基于面板數據的美國能源消費回彈效應的實證分析

溫 睿，李 睿，何旭坤

(上海對外經貿大學 統計與信息學院，上海 201620)

1 引 言

技術進步歷來被視作解決能源消耗量過高的重要途徑(Kemp, 1994; von Weizs?cker, 1994; Hinterberger and Schmidt-Bleek, 1999; Lovins and Lovins, 2001; Grubler, 2003) 。其基本原理是，因為技術提高了因素、資源、流程的生產效率，高能源使用效率的技術發展能夠維持在同一水平下使用較少能源的物質福利。事實上，從早期資本主義，提高能源使用效率的進程一直在持續，但全球能源消耗從未停止增長(Herring, 1999; Ayres et al., 2003; Fouquet and Pearson, 2006)。

如何在經濟可持續發展的進程中最大限度地減少能耗，并對能源使用不合理造成的匱乏進行政策調控，實現經濟發展、能源消耗與環境保護的并行，已經成為世界各國經濟發展過程中交織的三重難題。美國作為當前的經濟大國，能源消耗不但是美國政府的關注焦點，也是世界各國參考能源政策的典范。本文的學術貢獻主要在于：研究美國能源回彈效應對我國以及世界各國進行節約能源、降低消耗以及經濟可持續發展具有重大現實意義。本文對美國1987—2016年30年的數據計算出美國能源的回彈效應：一方面擴充了國內關于美國能源消費的相關研究；另一方面也為我國依據美國能源回彈效應的分析制定出更加科學合理的能源政策。

2 計量模型

本文基于柯布-道格拉斯生產函數，通過剩余法估測技術進步對經濟增長的貢獻率，進而算出美國能源的回彈效應。

由于能源相關數據的缺乏，國內研究者在測算直接回彈效應時很少根據需求價格彈性定義進行計算，進而使用回彈效應的最初定義，即RE=1-(AES/PES) , 全要素生產率(TFP)被用來測算由技術進步導致的能源回彈效應，其中，AES和PES分別代表實際能源節約量和潛在能源節約量。根據能源效應的初始定義，可以得到回彈效應的計算公式為：

(1)

因技術進步而造成的能源節約量為：

ΔE=Yt+1×(EIt-EIt+1)

(2)

其中，EIt=Et/Yt表示t期的能源強度(單位產值能耗)，這是計算能源效率的重要指標，本文根據能源強度為基礎搭建回彈效應計算模型。σt+1為t+1期的美國能源技術進步貢獻率，Yt+1為t+1期的美國總產出。

在回彈效應的測算過程中，GDP和單位產值能耗可以通過查找統計年鑒及公式計算得到。無法經過計算得到技術進步貢獻率σ。本文采用剩余法計算出技術進步對經濟增長的貢獻率，并引入了技術資源這一因素，將能源投入設為E，假定美國的投入要素為資本K，勞動L和能源E、生產函數為：

Y=A0eatKαLβEγ

(3)

式中資本的產出彈性是α，勞動的產出彈性是β，能源的產出彈性是γ。本文還考慮到了時間變化t的因素，將1987年定義為時間變量t的基年，將公式進行雙對數化。可轉換為：

lnY=lnA0+at+alnK+blnL+glnE

(4)

通過多元回歸分析，可以計算出資本K，勞動L和能源E的系數具體數值。假設GY、GK、GL、GE為美國經濟總產出、資本投入、勞動投入和能源投入關于1987年的相對增長率，則在可持續經濟發展下，美國能源行業的全要素生產率的貢獻率σ可轉變為：

(5)

因而可由以上公式計算出技術進步引起的能源回彈效應。

根據以上計算，政府的能源部門可以根據回彈效應的大小制定合理的能源政策，并可以更科學地把握國家能源效率的提高究竟是增加還是降低能源消耗。比如，國家可以采取能源價格調控和稅收政策，控制在高回彈效應情形下技術進步對能源消耗的影響作用。

3 實證分析

美國生產總值(GDP)和勞動力(L)均來自美國商務部經濟分析局(BEA)，其中勞動力為美國當年全職和兼職總人數。能源(E)來自美國能源信息署(eia)。而美國資本存量(K)無相關數據，本文得出資本(K)可視作美國固定資產投資和耐用品消費總額，數據來源于美國商務部經濟分析局(BEA)。

本文對1987—2016年的美國能源及經濟數據進行實證研究，對美國能源回彈效應進行測算，探究技術進步對能源消耗的影響作用。

為保證實證分析的嚴謹性，本文對四個生產要素變量勞動(L)、能源(E)、資本(K)、時間(t)進行了相關性檢驗。

結果表明，這四個變量存在嚴重的多重共線性，變量與變量間相關性較高。因此本文采用了嶺回歸計算系數，由嶺跡圖得出嶺參數值K取0.1時，四個變量系數趨于穩定，VIF在K=0.1時通過顯著性檢驗，解決了多重共線性問題。

得到嶺回歸公式為：

lnY=0.7794t+0.1476lnK-0.0475lnL+0.144lnE-28×10-16

(6)

根據30年的能源及經濟數據和式(6)得到技術進步對美國經濟增長的貢獻率、能源消耗減量及回彈效應數值，見表1。

表1 1987—2016年美國因技術進步導致的能源節約量及回彈效應

回彈效應是指國家改善技術提高了能源生產設備的使用效率，獲得與以往相等的產出只需要使用較少的能源，但是高設備生產效率激起了生產廠商和消費者的能源消費欲望，進而使得能源消費量反而增長，不但沒有節約能源，反而超出預期的能源消耗量。從表1得知，2009年、2010年美國能源回彈效應分別為-0.4841和39.4126。2009年的回彈效應數值為負，而2010年的能源回彈效應值高達40，遠遠超出往年數據均值，因此計算出的1987—2016年的美國能源回彈效應值應剔除2009年、2010年。

表1中年份與年份之間，區間與區間之間回彈效應差值較大。1987—1988年，美國能源回彈效應較高，均值為166.52%，超過了100%。隨后的1989—1995年能源回彈效應小幅度下降，一度跌至69.31%，該區間能源的回彈效應屬于中等水平，平均為97.88%。1996年能源回彈效應大幅上漲至183%，反映出能源回彈效應的回火現象。2001年和2002年的能源回彈效應分別為40.93%和145.18%，上漲幅度高達254.73%，說明技術進步在這一年不但沒有節省能源消耗，反而大大增加了更多的能源消費。在2008年，能源回彈效應又從118.49%下降至36.71%，當年能源回彈效應最低，跌幅為69.02%。2013年，美國能源回彈效應達到最高點，達到456.85%，比上一年增長了827.52%。隨后2014—2016年，回彈效應又明顯下降，平均穩定在86.15%。2013年，美國能源回彈效應如此之高的原因在于，當年奧巴馬連任總統，開始推行美國能源戰略，推廣涉及的領域范圍之廣，包括波浪和潮汐能、藻類生物質燃料、下一代燃料電池等領域。奧巴馬剛連任時推行的能源政策導致美國人民及廠商的能源需求變大，能源消費量大幅度增加，由此產生了較強的能源回彈效應。隨后的2014—2016年，美國大量使用新能源，對國外石油的依存度減半。2015年美國消費結構中，可再生能源占10%，較2008年增長了3個百分點，說明美國在技術進步的同時也較好地控制了能源消費。

4 結論與啟示

能源在經濟可持續發展過程中越來越重要，本文收集了美國1987—2016年能源及經濟數據，證明美國在近30年出現了能源消耗的高回彈效應。

通過技術進步增大能源效率，反而會促進能源消費這一現象，使得各國能源部門重新調整能源政策。與此同時，回彈效應值的高低也反映了能源政策的有效性。由實證分析可知，能源回彈效應在美國存在十分廣泛，這是由于美國近年來大力發展可持續的新能源政策，鼓勵廠商和個人使用潮汐能、風能、地熱能等新能源，迅速的能源技術發展使得能源消耗量增加，進而產生能源回彈效應。而后的2014—2016年，回彈效應從高于100%減少至86.15%，說明美國通過能源價格管制、稅收調控等政府政策抑制了回彈效應的增長。

根據美國能源回彈效應的實證研究得出的經驗來看，我國應把能源政策的合理調整放在經濟發展過程中的首要地位。我國目前正處于經濟發展、能源消費與環境保護三大難題交織的階段，技術進步導致的能源消費結構不合理正制約著我國經濟的發展，不僅僅是美國，我國也正需要一種科學合理的能源政策來避免因技術進步引起的能源消耗的負面影響。因此，研究因技術進步導致的美國能源回彈效應，會為我國能源消費政策的制定和能源的合理節約，提供堅實可靠的理論依據。