中国产业结构、能源效率与能源消费的动态关系——基于协整与VECM的实证研究

尹 硕，张耀辉，1b，1c，燕 景

（1.暨南大学a.产业经济研究院；b.资源环境与可持续发展研究所；c.管理学院，广东广州510632；2.国家电网河南省电力公司三门峡供电公司，河南三门峡472000）

●中国经济

中国产业结构、能源效率与能源消费的动态关系
——基于协整与VECM的实证研究

尹 硕1a，张耀辉1a，1b，1c，燕 景2

（1.暨南大学a.产业经济研究院；b.资源环境与可持续发展研究所；c.管理学院，广东广州510632；2.国家电网河南省电力公司三门峡供电公司，河南三门峡472000）

在结构转型和节能减排双重背景下，能源消费、产业结构和能源效率的动态关系值得关注。文章基于我国1952-2012年的相关数据，通过构建误差修正模型（VECM）来研究能源消费、产业结构和能源效率三者之间的动态影响。研究发现，从长期来看，能源消费和产业结构的变动呈现正向关系，表明第二、三产业的发展对能源消费的增加影响显著，且具有粗放特征；能源效率和能源消费的变动呈现反向变动特征，说明能源效率的提升在长期对能源消费的减少起到了一定作用，但是能源消费的变动幅度明显小于能源效率的变动幅度，我国的能源消费存在基于能效提升的回弹效应。

产业结构；能源效率；能源消费；误差修正模型

我国“十一五”规划纲要提出节能减排概念，并指出节能减排是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路；是维护中华民族长远利益的必然要求。在经历了三十多年的高速、粗放发展以后，我国面临着严峻的能源形势和减排压力。与我国粗放式经济增长相伴随的不仅是能源消费量的不断上涨，还有三次产业结构的不断调整以及能源效率的变化。我国历经了从农业大国向工业大国的转变，农业产值占比从1952年的近70%下降到2012年的10.1%，能源效率从1992年开始呈现指数型提升趋势。这些变化对能源消费究竟有怎样的影响、产业结构的变化对能源消费量的上升有怎样的影响、能源效率的提升与能源消费有怎样的关系？因此，有必要从动态角度对能源消费、产业结构和能源效率的关系进行研究。

本文基于我国1952-2012年的相关数据，在向量自回归模型（VAR）的基础上，检验能源消费、产业结构和能源效率之间的协整关系，并构建误差修正模型（VECM）。以此来研究能源消费、产业结构和能源效率三者之间的动态关系。

一、文献评述

Kambara（1992）和Richard（1999）指出产业结构与能源消费存在动态联系，尤其是工业与服务业以及工业轻重结构的变化，是导致能耗强度变化的主要因素［1-2］。史丹（1999）在对影响我国能源消费的主要因素进行分析的基础上，认为我国在能源弹性较小的条件下实现经济高速增长主要是经济结构变动降低了单位GDP能源消耗，结构变动对我国能源消费有着非常重要的影响［3］。曾胜、黄登仕（2009）运用DEA方法根据时间序列数据对能源效率进行了分析，认为能源消费与经济增长之间存在内在比例关系，并发现了“能源效率的惯性”现象［4］。唐玲、杨正林（2009）利用Tobit模型探索工业经济转型对能源效率提升的影响机制，研究表明，中国工业能源效率的总体水平较低，工业能源效率变化具有明显的工业经济转型特征，且工业能源效率随着企业规模的扩大呈现倒“U”型特征［5］。魏楚、沈满洪（2007）基于DEA方法构建出一个能源效率指标，对能源效率的影响因素进行了研究，研究表明，第三产业在GDP中所占比重每上升1%能源效率增长约0.44%，且产业结构的影响在逐渐增加［6］。魏楚、沈满洪（2008）将结构调整划分为：产业结构、工业结构、产权结构、要素结构和能源结构五种要素，基于我国1995-2006年29个省、市及自治区的面板数据进行计量检验，发现以“退二进三”为主导的产业结构调整和以“国退民进”为主要方向的国有产权改革在一定程度上可以改善能源效率，优化能源消费结构可以大幅提升能源效率［7］。李廉水、周勇（2006）以35个行业为样本，用非参数DEA-Malmquist生产率方法对广义技术进步进行分解，并采用面板数据估计其各自对能源效率的作用，结果表明，技术效率是工业部门能源效率提升的主要原因，但技术效率的作用会慢慢减弱［8］。李静、汪克亮（2013）利用非参数卢恩伯格生产率指标对我国的能源效率变动进行分解发现：我国外资利用、经济发展、市场化水平的提高、产业结构以及能源消费结构的优化均有利于能源效率的提升，但其影响机制存在区域异质性［9］。

在能源效率与能源消费回弹效应方面，邵帅等（2013）基于“干中学”思想构建了能源回弹效应理论模型，并利用时变参数状态空间模型测算了我国宏观经济层面的能源回弹效应。认为单纯依靠改进能效的节能政策只能部分解决问题，必须引进价格、税收等一系列市场导向型的辅助性政策对回弹效应加以限制［10］。查冬兰、周德群（2010）认为由于不同国家和地区能源效率差异较大，在倡导提高一国能源效率的同时，其节约的能源会被能源价格效应、收入效应和总经效应等产生的新能源需求抵消掉［11］。王磊等（2012）通过构建半参数广义可加模型，实证研究了经济增长、结构变迁与中国能源消费的关系，研究发现中国存在“隐性的能耗反弹”，对中国而言，结构调整结合技术进步的方式，尚不能取得持续性的预期效果，政策制定者应将一部分关注点转移到开征能源税、实行差别化的价格管制方向［12］。以往文献往往就能源效率与结构调整、能源效率与能源消费（能源回弹效应）关系进行研究，鲜有将能源消费、产业结构和能源效率综合来考察其动态关系。

二、模型构建与数据说明

（一）模型构建

本文在VAR（向量自回归）模型的基础上，基于协整关系建立误差修正模型模型（VECM），研究产业结构、能源消费和能源效率之间的动态特征，VAR模型为：

其中，Yt为lne、lnIS和lnEE构成的列向量，Πi是矩阵系数，Ui是随机误差项矩阵，Ω是方差协方差矩阵，t表示时期，i表示滞后期。

若上述VAR模型中的变量不平稳，但是存在协整关系，就可以在VAR模型（1）的基础上经过协整变换建立误差修正模型（VECM），模型表示为：

其中，Φi=-(I-Π1-Π2-…-Πi)，ΦYt-k为误差修正项。误差修正模型（VECM）是建立在协整基础上的VAR模型。误差修正模型既可以考察变量之间的长期协整均衡关系，同时又能够给出变量之间短期变动程度，最重要的是能够帮助我们判断这种短期关系是一种暂时性的偏离（误差修正机制发挥作用）还是永久性的偏离（误差修正机制没有发挥作用）。在考察产业结构、能源消费与能源效率的动态特征时，借助误差修正模型可以从长期和短期的角度来考察三者之间的动态作用机制。

（二）变量与数据

本文选取1952-2012年相关数据研究产业结构、能源消费和能源效率之间的动态关系，主要变量涉及能源消费（e），产业结构（IS）和能源效率（EE）。其中，能源消费以历年我国能源消费总量来表示，为了与能源效率单位保持一致，单位选取（吨标准煤）；受Kambara（1992）和Richard（1999）研究结论的启发，产业结构以我国第二产业和第三产业产值总量占总产值比重来表示，各价值量均为以1952年价格为不变价格的可比价格。能源效率以单位能耗产出来表示，即EE=可比价格的GDP/能源消费总量。数据来源于各年《中国统计年鉴》及《新中国60年统计资料汇编》。

三、实证分析

本文实证分析包括以下四个步骤：第一，基于VAR模型的要求，确定时间序列lne、lnIS和lnEE的平稳性，并确定模型的滞后期。第二，检验lne、lnIS和lnEE之间是否具有协整关系。第三，若变量间存在协整关系，建立误差修正模型（VECM），并检验其误差修正机制。第四，利用脉冲响应函数和方差分解来研究各个变量之间的动态关系。本文所有分析、检验均使用stata12计量分析软件进行。

（一）平稳性检验与滞后阶数确定

1.平稳性检验

VAR模型要求每一个变量都必须是平稳序列，由ADF单位根检验结果可知（如表1所示），lne、lnIS和lnEE的ADF统计量均显著大于1%和5%水平下的临界值，均为不平稳序列，需要进行差分处理，得到D_lne、D_lnIS、D_lnEE，其ADF检验统计量均小于显著性水平1%的临界值，拒绝原假设，说明在99%的置信水平下拒绝原假设，差分序列D_lne、D_lnIS、D_lnEE均不存在单位根，为平稳时间序列，即3个序列均为一阶单整序列。

2.滞后阶数的确定

在VAR模型中，滞后阶数对模型估计和协整检验都将产生一定影响，通过FPE、AIC、HQIC及SBIC等准则来判断滞后阶数。四种信息准则一致选定模型滞后阶数为4，见表2。

（二）协整检验

本文选用基于系统的协整检验（Johansen-Juselius检验）来验证变量间的协整关系。基于表2的信息选择，在滞后阶数为4阶的情况下进行JJ检验（如表3所示）。检验结果显示3个变量在5%临界值水平下的协整秩为1，存在1个协整关系。即能源消费、产业结构和能源效率之间存在长期的协整关系。

可以得出基于Johansen标准化约束下的协整方程：

从协整方程可以看出，能源消费与产业结构呈现出同向变动特征，第二产业和第三产业产值比重每上升1%，能源消费将增加4.74%，这说明从长期来看，第二、第三产业比重的上升显著影响着能源消费，我国的产业结构调整体现出过度依赖能源的特征，长期以来的产业结构优化与升级以巨大的能源消费为代价，第二、三产业的发展具有明显的粗放型特征；能源效率的变动与能源消费呈现出反向变动的特征，能源效率每变动1%，能源消费将反向变动0.78%。这说明，从长期来看，能源效率的提升在一定程度上可以减少能源消费，但是能源消费的反向变动大幅小于能源效率的变动，这说明以能源效率为代表的技术进步效应并没有完全体现在能源消费量的减少上面，能源效率的提高并没有完全被能源消费量所消化，我国的能源消费存在明显的回弹效应。

（三）向量误差修正模型

误差修正模型（VECM）是在变量具有协整关系的基础上的VAR模型，把表示偏离长期均衡关系的项作为解释变量放进模型中，描述了对均衡偏离的一种长期调节。这样在误差修正模型中，长期调节和短期调节的过程同时被考虑进去。建立在协整论基础上的误差修正模型，既可以反映不同经济序列间的长期有关信息，又可以反映短期偏离长期均衡的修正机制，是长短期结合具有高度稳定性和可靠性的一种经验模型。VECM估计结果见表4。

误差修正项系数的大小反应了对偏离长期均衡的调整力度，从上表可以看出，三个误差修正项分别为0.045 649 8、0.019 940 8、-0.070 127 9，表明能源消费、产业结构和能源效率分别以0.045 649 8、0.019 940 8、-0.070 127 9的速度进行修正，且均以短期波动为主。

（四）脉冲响应与方差分解

脉冲响应和方差分解实际上是一个问题的两个方面。脉冲响应是衡量模型中的内生变量如何对一个变量的脉冲做出响应，而方差分解则是衡量如何将一个变量的响应分解到模型中的各个内生变量上去。

1.脉冲响应

脉冲响应衡量的是：在扰动项上加一个标准差大小的冲击，对内生变量当前值和未来值所带来的影响。对一个变量的冲击直接影响这个变量，并且通过VAR模型的动态结构传导给其它所有的内生变量。分别给能源消费、产业结构和能源效率一个标准差大小的冲击，得到相关的脉冲响应函数图，如图1所示。在图中横轴表示冲击作用的响应期数（年），纵轴表示各变量的变化百分比。

由图1可以看出，能源效率对能源消费的冲击在短期内有较大响应，这说明在节能减排的大背景下政府和企业对能源消费量的敏感性，对于能源消费量的异常变动会在短期内出台政策、加大技术创新和节能减排力度，冲击响应在第4期达到峰值，之后下降并趋于平缓。能源效率对自身的冲击响应也存在短期效应，说明一个重要的技术突破会迅速传导，在短期内会形成行业内普遍的能效提高，这一效应在第4期之后开始下降，并逐步趋于平缓。能源消费对能源效率的冲击有较大响应，技术进步导致能源效率的提高，会在短期内迅速减少能源消费量，在接近第5期时达到最低点，但之后出现明显的回弹现象，到第8期的能源消费量几乎回升到初始状态，此后趋于平缓。这一现象为我们敲响了警钟，说明基于技术进步的能源消费回弹现象不可忽视，技术进步导致能源效率的提高，但并不能有效地减少能源消费，我国的能源政策存在改进的必要，同时也存在进一步调整的空间。

2.方差分解

脉冲响应函数是衡量系统对一个变量的冲击效果，方差分解则是将系统的均方误差分解成各变量冲击所做的贡献。通过将一个变量冲击的均方误差分解成系统中各变量的随机冲击所做的贡献，计算出每一个变量冲击的贡献占总贡献的比，从而体现出每一个变量冲击的相对重要性。对能源消费、产业结构和能源效率的方差分解结果如表5所示。从表5可以看出，能源消费、产业结构和能源效率的冲击对能源消费均有较大影响，其中能源消费的冲击是递减的，在第15期时达到49.1%，产业结构对能源消费的冲击则是逐年递增的，在第15期达到44.7%，而能源效率对能源消费的冲击则是呈现出先增加后减少的倒“U”型趋势，在第6期一度达到7.3%，但是到第15期时已经减少为6.2%。这说明长期来看产业结构对能源消费的冲击更为明显，更说明能源效率的冲击不可持续，我国能源消费存在明显的基于能源效率的回弹效应。产业结构短期受到的冲击主要来源于自身，并呈现出逐渐下降的趋势，从第1期的将近完全冲击下降到第15期的65.3%，而能源消费和能源效率对产业结构的冲击呈现逐渐上升的趋势，分别在第15期达到23.6%和11.2%，说明能源消费和能源效率的变化对产业结构的影响在长期才能体现出来，存在明显的滞后期。能源效率受到能源消费的冲击在短期最为明显，之后呈现出逐年下降的趋势，从第1期的70.9%下降为第15期的5.7%。说明在节能减排背景下国家和企业对能源消费量的敏感程度，也反应出企业和地方政府对技术创新和能效提高短期效应的依赖程度。而能源效率对其自身的冲击则恰恰相反，呈现出逐年上升的趋势，从第1期的27.7%上升到第15期的41.8%。说明技术进步对能效的提高有长期、正面的影响。

四、结论与对策建议

研究发现，虽然我国的能源消费、产业结构和能源效率变动不具有平稳性，但是从长期来看，能源消费和产业结构的变动呈现正向关系，表明第二、三产业的发展对能源消费的增加影响显著，且具有粗放特征。能源效率和能源消费的变动呈现反向变动特征，说明能源效率的提升在长期对能源消费的减少起到了一定作用，但是能源消费的变动幅度明显小于能源效率的变动幅度，说明我国的能源消费存在能源回弹效应。通过脉冲响应分析发现，能源效率对能源消费的冲击在短期内有较大响应，这说明在节能减排的大背景下政府和企业对能源消费量具有敏感性，这种敏感性体现在短期内对能源效率提升和技术进步的投入；短期内，能源效率的提升在行业中具有很强的辐射效应和模仿效应，暴露出该领域知识产权保护的缺失；能源效率的提升短期内会明显减少能源消费，但是在长期会出现回弹现象，为我国能源政策制定敲响警钟。最后的方差分析也印证了以上结论。针对上述研究结论，本文提出以下对策建议：（1）产业结构是影响能源消费的重要因素，且趋势不可逆。在发展第二、三产业的过程中要重点考虑节能减排和产业发展的关系。1952年至今，我国三次产业结构发生了重大变化，农业产值占比从1952年的近70%下降到2012年的10.1%，第二产业和第三产业比重则相应上升，未来我国的三次产业结构让将进一步优化、升级，这种趋势不可逆转。因此，在产业进一步发展、结构进一步调整的过程中，要充分吸取前期粗放型发展的教训，积极贯彻节能减排，走集约化发展道路，降低产业增加值的单位能源消耗，实现绿色转型。

（2）能源效率的提升和技术进步存在短期跟风效应，长期却不可持续。要注重能源技术进步的长期发展。研究显示：短期内，能源效率的提升在行业中具有很强的辐射效应和模仿效应，但是在长期这种效应并不明显。这说明我国地区之间、企业之间对能源技术进步、效率改进具有极强的模仿和跟风效应，同时也暴露出该领域知识产权保护的缺失，研发企业缺乏长期、持久研发的动力，技术进步和能效提高的效应很难持久。因此，在开展节能减排、鼓励能源技术进步的过程中，要注重知识产权的保护，加大对研发企业的补贴力度，增强企业研发的持久动力。

（3）能源消费存在基于能效提高的回弹效应，节能减排不能完全依靠技术进步，要注重价格因素和要素替代。研究显示：能源技术进步所导致能源效率的提升并不能完全在能源消费的减少上体现出来。长期以来能源技术进步和能源消费量的作用机制间存在着某种障碍，造成了所谓的能源回弹现象。因此，依赖技术进步进行节能减排的思路需要重新定位，在鼓励技术进步的同时，要充分考虑到能源价格、税收以及要素替代弹性等因素的影响，以破除能源技术进步与能源消费量之间的机制障碍。

［1］Kambara T.The Energy Situation in China［J］.The China Quarterly，1992（9）：608-636.

［2］Richard G N，Adam B J，Robert N S.The Induced Innovation Hypothesis and Energy-saving Technological Change［J］.The Quarterly Journal of Economics，1999（3）：941-975.

［3］史丹.结构变动是影响我国能源消费的主要因素［J］.经济研究，1999（11）：38-43.

［4］曾胜，黄登仕.中国能源消费、经济增长与能源效率——基于1980-2007年的实证分析［J］.数量经济技术经济研究，2009（8）：17-28.

［5］唐玲，杨正林.能源效率与工业经济转型——基于中国1998-2007年行业数据的实证分析［J］.数量经济技术经济研究，2009（10）：35-48.

［6］魏楚，沈满洪.能源效率及其影响因素——基于DEA的实证分析［J］.管理世界，2007（8）：66-76.

［7］魏楚，沈满洪.结构调整能否改善能源效率——基于中国省级数据的研究［J］.世界经济，2008（11）：77-85.

［8］李廉水，周勇.技术进步能提高能源效率吗？——基于中国工业部门的实证检验［J］.管理世界，2006（10）：82-89.

［9］李静，汪克亮.多重目标约束下我国能源效率变动分解、区域差异与影响因素研究［J］.华东经济管理，2013（10）：66-71.

［10］邵帅，杨莉莉，黄涛.能源回弹效应的理论模型与中国经验［J］.经济研究，2013（2）：96-109.

［11］查冬兰，周德群.为什么提高能源效率没有减少能源消费——能源效率回弹效应研究评述［J］.管理评论，2010（1）：45-49．

［12］王磊，吕璐，解明明.经济增长、结构变迁与中国能源消费——基于半参数广义可加模型的经验研究［J］.华东经济管理，2012（8）：59-65.

［责任编辑：张青］

The Dynamic Relations among Industrial Structure，Energy Efficiency and Energy Consumption in China—An Empirical Study Based on Co-integration and VECM

YIN Shuo1a，ZHANG Yao-hui1a，1b，1c，YAN Jing2
（1.a.Institute of Industrial Economics；b.Research Institute of Natural Resources，Environment&Sustainable Development；c.Management School，Jinan University，Guangzhou 510632，China；2.Sanmenxia Power Supply Company，State Grid Henan Electric Power Company，Sanmenxia 472000，China）

Under the dual backgrounds of structure transformation and energy conservation and emissions reduction，the dy⁃namic relationship among energy consumption，industrial structure and energy efficiency is worthy of attention.The VECM is constructed to study the dynamic interactions of energy consumption，industrial structure and energy efficiency based on the re⁃lated data from the year of 1952 to 2012 in China.The study shows that the changes in energy consumption and industrial struc⁃ture present a positive correlation in the long run，which indicates that the development of the second and tertiary industries has a significant impact on the increase of energy consumption，and is of extensive features.The changes in energy efficiency and energy consumption demonstrate a reverse movement in characteristics，which illustrates that the improvement of energy ef⁃ficiency can play a certain role in the reduction of energy consumption in the long term.However，the magnitude of changes in energy consumption is significantly less than that in energy efficiency，China’s energy consumption exists rebound effect based on the improvement of energy efficiency.

industrial structure；energy efficiency；energy consumption；VECM

F121；F124.5

A

1007-5097（2014）07-0053-04

10.3969/j.issn.1007-5097.2014.07.011

2014-05-23

国家社会科学基金重大攻关项目（09﹠ZD021）

尹硕（1985-），男，河南焦作人，博士研究生，研究方向：产业发展与经济增长；

张耀辉（1961-），男，辽宁阜新人，教授，博士生导师，研究方向：产业创新，产业组织演变；

燕景（1986-），女，河南南阳人，硕士，研究方向：低碳能源技术。