基于经济周期视角的煤炭消费和GDP关系探究

李维明，何 花，李维红

(1.清华大学经济学研究所，北京 100084；2.国务院发展研究中心资源与环境政策研究所，北京 100010；3.煤炭科学研究总院经济与信息研究分院，北京 100013；4.中国矿业大学(北京)思想政治教育学院， 北京 100083)

目前国内外针对能源消费与经济增长关系的研究，大致沿三条思路开展：①以经济增长理论为基础来研究能源如何作用于经济增长；②基于能源生产或需求函数来分析GDP对于能源生产或者消费的影响；③借助计量经济学相关理论，研究两者之间的互动规律。研究方法主要有定性和定量两种，其中定量研究主要包括：一是基于传统分析方法——相关性[1]与关联度[2]分析；二是基于统计指标的能源经济研究，常用指标如能源消费强度[3]和能源消费弹性系数[4]等；三是基于计量经济学的协整理论所开展的研究，这一方法近年来发展很快。1978年，Kraft首次在其研究中发现美国经济增长与能源消费之间存在着因果关系[5]。受这一成果影响，各国学者越来越重视开展能源经济协整性及其因果关系的实证探索[6-9]。在我国，该理论也于近年来被应用于国内能源经济问题的研究。目前，结合我国现状所建立的“双变量协整模型”，主要研究对象包括：能源消费总量[10-11]、电力消费量[12-13]、石油消费量[14]、煤炭消费量[15-16]等分别与经济增长之间的关系。而基于生产或需求函数所建立的多变量协整模型[17-18]，则主要涉及能源消费、GDP、能源价格、能源结构、资本、劳动力、技术进步、产业结构等变量。

纵观国内外研究现状，现有关于我国能源(煤炭)消费与经济增长关系的研究主要局限于上述三个方面，而从经济周期这一崭新视角出发，将1978年至今划分为若干经济周期，通过实证分析方法对两者关系开展深入探讨的还几乎没有。煤炭作为我国主体能源的地位在未来相当长一段时间内不会改变，其在国民经济中重要战略地位将愈发明显。科学正确地认识两者关系对于制定我国煤炭工业发展规划，加快推进煤炭经济发展方式转变，促进煤炭工业乃至整个国民经济的健康、稳定和可持续发展都具有重要意义。尤其在当前中国经济相对高速发展，世界能源又日趋紧张的背景下，采用经济周期理论，利用灰色关联序、煤炭消费弹性系数、能源结构影响能源效率计量模型等分析方法，系统地研究不同经济周期内两者之间的互动关系，无疑是一项非常有意义的工作。

1 数据来源与预处理

鉴于我国经济体制和市场环境在改革开放前后均发生了显著变化，同时考虑到日益明显的经济周期性波动特征，故本文选取1978～2011年作为样本区间来对煤炭消费与GDP之间的互动关系进行深入探讨。具体来说，历年国内生产总值(GDP)和一次能源消费量及其消费构成的统计数据均来自中国统计年鉴[19-20]、2011年国民经济和社会发展统计公报[21]，为了剔除物价波动因素干扰，采用的是1978年不变价的实际GDP。

本文将“谷-谷”法[1]作为划分经济周期的依据，在此基础上选取实际GDP增速这一指标来对我国经济的波动趋势开展深入研究。不难发现，改革开放以来，我国大致经历过五个较为完整的经济周期，如图1所示：第一至五个周期分别为1978～1981年，1981～1986年，1986～1990年，1990～1999年，1999～2009年，而当前我国正处于第六个经济周期(2009年至今)。为简化分析过程、增强研究可行性，特将GDP增长率与煤炭消费增长率变化趋势大致相同的前三个经济周期合并，在下文中视作一个阶段考虑；在第四个经济周期中，两者的变化方向并不完全一致，单独予以分析；而到第五、六个经济周期，两者的波动趋势差异更大，其中，GDP增长率先是稳中有增，07年达到最高点(接近15%)，而后2008年开始迅速下降，至今基本维持在10%左右的水平；而煤炭消费增长率则从2001年迅速攀升至2003年的18%之后，自04年开始出现逐年回落，直至降到2008年的2.7%，随后开始震荡，2011年又迅速上升。鉴于目前我国刚刚步入第六个经济周期，因此将第五、六个经济周期作为一个阶段来考虑。

图1 煤炭消费与经济增长示意图

2 研究方法

2.1 灰色关联序

灰色关联分析是一种多因素分析技术，它借助灰色理论中灰色关联度的计算，依据形成的灰色关联序来对诸多影响因素之间关系的大小、强弱和顺序进行系统描述。我们知道，作为一个灰色随机变化量，GDP增长受到多重因素的影响，是一个“信息少”、“样本小”的不确定系统，正属于灰色关联分析方法的研究范畴。因此，本文借助该方法来确定对GDP增长起主要作用的外部影响因素。分析步骤包括[2]：

1) 选择主行为、相关行为因素

分别选定不变价GDP、不同能源品种年消费量(折算为标煤)为主行为和相关行为因素。

2) 对原始数据初始化处理

设定某序列首个数据为基数，用该数列所有数据与之相除，形成一个定基发展速度序列。

3) 计算主行为、相关行为因素之间的绝对差

Δ0i(k)=|Xi(k)-X0(k)|，其中，设定该序列中最小值为Δmin、最大值为Δmax。

4) 求关联度系数

ξ0i=(Δmin+θΔmax)/(Δ0i(k)+θΔmax)

(1)

设定分辩系数θ=0.5

5) 计算关联度并对其进行排序

关联度计算公式为：

ρ0i=∑ξ0i(k)/n

(2)

2.2 煤炭消费弹性系数

煤炭消费与经济增长之间的关系通常借助煤炭弹性系数(cc)来分析。其计算公式为煤炭消费量增速(rc)与GDP增速(rgdp)之比，反映的是煤炭消耗因GDP每增长一个百分点而相应增加的程度。

cc=rc/rgdp

(3)

式中，cc与生产力、经济结构、科技装备、居民消费等因素的发展水平有关。一般认为，伴随煤炭经济效益的提高，煤炭利用效率会升高，cc会越来越小；反之相反。据此，我们可以判断经济系统中煤炭的利用效率以及GDP的发展水平。

2.3 能源结构影响能源效率的计量模型

从本质上讲，能源效率(ef)的高低仅是一种外在表现，它反映的是能源技术与管理的水平。其实际计量过程可以通过计算GDP总量(Y)与能源消费总量(E)之比获取[22]：

(3)

式中，i表示不同能源品种，Si表示其结构比重。

鉴于分能源品种的GDP产出数据较难统计，同时考虑到技术进步同样会提升能源效率，因此本文通过构建因变量ef与自变量Si、t(代表时间变量，假定技术进步随t线形增长)之间的多元回归模型来系统分析能源结构变动对于能源效率的影响。公式如下：

(4)

式中，b、ai为回归系数。

3 结果分析与讨论

3.1 不同经济周期内煤炭消费与经济增长的相关性

由表1给出的灰色关联序可以看出，能源消费与GDP的相关性因经济周期的不同而存在着较大差异。

表1 不同经济周期内能源消费与国民经济发展的灰色关联序

在改革开放后的第一个阶段(前三个经济周期)，煤炭与石油、天然气相比，当之无愧成为影响国民经济发展最重要的能源要素，还处在经济体制和发展模式转轨的探索时期，十年动乱当中大量停产待产的工矿类企业积极恢复生产，对煤炭的需求开始出现迅速攀升。由图1可知，该阶段中煤炭消费增长率与GDP增长率两条曲线的走势基本一致。煤炭消费成为经济增长的重要支撑，经济增长又进一步刺激和带动煤炭消费，两者相互促进、共同增长。与此同时，该结果的产生还与当时我国能源的生产与消费结构密切相关。在这一时期，我国落后的经济发展水平和科学技术水平，严重制约了其他能源的开发和利用。数据显示，1978～1990年间，煤炭在我国一次能源消费中的比重占到70%以上，并呈逐年上升态势(参见图3)。

在第二个阶段(第四个经济周期)，煤炭消费与GDP两者的关联程度由0.7068降至0.6146，而石油与GDP则由0.5907上升为0.7063，取而代之成为该阶段对GDP增长影响最为显著的能源因素。之所以会出现这种结果，其原因主要是这一时期，我国各方面改革工作不断深化，开放程度逐步扩大，社会主义市场经济体制得以正式确立，由此企业发展动力和活力增强，科技投入和自主创新力度加大，产业结构逐步升级，能源结构得以优化，极大的促进了我国能源效率的提升。这在某种意义上大大削弱了经济发展对煤炭消耗的依赖程度。

在第三个阶段(第五、六个经济周期)，煤炭消费与GDP灰色关联度上升至0.8670，处于改革开放以来的最高水平，再次成为三者(煤炭、石油、天然气)中影响经济发展的最关键因素。究其原因，在挺过三年多的困难时期(1997～2000年)之后，由所处的重化工时代的发展特征所决定，我国煤炭产业迎来了发展的又一春，煤炭需求的迅猛扩张使得煤炭产业步入了快速发展阶段。尽管2008年爆发的全球性金融危机，对我国煤炭需求产生了较大影响，煤炭消费量由此出现增速放缓，但由于国家强有力宏观调控措施的实施，使得其消费总量仍处于上升态势。2011年这一特征更为明显，水核电消费比例的急速下降，使得其他能源尤其是煤炭的消费比重大幅增加。大量煤炭投入生产以支撑国民经济发展，不难发现，这一阶段GDP增长对煤炭消费的依赖性很强。

3.2 不同经济周期内煤炭消费弹性系数波动差异

根据定义可以计算出历年的煤炭消费弹性系数，由图2可知，在不同经济周期内，我国煤炭消费弹性系数有着不同的波动趋势。

图2 煤炭消费弹性系数波动曲线

在第一阶段，除1981年曾出现低点(-0.13)之外，各年的煤炭消费弹性系数均维持在0.6上下，且呈现稳中有增的态势，到1989年该系数已接近1。这说明，我国在长达12年的时间里，煤炭消费增速相比于GDP增速略低，但正逐步逼近，可见我国煤炭的使用效率状况并不容乐观。事实上，这一情况与当时我国“两高一低”(高消耗、高投入和低效益)的粗放经济增长方式不无关系。长期以来，我国片面追求经济增速，忽视发展质量，盲目强调和依靠规模和数量来支撑经济发展，对我国煤炭产业乃至整个国民经济的健康稳定可持续发展都产生了不利影响。

第四个经济周期内，煤炭消费弹性系数除1990年和1995年达到0.5以上，其余年份普遍较低，甚至出现罕见的连续两年的负值(1997年和1998年，分别为-0.25和-0.06)。由弹性系数的定义可知，该阶段的煤炭消费增速远远低于GDP增速。这表明，伴随能源利用效率的好转，我国以连续低速增长的煤炭消费实现了持续高速的经济增长；同时也预示着这一时期粗放型的经济增长正逐步被集约型发展方式所取代。而1997年和1998年负值的出现主要是由当时煤炭消费绝对量的下降所致。表面上，工业和居民用煤量的减少是其主要原因，但究其深层次根源，主要包括以下四点：首先，受1997年亚洲经济危机影响，以及我国首次买方市场的出现，导致国内有效需求不足，对煤炭产品的需求也开始出现大幅下降。其次，国家于1998年、1999年连续出台一系列政策对部分不适应经济发展的煤矿企业进行清理整顿。包括一些非法和布局不合理小型煤矿，相当一批对环境保护不利、耗能高和污染大的“五小”煤矿以及一些经营状况不佳、 资不抵债的国有重点煤矿。这些举措使得煤炭的生产受到影响，产量急速下降。再次，在90年代中后期，我国第三产业异军突起，在三大产业的比重迅速上升，使得产业结构得以优化升级，鉴于其单位产出能耗较第二产业非常低，因此在某种意义上促进了煤炭消费量的下降。最后，随着改革开放的不断深入，我国生产设备、技术和管理水平有了长足进步，加上政府管理部门一系列行之有效的政策措施，使得该阶段煤炭使用效率迅速攀升，这无疑减轻了经济增长对于煤炭的依赖性。

而到第五、六个经济周期，煤炭消费弹性系数曾一度处于1.82、1.55和1.12的高位(2003～2005年)，甚至到2006年该系数仍高达0.79，这表明该时期煤炭消费增速的大幅上升甚至已经超过了GDP增速。导致这一现象的原因主要有：首先，由所处的重化工时代的阶段特征所决定，国内市场需求的逐步扩大以及由此引起的投资高速增长，使得高耗煤产业(钢铁、水泥和电解铝等)蓬勃发展，从而推动了煤炭需求的增长；其次，第二产业占比的上升，使得单位煤耗整体增加，同样加快了煤炭消费增长。最后，随着经济社会的快速发展，我国居民可支配收入大幅增加，整体消费水平也由此获得提升，这也使得煤炭消费的增速进一步加快。总之，这一时期煤炭的大规模使用，导致能源利用效率下降，经济发展有再次回到过去依靠高消耗、高投入、低效益老路上的嫌疑。而2008年以来，受全球金融危机和欧洲债务危机的影响，加之节能减排政策下国家的能源结构调整以及煤矿企业兼并重组所引起的煤炭供应速度放缓，共同导致了煤炭消费弹性系数的低位运行。到2011年，由日本地震引发的核泄漏事件恶化，引发了全球对核能利用的担忧，加上国内南方水力出电不足，导致煤炭需求急剧上升。煤炭消费系数再次超过1，凸显出经济发展对于煤炭的极大依赖。

3.3 能源结构变动影响能源效率的阶段性差异

以能源效率ef为因变量，时间变量t和能源结构Si为自变量，建立1978～2011年回归模型如下。鉴于1978年以来我国天然气消费在一次能源中的比重很小且变动幅度不大(图3所示)，同时考虑到其变化对于能源效率的影响并不显著，因此在构建计量模型时将其剔除。

ef=0.004128t-0.000592Sc+0.003163So+0.009189Se+ε

(t=14.37**)(t=-4.76**)(t=7.29**)(t=4.28**)

图3 1978～2011年我国能源结构变化趋势

上述模型结果中的各项检验指标显示，模型的整体效果很好。通过分析其回归系数的经济意义不难发现，石油和水(核)电消费比重的增加会促进能源效率的提升，而煤炭消费比重的增加则会导致能源效率下降。这表明，相比煤炭而言，石油和水(核)电是更为高级的能源品种，其在对环境的低破坏性方面以及对推动整体能源效率的上升方面，有着较为明显的优势。鉴于此，扩大对优质能源的生产以推动能源效率的提升具有十分重要的意义。

将上述回归模型进行差分，可以得到计量模型如下。根据模型，可以计算1978～2011年间能源结构变动影响能源效率的变化量(图4)。

Δef=-0.000592ΔSc+0.003163ΔSo+

0.009189ΔSe+Δε

图4 1978～2011年能源结构变动引起能源效率的变化量

由图4可知，在第1～3、5～6个经济周期内的多数年份，比如1984～1987年、2003～2006年、2011年，能源结构变动对于能源效率的提升事实上起了阻碍作用。这些年份的一个共同特征是(图3)：煤炭消费比重出现大幅上升，而石油和水核电比重则明显下降。同时由图1不难发现，这一共同特征普遍发生在GDP高速增长的年份，也即存在不同程度的经济过热现象。可见经济过快增长背后普遍存在着能源结构的退步以及由此引起的能源效率的丧失。在这种形势下，经济发展更多依靠低效煤炭的大量投入来驱动，而扩张的需求又进一步助推低效率的蔓延，从而步入一个恶性循环，形成一种外延粗放型而不是内涵集约型的经济增长方式。

而在第四个经济周期(即20世纪90年代)的多数年份，能源结构变动(如图3所示，这一时期煤炭消费比重出现下降，而石油和水核电比重则有所上升)对于能源效率的提升起了促进作用。其中1997～1998年尤为明显。由于这一时期非法小煤矿的关闭以及国有重点煤矿破产试点的实施，煤炭供应量出现大幅下降，这在一定程度上促进了其它能源对于煤炭的替代，从而使得能源结构得到改善、能源效率有所提高。1996年是一个例外情况，当年的煤炭消费比重并未大幅上升，但由于水核电回归系数远高于石油，因此其比重的大幅下降直接导致了能源效率的降低。此外，2008年和2010年，受国际金融危机以及随之而来的欧洲主权债务危机影响，我国经济增速放缓，加上国内新能源开发鼓励政策的实施，我国煤炭消费比重出现下降而水(核)电比重则有较大幅度上升，从而促进了能源效率的提升。

由上述分析不难发现，当GDP增速适中甚至偏低时，我国能源效率呈现稳步增长态势，而当其增速过快，也即出现经济过热现象时，能源效率便开始掉头下降。以2003年为例，当年GDP增速首次超越10%，在这一背景下，大量煤炭被低效消耗，能源效率随之出现大幅下降。为了遏制这一势头，我国政府采取了一系列行之有效的宏观调控措施。事实证明，这些举措正确且及时，它对于避免煤炭的低效率消耗、有效遏制经济的粗放增长起到了积极作用。

4 主要结论与政策建议

改革开放后，GDP增长对于煤炭消费的依赖程度因经济周期不同而有所改变，与其关联程度最高的能源品种经历了“煤-石油-煤”的变革，产业结构、能源结构的调整以及煤炭利用效率的变动等因素共同作用，形成了不同经济周期内集约性或粗放型两种截然不同的经济发展方式。此外，经济过快增长背后低效率煤炭的大量使用问题应引起高度关注。

基于上述结论，为实现我国煤炭经济的协调发展，特提出如下建议：一要继续坚持以科学发展观为指导，认真贯彻党中央和国务院决策部署，严格按照十七届五中全会精神和“十二五”规划纲要以及煤炭工业发展“十二五”规划要求，加快转变煤炭经济发展方式，大力调整产业结构，努力确保煤炭产业能够实现中央经济工作会议提出的“稳中求进”，防止煤炭经济加速衰退情况的出现；二要充分发挥国家宏观调控作用，合理调控经济，避免低效率煤炭的大量消耗；三相关产业管理部门应做好调查研究，特别是国际经济政治新变化对我国煤炭产业经济影响研究，抓紧制定全球性经济危机条件下的煤炭产业应对政策，引导煤炭工业实现健康稳定可持续发展；四要尽快推行新的节能政策和技术，推动技术进步和制度创新，提高煤炭利用效率；五要积极扩大优质能源生产，加强能源结构调整，实现其向优质化方向发展。

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