基于經濟周期視角的煤炭消費和GDP關系探究

李維明，何 花，李維紅

(1.清華大學經濟學研究所，北京 100084；2.國務院發展研究中心資源與環境政策研究所，北京 100010；3.煤炭科學研究總院經濟與信息研究分院，北京 100013；4.中國礦業大學(北京)思想政治教育學院， 北京 100083)

目前國內外針對能源消費與經濟增長關系的研究，大致沿三條思路開展：①以經濟增長理論為基礎來研究能源如何作用于經濟增長；②基于能源生產或需求函數來分析GDP對于能源生產或者消費的影響；③借助計量經濟學相關理論，研究兩者之間的互動規律。研究方法主要有定性和定量兩種，其中定量研究主要包括：一是基于傳統分析方法——相關性[1]與關聯度[2]分析；二是基于統計指標的能源經濟研究，常用指標如能源消費強度[3]和能源消費彈性系數[4]等；三是基于計量經濟學的協整理論所開展的研究，這一方法近年來發展很快。1978年，Kraft首次在其研究中發現美國經濟增長與能源消費之間存在著因果關系[5]。受這一成果影響，各國學者越來越重視開展能源經濟協整性及其因果關系的實證探索[6-9]。在我國，該理論也于近年來被應用于國內能源經濟問題的研究。目前，結合我國現狀所建立的“雙變量協整模型”，主要研究對象包括：能源消費總量[10-11]、電力消費量[12-13]、石油消費量[14]、煤炭消費量[15-16]等分別與經濟增長之間的關系。而基于生產或需求函數所建立的多變量協整模型[17-18]，則主要涉及能源消費、GDP、能源價格、能源結構、資本、勞動力、技術進步、產業結構等變量。

縱觀國內外研究現狀，現有關于我國能源(煤炭)消費與經濟增長關系的研究主要局限于上述三個方面，而從經濟周期這一嶄新視角出發，將1978年至今劃分為若干經濟周期，通過實證分析方法對兩者關系開展深入探討的還幾乎沒有。煤炭作為我國主體能源的地位在未來相當長一段時間內不會改變，其在國民經濟中重要戰略地位將愈發明顯。科學正確地認識兩者關系對于制定我國煤炭工業發展規劃，加快推進煤炭經濟發展方式轉變，促進煤炭工業乃至整個國民經濟的健康、穩定和可持續發展都具有重要意義。尤其在當前中國經濟相對高速發展，世界能源又日趨緊張的背景下，采用經濟周期理論，利用灰色關聯序、煤炭消費彈性系數、能源結構影響能源效率計量模型等分析方法，系統地研究不同經濟周期內兩者之間的互動關系，無疑是一項非常有意義的工作。

1 數據來源與預處理

鑒于我國經濟體制和市場環境在改革開放前后均發生了顯著變化，同時考慮到日益明顯的經濟周期性波動特征，故本文選取1978～2011年作為樣本區間來對煤炭消費與GDP之間的互動關系進行深入探討。具體來說，歷年國內生產總值(GDP)和一次能源消費量及其消費構成的統計數據均來自中國統計年鑒[19-20]、2011年國民經濟和社會發展統計公報[21]，為了剔除物價波動因素干擾，采用的是1978年不變價的實際GDP。

本文將“谷-谷”法[1]作為劃分經濟周期的依據，在此基礎上選取實際GDP增速這一指標來對我國經濟的波動趨勢開展深入研究。不難發現，改革開放以來，我國大致經歷過五個較為完整的經濟周期，如圖1所示：第一至五個周期分別為1978～1981年，1981～1986年，1986～1990年，1990～1999年，1999～2009年，而當前我國正處于第六個經濟周期(2009年至今)。為簡化分析過程、增強研究可行性，特將GDP增長率與煤炭消費增長率變化趨勢大致相同的前三個經濟周期合并，在下文中視作一個階段考慮；在第四個經濟周期中，兩者的變化方向并不完全一致，單獨予以分析；而到第五、六個經濟周期，兩者的波動趨勢差異更大，其中，GDP增長率先是穩中有增，07年達到最高點(接近15%)，而后2008年開始迅速下降，至今基本維持在10%左右的水平；而煤炭消費增長率則從2001年迅速攀升至2003年的18%之后，自04年開始出現逐年回落，直至降到2008年的2.7%，隨后開始震蕩，2011年又迅速上升。鑒于目前我國剛剛步入第六個經濟周期，因此將第五、六個經濟周期作為一個階段來考慮。

圖1 煤炭消費與經濟增長示意圖

2 研究方法

2.1 灰色關聯序

灰色關聯分析是一種多因素分析技術，它借助灰色理論中灰色關聯度的計算，依據形成的灰色關聯序來對諸多影響因素之間關系的大小、強弱和順序進行系統描述。我們知道，作為一個灰色隨機變化量，GDP增長受到多重因素的影響，是一個“信息少”、“樣本小”的不確定系統，正屬于灰色關聯分析方法的研究范疇。因此，本文借助該方法來確定對GDP增長起主要作用的外部影響因素。分析步驟包括[2]：

1) 選擇主行為、相關行為因素

分別選定不變價GDP、不同能源品種年消費量(折算為標煤)為主行為和相關行為因素。

2) 對原始數據初始化處理

設定某序列首個數據為基數，用該數列所有數據與之相除，形成一個定基發展速度序列。

3) 計算主行為、相關行為因素之間的絕對差

Δ0i(k)=|Xi(k)-X0(k)|，其中，設定該序列中最小值為Δmin、最大值為Δmax。

4) 求關聯度系數

ξ0i=(Δmin+θΔmax)/(Δ0i(k)+θΔmax)

(1)

設定分辯系數θ=0.5

5) 計算關聯度并對其進行排序

關聯度計算公式為：

ρ0i=∑ξ0i(k)/n

(2)

2.2 煤炭消費彈性系數

煤炭消費與經濟增長之間的關系通常借助煤炭彈性系數(cc)來分析。其計算公式為煤炭消費量增速(rc)與GDP增速(rgdp)之比，反映的是煤炭消耗因GDP每增長一個百分點而相應增加的程度。

cc=rc/rgdp

(3)

式中，cc與生產力、經濟結構、科技裝備、居民消費等因素的發展水平有關。一般認為，伴隨煤炭經濟效益的提高，煤炭利用效率會升高，cc會越來越小；反之相反。據此，我們可以判斷經濟系統中煤炭的利用效率以及GDP的發展水平。

2.3 能源結構影響能源效率的計量模型

從本質上講，能源效率(ef)的高低僅是一種外在表現，它反映的是能源技術與管理的水平。其實際計量過程可以通過計算GDP總量(Y)與能源消費總量(E)之比獲取[22]：

(3)

式中，i表示不同能源品種，Si表示其結構比重。

鑒于分能源品種的GDP產出數據較難統計，同時考慮到技術進步同樣會提升能源效率，因此本文通過構建因變量ef與自變量Si、t(代表時間變量，假定技術進步隨t線形增長)之間的多元回歸模型來系統分析能源結構變動對于能源效率的影響。公式如下：

(4)

式中，b、ai為回歸系數。

3 結果分析與討論

3.1 不同經濟周期內煤炭消費與經濟增長的相關性

由表1給出的灰色關聯序可以看出，能源消費與GDP的相關性因經濟周期的不同而存在著較大差異。

表1 不同經濟周期內能源消費與國民經濟發展的灰色關聯序

在改革開放后的第一個階段(前三個經濟周期)，煤炭與石油、天然氣相比，當之無愧成為影響國民經濟發展最重要的能源要素，還處在經濟體制和發展模式轉軌的探索時期，十年動亂當中大量停產待產的工礦類企業積極恢復生產，對煤炭的需求開始出現迅速攀升。由圖1可知，該階段中煤炭消費增長率與GDP增長率兩條曲線的走勢基本一致。煤炭消費成為經濟增長的重要支撐，經濟增長又進一步刺激和帶動煤炭消費，兩者相互促進、共同增長。與此同時，該結果的產生還與當時我國能源的生產與消費結構密切相關。在這一時期，我國落后的經濟發展水平和科學技術水平，嚴重制約了其他能源的開發和利用。數據顯示，1978～1990年間，煤炭在我國一次能源消費中的比重占到70%以上，并呈逐年上升態勢(參見圖3)。

在第二個階段(第四個經濟周期)，煤炭消費與GDP兩者的關聯程度由0.7068降至0.6146，而石油與GDP則由0.5907上升為0.7063，取而代之成為該階段對GDP增長影響最為顯著的能源因素。之所以會出現這種結果，其原因主要是這一時期，我國各方面改革工作不斷深化，開放程度逐步擴大，社會主義市場經濟體制得以正式確立，由此企業發展動力和活力增強，科技投入和自主創新力度加大，產業結構逐步升級，能源結構得以優化，極大的促進了我國能源效率的提升。這在某種意義上大大削弱了經濟發展對煤炭消耗的依賴程度。

在第三個階段(第五、六個經濟周期)，煤炭消費與GDP灰色關聯度上升至0.8670，處于改革開放以來的最高水平，再次成為三者(煤炭、石油、天然氣)中影響經濟發展的最關鍵因素。究其原因，在挺過三年多的困難時期(1997～2000年)之后，由所處的重化工時代的發展特征所決定，我國煤炭產業迎來了發展的又一春，煤炭需求的迅猛擴張使得煤炭產業步入了快速發展階段。盡管2008年爆發的全球性金融危機，對我國煤炭需求產生了較大影響，煤炭消費量由此出現增速放緩，但由于國家強有力宏觀調控措施的實施，使得其消費總量仍處于上升態勢。2011年這一特征更為明顯，水核電消費比例的急速下降，使得其他能源尤其是煤炭的消費比重大幅增加。大量煤炭投入生產以支撐國民經濟發展，不難發現，這一階段GDP增長對煤炭消費的依賴性很強。

3.2 不同經濟周期內煤炭消費彈性系數波動差異

根據定義可以計算出歷年的煤炭消費彈性系數，由圖2可知，在不同經濟周期內，我國煤炭消費彈性系數有著不同的波動趨勢。

圖2 煤炭消費彈性系數波動曲線

在第一階段，除1981年曾出現低點(-0.13)之外，各年的煤炭消費彈性系數均維持在0.6上下，且呈現穩中有增的態勢，到1989年該系數已接近1。這說明，我國在長達12年的時間里，煤炭消費增速相比于GDP增速略低，但正逐步逼近，可見我國煤炭的使用效率狀況并不容樂觀。事實上，這一情況與當時我國“兩高一低”(高消耗、高投入和低效益)的粗放經濟增長方式不無關系。長期以來，我國片面追求經濟增速，忽視發展質量，盲目強調和依靠規模和數量來支撐經濟發展，對我國煤炭產業乃至整個國民經濟的健康穩定可持續發展都產生了不利影響。

第四個經濟周期內，煤炭消費彈性系數除1990年和1995年達到0.5以上，其余年份普遍較低，甚至出現罕見的連續兩年的負值(1997年和1998年，分別為-0.25和-0.06)。由彈性系數的定義可知，該階段的煤炭消費增速遠遠低于GDP增速。這表明，伴隨能源利用效率的好轉，我國以連續低速增長的煤炭消費實現了持續高速的經濟增長；同時也預示著這一時期粗放型的經濟增長正逐步被集約型發展方式所取代。而1997年和1998年負值的出現主要是由當時煤炭消費絕對量的下降所致。表面上，工業和居民用煤量的減少是其主要原因，但究其深層次根源，主要包括以下四點：首先，受1997年亞洲經濟危機影響，以及我國首次買方市場的出現，導致國內有效需求不足，對煤炭產品的需求也開始出現大幅下降。其次，國家于1998年、1999年連續出臺一系列政策對部分不適應經濟發展的煤礦企業進行清理整頓。包括一些非法和布局不合理小型煤礦，相當一批對環境保護不利、耗能高和污染大的“五小”煤礦以及一些經營狀況不佳、 資不抵債的國有重點煤礦。這些舉措使得煤炭的生產受到影響，產量急速下降。再次，在90年代中后期，我國第三產業異軍突起，在三大產業的比重迅速上升，使得產業結構得以優化升級，鑒于其單位產出能耗較第二產業非常低，因此在某種意義上促進了煤炭消費量的下降。最后，隨著改革開放的不斷深入，我國生產設備、技術和管理水平有了長足進步，加上政府管理部門一系列行之有效的政策措施，使得該階段煤炭使用效率迅速攀升，這無疑減輕了經濟增長對于煤炭的依賴性。

而到第五、六個經濟周期，煤炭消費彈性系數曾一度處于1.82、1.55和1.12的高位(2003～2005年)，甚至到2006年該系數仍高達0.79，這表明該時期煤炭消費增速的大幅上升甚至已經超過了GDP增速。導致這一現象的原因主要有：首先，由所處的重化工時代的階段特征所決定，國內市場需求的逐步擴大以及由此引起的投資高速增長，使得高耗煤產業(鋼鐵、水泥和電解鋁等)蓬勃發展，從而推動了煤炭需求的增長；其次，第二產業占比的上升，使得單位煤耗整體增加，同樣加快了煤炭消費增長。最后，隨著經濟社會的快速發展，我國居民可支配收入大幅增加，整體消費水平也由此獲得提升，這也使得煤炭消費的增速進一步加快。總之，這一時期煤炭的大規模使用，導致能源利用效率下降，經濟發展有再次回到過去依靠高消耗、高投入、低效益老路上的嫌疑。而2008年以來，受全球金融危機和歐洲債務危機的影響，加之節能減排政策下國家的能源結構調整以及煤礦企業兼并重組所引起的煤炭供應速度放緩，共同導致了煤炭消費彈性系數的低位運行。到2011年，由日本地震引發的核泄漏事件惡化，引發了全球對核能利用的擔憂，加上國內南方水力出電不足，導致煤炭需求急劇上升。煤炭消費系數再次超過1，凸顯出經濟發展對于煤炭的極大依賴。

3.3 能源結構變動影響能源效率的階段性差異

以能源效率ef為因變量，時間變量t和能源結構Si為自變量，建立1978～2011年回歸模型如下。鑒于1978年以來我國天然氣消費在一次能源中的比重很小且變動幅度不大(圖3所示)，同時考慮到其變化對于能源效率的影響并不顯著，因此在構建計量模型時將其剔除。

ef=0.004128t-0.000592Sc+0.003163So+0.009189Se+ε

(t=14.37**)(t=-4.76**)(t=7.29**)(t=4.28**)

圖3 1978～2011年我國能源結構變化趨勢

上述模型結果中的各項檢驗指標顯示，模型的整體效果很好。通過分析其回歸系數的經濟意義不難發現，石油和水(核)電消費比重的增加會促進能源效率的提升，而煤炭消費比重的增加則會導致能源效率下降。這表明，相比煤炭而言，石油和水(核)電是更為高級的能源品種，其在對環境的低破壞性方面以及對推動整體能源效率的上升方面，有著較為明顯的優勢。鑒于此，擴大對優質能源的生產以推動能源效率的提升具有十分重要的意義。

將上述回歸模型進行差分，可以得到計量模型如下。根據模型，可以計算1978～2011年間能源結構變動影響能源效率的變化量(圖4)。

Δef=-0.000592ΔSc+0.003163ΔSo+

0.009189ΔSe+Δε

圖4 1978～2011年能源結構變動引起能源效率的變化量

由圖4可知，在第1～3、5～6個經濟周期內的多數年份，比如1984～1987年、2003～2006年、2011年，能源結構變動對于能源效率的提升事實上起了阻礙作用。這些年份的一個共同特征是(圖3)：煤炭消費比重出現大幅上升，而石油和水核電比重則明顯下降。同時由圖1不難發現，這一共同特征普遍發生在GDP高速增長的年份，也即存在不同程度的經濟過熱現象。可見經濟過快增長背后普遍存在著能源結構的退步以及由此引起的能源效率的喪失。在這種形勢下，經濟發展更多依靠低效煤炭的大量投入來驅動，而擴張的需求又進一步助推低效率的蔓延，從而步入一個惡性循環，形成一種外延粗放型而不是內涵集約型的經濟增長方式。

而在第四個經濟周期(即20世紀90年代)的多數年份，能源結構變動(如圖3所示，這一時期煤炭消費比重出現下降，而石油和水核電比重則有所上升)對于能源效率的提升起了促進作用。其中1997～1998年尤為明顯。由于這一時期非法小煤礦的關閉以及國有重點煤礦破產試點的實施，煤炭供應量出現大幅下降，這在一定程度上促進了其它能源對于煤炭的替代，從而使得能源結構得到改善、能源效率有所提高。1996年是一個例外情況，當年的煤炭消費比重并未大幅上升，但由于水核電回歸系數遠高于石油，因此其比重的大幅下降直接導致了能源效率的降低。此外，2008年和2010年，受國際金融危機以及隨之而來的歐洲主權債務危機影響，我國經濟增速放緩，加上國內新能源開發鼓勵政策的實施，我國煤炭消費比重出現下降而水(核)電比重則有較大幅度上升，從而促進了能源效率的提升。

由上述分析不難發現，當GDP增速適中甚至偏低時，我國能源效率呈現穩步增長態勢，而當其增速過快，也即出現經濟過熱現象時，能源效率便開始掉頭下降。以2003年為例，當年GDP增速首次超越10%，在這一背景下，大量煤炭被低效消耗，能源效率隨之出現大幅下降。為了遏制這一勢頭，我國政府采取了一系列行之有效的宏觀調控措施。事實證明，這些舉措正確且及時，它對于避免煤炭的低效率消耗、有效遏制經濟的粗放增長起到了積極作用。

4 主要結論與政策建議

改革開放后，GDP增長對于煤炭消費的依賴程度因經濟周期不同而有所改變，與其關聯程度最高的能源品種經歷了“煤-石油-煤”的變革，產業結構、能源結構的調整以及煤炭利用效率的變動等因素共同作用，形成了不同經濟周期內集約性或粗放型兩種截然不同的經濟發展方式。此外，經濟過快增長背后低效率煤炭的大量使用問題應引起高度關注。

基于上述結論，為實現我國煤炭經濟的協調發展，特提出如下建議：一要繼續堅持以科學發展觀為指導，認真貫徹黨中央和國務院決策部署，嚴格按照十七屆五中全會精神和“十二五”規劃綱要以及煤炭工業發展“十二五”規劃要求，加快轉變煤炭經濟發展方式，大力調整產業結構，努力確保煤炭產業能夠實現中央經濟工作會議提出的“穩中求進”，防止煤炭經濟加速衰退情況的出現；二要充分發揮國家宏觀調控作用，合理調控經濟，避免低效率煤炭的大量消耗；三相關產業管理部門應做好調查研究，特別是國際經濟政治新變化對我國煤炭產業經濟影響研究，抓緊制定全球性經濟危機條件下的煤炭產業應對政策，引導煤炭工業實現健康穩定可持續發展；四要盡快推行新的節能政策和技術，推動技術進步和制度創新，提高煤炭利用效率；五要積極擴大優質能源生產，加強能源結構調整，實現其向優質化方向發展。

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