础上使用极大似然估计法进行协整检验和确定协整关系。前者由于操作简便，受到国内多数实证应用者的青睐，于东平等[3]、晏正春等[4]、王秀丽[5]均采用E-G两步法对国内能源消费与经济增长进行双变量、单方程的静态协整分析。Johansen检验较其复杂很多，但检验功效更大，能够进行多变量、多方程的动态协整检验，能确定出多个变量之间可能存在的所有协整向量，它将所有变量内生化，从而避免了因变量选择的主观性，并且由于极大似然法是在向量误差修正模型(VECM)中进行的，从而为协整检验提供了统一的分析框架，即单位根检验到协整检验到建立VECM。VECM很好地补充了长期静态模型的不足，它是一种有约束的VAR模型，即自变量中含有协整约束，因此适用于存在协整关系的非平稳序列。目前，多数研究止步于对能源消费与经济增长进行长期均衡关系的协整检验，忽略了变量短期波动对均衡状态的动态影响[6-8]。

新古典C-D生产函数作为研究生产要素和经济增长关系的一种较好途径，已被广泛应用于经济研究中，但其基本构成只解释了技术、资本和劳动对经济的影响。随着工业化进程的推进，能源在生产过程中的作用愈加不可替代，若忽略能源因素研究经济增长，会导致分析出现较大误差。宋锋华和罗夫永[9]通过对比新疆1978—2010年能源消费量和实际GDP的双变量模型和拓展后的C-D生产函数多变量模型，发现后者的拟合优度大幅提高。目前，使用生产函数研究二者关系的论文较为少见，多数研究只对二者建模，由于遗漏重要解释变量，模型或存在内生性问题[10-12]。在少数使用生产函数的研究中，也存在一些考虑不周的问题。杨慧贤等[13]、宋梅和高志远[14]用最小二乘法对拓展后的三要素生产函数模型进行简单线性回归，没有考虑序列平稳性，也没有分析变量间的长短期关系，且样本区间较短。李涛和曹文[15]虽考虑了平稳性和长期关系，但依旧采用E-G双变量两步法，协整检验与生产函数相分离，且缺少对短期关系的考察。王状等[16]弥补了上述研究的不足，基于改进后的生产函数，对1998—2016年的数据进行了单位根检验和协整检验，遗憾的是，仍没有继续建立VECM模型，样本区间也只有19年。

Granger因果关系检验由2003年诺贝尔经济学奖得主Clive W.J.Granger[17]开创，用于分析某个解释变量滞后值对被解释变量是否具有预测能力。协整不代表Granger因果关系，协整反映的是变量间随时间同步变化的趋势。因果检验不成为伪回归的条件是变量平稳或存在协整关系，所以只要证明变量间具有同趋势性，就可以进行因果检验。在国内相关文献中，部分研究[18-19]；缺少对二者的因果检验，且由于研究对象、样本区间和计量统计方法存在差异，不同学者得出的实证结果大相径庭。放眼到国外研究，Akinlo[20]研究证实苏丹和津巴布韦存在经济增长到能源消费的单向因果关系。Dantama和Inuwa[21]分析认为1980—2010年尼日利亚存在与之相反的单向因果关系。Çetinta和Sarkaya[22]对1960—2004年英国和美国的考察中未发现二者之间存在因果关系，建议政府将工作重点转向不可再生能源。Munir等[23]在对1980—2016年东盟五国的面板检验中发现了相当大的异质性。由此可见，无论是国内学界还是国外学界，研究者们对能源消费与经济增长之间的真实关系存在较大分歧，但大家一致认为若经济系统存在能源消费到经济增长的单向因果关系或二者具有双向因果关系，则该系统属于能源依赖型经济体，减少能源消费量将对经济增长产生消极影响；若存在经济增长到能源消费的单向因果关系或二者不具有因果关系，则节约型能源政策不会阻碍经济发展，可实现可持续发展战略。

综上所述，现有文献对该领域的研究具有很大借鉴意义和参考价值，但仍存在以下需要完善的地方：①多数文献缺少完整的检验步骤；②多数文献使用E-G两步法进行协整检验，或导致内生性问题；③在生产函数框架下研究二者关系的研究较为少见；④多数文献基于国家宏观层面，少部分涉及省域视角的文献也大多将广东、山东、江苏等经济相对发达的省份作为研究对象，鲜见对云南这个能源大省的研究，且样本时间跨度较短。对此，本研究的主要特色体现在：首先，借助国际通用的C-D生产函数，在原有生产要素中引入能源消费，并将拓展后的三要素生产函数与检验功效更大的Johansen协整检验法相结合，有效解决了部分内生性问题，使检验结论更加真实可信。其次，在完整的协整检验流程下，更为全面考察了二者长期和短期的互动关系。最后，为了避免估计量偏误，选择改革开放以来尽可能长的样本区间。由于年鉴未提供1978—1979两年的年末就业人员人数且尚未公布2020年的相关数据，故将样本区间设定为1980—2019年。

2 数据选择、处理与理论模型

2.1 原始数据的处理与测算

基于研究所需和数据可得性，选用云南省1980—2019年，共4×40个年度数据的能源消费(E)、资本存量(K)、劳动投入(L)和实际GDP(GDP)作为实证分析的数据源，所有数据根据国家统计局公布数据和历年《云南统计年鉴》整理所得。

对于实际GDP，以1978年为基期对按当年价格计算的生产总值数据进行如下处理，从而得到相应年份生产总值的实际值。

(1)

对于资本存量，首先以1978年为基期对按当年价格计算的固定资产投资数据进行如下处理，从而得到相应年份固定资产投资的实际值。

(2)

然后借鉴单豪杰[24]的方法，将折旧率设定为10.96%，采用永续盘存法估算资本存量，计算公式为

Kt=(1-δt)Kt-1+It

(3)

式中：Kt表示云南第t年的资本存量;Kt-1表示第t-1年的资本存量；It表示第t年的不变价实际固定资产投资；δt表示固定资产折旧率。

资本存量估算的基年选择在国内现有文献中主要分为1952年和1978年。在永续盘存法的计算中，选择的基年越早，基年资本存量的估计误差对后续年份的影响就越小，但考虑到云南省固定资产投资这一数据只能回溯至1978年，故将1978年作为基年。关于1978年云南省的资本存量，采用1979年的不变价实际固定资产投资比平均折旧率10.96%与1979—1983年实际固定资产投资平均增长率之和(表1)。资本存量的估算结果见表2。

表1 云南省1979—1983年实际固定资产投资增长率状况及基年资本存量的计算

表2 1980—2019年云南省资本存量 单位：亿元

对于劳动投入，本应该用有效劳动时间来表示，但由于条件限制，无从获取这一数据，所以将全省年末从业人员总数作为劳动投入的代理变量。

对于能源消费，采用《云南统计年鉴》公布的历年能源消费总量(万吨标准煤)来表示。所有原始变量的描述性统计见表3。

表3 描述性统计

为了减弱模型异方差，且便于变量关系的解释，将上述4个变量取对数，并通过绘制lnE、lnK、lnL、ln GDP的时间趋势曲线，初步判断4个变量随时间的变化趋势。

从图1可以看出，ln GDP和lnE随时间的变化趋势非常相似，说明二者可能存在内在联系，并且lnE的增长趋势较lnL、lnK更为陡峭，表明能源投入较劳动投入、资本投入对经济增长的驱动效应更加明显，这个现象与改革开放以来云南省对能源产业的大力开发与利用息息相关，也恰恰反映了近年来能源产业成为云南第一支柱产业这一客观事实。根据4个序列之间的同趋势性可以预知，云南生产总值与资本投入、劳动投入和能源消费之间可能存在协整关系。

图1 ln E、ln K、ln L、ln GDP的时间趋势曲线

2.2 向量误差修正模型(VECM)

Engle和Granger将协整与误差修正模型相结合，建立了向量误差修正模型(VECM)。VECM是一种含有协整约束的向量自回归模型，常应用于具有协整关系的非平稳时间序列建模。考虑滞后p阶、不包含外生变量的k维向量自回归模型VAR(p)：

Yt=A1Yt-1+A2Yt-2+…+ApYt-p+μt

(4)

将式(4)变换为差分形式：

(5)

(6)

误差修正项ecmt-1反映了变量间的长期均衡关系，系数矩阵α反映了当变量间的均衡关系偏离长期均衡状态时，误差修正项将其调整至均衡状态的调整速度。自变量差分项的系数反映的是各变量短期波动对因变量短期变化的影响。

3 实证分析

3.1 ADF单位根检验

进行协整分析前需对序列进行平稳性检验，采用ADF单位根检验，结果见表4。

从表4中可以看出，序列Δ2ln GDP、Δ2lnK、ΔlnL、ΔlnE在5%的显著性水平下均通过了单位根检验，即原变量序列ln GDP、lnK为二阶单整序列，lnL、lnE为一阶单整序列，最高阶单整变量个数大于等于2，满足Johansen协整检验的前提条件，可以进一步检验它们之间是否存在长期均衡关系。

表4 ADF单位根检验

3.2 Johansen协整检验

Johansen检验是一种进行多重变量序列协整检验的较好方法，该方法的优点是能够给出多个变量间的可能存在的全部协整关系。为了确定其最优滞后阶数，需先建立由lnE、lnK、lnL、ln GDP构成的VAR模型，表5给出了各种准则下的VAR模型滞后阶数。

由表5可以看出，当滞后阶数为4时，符合准则的个数最多(以*表示)，因此重新估计VAR(4)模型。在单位根检验中，根据AIC、SC、HQ信息准则判断出所有原变量序列都是含有随机性趋势的单位根过程，故在确定性趋势假设时选择第3种情形

表5 VAR模型滞后阶数及准则信息

进行含趋势项的协整检验[25]。协整检验的滞后阶数比VAR模型少1，故滞后步长为1～3，特征根迹检验和最大特征根检验结果见表6、表7。

表6 无限制的协整秩检验(迹)

表7 无限制的协整秩检验(最大特征根)

两种秩检验结果均显示在5%的显著性水平下拒绝没有协整向量、最多一个协整向量和最多两个协整向量的零假设，接受最多3个协整向量的备择

假设，因此认为该系统存在3个协整关系。

3.3 向量误差修正模型(VECM)的估计

根据Granger表述定理，如果变量间存在协整关系，则它们之间的短期非均衡关系总能由误差修正模型表述。因此继续建立VECM来考察短期波动对长期均衡的影响，采用极大似然估计法，估计结果见表8。

表8 VECM估计结果

表8的第一部分是对协整方程的拟合，由误差修正项ecmt-1表达式可推导得出以下3个协整方程：

lnEt-1=ecm1，t-1+0.936 7ln GDPt-1+2.341 6

(7)

lnKt-1=ecm2，t-1+0.903 8ln GDPt-1+0.229 7

(8)

lnLt-1=ecm3，t-1+0.273 5ln GDPt-1+6.005 1

(9)

可见，因变量变化是误差修正项ecmt-1和其他自变量变化的函数。由于主要研究能源消费与经济增长的关系，所以重点关注第一个协整方程(7)。当lnE的系数标准化为1时，ln GDP的系数为0.936 7，t值为10.160 8，表明二者具有显著正相关关系，即其他条件不变时，全省生产总值增加1%会带动能源消费量增长0.936 7%。这一结果说明，云南省能源消费与经济增长之间存在长期均衡关系，产出增加能够带来能源消费的增加，反之，能源需求旺盛也会导致经济总量扩大。因此从长期来看，云南的能源消费不是经济增长的外生变量，可以作为一种生产要素加入生产函数中。

表8的第二部分是对VECM的估计，其中关于能源消费与经济增长的VEC模型具体如下：

(10)

(11)

同样地，重点关注ecm1，t-1。从误差修正项的系数来看，式(10)和式(11)表明误差修正项对本期能源消费和本期实际GDP具有修正作用，其效应分别为-0.804 7(标准误差为0.352 48)和-0.167 6(标准误差为0.146 86)，说明上一期的非均衡误差将以80.47%的调整力度对本期能源消费做出较大力度的反向修正，使得能源消费重新由短期非均衡状态回到长期均衡状态，符合反向修正机制，且显著为负。这表明，云南能源产业发展至今已然具备良好的自我调节功能，下一步应继续全力打造世界一流“绿色能源牌”的战略部署。而当本期实际GDP偏离均衡状态时，上一期的非均衡误差将以16.76%的速度将其拉回均衡状态，自我修正的速度较缓慢，且作用不显著。这就提示，要想保持经济可持续、高质量发展，前提是要营造稳定的宏观经济环境，保证经济稳定增长。从滞后变量的影响来看，本期能源消费主要受到资本存量滞后3阶(10%水平下)和劳动投入滞后1阶(1%水平下)的影响，并未受到实际GDP滞后项的显著影响；而本期实际GDP主要受到劳动投入滞后1～3阶(1%水平下)和实际GDP滞后2阶(1%水平下)的影响，并未受到能源消费滞后项的显著影响。这表明，短期内云南能源消费和经济增长不存在因果关系，这一点将在之后的Granger因果检验中加以验证。最后，在能源消费和实际GDP的VECM中，可决系数R2分别为0.523 6和0.600 6，表明构建的VECM能较好地拟合能源消费与经济增长的动态机制。

3.4 基于VECM的Granger因果检验

协整满足Granger因果检验的前提，继续利用VECM的Granger因果检验程序。表9报告了VECM下两变量间Granger因果关系的Wald检验结果：在10%的显著性水平下，能源消费的短期动态方程中仅存在资本存量到能源消费的Granger因果关系；在1%显著性水平下，实际GDP的短期动态方程中仅存在劳动投入到实际GDP的Granger因果关系，没有证据表明实际GDP与能源消费之间存在Granger因果关系，说明云南经济属于非能源依赖型经济，节能政策的实施对经济不会造成明显的负面影响，能源消费-经济增长“中性假说”成立。

表9 基于VECM的两变量间的Granger因果检验

4 结论与讨论

通过对云南能源消费与经济增长之间的动态影响关系研究，得到以下结论：①Johansen协整检验结果表明能源消费与经济增长之间存在长期稳定的均衡关系和显著的正相关关系，意味着二者关系从经验上的模糊判断变成了一种客观规律，能源消费对经济增长发挥了基础性的作用，这提示了政府在决策时可以利用这一参照标准，克服主观随意性，保障二者协调、可持续发展。②VECM结果表明短期偏离均衡状态时，误差修正项对能源消费和经济增长发挥反向修正机制，但对前者的调整力度显著强于对后者的调整力度，说明云南能源产业在政府的大力支持下发展良好，具有一定的自我调节能力。③模型拟合优度良好，云南经济短期波动超过60%的原因归结于资本存量、劳动投入、能源消费及经济系统对自身上一期偏离长期均衡水平的调整。④基于VECM的Granger因果检验表明短期内经济增长与能源消费之间相互独立，实施保护环境的节能政策不会扼杀云南的经济增长。

总之，经验证据表明云南能源消费是经济增长的内生变量，二者长期存在均衡关系，短期内不存在因果关系。这一结论具有重要政策含义：能源资源具有相对稀缺性，若不完善配套科学合理的能源政策，加快调整能源结构，提高能源利用效率，将导致能源问题成为经济长期增长的瓶颈，不利于经济社会可持续发展。因此，云南能源产业要紧密围绕“四个革命、一个合作”的能源安全新战略以及对云南的“三个定位”，加快建立系统整合的能源-经济决策架构，兼顾经济效率、能源效率和能源消费绿色化的新发展要求，为全省实现高质量跨越式发展做出新贡献。同时政府要统筹把握政策的连续性和稳定性，保证经济以合理的速度平稳增长。