基于主成分回歸模型的我國能源消費影響因素分析

趙建輝

（中國地質大學 （北京）地球科學與資源學院，北京100083）

能源資源是對自然界中可產生各種能量以滿足人類生產生活所需要的物質資源的統稱。能源是世界經濟發展的基本驅動力，是一國經濟健康穩定發展的重要物質保障。能源問題也是各國政府制定經濟發展政策和實施經濟發展方案時首先考慮的問題。

改革開放以來，我國經濟取得了舉世矚目的成就，但高速的經濟發展是建立在高能耗基礎之上的。我國能源資源有限，通過研究能源消費影響因素，可以了解能源消費受哪些因素影響以及這些因素對能源消費的影響程度是怎樣的，從而對合理制定我國能源安全戰略和促進經濟社會發展具有重要的意義。

近年來，國內外許多學者對這一問題進行了研究，大致可以分為兩類。一類是研究單因素對能源消費的影響，有的學者研究了經濟增長與能源消費之間的關系，如國外學者 Soyta和 Sari（2003）[1]、Scrimgeour F.和 Oxley L.（2004）[2]，國內學者陶愛元（2007）[3]、丁煥峰和周月鵬（2010）[4]。有的學者研究了產業結構變動對能源消費的影響，如徐博和劉芳（2004）[5]、吳迪和毛建素（2010）[6]等。另一類是多因素對能源消費的影響分析，一般采用的方法是因素分解法。因素分解法主要有Laspeyre指數方法、Divisia指數方法、Malmquist指數方法、Paasche指數方法以及對前面幾種方法的修正模型。這個方面研究的學者很多，如Kambara（1992）[7]、Huang（1995）[8]、Zhang（2007）[9]、劉靜華和賈仁安（2010）[10]等。

如上所述，有關能源消費影響因素的研究已經很多。但都是用因素分解方法或者單因素方法進行研究，即從有限的幾個因素展開研究，這些因素又存在著相關性。因此本文定性分析了能源消費的影響因素，并將這些定性因素進行量化，再用主成分分析提取主要因素，去除因素之間的相關性，最后進行回歸分析，從而較為全面準確的找到了影響能源消費的因素。

1 能源消費影響因素定性分析

影響我國能源消費的因素有很多，概括起來主要有以下幾個方面。

1.1 經濟增長因素

改革開放以來，我國經濟發展迅速，國內生產總值由1978年的3624.1億元增加到2011年的471564億元，增長了130倍，我國已經躍居為世界第二大經濟體。但我國經濟一直是粗放式發展，高速的經濟增長是以能源資源高消耗為代價的。

1.2 人口增長因素

人類的衣食住行與食品制造業、房地產業和交通運輸業等行業密切相關，這些行業與能源密切相關的，人口總數越多，消費能源越多。我國城鎮人口和農村人口利用能源形式不同，對城鎮居民而言，城市具有完善能源供應系統，比如煤氣、天然氣、電力和熱力等能源，能源消費量相對較大；而對于農村居民而言，農村不能提供這些能源基礎服務，農村能源消費量相對較少。

1.3 產業結構因素

三大產業對能源消費的需求大不相同。根據國家統計局相關數據計算，我國工業、制造業和建筑業等第二產業的能源消耗量占能源消耗總量的75%左右，第一產業和第三產業的能源消耗只占總能源消耗大約25%。改革開放以來，我國產業結構不斷優化，1978年我國第一產業、第二產業和第三產業的比重依次為28.2∶47.9∶23.9，2011年的比重為10.04∶46.61∶43.35，第一產業的比重不斷下降，第三產業的比重不斷上升，但第二產業始終在國民經濟中占主導地位。

1.4 能源消費結構因素

能源消費結構是指各種能源消費在總能源消費中所占比重。能源消費結構對能源消費的影響主要表現在兩個方面，一是不同形式的能源其轉換效率不同。根據有關專家研究，對于我國能源的有效能轉換而言，煤炭約為27%，石油約為50%，天然氣約為57%，電力約為85%。而我國能源消費結構是以煤炭為主，煤炭的有效能轉換率最低，所以導致能源消費過高。二是不同類型的企業對能源形式的需求不同。高科技企業需要的是高品質的能源，對于大多數工業和制造業來說，更需要低品質的能源來降低生產成本。

1.5 技術進步因素

20世紀70年代以來，兩次石油危機使人們意識到能源需求的不斷增加和不可再生化石能源逐漸枯竭之間的矛盾不可調和，人類必須利用先進科學技術來提高能源利用效率，從而促進能源、人口、經濟和環境和諧發展。技術進步對降低能源消費總量具有兩方面的作用，一方面技術進步能夠提高能源的利用效率，減少能源消費量，節約能源；另一方面技術進步可以開發可再生能源和新能源，減少傳統化石能源的消費。

1.6 投資因素

投資一直是拉動我國經濟增長重要手段。目前，我國的資金大多數投資于能源消費較高的第二產業，從而大幅增加了能源消費量。投資主要可以分為外商直接投資和全社會固定資產投資。

對于外商直接投資而言，由于他們本身具有較強的研發實力，較為先進的技術和豐富的管理經驗，他們的投資會促使東道國整體技術水平和管理經驗大幅提升。而技術進步能夠促進能源利用效率的改進。因此，當一個國家外商投資占總投資的比重較大時，就會使該國整體技術水平加速提高，從而會促進該國的能源利用效率提高，使得能源消費量下降。

對于全社會固定資產投資而言，由于其主要投資領域還是第二產業，因此其投資的增加必然會引起建筑業、交通運輸業和設備制造業等高能耗產業的投資增加，其它低能耗產業的比重減少。這必然會導致能源消費的大量增長。

1.7 能源利用效率因素

能源利用效率貫穿能源的開采到能源最終利用各個階段。在開采方面，能源利用效率表示實際開采出的能源熱值與儲存的能源熱值之比；在加工轉換方面，指轉換成產品的熱值與轉換前能源熱值之比。能源系統總利用效率是指能源從開采到最終利用整個系統過程的總效率乘以所有終端用戶的平均效率。能源利用效率是反映能源利用水平的一個綜合指標。一般而言，能源利用效率越高，能源消費量就會越少，而能源利用效率越低，則能源消費量會越多。

1.8 能源價格因素

根據西方經濟學，在完全競爭的要素市場中，在一定成本和產出最大化條件約束下，企業資本和能源最優比例的必要條件為：MPk／MpE＝Pk／PE，即資本和能源的邊際產出之比與資本和能源的價格之比相等。當能源價格上漲時，要使等式成立，只能是資本價格上漲或能源邊際產出增加。由要素替代率遞減規律可知，能源投入量減少能夠導致其邊際產出增加。因此，可以得到在其它投入要素的價格相對穩定的條件，能源價格上漲會使得能源需求量減少，進而能源消費量會減少。

2 基于主成分回歸的實證分析

2.1 指標選擇

為方便對能源消費影響因素進行實證分析，需要對以上各個影響因素進行量化，即選擇一些能反映上述影響因素的指標，如表1所示。

2.2 主成分回歸實證分析

2.2.1 數據描述

表2給出了各個變量的均值、最大值、最小值、標準差、偏度和峰度幾個基本統計指標描述數據的基本統計特征。

表1 指標選取

表2 數據描述統計

2.2.2 實證分析

2.2.2.1 數據標準化

因為上述數據各個變量的度量尺度并不統一，有元、億元、比率等，所以在分析之前要考慮對變量進行適當的標準化處理。

其中

2.2.2.2 計算樣本相關矩陣

本文所選影響能源消費的因素較多，這些因素之間可能存在相關性。首先通過計算變量之間的相關系數，來檢驗變量之間的相關性。相關系數矩陣及概率值如表3所示。

通過表3可以看出，變量之間的相關系數較大，并且大多數概率P值都小于0.05，各變量之間存在較強的相關性，因此變量之間存在多重共線性。

在回歸分析中，變量如果存在多重共線性，用最小二乘法計算回歸系數估計值方差會過大，從而降低估計精度，使得回歸分析的結果不正確。本文采用主成分分析法解決多重共線性問題。

表3 相關系數矩陣

續表3

2.2.2.3 確定變量的主成分

本文使用Eviews6.0來對數據進行因子分析，首先計算相關矩陣的特征值和特征向量。特征值計算如表4所示。特征向量如表5所示。

表4 相關矩陣特征值計算

表5 主成分因子的因子載荷

從表4中可以看到前面三個主成分f1，f2，f3的方差和占全部總方差的比例

取f1為第一主成分，f2為第二主成分，f3為第三主成分，而且這三個主成分之方差和占全部總方差的94.37%，即基本上保留了原來指標X1、X2、…、X10的信息，這樣由原來的10個指標轉化為3個新指標，起到了降維的作用。

前三個主成分f1，f2，f3的線性組合為

從表5中可以看到，經濟發展、人口因素、能源消費結構、投資因素、科技進步、能源利用效率在第一主成分上具有較高載荷，說明第一主成分基本反映這些指標的信息，這些指標或多或少與經濟相關，稱這個因素為經濟因素；能源價格在第二主成分上有較高載荷，說明第二主成分基本反映這個指標的信息；產業結構在第三主成分上有較高載荷，說明第三主成分基本反映這個指標的信息。

2.2.2.4 回歸分析

我們以三個主成分f1，f2，f3為自變量，以能源消費總量（y）為因變量建立回歸方程。利用Eviews6.0進行回歸分析，得到輸出結果如表6所示。

表6 回歸分析結果

通過表6得到回歸方程

回歸方程的自變量f1，f2，f3的回歸系數的t統計量都大于2，其概率p值都小于0.05，回歸系數通過顯著性檢驗，對y值得影響是顯著的。回歸方程F統計量的值為362.75，相應的概率p值小于0.005，說明整體回歸方程通過顯著性檢驗，回歸方程整體是顯著的。方程的擬合優度R2＝0.973，調整的R2＝0.971，說明回歸方程整體擬合程度較高。

回歸方程說明：能源消費與經濟因素和產業結構因素成正比，經濟因素每增加1個單位，能源消費增加30030.47個單位，產業結構因素每增加1個單位，能源消費增加15287.15個單位；能源消費與能源價格成反比，能源價格因素每增加1個單位，能源消費量減少9574.9，這與實際情況相符。

用回歸方程進行預測結果如圖1所示。

從圖1中可以看出，能源消費預測值曲線與實際值曲線基本吻合。由此可見，回歸方程具有較好的實用性。

圖1 能源消費預測值與實際值對比

3 結論與建議

通過上面的分析結果，得到基本分析結論：能源消費主要受經濟發展、能源價格和產業結構三個因素的影響，并且經濟發展和產業結構對能源消費具有正效應，而能源價格對能源消費具有負效應。因此，要想控制能源消費總量，須從以下幾個方面著手。

3.1 積極調整產業結構

3.1.1 嚴格執行高能耗產業準入關

從源頭上嚴格把握高能耗行業的準入關，堅決禁止違反國家產業政策、缺乏能源和環境等支撐條件的高能耗生產項目。生產力發展要堅持“三高”，即“高質量、高標準、高水平”，要為社會增加財富而不增加包袱。生產要把握“三關”，即“環境保護關、資源消耗關、技術水平關”，要大力發展循環經濟，促進經濟可持續發展。

3.1.2 依法淘汰落后產能

在能源資源和生態環境雙重壓力下，抓住產業結構調整的契機，依法淘汰落后產能。加快淘汰落后產能是我國轉變經濟發展方式、調整經濟結構、提高經濟增長質量和效益的重大舉措，是加快節能減排、積極應對全球氣候變化的迫切需要，是走中國特色新型工業化道路、實現工業由大變強的必然要求。

3.1.3 大力發展高新技術產業和現代服務業

大力發展高新技術產業，努力掌握核心技術和關鍵技術，大力開發對經濟社會發展具有重大帶動作用的高新技術，支持開發重大產業技術，制定重要技術標準，構建自主創新的技術基礎，加快高技術產業從加工裝配為主向研發制造延伸。

加快發展現代服務業，加強分類指導和有效監管。進一步創新和完善服務業發展的體制和機制。發展競爭力較強的大型服務企業集團，大城市要把發展服務業放在優先地位，有條件的要逐步形成服務經濟為主的產業結構。

3.2 優化能源消費結構，降低煤炭消費

我國能源資源特點是“富煤、貧油、少氣”，工業能源消費占我國能源消費總量的絕大部分，而大部分工業是以煤炭消費為主。長期以來我國煤炭消費在能源消費總量中占主導地位，約占70%，這與世界以油氣為主的能源消費結構相差較大。因此，我國應提高油氣能源消費比例，引進先進能源生產和消費技術，提高能源有效能源轉換率。應進一步開發水能、核能、太陽能、氫能、風能、地熱等潔凈能源。

3.3 完善能源定價機制

長期以來，我國能源價格較大程度上受行政指令的干預，沒能反映能源市場供求關系，大部分能源價格嚴重低于實際價值，從而導致我國單位GDP能耗長期高居不下，形成了我國資源需求過度、浪費日益加劇、環境遭到嚴重破壞的粗放型經濟增長方式。我國能源價格改革迫在眉睫，一方面，我國能源價格改革必須堅持市場化方向，促使能源價格向實際價值回歸，由市場供求關系和資源稀缺程度決定價格。另一方面要建立合理透明的能源價格形成機制，有助于吸引民營和外資等多種資本發展我國的能源產業。在能源行業內部形成多元主體競爭的格局，有利于提高產業整體的生產效率。

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