基于主成分分析的中国化石能源供给研究

屈甜利

摘要：通过文献回顾提炼出对能源供给有重大影响的因素，基于中国1978-2011年的统计数据，利用主成分分析方法消除了各影响因素间的多重共线性，提取出两个主成分即经济发展水平和市场化水平，在此基础上进行回归分析，结果表明这两个因素对能源供给的影响作用也是显著的。最后为提高能源供给水平，缩小我国能源供需差距提供了相关建议和政策指导。

关键词：化石能源供给；主成分分析；回归模型

1.引言

改革开放三十多年来，中国的工业化一直快速发展，经济高速增长。快速推进的工业化不可避免的导致能源矿产的大量需求和消耗。工业化时期人均GDP与人均能源和重要矿产资源消费呈“近线性”关系，即随着经济增长，能源与矿产资源消费同步增长。[1]《中国能源政策（2012）》白皮书指出，我国2011年一次能源消耗总量为34.8亿吨标准煤，比2010年增长7%，居世界第二。对于大宗能源矿产的需求量已处于领先地位，目前，我国已成为世界煤炭消耗量全球第一，石油消耗量全球第二的国家。然而，能源高需求的背后是脆弱的供需关系。自1993年首次成为石油净进口国来，石油对外依存度不断上升，2011年我国石油对外依存度达到56.5%，比2010年上升了1.7%。国家发改委公布的仅上半年2012年天然气进口量为198亿立方米，增长44.6%。我国能源需求与供给的不平衡已日益突出，也得到更多学者的关注。张欢[2]等认为要解决工业化进程中的能源供需失衡问题就要转变能源消费方式，走新型工业化道路，有效利用国内外能源，建立能源应急机制等战略措施来实现能源供需平衡发展。唐雄[3]等通过分析工业化中的能源需求、供给及环境问题，提出利用两种资源、两种市场来加大我国国内能源供给。不过现有文献中对能源需求的研究比较多，多数学者都探讨了影响能源消费的因素，进而提出降低能源消费的措施，实现能源需求与供给的平衡，既是国家能源安全的保障，同时也是可持续发展的要求。中国人口众多，石油、天然气储量少，其它能源资源相对不足，人均拥有资源能源量低于世界平均水平；煤炭是主要能源，能源供给结构不合理；特别是高投入、高消耗、高污染的粗放型增长方式和重化工业的加速发展，加剧了能源供求矛盾和环境污染，能源供给问题已成为制约经济和社会发展的重要因素。因此，现阶段研究和解决能源供给问题就具有非常重要的意义。但是针对能源供给的研究很少，且大多是结合需求共同研究的，本文试图寻找出影响能源供给的因素，对我国增强能源供给，实现能源供需平衡，保障国家能源安全提供理论指导。

2.影响化石能源供给的因素选取及数据来源

影响化石能源供给的因素比较复杂，本文选取以下的几个主要因素

（1）国内生产总值（GDP）（x1）：能源工业是一个长期高投入的产业，其发展水平直接受制于经济发展水平。一个国家的总体经济发展水平一般都采用国内生产总值（GDP）来表征，它表示各经济部门在一定时期内所生产的全部货物和服务价值的增加值之和[4]。相关文献已证明GDP对能源生产总量存在显著的单向Granger因果关系，能源消费总量、能源生产总量与GDP之间存在长期协整关系[5]；亦有实证研究表示因能源消费贯穿于产品的生产和消费中，而经济活动本身是投入和产出的循环过程，导致中国GDP和能源消费表现为双向因果关系[6]。因此，GDP是影响能源供给的重要因素。

（2）重工业比重（x2）：化石能源供给主要是为了满足生产和生活的用能需求，三大产业用能是主要部分，但由于各产业能耗指数不同，产业结构变化必然会影响总的能耗数量，因此，将产业结构作为化石能源供给的影响因素，本文将重工业比重作为产业结构的指标进行分析。

（3）煤炭消费比重（x3）：在研究能源供给总量时，各种化石能源（煤炭、石油、天然气）之间存在替代，且各自的利用效率和污染程度相差较大，消费结构不同，需求总量（折合标准煤）会有变化，相应的能源供给也会同步变化，因此将化石能源消费结构作为影响因素之一考虑，而中国是世界上极少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，以煤炭为主的能源消费，不但造成能源利用率低，能耗指数高，而且环境污染严重。因此，将煤炭消费比重作为消费结构的指标参与分析。

（4）人均能源消费总量（x4）：市场经济中供给和需求是相互影响的，消费的增长随之带来的是供给的迅速增长。对能源需求的增长会导致不断增加能源供给来达到市场平衡。而我国又是人口大国，但从能源消费总量并不能真正反映市场的变化，因此，本文用人均能源消费总量来代表这一需求增长的指标进行分析。

（5）能源产业投资（x5）：能源工业是一个高投入的产业，尤其是初期需要大量的资金支持，能源产业的建设直接关系到能源的供给能力。为了加快能源工业的发展，我国近30年大规模的地质勘探，新矿井建设，使得我国的能源矿产产量出现大幅度的增长。因此，能源产业投资作为影响能源供给的重要因素进行分析。

（6）燃料动力价格指数（x6）：西方经济学指出价格机制可以使市场经济中的资源得到有效配置。价格是影响商品供给的主要因素，那么能源价格直接影响到能源的供给量。我国是有管理的市场定价，但价格仍然起着调节供需的作用。为消除通货膨胀的影响，本文选取燃料价格动力指数作为能源价格的指标进行分析研究。

（7）煤炭资源储量（x7）：从国内市场来看，我国“富煤、贫油、少气”的能源禀赋特点，决定了“以煤为主、油气为辅”的能源消费结构，这就导致我国化石能源供给中以煤炭为主[7]，当前科技水平下已探明的煤炭资源储量必然会影响资源开采者的决策，从而影响矿产资源的最终供给量，因此，将资源禀赋以煤炭资源基础储量为替代指标作为化石能源供给的影响因素之一。

本文选取1978-2011年数据，数据均来自《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》、《中国煤炭工业统计资料汇编1949-2009》、《中国工业经济统计年鉴》，对于受到价格因素影响的指标，均进行价格平减，比例数据均采用%作为单位处理，涉及能源产量的指标均折合成标准煤。

3.影响因素的主成分分析

由于选取影响化石能源供给的影响因素较多，各因素之间可能存在一定程度的相关关系，如表1所示，高度的相关性体现了变量所表述信息的重叠，在这样的变量基础上进行其他的深入分析会使得结果出现系统性的偏差。比如若对原始数据直接进行回归分析，会因多重共线性的存在而导致分析结果不可靠。

主成分分析的基本思想是对原始变量进行线性组合从而得到新的综合变量（称为主成分），这些综合变量不仅保留了原始变量的绝大部分信息，而且彼此之间不相关。对综合变量进行分析，可以抓住主要因素，剔除一些重叠的信息，使问题得到最佳综合简化。利用spss19.0对上述数据进行主成分分析，输出结果如下：

由表3可见，提取两个主成分时，第一、第二主成分的贡献率分别是78.574%和12.877%，累积贡献率是91.450%，符合累计方差贡献率大于85%的原则。从表4（主成分载荷矩阵）可以看出，GDP、重工业比重、煤炭消费占比、人均能源消费总量、能源产业投资和煤炭储量在第一主成分上有较高载荷，说明第一主成分基本反映这些指标的信息，燃料动力价格指数在第二主成分上有较高载荷，说明第二主成分基本反映了这个指标的信息。因此，提取两个主成分可以基本反映全部指标的信息。由于国民生产总值、产业结构、能源消费结构及产业投资等因素均与经济发展水平密切相关，所以第一主成分代表经济发展水平，第二主成分主要包含燃料动力价格指数的信息，代表市场化水平。

可得到主成分的表达式如下：

由表6可得相应的回归方程为：Y=149021.101+27372.624F1+9156.605F2

由表4可知，复相关系数R=0.985，拟合优度R2=0.970，调整后的拟合优度为0.966。由表5的方差分析表可知，F统计量值为213.835，相应的Sig.是F值的实际显著性概率即p值，此处Sig.<0.001，若给定α=0.01，则p<α，说明回归方程效果显著。由表6回归系数表可得，自变量F1的t统计量为20.533，相应的Sig.是t值的实际显著性水平即p值，此处Sig.<0.001，若给定α=0.01，则p<α，说明自变量F1的回归系数高度显著；自变量F2的t统计量为2.855，相应的Sig.即p值为0.014，若给定α=0.05，则p<α，说明自变量F2的回归系数也高度显著。

上文的回归模型中，自变量F1和F2对因变量的影响是显著的，即可以看出经过主成分分析提取的两个主要因素经济发展水平和市场化水平对能源供给的影响作用是显著的。

5.结论

随着经济的快速增长，中国能源和矿产品的自给率不断降低。其中能源的自给率下降幅度最大。如果考虑到中国的经济规模和在这些资源上的稀缺性，显然能源产品进口的增长数量是适中的。但是其对国际市场依赖性的提高也可能会给中国经济持续发展带来一定风险。上文分析了影响中国化石能源供给的两个主要因素就是经济发展水平和能源产品的市场化水平即能源的价格，所以我国要不断加快我国经济的发展，提高技术进步，带动能源供给增加。我国的能源市场很大程度上受到国家宏观政策的影响，能源价格是受到政府的严格管制的，因此能源供给的也不完全是市场调节的，所以供给与需求之间会失衡。我国应逐渐放松政府对化石能源市场的管制，逐步实现市场化资源配置，有研究表明价格有调节资源开采速率的作用，在保证国家能源安全、经济发展稳定的前提下，提高化石能源市场的开放水平，逐渐与国际接轨，借鉴国外（主要是美国和日本）比较成熟的市场机制建设，进一步完善中国矿产资源市场机制，发挥价格机制的调节作用，从而使得化石能源的供给会更加理性。

本文只是简单研究了影响化石能源供给的影响因素，对增加能源供给，完善能源市场提供了一些建议。然而，在复杂的经济活动中，还是有许多因素未考虑到的，下一步会致力于更加详细，定量的研究。（作者单位：贵州大学管理学院）

参考文献：

[1]王安建，王高尚，陈其慎，于汶加.能源与国家经济发展[M].北京：地质出版社，2008.

[2]张欢，成金华，王来峰中国工业化进程与能源矿产供需均衡的研究[J].中国人口·资源与环境.2011，21（3）：165-169

[3]唐雄，李世雄，何通通.我国工业化中的能源问题解决措施[J].经济横.2013，01：124-128

[4]吴宗鑫，陈文颖.以煤为主多元化的清洁能源战略[M].北京：清华大学出版社，2001

[5]王凤云.我国能源供给与需求和经济增长之间关系实证研究[J].工业技术经济.2008，10（27）：77-85

[6]宋杰鲲，贾江涛.我国能源、经济、环境系统动态协整关系研究—基于VEC模型的计量分析[J].工业技术经济.2012，08（8）：46-52

[7]薛黎明.中国能源需求影响因素分析[D].北京：中国矿业大学，2010