湖北省经济增长与能源消费的协整分析

都俊杰，何先平　(长江大学工程技术学院，湖北荆州 434020)



湖北省经济增长与能源消费的协整分析

都俊杰，何先平(长江大学工程技术学院，湖北荆州 434020)

摘要根据2000～2013年湖北省经济增长总量(GDP)与能源消费总量(EC)的年度数据，运用协整检验、Granger 因果分析等方法，分析了湖北省的经济增长与能源消费之间的关系。结果表明，湖北省煤炭和石油的消费量与GDP分别存在着协整关系；从GDP到煤类消费量存在单向Granger因果关系，GDP与油类消费量不存在Granger因果关系，GDP与天然气的消费量存在双向Granger因果关系，从水电的消费量到GDP存在单向Granger因果关系；短时间内湖北省的经济增长总量增长1个百分点，能源的总消耗量会增加0.81个百分点。据此，提出了提高湖北省能源利用效率的相关建议。

关键词能源消费；经济增长；ADF检验；协整分析

能源问题关系到全社会的经济发展，维系着社会的稳定，能源工业的发展，为生产、生活提供了不可替代的动力源，在整个区域内推进经济的健康发展，对市场经济的发展发挥着重要作用[1]。深入研究经济增长与能源消费的关系，使二者之间均衡的发展，具有重要意义[2]。很多学者对经济增长与能源消费问题做了研究，如Kraft J等[3]对美国1947～1974年的GDP与能源消费之间的关系进行研究，得出美国的能源消费与经济增长之间是GDP到能源消费的单向Granger因果关系。Akarca等[4]在2年后采用Kraft.J等[3]同样的方法，再次研究美国的能源消费与经济增长的关系，但得出的结论不同，即二者之间是没有因果关系的。Glasure等[5]采用 E-G两步法，收集数据分析新加坡和韩国的能源消费与GDP的关系，结果是这2个国家的GDP与能源消费之间都不存在协整关系。Narayan等[6]利用面板协整的理论方法分析中东地区的数据，结果发现电力的消费与经济的增加之间存在显著的反馈效应。王海鹏等[7]根据变参数的方法，得出中国能源消费与经济增长之间存在随时间不断变化的长期均衡关系。冯金丽等[8]对广西的能源消费及能源消费量的构成与 GDP 的关系进行分析，得出的结论是只有煤炭的消费量增加会影响经济的增长。笔者选取了2000～2013年湖北省经济增长总量(GDP)与能源消费总量(EC)的年度数据，运用协整检验、Granger 因果分析等方法，分析了湖北省的经济增长与能源消费之间的关系。

1数据来源与研究方法

1.1数据来源选取了2000～2013年湖北省国民生产总值(GDP)、能源消费总量(EC)数据，能源分为煤炭(COAL)、油类(OIL)、天然气(GAS)和水电(ELEC)。数据来自《新中国60年统计资料汇编》[9]《中国能源统计年鉴》[10]《中国统计年鉴》[11]《湖北统计年鉴》[12]。对这些数据做定量分析，还要考虑异方差问题，对上述6组数据取对数，分别是LGDP、LEC、LCOAL、LOIL、LGAS、LELEC。

2000～2013年湖北省国民生产总值(GDP)、能源消费总量(EC)变动趋势见图1。

从图1可以看出，2003年以后，EC曲线在GDP曲线的上方，即经济增长建立在高能耗的基础上；2011年以后，GDP曲线在EC曲线的上方，即经济增长进入了低能耗时代，但总体来看能源消耗呈上升趋势。

1.2研究方法

1.2.1平稳性检验方法。单位根检验可以判断一个序列是否为单整I(1)序列，是一种有效的检验方法，主要分为 ADF检验法和PP检验法。该研究采用ADF检验法，ADF检验方程是：

式中，D是差分算子；μ、α、ρ、βi是模型参数；εt是随机误差项服从独立同分布的。ADF检验的原假设是：H1：p=0；H0：p<0。若原假设p=0被拒绝，则变量yt是平稳的；若p=0，则yt服从单位根过程，是非平稳的序列。

1.2.2协整检验方法。

(1)若k个序列y1t，y2t，…，ykt都是1阶且是单整序列，可以建立回归方程：

y1t=β2y2t+β3y3t+…+βkykt

且模型估计的残差是：

1.2.3Granger因果检验方法。具体回归模型为：

式中,βi=0进行检验，即等同于“X的变化是不会引起Y变化的，也不是Y变化的原因”，如果拒绝原假设βi=0(i=1，2，…，m)，就是拒绝“X的变化不是引起Y变化的原因”的假设。因此可以给出结论：X对Y存在Granger因果关系。同理也可以对βj=0(j=1,2,…，m)进行检验，从而判断Y对X是否存在Granger因果关系。

1.2.4误差修正模型。根据E-G两步法，首先建立计量经济模型：

yt=k1xt+μt，t=1,2,…，T

2结果与分析

2.1平稳性检验首先对总的能源消费量进行平稳性检验，即对2000～2013年湖北省GDP与EC进行ADF检验，结果见表1。

注：模型中的C、T、K分别表示常数项、趋势项、滞后阶数。

Note：C，TandKin model were constant term，trend term and lag orders，respectively.

从表1可以看出，2000～2013年LGDP和LEC都不是平稳的，也就是非平稳的序列，但是可以把他们归结为一阶单整的序列，就满足了协整检验的要求，可以对二者进行协整性检验。

2000～2013年湖北省LCOAL、LOIL、LGAS、LELE、LGDP变动趋势见图2。

对LGDP与LCOAL、LOIL、LGAS、LELE进行平稳性检验，结果见表2。

从表2可以看出，非平稳的序列包括LGDP、LCOAL、LOIL，但这3个都是一阶单整的序列；平稳的序列是LGAS、LELE。

2.2协整检验首先是LGDP与LEC的协整性检验，根据2000～2013年的数据，计算出的LGDP与LEC都是满足一阶单整的序列，接下来就可以对协整性做出检验分析。建立LEC与LGDP之间的协整方程，接下来对方程做OLS回归，得到：

注：模型中的C、T、K分别表示常数项、趋势项、滞后阶数。

Note：C，TandKin model were constant term，trend term and lag orders，respectively.

LGDP=-0.169 4LEC+9.369 8+μt

(4)

t=(-1.432 9)(40.685 2)

R2=0.146 106；F=2.053 263

由于复相关系数为0.146 106，LGDP与LEC的最小二乘线性回归方程结果很不理想，其协整方程的实际值、拟合值和残差之间的关系如图3所示。接下来对残差进行ADF单位根检验，结果见表3。从表3可以看出，EC总量和GDP之间是存在着某种协整关系的。

其次是LGDP与LEC的各组成部分的协整性检验，LGDP与LCOAL的协整性及LGDP与LOIL的协整性，建立以下的协整方程并根据方程做出OLS估计回归，可以得到变量的实际值、拟合值和残差这三者之间的关系，分别参考图4和图5。

LGDP=0.908 061LCOAL+1.236 233+μT

t=(20.946 770)(3.304 819)

R2=0.973 379;F=0.973 379

注：模型中的C、T、K分别表示常数项、趋势项、滞后阶数。

Note：C，TandKin model were constant term，trend term and lag orders，respectively.

从图4可以看出，LGDP与LCOAL的拟合效果很好。

LGDP=1.510 789LOIL-1.076 101+μT

t=(12.949 64)(-1.373 443)

R2=0.933 219；F=167.693 200从图5可以看出，2000～2013年湖北省LGDP与LOIL的拟合效果很好。接下来对上述变量的残差进行单位根检验，依据前面给出的AIC准则，做出正确的判断，结果见表4。

注：模型中的C、T、K分别表示常数项、趋势项、滞后阶数。

Note：C，TandKin model were constant term，trend term and lag orders，respectively.

从上述分析可以看出，2000～2013年湖北省煤炭和石油的消费量与GDP是分别存在着协整关系的。也就是说，湖北省的能源消费的组成部分，煤炭消费量与GDP之间是存在均衡关系的，而且是稳定的。同样石油的消费量与GDP之间也有着这样的均衡关系。

2.3Granger因果关系检验参照前面几次的分析，给出6组时间序LGDP、LEC、LCOAL、LOIL、LGAS、LELEC中，只有LGAS、LELEC是平稳序列，但是经过前面的协整性检验，能源消费的各组成部分的消费量与GDP之间分别存在稳定的均衡关系，即协整关系是一定存在的。接下来对这6个解释变量进一步地进行Granger因果检验。依据VAR模型提出的LR、FPE、AIC、SIC、HQ准则，参照以上这些原则，选择合适的滞后阶数进行Granger因果关系检验，结果见表5。

注：其中 * 代表在10%水平下显著，** 表示在5%水平下显著，**表示在1%水平下显著。

Note：*，** and *** indicated significant at 10%，5% and 1% levels，respectively.

由表5可知，存在“从GDP到煤炭消费量的单向Granger因果关系”，通俗地说，经济的增长导致了煤炭消费量的增加，但是反过来煤炭消费量的增加并没有促进经济的增长。GDP与油类消费量不存在Granger因果关系，存在“从GDP到天然气的消费量的双向Granger因果关系”，即GDP的增长会影响到天然气的消费增加，天然气的消费增加也会带动GDP的增长，二者是互为因果关系的。存在“从水电的消费量到GDP的单向Granger因果关系”，也就是水电消费的增加可以促进GDP的增长的，但反过来经济的增长不会导致水电消费的增加。

2.4误差修正给定2个变量，若之间存在均衡关系，而且这种关系是长期的，为检验短时间内这种关系是否会失衡，建立误差修正模型：

DLECt=α(LECt-1-k0-k1LGDPt-1)+βDLGDPt+εt

令ECMt-1=LECt-1-k0-k1LGDPt-1，通过OLS估计并去掉不显著的变量得：

DLECt=0.810 164LGDPt-0.575 716ECMt-1

t=(6.128 735)(-3.226 937)

R2=0.368 469；D.W.=1.139 905

在以上给出的误差修正模型中，都是含有差分项的，而且差分项会影响短期的波动指标。回归系数也可以通过上式给出，规定检验的显著性水平是1%，这时侯的短期波动就由2部分构成，分别是短期GDP的影响波动和长期均衡的影响偏离。接下来有误差调整项ECMt-1提供的系数，一旦出现偏离长期的均衡，会有一定的调整力度。再根据系数估计值分析结果，短时间内湖北省的经济增长总量增长1个百分点，能源的总消耗量会增加0.81个百分点，一旦短期波动出现偏离长期的均衡时，上式结果给出-0.575 716的调整力度，帮助非均衡的状态调整到一定的均衡状态。

3结论与建议

3.1结论对湖北省经济增长与能源消费进行协整分析，并对经济增长和各类能源消费进行Granger因果关系检验，结果表明，湖北省的经济会有所增长，但是会消耗更多的能源。湖北省的GDP与EC是单项的Granger因果关系，同样GDP与石油消费量也是单向的Granger因果关系；水电消费

量与GDP也是单向的Granger因果关系；唯一存在双向Granger因果关系的是天然气消费量与GDP。以上数据表明，湖北省的能源消费EC与GDP的增长之间关系密切，而且这种关系是单方面的，经济增长单方面地带动了能源的消费，而能源消费对经济增长并没有起到多大的作用。

3.2对策建议结合上述分析，为提高湖北省能源利用效率，更好地促进经济发展，提出以下建议：①节能减排，高效利用能源；② 合理地利用地区优势，提高清洁能源的消费比重，集中优势发展水能；③能源消费结构多元化，尝试新的能源消费；④增加第三产业的比例，优化第二产业的产业结构；⑤引进能源服务公司；⑥政府对能源消费给出适当的政策引导。

参考文献

[1] 中国人民大学区域与城市经济研究所课题组.长三角地区能源消费与经济增长的实证分析[J].江淮论坛，2010(3)：21.

[2] 刘海莺，赵莹.能源消费与中国经济增长关系的实证分析[J].统计与决策，201l(3)：38.

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[10] 国家统计局能源统计司.中国能源统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2013.

[11] 国家统计局.中国统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2014.

[12] 湖北省统计局.湖北统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2014.

Cointegration Analysis between Economic Growth and Energy Consumption in Hubei Province

DU Jun-jie, HE Xian-ping

(College of Engineering and Technology, Yangtze University, Jingzhou, Hubei 434020)

Key wordsEnergy consumption; Economic growth; ADF test; Cointegration analysis

AbstractAccording to the annual data of economic growth (GDP) and the total energy consumption (EC) in Hubei Province in 2000-2013, cointegration test and Granger causal analysis were used to research the relationship between economic growth and energy consumption in Hubei Province. Results showed that there was cointegration relationship between GDP and the coal and oil consumption in Hubei Province, monodirectional Granger causal relationship between GDP and coal consumption, no Granger causal relationship between GDP and oil consumption, bi-directional causal relationship between GDP and natural gas consumption, monodirectional Granger causal relationship between GDP and the hydroelectricity consumption. GDP in Hubei Province enahnced by one percentage in a short period; and the total energy consumption enhanced by 0.81 percentage. Based on these, relevant suggestions were put forward for the energy use efficiency of Hubei Province.

基金项目国家自然科学基金青年基金项目(61503047)；工程技术学院教研项目(JY201411)。

作者简介都俊杰(1981- )，女，吉林长春人，讲师，硕士，从事应用数理统计研究。

收稿日期2016-02-24

中图分类号S-9

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)07-248-04