湖北省能源消耗與經濟發展關系研究

王楊　韓鳳歌

摘要：經濟的發展帶動能源的消耗，文章通過主成分分析方法提取出能夠反映經濟發展和能源消耗這兩者的綜合指標，利用時間序列數據，定量分析湖北省能源消耗與經濟發展關系。然后通過建立協整模型發現這兩者存在長期均衡關系，且存在著從經濟發展到能源消耗的單向因果關系。最后比較最小二乘方法和Bootstrap方法得到的回歸模型系數置信區間；可知Bootstrap方法的區間收斂于真實區間的速度更快，使得模型也能更好地適用于更普遍的經濟-能源發展的關系應用中。

關鍵詞：能源消耗；經濟發展；主成分分析；協整檢驗；Bootstrap方法

一、 引言

經濟的發展帶動著能源的消耗，能源消耗又反過來促進經濟的發展，兩者之間相互促進。近年來湖北省的年均經濟增長速度放緩，經濟發展趨勢呈現新常態。在面對現在湖北省經濟發展狀況的現狀下，原始模式的資源利用導致了資源消耗大，資源約束日益緊張。目前湖北省能源資源稀缺，包括煤炭，石油，天然氣，電力等。現階段湖北省隨著經濟的發展，對于能源的需求量越來越大，如何用最少的資源帶來最大的經濟效益，是亟待解決的問題。

能源是國民經濟的基礎要素，能源的有效利用關系到社會經濟的可持續發展，能源消費量過快增長和能源低效率會阻礙經濟社會的可持續發展。能源與經濟發展關系的研究是科學進行能源需求預測的需要，最終目的是使能源得到有效利用，使能源與經濟協調發展。能源消費與經濟發展關系的實證研究是為更有效的提高能源效率提供依據，能夠為節能政策制定和可持續發展政策的實施提供重要參考依據。

二、 研究內容及框架

目前有很多學者研究了能源消耗總量對于經濟發展的影響及相互關系，但是能源消耗總量及經濟的發展指標僅單純的數量研究不能更加有效地評判兩者之間的關系，且單一的能源消耗指標及經濟發展指標只能片面的反應二者之間的關系，不具有很強的代表性。此研究克服了之前總量研究的不足，采用胡紹雨的研究技術路線，利用綜合指標對現階段湖北省能源消耗現狀和經濟發展狀況進行分析。本文選取經濟發展指標有地區生產總值、居民消費水平、對外貿易出口總額、財政收入占地區生產總值的比重，能源消耗指標有煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油柴油、燃料油、電力、天然氣指標；其次利用主成分分析方法確定能夠反映能源消耗和經濟發展的綜合指標得分；然后利用綜合指標得分采用時間序列對湖北省能源消耗對經濟發展的長期和短期關系及影響進行分析，給出經濟發展綜合指標和能源消耗綜合指標之間的相互關系，為調整能源消耗情況的幅度，提升能源消耗所帶來的經濟效益提供參考。

三、 數據來源

此研究數據包含1995年到2014年間湖北省經濟發展指標：地區生產總值、居民消費水平、對外貿易出口總額、財政收入占地區生產總值的比重；能源消耗指標：煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、電力、天然氣指標數據。對應的指標數據來自2014湖北省統計年鑒。

四、 研究方法

（一） 主成分分析方法

本文通過對經濟發展指標及能源消耗的指標進行主成分分析，確定能夠反映經濟發展和能源消耗的兩個綜合指標：GDP和能源。利用這兩個綜合指標對湖北省能源消耗與經濟發展關系進行研究。

通過軟件分別對反映經濟發展的4個指標和能源消耗的9個指標進行主成分分析得到：經濟發展提取出一個主成分（方差貢獻率0.976）；能源消耗提取2個主成分，第一主成分方差貢獻率0.781，第二主成分的貢獻率0.115，累計貢獻率0.896。各指標成分得分見表1和表2。

系數矩陣計算綜合指標得分見表1和表2，兩個指標的綜合得分如下表3。

由表3和圖1可看出，能源消耗與經濟發展呈上升趨勢。湖北省從1995年到2014年的20年間，經濟的發展帶動能源的消耗增長，能源的消耗增長帶動經濟的發展。在1995年至2005年之間能源消耗與經濟發展趨勢相同，在2005年至2010年之間能源整體發展比經濟發展快，在2010年至2015年之間經濟整體發展比能源消耗快。

（二）時間序列分析

1. 時間序列單位根檢驗

對于主成分分析得到的經濟發展和能源消耗的綜合指標得分都和時間有關系，因此將這兩個綜合指標序列作為時間序列來研究湖北省能源消耗與經濟發展關系。在進行協整檢驗之前，需要確定變量的最優滯后階數，并確定變量之間是否同階單整。本文先建立VAR模型，根據中SC信息準則選定最優滯后階數為6，將得分進行一階差分，其單位根檢驗結果見表4：

由表4可知，經濟發展和能源消耗的綜合指標得分都通過顯著性檢驗（P<0.05），所以經濟發展和能源消耗的綜合指標得分的時間序列為是一階單整。

2. 時間序列協整分析

對能源得分和經濟的得分的時間序列作分析，兩個序列都是一階單整，此時可以研究兩個變量之間的長期均衡關系。經過協整檢驗，其均衡關系模型為：

N=0.76G，

模型各參數見表5。

由表5可知模型的R2=0.887，D-W=0.351。由于D-W很小，存在誤差序列相關，這里引入AR（1）、AR（2）來消除殘差序列相關。得到調整后的模型結果如下：

N=0.42G+[AR（1）=1.39，AR（2）=-0.45]，

模型因子系數及統計檢驗結果見表6。

由表6可知模型R2=0.973，D-W=2.052。D-W檢驗值由0.351上升到2.052，消除了殘差項的序列自相關。并且在回歸模型中的解釋變量和AR（l）和AR（2）的t統計值都一致地通過了顯著性檢驗。其回歸方程的殘差序列平穩性檢驗結果見表7。

由表7可知在顯著水平為0.01下殘差通過顯著性檢驗，即調整之后的回歸方程的殘差序列為零階單整序列。所以能源消耗綜合指標時間序列與經濟發展綜合指標時間序列存在長期均衡關系。

3. 格蘭杰因果關系檢驗

回歸分析只能給出兩個指標的數量之間的關系，不能反映出應變量和自變量間的因果關系，下面通過格蘭杰因果關系分析來檢驗二者之間的影響關系。在進行格蘭杰因果關系檢驗之前，先根據SC信息準則確定最優滯后階為4，檢驗結果見表8 （滯后期為4，觀測值為20），可以看出存在從經濟發展到能源消耗的格蘭杰因果關系，即經濟的發展帶動能源的消耗。

五、 回歸模型系數置信區間研究

經濟的發展帶動能源的消耗，研究經濟與能源關系模型對于了解兩者之間的相互影響關系很重要。對于時間序列建立的數學模型是否能夠運用到更寬的領域不能夠確定。Bootstrap是假定不知道殘差項具體是什么分布情況下的算法，用它不是為了促進有效性，而是為了使其能夠在更大范圍內使用。對很多估計能夠獲得更精準的置信區間（其構造的置信區間）收斂于真實區間的速度在某些條件下會比通常的正態近似要快。

（一） 最小二乘回歸置信區間

利用時間序列得到的線性回歸在置信水平分別為0.90、0.95、0.99下各系數的置信區間見表9。

（二） Bootstrap方法估計參數的置信區間

Bootstrap方法是一種有放回的隨機抽樣方法，即從原始樣本數據中，有放回地重復重復抽取容量為的樣本，然后作這個樣本的估計，再將這一過程重復次，做相應的估計。Bootstrap方法能夠較好的處理小樣本數據。此處利用Bootstrap方法，重復抽樣1000次，對回歸方程的系數進行估計，參數估計置信區間結果見表10。

由表9和表10的結果可以看出自助法所得到的參數置信區間基本包含在時間序列估計的參數置信區間內，Bootstrap方法構造的置信區間收斂于真實區間的速度更快，該模型也能更好地適用于更普遍的經濟-能源發展的關系應用中。

六、 結語

本文主要對湖北省的能源消耗與經濟發展關系進行分析，主要通過選取能夠反映能源消耗和經濟發展的綜合指標來研究。根據已有的發展指標建立綜合指標體系，更好的反映現階段湖北省能源消耗與經濟發展的相互關系。

1. 能源的發展對經濟增長存在一定的促進作用，經濟增長對能源消耗存在一定的依賴性，經濟增長同時也促進能源的開發利用。研究發現湖北省能源消耗與經濟發展保持長期均衡關系，存在著從經濟發展綜合指標到能源消耗綜合指標的因果關系，即經濟的發展帶動能源的消耗，但能源的消耗并不能帶動經濟的發展，此結果和已存在同類研究結果相類似。

2. 本文研究結果對于政策的制定有一定的參考價值。湖北省的能源消耗量逐年上升，但仍是以煤炭為主，煤炭消耗量從1995年到2014年年平均增長129萬噸，其他能源消耗種類及消耗量也呈現上升趨勢。能源的消耗雖不能帶動經濟的發展，但隨著能源消耗的增加逐年增長所導致的環境問題（如空氣污染、水污染等問題）仍在進一步擴大。

3. 為了解決現有經濟-能源-環境關系，一方面要提升單位能源利用效率，調整能源的消費結構，大力發展能夠替代現有煤炭、石油等的其他可再生能源，減少能源消耗帶來的環境問題。另一方面，在發展經濟的同時需要考慮能源及環境問題，高效的能源利用及良好的環境發展比經濟發展帶來的效益高。因此，在保證經濟持續發展、環境問題不再擴大的前提下，充分利用現有的有限能源實現更大的效益，是值得我們給予高度重視并采取可行高效的解決方案來實現質的飛躍。

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【作者單位：中國地質大學（武漢）數學與物理學院】