能源强度与中国制造业产业结构优化实证
2017-05-13唐晓华刘相锋
唐晓华 刘相锋
摘要 制造业的能源消耗和产业结构优化关系一直是学术界研究的焦点之一。该文利用Geweke因果检验方法，并采用1993--2013年20年间的数据，对中国制造业产业结构优化与制造业能源利用效率之间的关系进行统计和分析。首先，对中国制造业产业结构优化的情况进行描述性分析，将产业结构优化划分成产业结构合理化和高级化两个方面，研究发现中国制造业产业结构优化中高级化都呈现良好的趋势，但制造业产业结构合理化却呈现出“倒U”变化趋势，这与国家的宏观政策具有一定相关性。其次，计算制造业的能源强度，并利用LMD方法对能源强度进行分解，分解为结构效应和技术效应两个方面，研究发现中国制造业能源强度变化受到技术效应影响波及时间较长，结构效应变化造成短期影响较大。最后，利用Gewke因果检验的方法对能源强度和制造业产业结构优化之间的长期因果关系、即时因果关系及整体因果关系进行统计检验，研究发现：中国制造业产业结构优化与能源消耗之间形成两条不同反馈循环，一条为制造业产业结构合理化、结构效应及技术效应之间的短期反馈循环，另一条为产业结构优化内部和技术效应之间的长期反馈循环，这两条循环相互促进和影响，最终形成闭合横“8”字均衡循环。据此，研究给出相应的政策和建议：一是制造业产业结构优化调整是实现能源的“开源节流”的有效手段；二是制定差异化的能源政策和产业结构调整政策是实现“减少能源压力、保证经济发展”双赢局面的重要保障和前提。
关键词 能源强度；产业结构优化；Geweke因果分解
中图分类号 F401.1 文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2016）10-0078-08 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2016.10.010
三次科技革命使得能源已经成为各国的经济命脉，两次石油危机已经给各国敲响了警钟。为此，世界各国纷纷投入大量人力财力到能源消耗的研究工作中来。作为高速成长的中国，能源问题将是今后发展的重要研究课题。中国的能源消耗绝大部分来自于工业消耗，而自2000年以来，工业能源消耗中制造业占据了80%以上并伴随有上升的趋势。因此，研究中国的工业能源消耗问题，重点在于研究如何能够使得制造业的能源强度良性下降，同时又能够促进产业健康发展成为中国经济最为紧迫的任务。关于制造业产业结构与其能源利用效率之间关系的研究，国内外学者普遍认为产业结构对能源利用效率起到关键性作用。Stiglitz最早注意到能源和产业结构互动影响，并指出长期的均衡发展路径和能源开采量关系。Ayres则加深对产业结构与能源效率的认识，其指出产业结构没有良性调整前提下，各种其他手段改善能源利用效率均不能够得到良好的效果。史丹则分析了中国的实际情况，并通过分析能源的回弹效应及弹性系数支持了Ayres的观点，其认为结构效应在能源效率中起到不可估量的作用。刘洪、陈小霞测算中国中部六个省市的能源情况，得出能源效率受到产业结构因素影响效果最大。早期对两者关系研究方法，学者们则普遍采用如Granger因果关系检验法（VAR模型）等常规统计分析手段。然近些年伴随空间计量方法的兴起，空间因素逐渐被引入分析框架中。屈小娥利用面板数据对中国东中西部比较分析，其认为产业结构发挥其重要作用。王玉燕利用Granger因果检验模型（VAR）发现中国产业结构优化对能源效率具有显著正向作用，并且长期看产业结构的贡献程度最大。近些年的学者则大多采用空间计量，如关伟等利用空间计量测度了辽宁省能源效率和产业结构的关系，其发现产业结构优化能够显著改善能源效率，并形成“π型”、“二字型”、“工字型”等空间结构特征。已有的文献分析产业结构和能源利用效率主要从全行業或整体层面出发，但对具体特定行业的指导意义相对较弱。其二，绝大多数关于产业结构变迁和能源关系的研究最大的缺陷在于没有说明产业结构变迁的方向性，研究产业结构优化与能源强度关系的研究更是少之又少，没有厘清产业结构优化和能源强度关系难以形成对产业结构调整的正确判断。最后，传统的如Granger因果检验等统计分析方法仍有缺陷，其只能够进行长期因果关系的刻画，难以形成因果关系的整体把握。鉴于此，从中国制造业产业结构优化与能源利用效率的交叉作用人手，将产业结构优化剖成合理化和高级化两个转型方向，将能源利用效率分解成技术和结构两重因素，并将各自的两个方面囊括到一个框架进行分析，探究两者之间复杂关系，以期对如何兼顾产业结构和能源利用问题给出具有建设性意见。
1变量与样本说明
1.1变量说明
1.1.1能源强度
能源强度（EI）：能源强度是衡量能源利用效率的重要观测指标，其表示为单位产出所需的能源使用量，其单位一般为t标准煤/万元。其公式为：
EI=E/Y （1）
其中，E表示能源的使用量，Y表示制造业工业产值。但由于产业内部经济性质和产业特点不同，使得内部不同行业的能源消耗程度相差也较大。此外，对于制造业整体而言，行业能源强度也同样受到内部不同结构和技术等因素影响，体现为不同时间跨度上的能源强度变化。大部分学者认为能源强度变化主要可分为技术因素和结构因素两个方面，但是两者体现的作用孰轻孰重，学者各执一词。Kambara、史丹等认为结构效应是能源强度下降的主要原因。相反，以FengT为代表的国内外学者则认为能源强度变化主要来自于技术效率因素X。对能源强度变化的分解方式，本文采用大多数学者如Zhao x等采用的LMDI指数分解法，后文对该方法以及分解的数据情况进行详细的说明和展示。
1.1.2产业结构合理化
产业结构合理化指数（ISR）：产业结构合理化在表现产业比例关系的同时，更表现为产业间的协同和促进关系。以往对产业结构合理化衡量采用产业结构偏离度，但是这种衡量忽视了行业个体的重要程度，并且涉及绝对值问题，所以本文为避免该问题换用泰尔指数进行衡量。当经济体偏向于均衡时，泰尔指数更加趋向于0。因此，ISR越小反映产业结构合理程度越高。具体公式如下：
（2）
1.1.3产业结构高级化
产业结构高级化指数（OIS）：产业结构高级化是对自身结构扬起的过程，这种过程是一种生产效率和价值提升的过程。对其衡量绝大多数文献都是采用三次产业间的比例关系，但是考虑到本文研究产业内的结构高级化问题，采用了高新技术产业对非高新技术产业的比重（OIS）指标进行衡量。该指标反映制造业内部结构层次变化，更能反映在技术先进性方面，这符合产业结构高级化调整的本质要求。对于制造业产业划分，采用《中国高技术产业统计年鉴》的划分方法，即将医药制造业、专用设备制造业、通信设备、计算机及其他电子设备制造业以及仪器仪表及文化、办公用机械制造业等四大行业作为高技术制造业。
对产业结构合理化指数和高级化指数进行描述性统计。图1表明中国制造业产业结构优化中高级化都呈现良好的趋势，但制造业产业结构合理化却呈现出倒U变化趋势，即2003年前的制造业产业结构协调程度逐年恶化，而其后制造业产业结构不断向行业内的协调程度方面进行调整。出现这样的状况可能在于，2002年党的“十六大”会议提出以“产业结构优化”为明确目标、适合国情的产业政策，将经济结构战略性调整尤其是制造业产业结构合理化调整作为中国改革的基本“主线”。由图1还可以看出，制造业产业结构优化的两个层面进行调整的时间也具有差异性，产业结构高级化相对于合理化更加提前，即1999年以后开始出现显著调整。总之，就中国制造业产业结构优化的两个方面，产业结构高级化提升更加平稳，方向更加明确。
1.2样本数据选取
本文的数据主要来源于《中国工业统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》以及《中国劳动统计年鉴》，时间跨度为1993-2013年共计20年。为保证数据的有效性和真实性，本文进行筛选遵循以下几个原则：①所选取的行业均为规模以上工业企业数据，其中规模以上工业企业为全部国有及年主营业务收入在500万以上的非国有企业。②1993-2013年连续20年的相关可得数据。③为达到形成平衡面板的目标，剔除了数据中缺失相关行业变量项。④对统计年鉴统计口径不一致的进行口径调整处理，遵循以汇总行业为统一计量，如汽车制造业自2012年工业统计年鉴独立统计，将其归入以往的交通运输设备制造业中。再如2012年以后工业统计年鉴将塑料制造业和橡胶制造业合并为一个行业，但2012年以前均为分别统计。遵循上述原则，本文将2012年以前分别统计的塑料和橡胶制造业进行合并处理，加总统计。因此获得1993-2013年中国制造业29个子行业作为研究对象。⑤由于在计算产业结构合理化和高级化需要统计产值，因而需要对产值进行平减处理消除掉物价因素引起的产值增长。平减处理利用1993-2013年间的CPI指数进行处理。最终，遵循上述5条原则，获得了1993-2013年20年间所需要的相应数据，其中3级制造业部门29类，制造业相应的能源强度亦可通过《中国能源统计年鉴》提供的29类制造业能源平衡表的数据进行计算加工获得。
2能源强度与制造业产业结构优化Geweke因果分解及实证分析
2.1能源强度分解
制造业的能源强度出现多年变化其重要原因来源于制造业整体的结构调整和产业的技术水平提高两个方面。多数学者将两个方面归结为结构效应和技术效应，并指出能源效率的提高程度首先是因为技术水平的改善使得能源的使用出现精细化的趋势，其次是因为在同一产业内，其结构出现调整，能源密集型产业在整体生产中所占份额减低，能源强度相应降低。相应地，能源强度分解采用的方法按标准形式被定义为分解分析指数法（IDA），但是具体的分解指数又可分为五种，即Laspeyre指数、Pasche指数、Fisher指数、AMD指数和LMD指数。其中，Laspeyre指数、Paasche指数、AMD指数三種方法测算的结构包含残差项，因此含有未被解释项，Fisher指数和LMD指数并不包含，亦被称为理想指数。本文沿用LMD的方法进行分析制造业能源强度，采用的公式如下。
（3）
（4）
其中，EISE和EITE表示由于结构和技术原因而造成的能源强度变化，但是采用以上五种不同指数形式，继而得到的分解式也大相径庭。本文采用LMD指数理想形式，因此得到的形式为各部门能源强度变化中技术效应和结构效应的加权平均之和，若表达为连续型的形式时，公式为：
（5）
其中，ωi为产业部门i在能源消费总量中占的比重，设置为结构权重系数。本文采用能源强度分解方法LMD方法是利用环比指标，因而能够清楚刻画能源强度影响因素的各期动态变化和趋势。图2给出了中国制造业1993-2013年期间的结构效应（sE）、技术效应（TE）以及总体效应（AE）的变化及相互关系。从中可以看出，2003、2004年技术效应和结构效应波动巨大，但是从整体看，制造业能源强度变化受到技术效应影响较大，结构效应变化相对较为稳定。
该部分将制造业能源强度进行分解，分别为技术效应和结构效应。其目的在于分析，制造业能源强度变化与制造业产业结构优化的内部关系和相互影响。这样与后文的产业结构优化高级化和合理化两个方面进行关联分析，厘清制造业能源强度和产业结构优化两者内部关系。
2.2数据平稳性检验
在进行统计分析前，需要对数据进行平稳性检验，避免由于数据的非平稳特征造成伪回归问题。首先对4个变量进行ADF检验，见表1。从表1可以看出，4个变量中，能源强度分解出来的结构效应变量（SE）和效率效应变量（TE）均为平稳数据，而制造业产业结构高级化指数（ISR）和合理化指数（OIS）需要进行一阶差分处理才能够得到平稳数据。具体地，制造业能源强度分解的结构效应（SE）和技术效应（TE）的ADF统计量分别为-6.937和-5.729，均小于1%的临界值，两者为平稳数据；制造业产业结构合理化指数（OIS）和高级化指数（ISR）的ADF值为-1.342和0.549，均大于10%的临界值，而一阶差分后的合理化指数（DOIS）和高级化指数（DISR）的ADF值分别为-3.920和-4.136，均小于1%的临界值，一阶差分可实现数据的平稳性。
2.3实证分析 2.3.1Geweke分解检验原理
Geweke分解检验是在对Granger因果检验所建立标准VAR方法基础上的改进，具体改进是将短期因果项加入到模型中。首先，对于一对随机带估计变量可以采用标准的VAR方法进行估计，如公式（6）和（7）所示。
（6）
（7）
对于上述公式，若自变量的滞后项前的系数均是显著的话，称其为自变量是因变量的Granger因果关系。但是，这种估计却没有考虑到如公式1中的Xt和Yt之间的关系。因此，Geweke提出将一对变量的同时期关系加入到以往VAR模型中，这样除了反映长期关系及其方向以外，还可以当期变量之间的因果关系，即即时关系。将公式（6）和（7）改写成（8）和（9）。
（8）
（9）
对于没有存在Granger因果关系，这里则可以改成（10）和（11）。
（10）
（11）
那么，本文构造对于上述公式统计量，即长期Granger因果关系统计量为：
（12）
（13）
短期即时关系，也可称为Geweke分解关系统计量为：
（14）
（15）
其中，总体因果关系统计量为：
（16）
（17）
这种建立在Granger因果检验的基础之上的改进方法，能够有效克服Granger因果检验只能够检验长期的因果关系问题，将即时因果关系一短期因果关系加入到计量模型中，可以清楚看出在因果关系中长期和短期因果的贡献程度和份额。根据其原理，并利用stata12進行实证分析。具体结果见表2。
2.3.2 Geweke分解检验结果
从表2可知，能源强度的技术效应与制造业产业结构高级化存在单向的Granger因果关系，表中显示TE对DISR的Granger影响统计量为10.149 2，其为1%的显著水平，但反过来DISR对TE的统计量仅为0.046 9，并不显著；DISR与SE和DOIS之间也存在着显著的单向Granger因果关系，其统计量分别为4.766 7和6.574 5，并且为10%和5%的置信水平；但相反，两者对DISR的Granger影响却并不显著，统计量仅分别为3.817 0和2.698 7。
表2中整体因果关系一项反应了Geweke分解的即时因果关系情况。大体可得出，能源强度与产业结构优化之间存在显著即时因果关系分别为制造业能源强度的技术效应和结构效应以及制造业能源强度的结构效应和产业结构合理化两对显著关系。其中，制造业能源强度的技术效应和结构效应之间的即时因果关系的统计量为19.971 6，为1%的显著水平。而制造业能源强度的结构效应与产业结构合理化的即时关系统计量为3.477 5，为10%的显著水平。
从表2信息上看，呈现出显著水平的关系分别为能源强度的技术效应和结构效应关系、能源强度的技术效应和产业结构高级化之间关系、能源强度的结构效应与产业结构高级化之间关系以及产业结构合理化与产业结构高级化之间的关系等四对显著因果关系，其统计量分别为24.404 1、12.648 2、9.122 8以及11.399 3，其显著水平分别为1%、5%、10%以及5%。
综合表2中各项因果关系的结果，可以得出具有显著因果关系内长期以及即时（短期）的反馈份额或贡献程度，汇总为表3。可发现，制造业产业结构内部优化过程时间相对能源强度变化的技术效应和结构效应之间的反应要较为滞后，这是因为产业结构内部优化调整均已Granger长期因果关系为主，而制造业能源强度两个效应却以即时关系为主。
2.3.3结果解读
由表2和表3，绘制出制造业能源强度与产业结构优化关系图（见图3）。图3中单向黑色箭头表示Granger长期的因果关系，并且箭头的方向表示作用方向；图中双向箭头则表示短期即时因果关系。由关系图得出结论，产业结构合理化在短期可直接影响制造业能源强度的结构效应和技术效应，继而影响制造业整体的能源利用效率。这是因为，制造业产业内部合理化调整的目标是达到资源配置更加合理，进而影响到制造业能源强度的结构效应。又由于采用的LMD指数算法对制造业能源强度进行分解，因此被解释因素在同期具有相互影响的关系，因而统计分析的结构呈现在图3中为制造业产业结构合理化指数与制造业能源强度的分解两个因素即技术效应和结构效应具有短期直接因果关系。这意味着产业结构优化中合理化调整可以短期直接影响制造业能源利用效率；相反，制造业能源利用效率的变化也会在短期影响产业结构合理化程度。
相较上文，Granger长期的因果关系主要以单向形式存在，并主要分布于产业结构优化调整的内部和能源强度分解因素与产业结构高级化关系两个部分。具体地，长期的因果关系的起点为制造业能源强度的技术效应，其受到技术革新以及结构效应或其他因素影响，制造业能源强度的技术效应发生变化，长期影响制造业产业结构高级化水平，促使制造业产业结构中高技术含量产业的比重逐渐加大，由于高技术所释放的作用一方面促进了产业间的协调程度和资源的配置能力，另一方面由于结构调整形成了一定程度的能源强度结构效应。Granger长期因果关系反映了技术在制造业能源利用和产业结构优化中的重要作用，但这种作用并不像结构作用具有短期即时的反馈效果，而是具有长期反复的积累和变化才能有有所体现出来的。由此说明，学者们争论的制造业技术效用和结构效用的作用程度实质是体现为不同时间维度，即制造业能源利用效率主要体现为两种效用的即时因果关系，而制造业产业结构优化的合理化和高级化程度间呈现出长期因果关系。
从现实意义看，制造业能源利用效率与制造业产业结构优化调整之间存在着不同脉络。一方面，技术进步是产业结构优化的根本动力，其中来自于能源利用效率方面的技术进步是一种长期动力，另一些来自于产业自身的技术进步。这两种技术进步都作用于产业结构的高级化调整，可以说制造业产业结构的高级化是技术进步的集中体现。这给政策制定者一个重要的启示：将技术进步和改善作为提高能源利用效率和产业结构优化的根本抓手，同时要求执行者具有一个中长期目标及计划，不能急功近利。另一方面，制造业产业结构的合理化具有改善能源的技术和结构效应的短期效果。产业结构合理化调整的目标是为了在满足经济发展的前提下保证资源、能源不超出其承载能力，促进资源配置更为合理。因此，产业结构合理化调整不断权衡产业结构和能源结构之间协调性。当其出现失衡，这种合理化基于其目标促使偏离方进行调整，这种调整类似于一种帕累托改进，需要两种结构之间进行权衡调整前后的损益情况，若出现一方受损来弥补另一方的行为合理化的目的将不会被满足。研究发现，这种产业结构合理化调整将会即时影响能源效应两个方面，使得能源强度的技术效应不断累积从而长期影响产业结构优化。因而，产业结构优化调整的重点在于产业结构合理化调整，其不断进行量的累积使得技术效应出现质的飞跃，长期使得制造业自身的高级化得以提高，进而做到短中长期都能够使产业得以优化，从而形成良性循环。
综上所述，制造业产业结构优化与制造业能源利用效率之间的作用关系表现为长期和短期因果关系相结合。具体而言，长期因果关系体现为制造业能源利用效率单向对制造业产业结构的影响，这种影响说明制造业产业结构优化过程肯定了制造业能源利用效率的技术革新的根本性作用，但这种作用集中体现在产业结构的高级化调整方面。另一方面，短期因果关系表现为制造业产业结构合理化和能源利用效率的结构效应之间，这种短期因果关系将产业结构优化的作用不断反馈于能源利用效率方面，使得能源利用效率在技术和结构两个效应形成即时性的累积，在技术效应这个出口得以释放，并通过长期关系再次作用到产业结构优化中去，这些关系形成一个闭合的横“8”循环。
3结论和建议
从制造业产业结构优化和能源利用效率關系这一问题为出发点，利用Geweke分解方法对1993-2013年20年间的中国制造业产业结构优化以及能源利用效率相关数据进行统计分析。研究发现，制造业产业结构与能源利用效率之间的关系并不像已有研究，即技术革新是产业结构优化和能源消耗的核心因素，而是技术革新在两者之间仅仅为一种长期单向因果关系，这种长期关系是由能源利用效率的结构效应通过长期累积影响，进而发生的“质”的飞跃，使得制造业产业结构出现高级化发展的趋势；制造业产业结构的合理化产生的能源利用效应则会产生“即时”结构效应，该效应可以在短期不断积累，最终与长期的技术效应反馈形成闭合的横“8”良性循环。其说明技术和结构两种因素在产业结构优化和能源利用效率之间并不是一种孰轻孰重的地位，而是一种作用时间长短的关系。说明制造业产业结构和能源利用效率之间有着复杂的内部关系，而政策之间也具有作用时间长短之分。
据此，对制造业产业结构优化、能源利用效率及其关系提出如下建设性意见：其一是通过产业结构调整达到能源“节流”目的。加快制造业产业转型步伐，合理协调产业结构优化的内容，即以制造业产业结构合理化和高级化调整作为结构优化的短期和长期手段和目标，降低制造业中能源消耗较大的子产业比重，通过产业结构合理化调整手段，促进能源结构和产业结构的协调程度，利用产业结构的合理优化降低能源使用强度，起到“节流”的作用。其二是通过技术水平的提升到达“开源”的目的。加大能源、产业的技术水平研发投入，提高能源的利用效率，将能源清洁程度以及使用力度作为能源计划和产业政策考核的重要指标，增加新能源、替代能源及清洁能源的开发力度，通过技术长期进步优化制造业的产业结构和能源结构，实现能源经济协调发展的目的。最后是差别化制定制造业的产业转型政策和能源政策。产业转型政策的重点在于产业结构优化，然而无论从产业结构合理化还是高级化角度，这种优化都是一种螺旋渐进的长期过程，并且产业结构优化的两个方面之间也是一种长期影响的过程。相比之下，能源政策的核心在于能源利用效率，影响利用效率的结构效应和技术效应之间存在的是一种短期效果。这就要求，政策的制定应打破以往“一刀切”模式，实行在时效和重点方面的差异策略，即制造业产业转型政策的执行过程较长，效果相对慢，因而长期的目标应较为突出；制造业能源政策主要以短期为主，以技术突破为重点。
（编辑：李琪）
