能源消費、結構突變與中國經濟增長：１９５２－２００５

摘要：能源是現代經濟增長的必要支撐，但是在理論上，能源與經濟增長的關系并不明確。本文采用向量誤差修正模型結合結構突變分析，實證檢驗基于生產函數的能源消費與中國經濟增長的關系。結果顯示。“大躍進”的終結與大慶油田的量產，引發產業結構與能源結構的變遷，導致1961年能源消費出現結構突變。這使得1952－2005年能源消費與中國經濟增長之間不存在長期均衡關系，但1962－2005年二者間具有協整關系。在短期能源消費內生于經濟增長，長期中經濟增長是能源消費變動的誘因。需要指出的是，如果忽略產業結構的影響，會低估能源消費在經濟增長中的作用。

關鍵詞：能源消費；經濟增長；結構突變；誤差修正模型

中圖分類號：F120.2 文獻標識碼：A 文章編號：1002－2848－2007(05)－0094－07

一、引言

庫茲涅茨將工業革命之初到工業化之后，發達國家出現的一系列社會經濟轉變過程稱為現代經濟增長。在以工業化與城市化加速發展為主要特征的現代經濟增長的背后，能源對社會經濟各個層面都產生了廣泛而深刻的影響，成為現代經濟增長的必要支撐。充足而穩定的能源投入，更是關系經濟的平穩、持續發展。但是在理論界，關于是能源投入推動了經濟增長，還是產出水平的提高帶動了能源消費。至今沒有形成明確統一的結論。

Kraft和Kraft使用美國1947－1974年的數據，完成了研究能源消費與經濟增長關系的先驅性工作，他們借助Sims的方法證明存在GNP到能源消費的單向因果關系。然而Akarea和Long研究發現，能源消費和GNP的關系對樣本長短十分敏感，如果將Kraft和Kraft的樣本時間縮短2年，二者間就不具有因果關系。此后的研究還發現，存在能源消費到經濟增長的單向因果關系以及雙向因果關系。各種研究之所以沒有達成明確一致的結論，一個能被廣泛接受的原因是，這些研究的背景涵蓋了從歐美發達國家到亞洲發展中國家，經濟發展水平、文化制度的差異自然會導致迥然不同的結論。

中國大陸地區對能源消費與經濟增長關系的研究始于上世紀90年代中后期。林伯強在能源、資本、和人力資本三要素的生產函數框架下，使用協整分析和誤差修正模型發現，1952－2001年電力消費與經濟增長具有內生性。但林伯強的研究僅分析電力消費的影響，顯然忽略了各種能源之間的替代關系，實證結果可能會存在偏差。韓智勇等檢驗發現1978－2000年中國能源消費與經濟增長之間存在雙向因果關系。而吳巧生等采用E－G兩步法與Granger因果檢驗，驗證1978－2002年經濟增長帶動了能源消費。吳巧生研究的樣本時間段與韓智勇相差2年，但卻出現不同的結果，一方面是因為他們的樣本時間段過短，另一方面研究沒有考慮其他生產要素也會影響實證分析。王少平、楊繼生的研究使用1985－2002年12個主要工業行業的面板數據，采用包括能源效率的3變量模型，發現大多數行業對能源具有高消費和強依賴的特點，但研究并未涉及二者之間的因果關系。

盡管對我國能源消費與經濟增長關系的研究也沒有得到一致的結論，但是也未能發現能源消費與經濟增長不相關，即沒有能源“中性假說”(Yu andChoi)成立的證據。隨著我國工業化與城市化水平不斷推進，能源與經濟的關系日益密切，對能源消費和經濟增長關系的判斷是制定和實施能源政策的重要依據，進而關系到宏觀經濟的平穩運行，因此具有十分重要的現實意義和理論價值。在現有研究的基礎上，本文嘗試以下改進：(1)使用1952－2005年的時間序列數據，這在我國已有的研究中是最長的，以避免樣本時間過短造成研究的偏差；(2)完善我國現有研究忽略結構突變的問題，考察能源消費結構突變的潛在效應；(3)采用基于柯布一道格拉斯生產函數的誤差修正模型(VECM)，檢驗能源消費與經濟增長的長期和短期因果關系。

本文第二部分提出研究的基礎與模型；第三部分是對能源消費的結構突變分析；第四部分采用VECM實證檢驗能源消費與經濟增長的因果關系；最后是基本結論。

二、研究基礎

Stem認為要素的相互替代會導致了能源投入的變化，忽略了生產中資本與勞動的投入，會導致研究結果的扭曲，因此需要在生產函數中分析能源與產出的關系。而Masih和Masih的研究采用包含能源價格的三變量模型。Jorgenson指出，在美國1920－1973年實際能源價格下降，引發了能源投入對勞動的替代，而兩次“石油危機”后實際能源價格上升又出現了資本、勞動對能源的替代。因此采用包含能源價格在內的三變量的模型，實質上也具有能源與其他生產投入要素相互替代的信息。

然而在索洛的世界中，包括能源在內的其他自然資源的投入對產出的貢獻則是微乎其微的。但是如果存在能源約束條件，經濟系統中能源的作用將是不可忽視的，增長也就不僅僅取決于資本、勞動和知識投入的增加，與之匹配的能源投入也可能成為制約經濟增長的“短板”。Nguyen將生產函數設置為，Y=min｜aE，f(K，L)｜(E代表能源消費量)，發現1959－1973年OECD國家能源消費的產出彈性大于1。

Moroney使用包含勞動、資本、能源和技術進步的生產函數，考察單位勞動的資本和能源投入的變化對勞動生產率的影響，估計出的資本和能源產出彈性大致相等。通過細分增長的源泉，Momney發現1950－1973年美國能源投入的變動對經濟增長的年均貢獻為1.17個百分點，而1974－1984年能源投入的下降使得經濟增長率年均減少0.5個百分點。

Jones認為煤炭、石油以及天然氣等不可再生能源的儲量是有限的，并且隨著投入量的增加而逐漸遞耗直至最終耗盡。Jones在索洛模型中加入了能源消費，得出能源消費速度與均衡增長路徑的產出增長率負相關的結論。

基于以上研究，我們認為能源對經濟增長的貢獻不是簡單地表現為數量關系，而應更多體現為保障增長持續性的必要投入，在工業化與城市化快速擴張的進程中，能源投入也就不能被隨意地排除于生產函數之外。我們采用多變量分析方法，在柯布一道格拉斯生產函數的基礎上設置研究基本模型：

Y_t=f(k_t，L_t，E₁) (1)

Y_t=ak_t+bL_t+cE_t (2)

其中，Y_t代表產出的自然對數(1952年不變價格計算的實際GDP)，K_t、L_t和E_t分別是資本、勞動和能源消費量的自然對數。a、b、c則是產出對資本、勞動與能源的彈性。

本文使用1952－2005年時間序列數據，能源消費、勞動力和GDP數據取自《新中國五十五年統計資料匯編》，2005年部分數據經過《中國統計年鑒2006》數據的調整，資本存量數據來自(Zhang Jun，Gui)ring Wu and Jipeng Zhangt。

三、統計描述與結構突變分析

分析能源消費與中國經濟增長之間的關系，需要對1952－2005年能源消費進行統計描述，以便能夠從整體上捕捉能源消費變動的時序特征。

1952－2005年中國能源消費總體上保持了年均增速7.51％的快速上升趨勢，但期間也出現一些波動。1953年中國進入第一個五年計劃，由于參考和借鑒了蘇聯模式而大力發展高耗能的重工業，1958－1960年又實施“大躍進”發展戰略，粗放型增長方式無以復加地放大了，能源消費增長速度遠遠高于同期的經濟增長速度(見圖2)，經濟系統消耗和浪費了大量能源。1961年國家無力再支撐“大躍進”模式，導致了1961－1963年的能源消費負增長，1960－1963年能源消費下降幅度達到48.43％。1967年“文革”沖擊了正常的經濟秩序，能源消費量隨之下滑，但這一次的影響并沒有持續太久。隨后，改革開放之初由于國家生產建設資金緊張，造成能源生產量和消費量的下降，出現1981年的能源消費負增長。進入九十年代中期，我國顯露出買方市場特征，國內市場供給大于需求，產品與要素市場需求都表現出疲軟的跡象，1997－1998年旺盛的能源需求也得到暫時的降溫。

圖2刻畫了我國能源消費增長速度與經濟增長速度的動態特征。在大多數年份能源消費增長速度均圍繞經濟增長速度上下波動，改革開放前波動較為頻繁且幅度較大，反映在高度集中的計劃體制下，資源的配給制度與現實經濟的不和諧。1978年后，經濟增長速度與能源消費增長速度波動較小，能源消費增長速度低于經濟增長速度，這表明經濟運行趨于平穩，能源利用效率有所提高。但2003年后，大量的重復建設與投資沖動降低了投資效率，同時產業結構中重工業比重上升，能源消費增長速度再次快于經濟增長速度，能源利用效率下降。

Lee和Chang認為，能源消費、能源價格的時間序列數據具有非線性調整的特征，能源政策和經濟體制變遷、能源管制改革、制度變革等因素會引起經濟結構的變化，導致能源消費結構突變，從而影響能源與經濟增長之間的關系。為了準確把握能源消費與經濟增長的關系，我們需要對能源消費進行結構突變分析，探尋1952－2005年中國能源消費是否因為外部沖擊或者制度變遷而存在結構突變點。

結構突變分析是借助特定的單位根檢驗方法。識別可能對變量間關系造成影響的外部沖擊。本文遵循Zivot和Andrews提出的以零假設的單位根統計量最小負值作為選擇結構突變點的標準，并采用張曉峒提供的檢驗方法：

1、遞歸檢驗

根據遞歸的思想實施檢驗，首先需要選擇第一個子樣本的空間(以原樣本空間的1/4為標準)，然后逐年擴大子樣本范圍，并對每一子樣本進行含截距項和趨勢項的ADF檢驗，最后根據時間序列圖檢驗某個ADF值是否小于臨界值識別結構突變點，檢驗模型為：

2、滾動檢驗

滾動檢驗與遞歸檢驗采用的標準是一致的，區別在于所使用的子樣本范圍不再逐年擴大，而是保持子樣本空間不變(子樣本空間一般為原樣本空間的1/3)，再對每一子樣本用(3)式進行含截距項和趨勢項的ADF檢驗，并通過與臨界值的比較，識別結構突變點。

圖3是基于遞歸檢驗的時間序列圖，其中未出現低于10％標準的統計量。圖4滾動檢驗的時間序列圖顯示，1961年的統計量最小，并通過5％的臨界值，因此借助滾動檢驗可以識別能源消費于1961年出現結構突變。

1961年中國結束了“大躍進”發展戰略，停止了盲目的“趕英超美”，重工業比重過高的畸形產業結構得以匡正。在當時的技術水平下，1961年的產業結構調整遏制了能源消費增長過快的勢頭，經濟發展水平也逐漸恢復，能源利用效率得以改進(見圖2)。此外，1961年前后的一段時間內中國能源工業也發生了影響深遠的歷史事件，1959大慶油田出油，1963年大慶油田已累計產油1千萬噸，其意義在于中國以煤炭為主的單一能源消費結構得到根本性的改善，效率更高的石油消費比重逐年上升。Jor-genson認為能源的很大一部分增長效應來自于高效率的能源(石油、電力)替代低效率的能源(煤炭)。考察能源消費與經濟增長的關系不僅是數量投入的問題，還應該包含能源利用效率變動的因素，同等數量的能源投入，利用效率的差異顯然會對產出具有不同的影響。基于以上分析，我們的判斷是“大躍進”的終結與大慶油田的量產，引發產業結構與能源結構的變遷，提高了中國能源利用效率，導致1961年能源消費出現結構突變。

四、基于VECM的因果檢驗

1961年的結構突變是否會影響能源消費與中國經濟增長的關系，以及會產生怎樣的效應，是本文接下來試圖解釋的問題。在這一部分我們遵循從一般到特殊的研究思路是：首先忽略結構突變問題，分析1952－2005年能源消費與經濟增長之間的關系；其次，考慮結構突變的潛在影響，檢驗1962－2005年二者間的內在聯系；最后通過對比分析兩種結果，揭示能源消費的結構突變效應。

考察變量間的因果關系，一般是基于Grang-er的方法。但單純依靠Granger因果檢驗，存在一些問題：首先需要變量都是平穩序列，才能檢測變量之間的長期因果關系；其次，如果變量不是平穩序列，且變量間不具有協整關系，就需要將變量差分平穩化處理后，再檢驗因果關系。但變量的長期信息會因差分而丟失，只能檢驗出短期因果關系。因此，傳統的方法就難以同時檢驗變量間的長期和短期因果關系。為了克服以上方法的缺陷，我們采用基于誤差修正模型(VECM)的因果檢驗(內生性檢驗)，分析能源消費與中國經濟增長之間關系的方向、強度與穩定性。

(一)1952－2005年能源消費與經濟增長

首先需要檢驗各變量序列的平穩性，使用ADF檢驗，滯后期的選擇采用AIC準則。表1顯示，單位根檢驗(左半)拒絕了1952－2005年各變量序列平穩的假設，GDP、資本存量、勞動與能源消費均為服從一階差分平穩過程。因此，不能直接檢驗能源消費與產出的因果關系，需要進一步檢驗變量間是否存在協整關系。

表2(上部)是對GDP、資本、勞動與能源消費的協整關系檢驗，在(Unrestricted)VAR(P)模型下確定合理的協整滯后階數，結果顯示軌跡統計量(Trace)與最大特征值統計量(Maximum Eigenvalue)都接受了協整檢驗的零假設，變量間不具備長期穩定關系。

1952－2005年各變量既非平穩序列，也不具備協整關系，需要將各變量一階差分，使其平穩再檢驗因果關系。我們采用自由度為2的VAR模型下的Granger因果檢驗。△Y_t和△E_t，分別表示經過一階差分后的GDP與能源消費。表3的結果拒絕能源消費內生于經濟增長，而在10％的顯著性水平下接受短期經濟增長是能源消費變動的因。

(二)1962－2005年能源消費與經濟增長

進一步考察1961年能源消費的結構突變是否具有潛在效應，我們將結構突變點去除，只分析1962－2005年變量間的關系(1952－1961年的樣本時間段過短，不再討論)。

結構突變的產生一方面會傾向于接受原本平穩序列的單位根零假設，導致平穩序列被檢驗為非平穩。另一方面，結構突變會改變變量間的關系，扭曲協整檢驗與因果檢驗的結果。

表1的單位根檢驗(右半)結果顯示，1962－2005年GDP、能源、勞動與資本存量仍然服從一階差分平穩過程，1961年的結構突變并沒有影響包括能源消費在內的各變量單位根檢驗。表2(下部)的協整檢驗表明，1962－2005年軌跡統計量與最大特征值統計量都在5％的顯著性水平接受GDP、資本、勞動與能源消費間具有一個協整關系。初步判斷，1961年的結構突變影響了對變量間關系的強度與穩定性的檢驗。

由于1962－2005年GDP、資本、勞動與能源存在協整關系，按照協整的定義至少存在一個顯著非零的誤差修正項(ECT)，因此變量問一定具有單向或者雙向的Granger因果關系，從而能夠在VECM的基礎上檢驗變量間的因果關系。建立標準的VECM。如下：

ECT_t-1為滯后一期的誤差修正項，ECT的系數代表了從偏離狀態向長期均衡的調整速度，因此ECT中包含了變量的長期信息。△Y_t-1、△K_t-1、△L_t-1，和△E_t-1，分別代表滯后一期的產出、資本、勞動和能源的變動，它們具有變量的短期信息。按照因果檢驗的基本思想，通過檢驗(4)式和(5)式的因變量系數的顯著性，判斷因果關系。對(4)式中的所有i檢驗H_o:γ_yi=0，以及(5)式中所有i檢驗H_o:δ_ei=0，估計變量間的短期因果關系。對(4)式中的所有i檢驗H_o:β₁=0且γ_yi=0，以及(5)式中所有i檢驗，H_o:β₁=0且δ_ei=0估計變量間的長期因果關系。

表4基于自由度為3的Wold檢驗，ECT_t-1/△Y_t-1，和ECT_t-1/△E_t-1代表誤差修正項與產出以及能源消費的聯合顯著性檢驗。因果檢驗表明，分別在10％和5％的顯著性水平下接受短期和長期經濟增長是能源消費變動的因，反之不然。

能源消費的結構突變顯示，1961年“大躍進”的終結與大慶油田的量產，通過優化產業結構與能源結構提高了能源利用效率，引發結構突變。僅對1962－2005年GDP、資本、勞動與能源消費進行分析，只考慮了能源消費與經濟增長的數量投入關系，而忽略了能源效率的信息。高投入不一定帶來高增長，但投入既定的條件下利用效率的改進同樣能夠提升產出水平。因而，以下的分析引入能源效率的概念，并用能源有效投入替代能源消費：

其中，UE為能源有效投入，SI_t與SE_t分別表示產業結構與能源結構，(6)式表明能源有效投入取決于能源消費、產業結構與能源結構。我們在基本模型中添加產業結構與能源結構變動的因素。三次產業中工業的能源消耗量最大，用工業產出占總產出的比重作為產業結構的代理變量，能源消費中煤炭比例最大且效率最低，因而用煤炭消費比重作為能源結構的近似替代。

表1中，也給出了1962－2005年工業比重與煤炭比重的單位根檢驗結果。通過觀察變量的時間序列圖，沒有發現明顯的上升或者下降趨勢，因此單位根檢驗中沒有設定趨勢項，只包含截距項。單位根檢驗結果顯示，產業結構變量與能源結構變量同樣為一階差分平穩。

表5是對GDP、資本、勞動、能源以及產業結構和能源結構的協整檢驗，軌跡統計量和最大特征值統計量均表明變量間存在4個協整關系。因此，雖然加入了產業結構與能源結構變量，仍然得出1962－2005年各變量間具有長期穩定關系，這也支持1961年的結構突變干擾了對變量間關系的強度與穩定性的基本判斷。

表6基于自由度為2的VECM因果檢驗顯示，短期存在能源消費到經濟增長的單向因果關系。長期中經濟增長是能源消費變動的誘因，而無論長期還是短期產業結構的調整都將影響能源消費的增減，但是能源消費結構的變化與能源消費不具有因果關系。

忽略能源效率的信息，因果檢驗傾向于接受，無論長期還是短期經濟增長都是能源消費的因。而在實證檢驗中加入產業結構和能源結構的因素后，因果檢驗支持短期內能源消費是經濟增長的因，長期經濟增長仍然拉動能源消費。我們認為造成這一差別的原因在于，我國二元經濟結構中，工業化的推進意味著更多包括能源在內的資源投入到勞動生產率更高的非農產業，帶來經濟的快速增長。但是如果不考慮產業結構變動的因素，就可能將產業結構調整對能源投入的影響，誤認為是經濟增長帶來的結果。同時，工業化水平的提高，經濟對能源的依賴性增強，而一旦出現能源供給的短缺，將影響既有產業結構下的經濟運行秩序。因此，如果忽略產業結構變動的影響，會低估能源在經濟增長中的重要性。就短期而言，能源消費內生于經濟增長，能源“中性假說”在中國并不成立，“拉閘限電”等能源管制政策顯然會對經濟增長構成傷害。對于長期中經濟增長是能源消費變動的因，我們的解釋是，以GDP作為行政績效考核的重要指標，會對加大能源投入以加快經濟擴張速度的行為提供激勵。經濟增長指標都達到甚至遠遠超過規劃的預期，能源投入量也隨之高速遞增，能源效率不升反降，長此以往能源的穩定投入將難以為繼，進而會挫傷經濟的可持續發展能力。

長期產業結構調整也會影響能源消費，不同的產業會因技術水平、產業特性的差異而表現出不同的能源依賴強度。2003年后，汽車、水泥、電解鋁等高耗能產業的快速發展導致我國能源消費增長速度再次快于同期的經濟增長速度(見圖2)。處于轉型期的中國經濟，政府和企業都在積極地通過結構調整探尋新的增長點，從而鑄就了這一時期產業結構快速變動的特征。但是經濟增長并非就一定需要發展高耗能產業，保證經濟的長期增長速度的同時又不增加能源投入，需要優化產業結構控制高耗能產業，減輕經濟對能源的依賴。

能源結構的變動與能源消費之間不存在因果關系，我們認為主要原因在于，自大慶油田量產到改革開放之初煤炭占能源消費的比重由90％降低到70％左右，但此后一直穩定在這一水平，因此能源消費結構的變動過于微弱，無法對能源消費形成有效的作用。此外，我國煤炭占能源消費比重的下降，多是由于石油消費水平提高而產生的替代作用，而水電等可再生的高效能源的供給與消費水平偏低，能源消費只有結構變動而缺乏明顯的結構優化。

五、結論

穩定而充足的能源投入在中國經濟發展奇跡中起著重要作用，這不僅體現在數量投入關系上。更為關鍵的是能源是保障經濟增長持續性和穩定性的必要物質基礎。通過結構突變分析和基于VECM的因果檢驗，本文的結論有以下幾點：

第一，“大躍進”的終結與大慶油田的量產引發了能源消費于1961年出現結構突變，使得1952－2005年能源消費與經濟增長之間不存在長期均衡關系。由于與能源有關的時間序列數據具有非線性調整的特征，外部沖擊、制度變遷、能源政策變動易于導致能源消費結構突變，影響能源與經濟增長之間的關系。在轉型經濟背景下，中國經濟結構正處于快速的發展變革中，能源政策應保持穩定，以防止誘發結構突變擾亂經濟的正常運行秩序。

第二，保持穩定的能源政策有利于經濟的平穩運行，這就要求設計和制定能源政策需要足夠的謹慎，以保證能源政策的科學性與合理性。而對能源消費與經濟增長關系的方向、強度與穩定性的判斷，是設計與制定能源政策的重要依據。在短期能源消費內生于經濟增長，長期中經濟增長會帶動能源消費的增加，能源“中性假說”在中國并不成立，經濟對能源具有較強的依賴性，實施“拉閘限電”等能源管制政策對經濟具有負面效應。

第三，忽略產業結構的影響會低估能源消費在經濟增長中的作用，并且在現有技術水平下，產業結構的變動決定了能源利用效率的高低，因此無論長期還是短期，產業結構的調整都會影響能源消費的增減。長期的經濟增長會帶動能源投入的增加，而實施“新型工業化”大力發展低耗能、低污染的清潔產業能夠減少能源消耗，可以借助“結構優化效應”抵消“增長拉動效應”對能源消費的影響。

責任編輯、校對 李再揚