基于結構突變點的省域經濟增長與電力消費關系

李汶聰 丁文斌

摘 要：基于文獻比較分析，得出能源消費與經濟增長間存在4種關系。研究發現對不同國家進行研究會得出不同的能源經濟關系，選取不同因果關系檢驗方法，會得出不同的研究結果。為探討經濟增長與能源消費間因果關系存在的差異性以及原因，論文選取1985-2015年湖北省電力消費量和地區生產總值作為樣本，引入結構斷點，結合周期分析，探討經濟增長與電力消費間的因果關系。結果表明：用單一的全樣本數據進行協整分析與分階段進行分析會得出不同結果，但是在1%的顯著性水平下，兩種方案的因果分析都顯示湖北省存在從電力需求到經濟增長的單向格蘭杰因果關系；通過結構斷點分析，結果顯示2003年以后湖北省電力需求迅速走高，對經濟增長的貢獻率明顯增加，刺激經濟推動力明顯增強。最后，針對得出結果，提出政策參考建議。

關鍵詞：經濟增長；電力消費；周期分析；結構斷點

中圖分類號：F2 文獻標識碼：A doi：10.19311/j.cnki.16723198.2018.05.001

0 引言

電力工業是支撐國民經濟和社會發展的基礎性產業和公用事業，隨著我國國民經濟的快速發展，對電力的依賴程度也越來越高。尤其進入21世紀，隨著工業化、城鎮化、市場化、國際化進程不斷加深，我國電力工業以超過前20年平均發展速度的步伐不斷邁進。我國曾出現過幾次大面積停電現象：1986年，國內一度供電緊張，但隨著經濟穩步增長，供電水平也日趨穩定。而2001年后，隨著中國的經濟增長率走高以及高耗能行業的蓬勃發展，電力不足的現象再次顯現。2002年之后，中國大部分地區用電量增長率高達17%，導致全國范圍內缺電現象的發生，直到2006年，電力供需總體趨于平衡。“電荒”現象的發生給人民生活和生產造成了巨大損失，而如果政府的應對政策不當，又可能會導致電量過剩。因此，深入探討電力與經濟增長之間關系及作用機制對于維持電力供需平衡至關重要，對電力行業戰略規劃與政策制定具有重要意義。

湖北是能源資源匱乏省份，又是能源消費大省，能源保障特別是電力供應對全省經濟社會發展至關重要。“經濟要發展，電力要先行”，電力消費量被當作經濟發展的“晴雨表”，與經濟發展密切相關。因此，研究電力消費與經濟增長關系，提高電力的利用效率、確保電力的合理供給對確保經濟發展目標的實現和電力可靠供應具有重要的意義，也是湖北省未來要面臨的經濟社會發展的課題之一。

1 文獻回顧

國內外學者在能源經濟領域做了大量能源消費與經濟增長之間關系的研究，普遍采用較為流行的計量經濟方法，如Granger因果檢驗法，來研究兩者之間的關系。但是，選取不同的研究樣本，得出的結論各有差異。

綜觀以上文獻，可以發現如下特征：

（1）研究內容上，能源消費和經濟增長之間大致存在四種關系。

①經濟增長對能源消費呈單向正相關因果關系。②能源消費對經濟增長呈單向正相關因果關系。③能源消費與經濟增長存在雙向正相關因果關系。④能源消費與經濟增長不存在相互因果關系。

（2）對不同國家進行研究會得出不同的能源經濟關系；而對同一國家選取不同的樣本區間或樣本容量也會得出不同的分析結果。

比如KraftJ和KraftA（1978）針對美國1947-1974年的能源消費和GNP數據，利用Sims因果檢驗方法進行實證研究，得出了美國僅存在GNP對能源消費的單向因果關系，即能源保護政策不會對經濟增長產生負面影響。然而Akarca和Long（1980）將樣本時間跨度縮短時，不能得出上述結果。之后Yu和Hwang（1984）在研究能源經濟關系時使用不同的數據也得出了不同的結論：如果使用年度數據（1947-1979年），GNP與能源消費不存在因果聯系；如果使用季度數據（1973-1981年），則存在GNP到能源消費的單向因果關系。

（3）選取不同因果關系檢驗方法，會得出不同的研究結果。

最早國外學者們用最小二乘法對能源消費與經濟增長進行線性回歸分析，并普遍采用對時間序列非常敏感的Granger和Sim因果檢驗法，直接考察經濟增長與能源消費之間的短期因果關系。然而在實際經濟運行中，許多經濟變量時間序列數據是非平穩的，如果直接用變量時間序列的水平值進行檢驗，很可能得到“偽回歸”結論。隨著計量技術的發展，后來人們普遍采用E-G兩步法（1987）以及Johansen和Juselius（1995）的極大似然法的協整技術來研究雙變量或多變量之間的長期均衡關系，然而既沒有得出一致意見，也沒有給出令人信服的解釋。例如，Glasuer and Lee（1997）采用Garnger因果檢驗方法和ECM模型，對韓國與新加坡的經濟增長與能源消費關系進行了檢驗，分析發現，利用協整和誤差修正模型時，兩國的經濟增長與能源消費均存在雙向因果關系；而運用標準的Granger方法進行檢驗時，韓國的數據不存在因果關系，而新加坡則存在從能源到經濟增長的因果關系。再比如，國內方面，韓智勇（2004）采用EG兩步法和Granger檢驗法研究中國能源消費與經濟增長之間關系，發現中國能源消費與經濟增長存在雙向Granger因果關系。而劉朝明（2006）將能源作為生產要素，引入C-D生產函數這一經濟模型，通過時間序列分析探究經濟增長與能源消費之間的相關比例關系，結果表明，中國能源消費與經濟增長之間存在不嚴格的雙向因果關系，且這種關系非標準Granger因果關系。

2 本文研究思路

由于樣本選取差異會引起能源消費與經濟增長關系隨時間變化的特征，本文將引入斷點方法，將樣本切分成不同的樣本區間。同時考慮到關系的不確定性，本文會運用標準Granger因果關系檢驗法，通過構建線性回歸模型，分區間判斷能源消費與經濟增長之間的因果關系。

本文將從如下幾方面展開研究：

（1）本文擬分析電力消費以及經濟增長的趨勢變化和周期波動，觀察兩者的動態變化以及差異，并引入斷點，運用Chow檢驗方法，分析不同時間段的經濟增長與電力消費之間關系的結構性變化，并通過探究引起此種變化的原因為相關政策制定和實施提供參考依據。endprint

（2）本文研究電力消費與經濟增長之間關系的主要原因是中國能源供需總規模的數據被明顯低估。以煤炭為例，煤炭生產企業、發電廠數量多，且十分分散，可以通過各種運輸途徑和渠道獲得煤炭，生產量和消費量的統計相比較電、油、氣來說很難有準確可信的核算體系。特別是一些地方國有和私人煤窯，濫挖濫采煤炭現象極其嚴重，屢禁不止，不僅導致了許多煤礦事故發生，也給統計工作帶來困難。相比較來說，電力資源具有穩定可控的特點，從計算機直接讀取的電力消費量數據也更為準確客觀。因此，使用電力消費量能更真實反映能源消費與經濟增長之間關系。

（3）鑒于國內對于電力消費與經濟增長關系的研究大多數是基于宏觀層面來進行的，區域研究很少，因此利用省級數據探究電力消費與經濟增長之間關系更具有微觀基礎。而且全國數據是依據省級數據調整而成的，在準確性上省級數據好于全國數據，因而電力消費與經濟增長之間關系的趨勢分析將更加直觀與可信。本文以湖北省為例，研究區域經濟發展與能源消費之間的相互關系。

（4）回顧以往湖北省關于經濟增長與電力消費之間關系的研究，可以發現，大多數文獻僅僅單純地運用計量經濟方法對收集數據進行回歸處理，并根據模型結果進行數理分析，而缺乏現實依據的支撐。針對此問題，本文將從湖北省電力發展歷史和現況出發，結合統計分析方法得出的結果，對湖北省電力消費與經濟增長之間關系及成因進行探討。

3 數據來源與指標說明

本文選取1985-2015年湖北省年度數據作為樣本。其中1985-1994年數據來自《湖北省統計年鑒》（各期），1995-2015年數據來自《中國經濟與社會發展數據庫》（各期）。

變量選取與構造如下：經濟增長：選取1985-2015年湖北省地區生產總值作為衡量經濟發展的變量，并且以1985年為基期，使用湖北省地區生產總值指數作為湖北省生產總值縮減因子對名義地區生產總值進行調整生成實際地區生產總值（單位：億元）。電力消費量：選取1985-2015年湖北省全社會電力消費量（千瓦時）作為衡量電力消費的指標。

4 周期性分析

圖1 湖北電力消費周期趨勢

鑒于湖北省產業結構原因，第二產業在整個地區生產總值中占據著半壁江山，而以工業、制造業為代表的第二產業是能耗最大的產業部門，多年來，第二產業用電占全社會用電比例均在70%左右，重工業用電占湖北省用電的65%左右。因此電力消費的增長在經濟增長中占據的基礎地位非常突出。一方面，經濟的快速發展可能會帶來對電力的強烈需求，短期內可能造成電力短缺，甚至會導致“電荒”現象。另一方面，經濟發展一旦逐漸步入衰退時期，伴隨著對電力能源的需求減弱，電力行業會暫時出現供過于求狀況，如果不能提前做好能源規劃就會造成能源資源的產能過剩及浪費現象。因此，經濟發展的周期性波動必然也會帶來電力生產和消費的周期性波動。

為探討1985-2015年湖北省電力消費的變化趨勢和周期波動特征，本文將運用周期趨勢分析方法，并結合R語言進行分析。從圖1可以明顯觀察到，30年來湖北省電力消費運行狀況呈現出明顯周期性波動特征，其軌跡整體可劃分為3個階段：第一階段，2002-2003年以前；第二階段，2002-2003年；第三階段，2012-2013年。

1985年至2002年，湖北省電力消費增速整體上呈現下行趨勢，除了受1998年亞洲金融危機影響以及湖北省“偏重、偏工”的能源消費產業結構和國家電力機制不合理因素外，經濟下行特別是“九五”期間的經濟波動是電力消費增速明顯下降的主要動因。期間，電力市場一度供大于求，電力生產能力難以發揮，部分電力生產企業出現虧損。進入“十五”后，尤其是2003年以后，湖北省經濟連續幾年保持9%以上的增幅，加上2001年中國加入WTO后與國際社會貿易往來的迅速發展，湖北省電力供需從“九五”后的供大于求基本轉為平衡，部分地區甚至出現了在負荷高峰段拉閘限電的情況。經濟快速增長的同時也激發了電力投資的熱情，2002年湖北省相繼有四個發電項目開工，除三峽電站外，黃龍灘、蒲圻和黃石西塞山電廠分別于2004和2005年建成投產，極大滿足了經濟刺激帶來的電力消費需求增加，為電力供應提供了物質保障，有利于湖北省電力工業可持續平穩發展。

5 結構變化分析

如果我們考察湖北省電力消費與經濟增長兩項數據，不難發現，結構變化所導致的斷點問題是研究兩變量之間關系時不可忽略的因素。以電力消費量為例，首先由以上周期性趨勢分析可以清楚發現2002年和2003年為湖北省電力消費發展狀況一個分界點，表現為“波谷”，1985-2002年之前，電力消費整體呈現出“衰退”走勢，而2003年之后迅速走高，表現出“復蘇”形態。其次，如圖1所示，從1985年開始，湖北省電力消費量以線性緩步向上趨勢走高，并從2002-2003年開始進入另外一個增長階段，突出表現為斜率更大，以更快的速度增長。換句話說，這一數據過程體現出至少兩個明顯不同的增長階段。因此相比于用單一的整個區間去描述數據變化過程，根據數據變化特征分階段來分析問題會使得研究結果更加客觀準確，可靠性更強。

為了進一步驗證結構斷點的存在，本文采用chow檢驗對引起結構變化的斷點進行判定。

Chow檢驗是由鄒至莊提出的一種特殊的F檢驗，它將時間序列數據分段，然后分別回歸，通過構造一個F統計量比較各段的殘差平方和與總體殘差平方和的差異來得到是否存在結構變化的結論。由于Chow檢驗需要事先判斷出引起結構變化的斷點，因此基于數據走勢圖觀察，我們分別選取2002年和2003年作為突變點對時間序列進行分段回歸，然后進行檢驗。在1%的顯著性水平下，模型存在結構變化，并且很明顯選取2003年作為結構斷點更加合適。

6 分階段協整分析

6.1 平穩性

通過分階段平穩性檢驗，可以發現，不同的樣本段，平穩性不一致。endprint

6.1.1 1985-2015樣本區間單位根檢驗

本文運用ADF和KPSS單位根檢驗法來確定模型中各變量的平穩性，以提升單位根檢驗的準確性。在5%的顯著水平下，ADF檢驗表明，EL和GDP均為二階單整。KPSS檢驗表明，EL和GDP均為一階單整。ADF檢驗和KPSS檢驗表明，EL和GDP均為同階單整，可以嘗試構建協整模型。

6.2.2 1985-2002樣本區間因果檢驗

由于該區間段EL與GDP不同階平穩，Johansen協整關系檢驗也顯示二者沒有協整關系，后續不構建協整模型，不對本區間段樣本進行因果檢驗。

6.2.3 2003-2015樣本區間因果檢驗

檢驗結果表明至少在99%的置信水平下拒絕零假設（電力消費不是經濟增長的格蘭杰成因），即可以認為EL消費是GDP的格蘭杰成因，反過來不能拒絕零假設，即GDP不是EL的格蘭杰成因。

6.3 協整模型分析

比較1985-2015年與2003-2015年兩個樣本段的回歸模型，可以發現，不同的樣本期間電力消費的彈性有顯著的差異。引入虛擬變量進行回歸，可以發現，2003-2015年期間電力消費比非此期間的斜率高115，2002-2003年之前，電力消費量每增加1千瓦時，GDP平均增加3.85億元，而在之后，電力消費量每增加1千瓦時，GDP平均增加5億元，可見電力能源對經濟發展的貢獻率有了明顯增加，換句話說，電力對經濟增長影響增強，這可能是2000年初期湖北省對于電力基礎設施的大力投資所形成的規模效應所引起。

7 結論與建議

基于單位根檢驗，發現平穩性數據，進而進行協整分析以及誤差修正模型的推理是當下研究能源消費與經濟增長之間關系的普遍路徑。論文在此基礎上，以省域作為研究范圍，運用周期波動分析法不僅分析了不同時間段電力消費量與經濟增長之間的相互影響過程及可能原因，而且初步判斷2002年和2003年左右是湖北省電力消費增長的“低谷”，為可能的結構斷點。隨后文章采用chow檢驗對結構斷點進行進一步驗證。在分析比較用全階段和分階段對電力消費量與經濟增長數據做回歸后，我們發現不同階段數據變化趨勢與結構存在差異，且兩種情形下進行協整分析的結果也不盡相同，因此上述引入結構斷點的做法是有必要的。

本文引入結構突變點的意義不僅限于計量技術手段的修正。這一時間序列數據中斷點的出現提醒我們應當更加細致、準確和客觀地去分析能源經濟問題，而不能忽略能源與經濟關系出現的顯著變化。節能減排的目標是在經濟發展的同時，保持電力消費的低速增長。在上述分析中，可以粗略地發現，進入21世紀后，尤其從2003年以后，電力消費對經濟增長的促進作用得到了明顯提升。這在一定程度上也說明了能源使用效率的改善。其次，無論是分區間還是用單一整體區間進行格蘭杰因果檢驗，結果均表明湖北省存在從電力消費到經濟增長的單向關系。

這一結論具有重要政策含義：（1）從電力消費與經濟增長的單向因果關系來看，長期而言，政府要轉變過去粗放式單純依賴電量增長的模式，可通過完善經濟增長內生機制，轉變經濟發展方式，調整經濟結構來促進經濟增長。經濟效率提高的同時推動了能源效率的改善，反過來又會對經濟增長起到積極作用；（2）從電力消費與經濟增長關系的結構差異來看，政府在制定能源政策時應該深入把握能源需求與經濟增長之間的關系，及時發現兩者變化的結構差異，評估差異特點，研究導致這一差異的深層次原因，以更好地指導未來能源發展規劃的擬定與實施。

由于樣本局限與資料來源不足，本文未對湖北省電力消費與經濟增長之間關系作深入分析，比如可能存在更多的結構突變點、引起湖北省能源效率提高的影響因素，2012-2013年之后電力消費下行持續時間預測等等，這些都是今后可以繼續研究的方向。

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