能源消费、碳排放和经济增长关系的实证研究——以河南省为例

刘战伟

（许昌学院 经济与管理学院，河南 许昌461000）

一、引言

能源是国家经济增长和社会发展的重要保障，但能源的过度消耗和大量二氧化碳的排放，却造成了环境的日益恶化和不可再生资源的日渐枯竭。党的十八大报告提出：“推动能源生产和消费革命，控制能源消费总量，加强节能降耗，支持节能低碳产业和新能源、可再生能源发展，确保国家能源安全。”因此，转变经济增长方式，全面落实科学发展观，坚持环境保护基本国策，大力推动循环经济发展，积极倡导生态文明，构建资源节约型和环境友好型社会，探索能源消耗、环境保护与经济增长的协调发展成为关键问题。河南省是我国的资源大省，也是全国重要的经济大省、新兴工业大省，经济发展带来了能源消耗、二氧化碳排放量同步增长的局面。2009年，河南省二氧化硫排放量135.5万吨，能耗总量1.98亿吨标准煤，其中煤炭消费比重达到88.2%，单位GDP能耗高出全国平均水平，这种高能耗、高污染、低效率的经济增长方式已经造成了生态破坏，成为制约经济可持续发展的重要因素。因此，系统研究河南省的能源消费、二氧化碳减排和经济增长问题，对河南省进一步落实科学发展观，推动节能减排，实现协调发展具有重要的理论价值和现实意义。

关于能源消费、碳排放和经济增长之间关系的研究，从现有文献来看，主要有三种情况：一是能源消费与经济增长的关系研究。如马宏伟、刘思峰及李宏岳等研究了能源消费与经济增长是单向还是双向因果关系以及这种关系是长期还是短期的问题［1－2］。二是碳排放与经济增长关系的研究。利用环境库兹涅茨曲线（EKC）证明经济增长和环境之间是否存在倒U关系，如彭水军、包群得到N型曲线［3］，刘荣茂等得到倒U形曲线［4］。三是研究能源消费、碳排放与经济增长三者之间的关系。如Zhang及胡宗义、陈红梅等［5－7］即研究了此类问题。

综上可见，现有文献对能源消费、碳排放和经济增长三者之间关系的研究主要集中于中国宏观角度，而分析各个省级区域三者之间关系的很少，对河南省能源消费、碳排放和经济增长三者之间关系没有涉及。因此，无法根据河南省内部的实际情况提出有针对性的建议。本文试图对现有的研究进行拓展，利用河南省1978－2010年的样本数据，采用协整分析、VECM模型和格兰杰因果检验等方法，全面分析能源消费、碳排放和经济增长三者间的关系，并提出政策建议，这对于河南省实现节能减排的目标，促进中原经济区建设，推进经济的科学发展具有现实意义。

二、变量选择与数据来源

研究河南省能源消费、碳排放和经济增长三者间的关系涉及三个变量：

（1）能源消费指标（EC）。能源消费以能源消耗量为基础数据，折算为标准煤计算，单位为万吨标准煤。

（2）碳排放指标（C）。由于碳排放量统计年鉴没有公布，不能直接获得数据，需要进行估算。碳排放可以分为自然排放和人工排放。本研究中所计算的碳排放量主要是指一次能源消耗，其计算公式为Ct＝Ecδc＋Eoδo＋Enδn，式中Ct，Ec，Eo，En分别代表碳排放总量、煤炭消耗实物量、石油消耗实物量和天然气消耗量，单位为吨；δc，δo，δn分别代表煤炭消耗的碳排放系数、石油消耗的碳排放系数和天然气消耗的碳排放系数。对于碳排放系数，美国能源部（DOE）与其统计机构能源情报署（EIA）、日本能源研究所、国家科委气候变化项目和徐国泉的研究得出了不同结果，见表1。本文研究选取其平均值作为各能源消耗碳排放系数，根据碳排放公式计算出河南省碳排放量。

表1 碳排放系数 吨碳／吨

（3）经济增长指标。采用国内生产总值（GDP）作为衡量经济增长的基本指标，为了剔除价格因素的影响，以1978年不变价格计算出实际GDP，单位为亿元。

本文选取河南省1978－2010年的统计数据为样本，研究所涉及的基础数据来源于历年《河南省统计年鉴》，为了消除计算过程中异方差的问题，对数据进行了对数化处理，分别表示为ln EC，ln C 和ln GDP。

三、实证分析

（一）单位根检验

为了避免伪回归问题，在协整检验之前，需要对时间序列数据进行平稳性检验。采用ADF分别对ln EC，ln C和ln GDP进行单位根检验，检验结果如表2所示。

表2 变量ADF单位根检验结果

从表2中可以看出，变量ln EC，ln C和ln GDP 的检验值大于其临界值，不能拒绝有单位根的假设，是非平稳序列。而一阶差分序列的ADF检验值都小于其临界值，因此拒绝其单位根的假设，即一阶差分都是平稳时间序列。

（二）VAR模型的建立

在单位根检验的基础上，可以建立以河南省能源消费、碳排放和经济增长为因变量，以这些变量的滞后值为自变量的VAR模型，VAR模型中的一个重要问题是滞后阶数的确定，根据AIC和SC值最小原则确定VAR模型，经检验将最优滞后阶数确定为2，即建立VAR（2）模型。通过对模型平稳性的检验，结果显示全部特征根均在单位圆曲线内，见图1，说明该模型是平稳的。

图1 VAR特征多项式逆根图

（三）协整检验

协整是变量之间存在的长期均衡关系。协整检验包括两种：一种是基于回归残差序列的协整检验即两步法检验，主要用于两变量模型的检验；一种是基于回归系数的协整检验，即Johansen检验，主要用于多变量的检验。由于涉及多个变量，这里使用Johansen协整检验方法，协整检验是一种基于VAR模型的检验方法，根据以上建立的VAR（2）模型，Johansen协整检验的滞后期是无约束VAR模型一阶差分的滞后期，故确定为1，检验结果见表3。

表3 Johansen协整检验结果

从结果中可以看出，变量ln EC，ln C和ln GDP 三者之间存在协整关系，即存在长期稳定的均衡关系。估计出经过标准化后的协整关系式如下：

从协整方程中可以看出，能源消费对碳排放的弹性是0.61，实际GDP对碳排放的弹性是0.18，说明能源消费和实际GDP每增加一个单位，碳排放将分别增加0.61和0.18个单位。这种协整关系符合河南省的实际情况，河南省能源消费主要是碳基能源，煤炭消费比重尤其大，其次是石油和天然气。同时河南省处于工业化阶段，产业结构不合理，经济规模的扩大增加了碳基能源的需求，这些因素都导致了碳排放的增加。

（四）向量误差修正模型

如果多个变量同为一阶单整，而且它们之间存在长期稳定的均衡关系，则可以建立向量误差修正模型（VECM）。VECM模型是含有协整约束的VAR模型，包含了水平值和差分值，将各变量之间的长期均衡关系及短期波动关系相结合起来，其基本形式为：

其中，ecmt－1为误差修正项，反映的是变量之间的长期均衡关系。VECM模型中的参数向量，反映的是变量之间的均衡关系偏离长期均衡状态时，将其调整到均衡状态的调整速度，故称其为调整参数阵，或修正参数阵。所有作为解释变量的差分项Δyt－i（i＝1，2，…，p－1）的系数向量Γi（i＝1，2，…，p－1），反映的是各变量的短期波动 Δyt－i对作为被解释变量yt的短期变化Δyt的影响。

由于ln EC，ln C和ln GDP三者之间存在协整关系，因此可以构建VECM，VECM模型的滞后阶数是原VAR模型一阶差分的滞后期，因此其滞后阶数确定为1。经过相应的误差修正检验，得出VECM模型为：

VECM模型在5%的显著水平下，方程的回归残差序列满足正态性。同时AIC和SC的值较小，F值显著，拟合度也较好，说明模型的解释能力较强。根据VECM模型可以看出：滞后一期的碳排放对经济增长的弹性系数是－0.237 3，而滞后一期的能源消费对经济增长的弹性系数为1.528 1，说明了能源消费的增加推动了经济增长。ecmt－1系数估计值分别为－0.054 3和0.0574，说明当变量的短期波动偏离长期均衡时，误差修正项会分别以0.054 3和0.057 4的调整力度将非均衡状态拉回到均衡状态，其不同之处在于负值是反向调整，正值是正向调整。

（五）格兰杰因果关系检验

协整检验结果表明了ln EC，ln C和ln GDP 三者之间存在协整关系，但不能确定出变量之间是否存在因果关系。本文利用格兰杰因果关系检验对三者之间的关系进行检验，根据AIC和SC值最小原则选择滞后阶数为2，检验结果如表4所示。

表4 格兰杰因果关系检验

结果显示：（1）碳排放与经济增长之间存在单向的格兰杰因果关系。碳排放不是经济增长的Granger原因，而经济增长是碳排放的Granger原因。长期以来，河南省经济增长是粗放的外延式扩张，主要依靠资本、劳动力等生产要素的投入，排放量增加对经济增长的作用有限；更为关键的是，河南省经济增长缺乏一个资源、碳排放权的有效交易市场，导致市场定价机制不能对污染所产生的负外部效应进行内部化。因此，极大地限制了环境变化对经济发展的影响。（2）能源消费与经济增长之间具有双向因果关系。即能源消费的增加会促进经济增长，同时经济发展也会增加能源消费。这种关系充分体现了河南省经济增长的特征和能源消费模式。一方面，近年来，河南省能源消费量不断增加，其中煤炭在能源消费结构中所占比例不断扩大；同时根据统计资料显示，在经济衰退时，煤炭所占比例出现下降，这说明了河南省经济增长对能源消费的依赖性很强。另一方面，经济增长大大刺激能源消费增长，“十一五”以来，河南省以年均7.9%的能源消费增速支持了国民经济12.8%的增长，大大高于同期世界能源消费年均1.0%的水平。（3）碳排放与能源消费之间存在单向的格兰杰因果关系。即能源消费是碳排放的Granger原因，而碳排放不是能源消费的Granger原因。这符合河南省的实际情况，河南省经济增长导致能源消费的增加，而河南省能源消费结构中主要以碳基能源为主，碳基能源会导致大量二氧化碳的排放。因此必须要降低能源消费量，尤其是化石能源，从而降低二氧化碳排放量。

四、结论与启示

本文利用协整及VECM模型等方法对河南省碳排放与能源消费、经济增长的关系进行了实证检验，得出以下主要结论：（1）河南省能源消费、碳排放与经济增长之间存在长期均衡关系，且这种关系比较稳定。（2）误差修正模型表明当变量的短期波动偏离长期均衡时，误差修正项会分别以0.054 3和0.057 4的调整力度将非均衡状态拉回到均衡状态。（3）碳排放分别与能源消费、经济增长之间存在单向的格兰杰因果关系，而能源消费与经济增长之间具有双向因果关系。根据以上研究结论，本文认为河南省要实现能源、经济和环境的协调发展，必须要转变经济增长方式。首先，要优化能源结构，大力发展可再生能源，提高能源效率。其次，要加大科技投入力度，降低产品的单位能耗，走集约化发展之路。最后，优化产业结构，发展低碳经济，使经济增长与碳排放趋于脱钩，保障河南省经济的稳定和可持续发展。

［1］ 马宏伟，刘思峰，袁潮清，等.基于生产函数的中国能源消费与经济增长的多变量协整关系的分析［J］.资源科学，2012，34（12）：2374 -2381.

［2］ 李宏岳.能源消费和中国经济增长关系研究［J］.经济问题探索，2012（1）：14 -19.

［3］ 彭水军，包群.经济增长与环境污染——环境库兹涅茨曲线假说的中国检验［J］.财经问题研究，2006（8）：3 16.

［4］ 刘荣茂，张莉侠，孟令杰.经济增长与环境质量：来自中国省际面板数据的证据［J］.经济地理，2006（3）：374 377.

［5］ Zhang Xingping，Chen Xiaomei.Energy consumption，carbon emissions and economic growth in China［J］.Journal of Ecological Economics，2009，68（10）：2706-2712.

［6］ 胡宗义，刘亦文，唐李伟.中国能源消费、碳排放与经济增长关系的实证研究［J］.湖南大学学报：自然科学版，2012，39（7）：84 -89.

［7］ 陈红梅，宁云才，齐秀辉.中国经济增长、能源消费与碳排放之间的关系研究［J］.科技管理研究，2012（10）：198 -202.