我國能源效率與經濟增長關系研究

[摘要] 實證結果表明，能源效率與經濟增長之間存在機制轉換效應，在經濟發展處于低收入水平時，能源效率與經濟增長表現為線性關系；在經濟發展處于中等或較高收入水平時，能源效率與經濟增長之間則表現為非線性關系，并以人均GDP的閾值為界，在不同機制之間進行平滑轉換。

[關鍵詞] 超效率DEA；能源效率；面板平滑轉換回歸（PSTR）；經濟增長

[中圖分類號] F224[文獻標識碼] A[文章編號] 1008—1763（2016）02—0081—06

Abstract：This paper， which uses super efficiency DEA method to calculate the energy efficiency， empirically researches the relationship between energy efficiency and economic growth during 2000-2013 by using the panel smooth transition regression model. The empirical results show that there is mechanism conversion effect between economic growth and energy efficiency. When the economic development is in the low income levels， the relationship between energy efficiency and economic growth is linear. While the economic development is in the higher income levels， the relationship between energy efficiency and economic growth turns nonlinear. And the relationship will smooth the conversion among different mechanisms which is bounded by the threshold of per capita GDP.

Key words：super efficiency DEA； energy efficiency； panel smooth transition regression； economic growth

一引言

中國是一個能源消費大國，資源相對缺乏，能源人均占有量不及世界平均水平的一半，如何提高能源利用效率、實現經濟社會可持續發展，已成為當前亟待解決的問題。2014年5月，習近平總書記在河南考察時首次提及了“新常態”，經濟新常態的第一個特征即是經濟增長速度從高速增長轉為中高速增長。那么經濟增長速度的降低是否會降低能源的利用效率呢？現在國內一般都是采用數據包絡分析（DEA）方法來計算全要素能源效率，其中期望產出選取的指標為國內生產總值（GDP），因此，如果降低經濟增速會直接影響能源效率。然而，中國的能源效率與世界主要工業化國家相比，仍然處于較低水平，如果能源利用效率再持續下降，那么勢必會進一步惡化中國能源問題，進而影響經濟社會的可持續發展。因此，通過對能源效率與經濟增長的關系研究，發現經濟增長與能源效率的內在聯系，對于轉變經濟發展方式、適應經濟新常態有著很強的指導作用。

針對能源效率與經濟增長之間的關系，XingPing Zhang等人運用DEA Window Analysis探究了23個發展中國家在1980-2005年的全要素能源效率和變化趨勢，并且通過Tobit回歸證明，人均收入和能源效率之間存在U型曲線關系[1]。國外很多學者研究了能源強度與經濟增長的關系，以Putnam（1953） 、Clark（1960） 、 Percebois（1979） 以及Martin（1988） 為代表的很多學者研究證明了能源強度與經濟增長之間存在倒U的關系，即在一國或者某一個地區的經濟發展初始階段，隨著經濟的快速增長能源強度會逐漸上升，當經濟增長到某一個點后隨著經濟的增長能源強度下降。

國內不少學者也研究了能源效率與經濟增長之間的關系。李建中、武鐵梅、謝威運用Granger因果檢驗表明能源效率與經濟增長之間存在顯著的雙向因果關系，并且建立了一元線性回歸模型對能源效率與經濟增長做了定量分析[2]。汪克亮、楊力等利用環境庫茲涅茨曲線（EKC）理論定量分析了中國能源經濟效率和區域經濟增長之間的關系，結果表明能源經濟效率和能源環境績效及其分解指數與經濟增長之間存在倒U 形或U 形曲線關系[3]。余華銀、韓璐、宋馬林運用數據包絡分析法中的超效率SBM模型測算了1992-2010年我國29個省區的能源效率，并且運用門限面板回歸模型估計了在不同的能源效率區間下，能源效率與經濟增長的關系[4]。

湖南大學學報（ 社 會 科 學 版 ）2016年第2期周四軍，封黎：我國能源效率與經濟增長關系研究基于PSTR模型的實證

本文采用超效率DEA方法計算能源效率，建立面板平滑轉換回歸（PSTR）模型，對能源效率與經濟增長的關系進行省際比較分析，研究在經濟新常態下怎樣才能提高能源利用效率，使中國走上一條經濟增長與能源利用相互協調的可持續發展道路。

二超效率DEA模型的構建及

我國能源效率的測度

（一）超效率DEA模型

數據包絡分析方法是基于線性規劃方法來評價多投入、多產出的決策單元是否相對有效的一種非參數統計方法。DEA方法的適用對象是一組同類型的決策單元，它要求每個決策單元的效率值不能超過1，這就無法判斷效率值為1的決策單元的優劣。為了有效辨別每個決策單元的相對有效性，Andersen和Petersen提出了超效率DEA模型，決策單元的效率值不再需要滿足不能超過1的約束條件，解決了有效決策單元的效率比較問題。

超效率DEA可分為投入導向型和產出導向型兩種模式，由于經濟新常態下，追求經濟高速增長不再是首要目的，因此本文選取以投入為導向的超效率DEA模型，即在產出不變的條件下以減少投入來實現能源利用效率最大化，具體模型形式如下所示：

分別表示第j個決策單元的第i種投入和產出的值，λj是使投入和產出的樣本值形成一個凸性組合的權重，θ是第j0決策單元的效率評價指數，m和s分別表示投入和產出指標的個數，s-i和s+r為松弛變量，ε為非阿基米德無窮小量，在計算中取正無窮小。

（二）變量選擇與數據來源

基于全要素能源效率的多投入產出的基本框架，本文選取了能源消費總量、資本存量、勞動力作為投入指標，GDP作為經濟產出指標進行分析。基于統計數據的可得性，本文主要選取了2000-2013年30個省市的面板數據，西藏及港澳臺不在研究范圍之內。

1.投入指標

本文主要從資本投入、勞動投入、能源投入三個方面來考慮投入指標的選取。

①資本投入

以資本存量作為資本投入指標。資本存量的計算方法是根據張軍（2004）的計算結果，取其2000年現值作為本文的計算基準，采用永續盤存法永續盤存法的計算公式為

②勞動投入

選取各省每年個體就業人數作為勞動投入，數據來源是國家統計年鑒，單位為萬人。

③能源投入

以各省能源消費總量作為能源投入，數據來源為國家統計年鑒及各省統計年鑒，單位為萬噸標準煤。

2.產出指標

用固定資產投資價格指數平減后以2000年為基期生成實際GDP作為經濟產出，數據來源為國家統計年鑒，單位為億元。

（三）能源效率的測算

基于上述模型及樣本數據，運用軟件EMS1.3進行測算，從結果可以看出：首先，從全國來看，我國能源效率的總體趨勢是上升的。其次，從測算結果可以看出，各省市能源效率差異性較大。從平均全要素能源效率來看，各省市均未達到效率前沿面，廣東省平均能源效率最高為0.9809，青海最低為0.4818。東部各省市經濟比較發達，能源利用效率相對較高，如廣東、上海、北京、福建、天津。而中西部一些地區雖然具有資源優勢，能源效率卻比較低，如青海、寧夏、新疆、貴州和陜西。總體來看，北京、上海能源效率基本處于穩定上升趨勢，至2013年已經超過1。其他地區總體來說能源效率下降，尤其是湖北省和甘肅省，2000年能源效率位于前沿面上，2013年能源效率只有0.6435（湖北）和0.5891（甘肅）。

綜上所述，我國各省市的能源效率參差不齊且差距較大，中西部一些地區能源資源稟賦較高但其低效的利用率，與東部各省份能源高效利用但資源匱乏形成了強烈的反差。新疆、云南等地區雖然資源較為豐富，但是由于經濟規模和生產技術的限制造成了資源的巨大浪費，導致期望產出不高使得能源利用效率較低。而東部省份生產技術水平高、經濟較為發達使得資源得到有效配置，能源利用效率較高。

三能源效率與經濟增長關系的理論研究

（一）能源效率與經濟增長的現狀分析

改革開放以來，我國經濟發展迅猛，2014年國內生產總值達到了636463億元，較2013年增長了7.4%。1978-2013年，中國的國民經濟一直保持著高速增長，雖然2014年增速有所放緩，創新世紀以來中國年度GDP增速的新低，但是我國國內生產總值的年增長率在全球仍屬于中高速增長范圍。然而，隨著經濟的快速發展，我國能源需求日益擴大，能源問題日益突出。

一方面，我國能源消費總量高于生產總量，能源供不應求，需要大量依靠進口。從1992年起，中國能源消費總量超過了能源生產總量，至2011年，我國一次能源消費總量已超過美國，成為世界第一大能源消費國。另一方面，目前，煤仍然是我國的主要能源，煤炭的嚴重浪費及其造成的環境問題大大降低了能源利用效率。相較于發達國家，我國生產技術水平較低、能源設備較落后，也導致了能源浪費、利用效率不高。2015年4月2日，全國區域能源專業委員會理事長許文發在中國分布式能源發展與余熱利用論壇上表示，我國能源效率僅為36.81%，世界能源平均利用效率為50.32%，比發達國家低約10個百分點，產品能耗與國際先進水平有較大差距，能源消費總量大、能效極低。另外，我國還存在能源只有一次性利用，而沒有二、三次有效利用的嚴重浪費情形，也大大降低了能源利用效率。

（二）能源效率與經濟增長的關系

在經濟以較高的速度增長的同時，必然引起能源消費總量也大幅度的增加。在片面強調GDP的導向下，中國的能源利用效率不高、能源消耗總量過大的問題日益凸顯。從經濟學角度分析，能源效率與經濟增長的關系主要體現在兩個方面。

一方面，能源是經濟增長的主要動力，能源的有效利用能夠促進經濟增長。首先，能源是經濟增長的推動力量，在任何社會生產中，沒有能源的投入就無法形成現實的生產力。其次，提高能源利用效率，不僅能夠降低能源供應的壓力、節約資源，而且還能促進生產發展、擴大經濟規模。由于我國人口基數大，能源資源短缺，能源的有效利用對于保證我國經濟可持續發展的長期能源供應有著十分重要的意義。

另一方面，經濟增長帶來了能源的合理開發和利用。首先，經濟增長擴大了能源需求，同時也為整個社會和國家帶來了資金和設備，促進了能源的合理開發。其次，經濟增長能夠促進生產技術水平的提高，引進國外先進能源開發利用技術，提高能源利用效率。一個國家經濟的適當增長對于提高能源利用效率是毋庸置疑的，但是，如果過分注重經濟增長而忽視能源資源有限、環境污染等其它問題，最后將會導致本國能源枯竭、能源需求大量依靠進口，使得經濟無法持續發展。

四我國能源效率與經濟

增長關系的實證分析

近年來，隨著中國經濟的不斷發展，能源問題日漸突現出來，越來越多的學者關注能源效率與經濟增長之間的關系。學者們對中國省際或區域能源效率與經濟增長關系的實證研究模型主要集中在面板固定效應模型、面板隨機效應模型、面板門限回歸模型、EKC模型，那么是否可以考慮存在一個面板模型能夠通過一個閾值和平滑轉換建立一條平滑的曲線來刻畫二者之間的非線性關系呢？

面板平滑轉換回歸（PSTR）模型是對面板門限回歸模型和平滑轉換自回歸模型的發展與擴充。該模型很好地描述了面板數據的個體異質性特征，應用一個在（0，1）區間內變化的轉換函數代替面板門限回歸模型中的分段示性函數，使得模型隨著轉換函數值的變化在不同機制間平滑轉換，有效避免了機制轉換的突變性。

（一）面板平滑轉換回歸（PSTR）模型

根據研究目的，建立能源效率與經濟增長的兩體制的PSTR模型，模型形式如下：

1.變量選取及樣本數據來源

被解釋變量（yit）能源效率是由文章第二部分計算而得，以人均GDP代表經濟增長，作為解釋變量（xit），單位為萬元/人，數據來源是國家統計年鑒，以人均GDP作為轉換變量（qit）。

2.單位根檢驗

在構建PSTR模型之前，為了避免偽回歸的出現，需要對兩個變量進行單位根檢驗。本文采用LLC檢驗、IPS檢驗、Madwu檢驗、Hadri檢驗四種面板單位根檢驗方法對變量的平穩性進行檢驗。檢驗結果如表1所示：

由表1可知，上述四種檢驗方法的檢驗統計量在5%的置信水平上都拒絕原假設，即兩個變量都不存在單位根，因此可以認為能源效率和人均GDP兩個指標是序列平穩的，二者可以構建面板回歸模型。

3.面板數據的固定效應檢驗

PSTR模型是一個具有轉換變量的固定效應模型，對于能源效率為被解釋變量、人均GDP為解釋變量的面板數據，首先要分析面板數據是否為簡單的固定效應模型。

通過表2可以看出，F檢驗和Hausman檢驗的統計量在5%的置信水平下都拒絕原假設，表明應該建立固定效應模型。

4.參數的確定及模型的構建

只有模型存在異質性才能構建PSTR模型，首先運用LM檢驗方法對模型進行同質性檢驗及位置參數的確定。通過R3.1.2軟件進行LM檢驗，得到檢驗結果如表3所示：

1.從PSTR模型的參數估計結果可以看出，t檢驗與F檢驗的精確p值都為0.000，說明模型（4）是統計顯著的，該模型的擬合效果較好。

2.模型（4）存在兩個駐點，分別為4.645876和14.57321。當人均GDP在區間（0，4.645876）和（14.57321，+∞）內時，人均GDP對能源效率表現為負影響；當人均GDP在區間（4.645876，14.57321）內時，其對能源效率的影響是正向的。

3.能源效率與人均GDP的關系在線性與非線性關系之間平滑轉換。當人均GDP趨近于0或者正無窮大時，轉換函數變為常數，模型（4）變為線性模型。當人均GDP處于中間水平時，能源效率與人均GDP表現為非線性關系。

4.圖1比較清晰地顯示出能源效率的斜率在一個較高收入水平上由負轉正，能源效率達到最低值后轉而上升，使經濟增長與能源效率之間呈現顯著的U型關系。而當人均GDP達到一個更高水平時，能源效率達到一個峰值后轉而下降，此時能源效率與經濟增長之間呈現倒U關系。由于當前我國各地區的人均GDP還比較低，因此能源效率與經濟增長之間的關系還處于第一階段，即U型關系。

五 結論與建議

（一）主要結論

通過PSTR模型的構建和實證分析，主要得到以下結論：

1.我國能源效率與經濟增長之間存在機制轉換效應。在經濟發展處于低收入水平時，能源效率與經濟增長表現為線性關系；在經濟發展處于中等或較高收入水平時，能源效率與經濟增長之間則表現為非線性關系，并以人均GDP的閾值為界，在不同機制之間進行平滑轉換。

2.我國能源效率與經濟增長之間的關系存在階段性特征。第一階段，在經濟增長初期，由于技術落后，主導產業多為第一產業或者勞動密集型的制造業，一國或者某一地區只注重經濟發展，幾乎忽視了能源利用效率，隨著經濟的增長能源效率不斷下降。第二階段，當人均GDP達到46458.76元時，此時為經濟增長與能源效率關系的第一個轉折點，能源效率隨著經濟增長逐漸上升，政府應該加速經濟增長以提高能源利用效率。第三階段，當人均GDP達到145732.1元時，經濟增長與能源效率的第二個轉折點出現，經濟已發展到較為成熟的階段，能源效率與經濟增長成反比，政府不應該只注重經濟增長速度，而是放緩經濟增長速度，提高能源效率。

3.目前我國能源效率與經濟增長的關系表現為U型關系。至2013年，天津人均GDP最高為100105元，低于145732.1元，即我國各省市的人均GDP均未達到第二個轉折點，能源效率與經濟增長關系處于前兩個階段，表現為U型關系。東部地區除河北和海南之外，經濟發展水平較高，人均GDP已經超過46458.76元，能源利用效率隨著經濟增長而不斷提高。中西部地區除內蒙古和吉林外，經濟發展水平較為落后，人均GDP均低于46458.76元，能源效率與經濟增長之間表現為反向變化關系。

（二）政策建議

為了能夠更好地適應“中國經濟新常態”，促進我國能源效率的提高，實現我國社會經濟的可持續發展，使我國人民達到優質的生活水平，應該合理有效地提高經濟增長速度，使各個省市達到能源效率最優化。由于我國各省市資源稟賦條件和經濟發展水平之間存在較大的差異，因此要根據各地實際情況，有效地處理能源效率與經濟增長之間的關系。

1.東部大部分地區經濟相對發達，但是能源短缺問題嚴重，能源供應大多依靠進口或我國其他資源豐富地區的輸送，因此，對于東部經濟發達地區，積極探索能源的高效開發使用技術，節約資源，在提高能源效率的同時發展經濟。

2.中西部地區經濟普遍較為落后，但是我國能源資源主要集中在中西部地區，因此，對于中西部經濟較為落后的地區，要加快轉變經濟增長方式，調整產業結構，引進新的技術設備，提高能源資源的加工利用率，促進經濟效益。

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