CO2排放與能源消費約束下中國全要素生產率研究

郭 輝，董 曄

0 引言

伴隨著中國GDP的增長，以煤為主的能源消費結構和化石能源消耗速度的加快是導致CO2排放大幅增加的主要原因。能源消耗增大、環境質量持續下降約束了中國經濟增長的持續性。2008年世界環境績效指數（EPI)報告指出，中國指數從2006年的94名，下降到105名。2010年中國得到了49分，在所有163個國家和地區中排第121位，環境情況不容樂觀。作為世界上第二大能源消費國和CO2排放國，中國面臨著經濟發展和CO2排放之間的兩難選擇，如何化解經濟快速發展對能源消耗的高度依賴和生態環境的惡化問題已成為中國面臨的主要難題。本文遵循文獻理論框架，把能源消耗和CO2排放與傳統要素資本和勞動力一起做為投入要素引入生產函數來估算全要素生產率。將CO2做為投入要素而非產出的主要原因有：一是本文測算的全要素生產率是從經濟增長所帶來的負向生態效應（即CO2排放）入手。任何一個國家或企業都是通過要素擴張、技術進步來實現其增長目的。但是經濟增長不僅要追求效率，同時要保護生態環境。因此，從考慮經濟增長的環境效應來看，CO2排放作為投入要素可以體現出在污染排放約束下全要素生產率（TFP）中對經濟增長的貢獻程度。二是中國節能減排的基礎是保證經濟增長，本文將CO2排放看成節能減排行為引入生產函數，以期發現2003年中國將節能減排約束目標寫入發展規劃綱要之前和之后TFP、CO2排放對GDP的貢獻程度表現出何種變化趨勢。三是CO2排放帶來的負外部性會擠占部分本來用于生產產出的要素投入，最終降低產出。因此將CO2排放看成被擠占的部分投入來測算TFP。

1 方法與模型

1.1 模型

本文設定生產函數為:

其中，Y為GDP，K，L，E，C分別代表資本存量、勞動力、能源消耗和CO2排放四個投入要素，t為時間趨勢變量(t=1，2，……，31)，為簡化形式，下文將t省略。

對模型的基本假設：

f(·)符合稻田條件，同時滿足上述假設的模型有：柯布－道格拉斯(C-D)生產函數和超越對數生產函數。為了估算投入要素隨時期而變化的產出彈性系數，模型的形式采用C-D形式：

α，β，γ，τ代表四種要素的產出彈性，A代表希克斯中性技術進步系數。根據Solow(1957)的經典方法，對(4)式兩端同時微分并除以Y，可以得到全要素生產率(TFP)。

其中，變量標注上端點表示其增長率。在新古典假定下，α、β、γ、τ的產出彈性就等于各自的產出貢獻份額，全要素生產率的增長率則近似于技術進步率。該式即可用于中國的綠色經濟增長核算。

1.2 數據與變量測量

由于各類統計年鑒公布數據的時間不同，因此將樣本區間設為1978～2008年。數據來源為《中國統計年鑒》、《中國能源統計年鑒》和《中國勞動統計年鑒》。其中GDP數據為1978年不變價格的實際GDP，其他數據間接利用年鑒估算。

本文主要以煤炭、石油和天然氣這三種消耗量較大的一次能源為基準來核算中國的CO2排放量。公式為：

其中，CO2代表估算的二氧化碳排放量，i代表煤炭、石油和天然氣，E為消耗量。NCV為2007年《中國能源統計年鑒》附錄4提供的中國三種一次能源的平均低位發熱量。CEF為2006年IPCC提供的碳排放系數，COF是碳氧化因子(煤炭設定為0.99，原油和天然氣為1，參考陳詩一（2009）)。44和12分別為二氧化碳和碳的分子量。各種能源折算標準煤系數由2007年《中國能源統計年鑒》提供。

資本存量的測算公式為：Kt=(1-δt)Kt-1+It/Pt。其中Kt、Kt-1分別為t年、t-1年的實際資本存量，Pt為固定資產投資價格指數，It為t年的名義投資，δt為t年固定資產折舊率。中國資本存量的測算有兩個難點：一是基年資本存量的確定，二是實際凈投資(包括固定資產投資價格指數和資本折舊)的確定。本文選擇王小魯和樊綱（2009）假定的固定資產折舊率5%。對于固定資產投資價格指數，根據張軍和章元（2003）所估算的全國固定資產投資價格指數，折算出1978～1991年(1978年為基期)的固定資產投資價格指數，并與1991年國家統計局正式編制的1992～2008年價格指數合并。1978年年末的初始資本值直接采用Chow(1993)核算的14112億元。

傳統的勞動力總量不包含勞動者素質的信息，不能反映勞動力素質的變化。因此本文采用勞動力受教育年限來測量勞動力變量。計算公式為：Ht=Lt*∑(Ei,t*Yi)。其中H為人力資本，E為各學歷占比，Y為各學歷所需教育年限，i為各學歷，t為年。Lt為t年就業人口總數。文盲半文盲、小學、初中、高中、專科、本科、研究生受教育年限分別取2年、6年、9年、12年、15年、16年和20年。1978～2000年受教育情況數據來自于張保法（2007），200l～2010年受教育情況數據來自2002～2011年《中國勞動統計年鑒》。

2 實證分析

本研究全部回歸與檢驗的計算過程通過計量軟件Eviews 6.0完成。

2.1 單位根檢驗

GDP、資本存量、人力資本、能源消費和CO2排放為典型的時間序列，具有顯著的趨勢和非平穩特征。表1給出各變量水平值的描述性統計。

表1 各變量描述性統計

將上述變量取對數記為Ly、Lk、Lh、Le和Lc,為避免偽回歸，對各變量做ADF單位根檢驗，根據赤池信息準則(AIC)選取最優滯后期。檢驗結果表明：所有變量一階差分后都通過了單位根檢驗，均為I(1)平穩過程，符合協整檢驗的前提條件，結果見表2。

表2 各變量一階差分的單位根檢驗

2.2 協整分析

為了進行協整分析，需建立由LY、LK、LH、LE和LC構成的VAR模型。VAR滯后階數根據各種準則選定，LR、FPE都選定滯后階數為4，而AIC、SC以及HQ選擇滯后階數為5。為避免估計模型的過度參數，選擇VAR的滯后階數為2。

協整估計中假定在VAR(2)模型中含有無約束截距和無約束趨勢項，表3報告了Johansen和Juselius協整檢驗結果。跡檢驗和極大特征值檢驗統計量的結果為：跡檢驗說明5%的顯著水平存在2個協整方程，顯著水平為1%時存在1個協整方程；極大特征根檢驗說明顯著水平為5%時存在1個協整方程。綜合來看，接受有一個協整向量的備擇假設。

表3 Johansen和Juselius跡和最大特征根檢驗

據此，建立VECM(2)模型，并得到各變量長期協整關系：

上式括號內為t統計量，系數符號與預期相同，結果表明上述五個變量在樣本期間存在長期均衡關系。協整向量中各變量前的系數反映了變量之間的長期關系：資本對經濟增長的彈性系數較低（0.332)；人力資本對經濟增長的彈性系數較為顯著(0.769)；能源消費對經濟增長的彈性系數非常顯著(1.889)；CO2作為“負投入”對經濟增長的彈性顯著為負(-1.869)。

為進一步驗證CO2排放彈性的符號問題。應用簡單E-G兩步法對CO2和GDP的檢驗結果為：Ly=-13.816+1.866Lc，似乎表明CO2排放對GDP的影響與能源消費對經濟增長的作用相同。但是應用Johansen協整檢驗發現，AIC和SC都明確指明兩者存在唯一協整關系且方程包含截距和趨勢。再應用VECM(2)得到：Ly＝8.986-0.079Lc+0.099t，表明兩者為負向關系。一般而言，Johansen協整檢驗的準確率高于E-G兩步法，而且多變量分析綜合考慮也優于兩變量。這也充分證實了在綜合考慮資本、勞動力、能源消費、CO2排放以及技術進步對經濟增長影響的情形下，CO2排放對經濟增長存在負向影響。

2.3 VECM分析

在檢驗協整關系的基礎上，進一步建立將短期波動與長期均衡聯系起來的向量誤差修正模型。由于本文重點關注的是實際GDP的方程，所以只列出ΔLy：

在實際產出的短期動態方程中，可決系數是0.793。這表明短期實際GDP增長率的波動可由本模型中的5個變量的短期變動以及它們之間的長期關系解釋79.3%，VECM說明，如果短期內對能源消費和CO2排放作出調控，將會顯著引起經濟增長的波動，除非對資本和人力資本作出相適應的調整以抵消沖擊，從而保證經濟的平穩。

2.4 綠色增長核算

表4報告了基于C-D對數生產函數估計的中國經濟在改革開放至今的綠色全要素生產率和要素貢獻的結果。代表技術進步的全要素生產率增長率根據公式(4)計算得到。要素增長率和協整分析所估計的該要素的產出彈性之積為要素投入的貢獻份額，它們與TFP加總等于GDP增長率。因此該表格列出了各年份技術進步和四種要素對產出的貢獻份額，由此可以判斷在能源消耗和CO2排放的約束條件下驅動中國經濟增長的真實源泉。鑒于篇幅原因，只列出部分數據。

表4 綠色全要素生產率及個要素貢獻率（%）

測算出的K、H、E、CO2四列數據分別為各年份資本、人力資本、能源消費和CO2對GDP的貢獻份額。從上表可以看出，CO2對經濟增長的負向影響較顯著，而且隨著能源消費的增大，CO2對GDP的抑制作用越明顯。能源消費對GDP的貢獻作用最大，其次是資本投入，最后是人力資本要素。驅動中國經濟快速增長的源泉是大量的能源消費和資本投入。

3 結論

本文測度了1978～2008年中國包含CO2排放和能源消費的綠色全要素生產率，通過計量分析得出主要結論：(1)技術進步對經濟增長的貢獻率較低。中國1978～2008年間中國綠色全要素生產率平均增長率為3.664%，遠低于經濟增長的9.785%，平均貢獻率較低。中國經濟增長主要依賴于資本投入和能源消耗，其代價是CO2高排放。未來中國的低碳經濟更應提高技術進步對經濟增長的貢獻力量，在CO2減排道路上需要依賴的核心因素是技術進步。（2）CO2作為環境成本的代理變量對經濟增長的負向影響較為顯著，而且隨著能源消費對中國經濟增長的貢獻越大，對經濟增長的抵消作用也不斷增大。（3）雖然人力資本對產出的彈性比資本要素較顯著，但是改革開放以來人力資本對中國經濟增長的貢獻度明顯小于資本要素。因此，未來中國經濟發展不應忽視人力資本積累對經濟增長的直接貢獻，因為人力資本不僅促進新技術和新產品的產生，而且對生產率的提高起著至關重要的作用。（4）自2003年中國將節能降耗目標寫進五年發展規劃以來，節能減排技術和政策的實施改變了CO2排放快速增長的趨勢。可見，未來中國應在保證經濟增長的前提下，通過促進能源技術進步和增加清潔能源的比重是中國低碳經濟轉型的戰略選擇。

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