能源消費、碳排放和經濟增長關系的實證研究——以河南省為例

劉戰偉

（許昌學院 經濟與管理學院，河南 許昌461000）

一、引言

能源是國家經濟增長和社會發展的重要保障，但能源的過度消耗和大量二氧化碳的排放，卻造成了環境的日益惡化和不可再生資源的日漸枯竭。黨的十八大報告提出：“推動能源生產和消費革命，控制能源消費總量，加強節能降耗，支持節能低碳產業和新能源、可再生能源發展，確保國家能源安全。”因此，轉變經濟增長方式，全面落實科學發展觀，堅持環境保護基本國策，大力推動循環經濟發展，積極倡導生態文明，構建資源節約型和環境友好型社會，探索能源消耗、環境保護與經濟增長的協調發展成為關鍵問題。河南省是我國的資源大省，也是全國重要的經濟大省、新興工業大省，經濟發展帶來了能源消耗、二氧化碳排放量同步增長的局面。2009年，河南省二氧化硫排放量135.5萬噸，能耗總量1.98億噸標準煤，其中煤炭消費比重達到88.2%，單位GDP能耗高出全國平均水平，這種高能耗、高污染、低效率的經濟增長方式已經造成了生態破壞，成為制約經濟可持續發展的重要因素。因此，系統研究河南省的能源消費、二氧化碳減排和經濟增長問題，對河南省進一步落實科學發展觀，推動節能減排，實現協調發展具有重要的理論價值和現實意義。

關于能源消費、碳排放和經濟增長之間關系的研究，從現有文獻來看，主要有三種情況：一是能源消費與經濟增長的關系研究。如馬宏偉、劉思峰及李宏岳等研究了能源消費與經濟增長是單向還是雙向因果關系以及這種關系是長期還是短期的問題［1－2］。二是碳排放與經濟增長關系的研究。利用環境庫茲涅茨曲線（EKC）證明經濟增長和環境之間是否存在倒U關系，如彭水軍、包群得到N型曲線［3］，劉榮茂等得到倒U形曲線［4］。三是研究能源消費、碳排放與經濟增長三者之間的關系。如Zhang及胡宗義、陳紅梅等［5－7］即研究了此類問題。

綜上可見，現有文獻對能源消費、碳排放和經濟增長三者之間關系的研究主要集中于中國宏觀角度，而分析各個省級區域三者之間關系的很少，對河南省能源消費、碳排放和經濟增長三者之間關系沒有涉及。因此，無法根據河南省內部的實際情況提出有針對性的建議。本文試圖對現有的研究進行拓展，利用河南省1978－2010年的樣本數據，采用協整分析、VECM模型和格蘭杰因果檢驗等方法，全面分析能源消費、碳排放和經濟增長三者間的關系，并提出政策建議，這對于河南省實現節能減排的目標，促進中原經濟區建設，推進經濟的科學發展具有現實意義。

二、變量選擇與數據來源

研究河南省能源消費、碳排放和經濟增長三者間的關系涉及三個變量：

（1）能源消費指標（EC）。能源消費以能源消耗量為基礎數據，折算為標準煤計算，單位為萬噸標準煤。

（2）碳排放指標（C）。由于碳排放量統計年鑒沒有公布，不能直接獲得數據，需要進行估算。碳排放可以分為自然排放和人工排放。本研究中所計算的碳排放量主要是指一次能源消耗，其計算公式為Ct＝Ecδc＋Eoδo＋Enδn，式中Ct，Ec，Eo，En分別代表碳排放總量、煤炭消耗實物量、石油消耗實物量和天然氣消耗量，單位為噸；δc，δo，δn分別代表煤炭消耗的碳排放系數、石油消耗的碳排放系數和天然氣消耗的碳排放系數。對于碳排放系數，美國能源部（DOE）與其統計機構能源情報署（EIA）、日本能源研究所、國家科委氣候變化項目和徐國泉的研究得出了不同結果，見表1。本文研究選取其平均值作為各能源消耗碳排放系數，根據碳排放公式計算出河南省碳排放量。

表1 碳排放系數 噸碳／噸

（3）經濟增長指標。采用國內生產總值（GDP）作為衡量經濟增長的基本指標，為了剔除價格因素的影響，以1978年不變價格計算出實際GDP，單位為億元。

本文選取河南省1978－2010年的統計數據為樣本，研究所涉及的基礎數據來源于歷年《河南省統計年鑒》，為了消除計算過程中異方差的問題，對數據進行了對數化處理，分別表示為ln EC，ln C 和ln GDP。

三、實證分析

（一）單位根檢驗

為了避免偽回歸問題，在協整檢驗之前，需要對時間序列數據進行平穩性檢驗。采用ADF分別對ln EC，ln C和ln GDP進行單位根檢驗，檢驗結果如表2所示。

表2 變量ADF單位根檢驗結果

從表2中可以看出，變量ln EC，ln C和ln GDP 的檢驗值大于其臨界值，不能拒絕有單位根的假設，是非平穩序列。而一階差分序列的ADF檢驗值都小于其臨界值，因此拒絕其單位根的假設，即一階差分都是平穩時間序列。

（二）VAR模型的建立

在單位根檢驗的基礎上，可以建立以河南省能源消費、碳排放和經濟增長為因變量，以這些變量的滯后值為自變量的VAR模型，VAR模型中的一個重要問題是滯后階數的確定，根據AIC和SC值最小原則確定VAR模型，經檢驗將最優滯后階數確定為2，即建立VAR（2）模型。通過對模型平穩性的檢驗，結果顯示全部特征根均在單位圓曲線內，見圖1，說明該模型是平穩的。

圖1 VAR特征多項式逆根圖

（三）協整檢驗

協整是變量之間存在的長期均衡關系。協整檢驗包括兩種：一種是基于回歸殘差序列的協整檢驗即兩步法檢驗，主要用于兩變量模型的檢驗；一種是基于回歸系數的協整檢驗，即Johansen檢驗，主要用于多變量的檢驗。由于涉及多個變量，這里使用Johansen協整檢驗方法，協整檢驗是一種基于VAR模型的檢驗方法，根據以上建立的VAR（2）模型，Johansen協整檢驗的滯后期是無約束VAR模型一階差分的滯后期，故確定為1，檢驗結果見表3。

表3 Johansen協整檢驗結果

從結果中可以看出，變量ln EC，ln C和ln GDP 三者之間存在協整關系，即存在長期穩定的均衡關系。估計出經過標準化后的協整關系式如下：

從協整方程中可以看出，能源消費對碳排放的彈性是0.61，實際GDP對碳排放的彈性是0.18，說明能源消費和實際GDP每增加一個單位，碳排放將分別增加0.61和0.18個單位。這種協整關系符合河南省的實際情況，河南省能源消費主要是碳基能源，煤炭消費比重尤其大，其次是石油和天然氣。同時河南省處于工業化階段，產業結構不合理，經濟規模的擴大增加了碳基能源的需求，這些因素都導致了碳排放的增加。

（四）向量誤差修正模型

如果多個變量同為一階單整，而且它們之間存在長期穩定的均衡關系，則可以建立向量誤差修正模型（VECM）。VECM模型是含有協整約束的VAR模型，包含了水平值和差分值，將各變量之間的長期均衡關系及短期波動關系相結合起來，其基本形式為：

其中，ecmt－1為誤差修正項，反映的是變量之間的長期均衡關系。VECM模型中的參數向量，反映的是變量之間的均衡關系偏離長期均衡狀態時，將其調整到均衡狀態的調整速度，故稱其為調整參數陣，或修正參數陣。所有作為解釋變量的差分項Δyt－i（i＝1，2，…，p－1）的系數向量Γi（i＝1，2，…，p－1），反映的是各變量的短期波動 Δyt－i對作為被解釋變量yt的短期變化Δyt的影響。

由于ln EC，ln C和ln GDP三者之間存在協整關系，因此可以構建VECM，VECM模型的滯后階數是原VAR模型一階差分的滯后期，因此其滯后階數確定為1。經過相應的誤差修正檢驗，得出VECM模型為：

VECM模型在5%的顯著水平下，方程的回歸殘差序列滿足正態性。同時AIC和SC的值較小，F值顯著，擬合度也較好，說明模型的解釋能力較強。根據VECM模型可以看出：滯后一期的碳排放對經濟增長的彈性系數是－0.237 3，而滯后一期的能源消費對經濟增長的彈性系數為1.528 1，說明了能源消費的增加推動了經濟增長。ecmt－1系數估計值分別為－0.054 3和0.0574，說明當變量的短期波動偏離長期均衡時，誤差修正項會分別以0.054 3和0.057 4的調整力度將非均衡狀態拉回到均衡狀態，其不同之處在于負值是反向調整，正值是正向調整。

（五）格蘭杰因果關系檢驗

協整檢驗結果表明了ln EC，ln C和ln GDP 三者之間存在協整關系，但不能確定出變量之間是否存在因果關系。本文利用格蘭杰因果關系檢驗對三者之間的關系進行檢驗，根據AIC和SC值最小原則選擇滯后階數為2，檢驗結果如表4所示。

表4 格蘭杰因果關系檢驗

結果顯示：（1）碳排放與經濟增長之間存在單向的格蘭杰因果關系。碳排放不是經濟增長的Granger原因，而經濟增長是碳排放的Granger原因。長期以來，河南省經濟增長是粗放的外延式擴張，主要依靠資本、勞動力等生產要素的投入，排放量增加對經濟增長的作用有限；更為關鍵的是，河南省經濟增長缺乏一個資源、碳排放權的有效交易市場，導致市場定價機制不能對污染所產生的負外部效應進行內部化。因此，極大地限制了環境變化對經濟發展的影響。（2）能源消費與經濟增長之間具有雙向因果關系。即能源消費的增加會促進經濟增長，同時經濟發展也會增加能源消費。這種關系充分體現了河南省經濟增長的特征和能源消費模式。一方面，近年來，河南省能源消費量不斷增加，其中煤炭在能源消費結構中所占比例不斷擴大；同時根據統計資料顯示，在經濟衰退時，煤炭所占比例出現下降，這說明了河南省經濟增長對能源消費的依賴性很強。另一方面，經濟增長大大刺激能源消費增長，“十一五”以來，河南省以年均7.9%的能源消費增速支持了國民經濟12.8%的增長，大大高于同期世界能源消費年均1.0%的水平。（3）碳排放與能源消費之間存在單向的格蘭杰因果關系。即能源消費是碳排放的Granger原因，而碳排放不是能源消費的Granger原因。這符合河南省的實際情況，河南省經濟增長導致能源消費的增加，而河南省能源消費結構中主要以碳基能源為主，碳基能源會導致大量二氧化碳的排放。因此必須要降低能源消費量，尤其是化石能源，從而降低二氧化碳排放量。

四、結論與啟示

本文利用協整及VECM模型等方法對河南省碳排放與能源消費、經濟增長的關系進行了實證檢驗，得出以下主要結論：（1）河南省能源消費、碳排放與經濟增長之間存在長期均衡關系，且這種關系比較穩定。（2）誤差修正模型表明當變量的短期波動偏離長期均衡時，誤差修正項會分別以0.054 3和0.057 4的調整力度將非均衡狀態拉回到均衡狀態。（3）碳排放分別與能源消費、經濟增長之間存在單向的格蘭杰因果關系，而能源消費與經濟增長之間具有雙向因果關系。根據以上研究結論，本文認為河南省要實現能源、經濟和環境的協調發展，必須要轉變經濟增長方式。首先，要優化能源結構，大力發展可再生能源，提高能源效率。其次，要加大科技投入力度，降低產品的單位能耗，走集約化發展之路。最后，優化產業結構，發展低碳經濟，使經濟增長與碳排放趨于脫鉤，保障河南省經濟的穩定和可持續發展。

［1］ 馬宏偉，劉思峰，袁潮清，等.基于生產函數的中國能源消費與經濟增長的多變量協整關系的分析［J］.資源科學，2012，34（12）：2374 -2381.

［2］ 李宏岳.能源消費和中國經濟增長關系研究［J］.經濟問題探索，2012（1）：14 -19.

［3］ 彭水軍，包群.經濟增長與環境污染——環境庫茲涅茨曲線假說的中國檢驗［J］.財經問題研究，2006（8）：3 16.

［4］ 劉榮茂，張莉俠，孟令杰.經濟增長與環境質量：來自中國省際面板數據的證據［J］.經濟地理，2006（3）：374 377.

［5］ Zhang Xingping，Chen Xiaomei.Energy consumption，carbon emissions and economic growth in China［J］.Journal of Ecological Economics，2009，68（10）：2706-2712.

［6］ 胡宗義，劉亦文，唐李偉.中國能源消費、碳排放與經濟增長關系的實證研究［J］.湖南大學學報：自然科學版，2012，39（7）：84 -89.

［7］ 陳紅梅，寧云才，齊秀輝.中國經濟增長、能源消費與碳排放之間的關系研究［J］.科技管理研究，2012（10）：198 -202.