湖北省能源消费影响机理研究——基于Granger因果关系及LMDI

(1.武汉大学 经济与管理学院,湖北 武汉 430072;2.武汉理工大学 经济学院,湖北 武汉 430074)

湖北省能源消费影响机理研究
——基于Granger因果关系及LMDI

方德斌1,李 晶1,余 谦2

(1.武汉大学 经济与管理学院,湖北 武汉 430072;2.武汉理工大学 经济学院,湖北 武汉 430074)

能源是一个国家或地区经济发展的命脉,研究能源消费的影响机理将有助于湖北省经济的可持续发展。基于湖北省2005—2015年能源相关数据,运用Granger因果关系检验方法分析了湖北省能源消费的影响因素,运用LMDI方法研究了各影响因素对湖北省能源消费的影响程度。结果表明:影响湖北省能源消费的因素主要有能源强度、能源消费结构、GDP、产业结构、劳动力投入和资本投入。其中,能源强度、GDP和劳动力投入这三个因素与能源消费总量之间存在着双向因果关系,能源消费到能源结构、能源消费到资本投入、产业结构到能源消费之间存在单向因果关系。湖北省能源消费增长的主要推动因素是固定资产投资,主要的抑制因素是能源强度。

湖北省;能源消费;影响机理;Granger因果关系;LMDI

1 引言

2005年以来,湖北省经济实现了快速发展,能源需求不断增加,但由于“缺煤、少油、乏气”的能源禀赋特征,全省煤炭、石油、天然气可开发量仅占全国的1%左右,水电资源虽然丰富,但基本已开发殆尽,而且大部分水电都输送到外省,本省自用的部分仅占较小的比例。2015年,湖北省一次能源生产量为5256万t标准煤(tce),而外省调入量为13468万t标准煤(tce),调入量是生产量的2.56倍,能源消费主要依靠外省输入,过高的对外依存度势必会影响湖北省经济的可持续发展。此外,湖北省作为首批低碳试点省份之一,要发挥示范作用,必须坚持走绿色发展道路,合理控制能源消费总量,以应对资源耗竭、气候变化和发展低碳经济带来的挑战,从而有效保障能源安全和经济可持续发展。本文从湖北省能源消费现状出发,通过分析能源消费的影响机理,为湖北省能源发展战略的制定提供理论依据和决策支持。

关于能源消费影响机理的分析国内外学者做了很多研究,主要以实证分析为主。依据影响因素的不同,主要可分为:①经济增长。Kraft J、Kraft A运用Sims因果关系检验分析了美国1947—1974年总能源投入与GNP的关系,结果表明两者之间存在单向因果关系;房斌、魏一鸣基于投人—产出结构分解模型研究了中国能源消费的驱动因素,认为1992—2007年我国人均GDP是能源消费增长的主要驱动因素;邬琼基于状态空间模型分析了我国能源消费与经济增长之间的动态关系,并指出能源消费与经济增长存在脱钩现象。②产业结构。刘固望基于面板协整检验和面板回归模型得出我国省际间三次产业产出与其能源消费存在约束关系;赵静敏等学者通过误差修正模型得出产业结构调整对能源消费具有显著影响;蒋秀兰、沈志渔研究发现,以工业为主的第二产业是河北省能源消费增长的主要因素。③能源效率。王艳秋、赵爱文等学者认为,提升能源效率能有效抑制能源消费的过快增长,而Wang、谢海棠等学者却发现能源效率提升的同时会产生能源回弹效应,从而在某种程度上促进能源消费增加。④城镇化水平。Parikh、Shukla、张鑫、王超等学者认为,城市化水平与能源消费之间呈正相关;Lariviere、Ewing研究发现,城市化与能源消费之间存在负相关关系,城市化程度较高的地区人均能源消费量反而较低。此外,还有部分学者从其他角度对能源消费进行了分析,如徐艳飞研究发现土地财政与能源消费之间的关系为正“U”型;花果指出降低资本形成率或出口率能有效抑制能源消费增长。上述学者关于能源消费机理的研究虽然有一定的参考价值,但多数都是从某一个或某几个因素方面进行研究。本文在综合考虑上述因素的基础上引入固定资本投入及就业人数进行分析，以期为湖北省的能源消费提供有价值的参考。

针对不同的国家和区域,已有一些学者开展过研究,如马晓钰基于泰尔指数分解方法和STIRPAT模型对我国东部、中部、西部地区之间的能源消费差异进行了研究;王笑天运用IPAT等式对河南省能源消费的影响因素进行了分析,指出河南省能源消费与经济增长之间存在弱脱钩关系;唐葆君基于社会和私人交通视角,分析了对北京市能源消费的影响因素。由于不同的地区有各自的特点,湖北省不但是我国中部地区的交通枢纽,而且是国家首批低碳试点省份之一，因此研究湖北省能源消费的影响机理,既有助于湖北省制定可持续发展政策,又为国家制定相关政策提供了借鉴意义。

能源消费影响机理研究方法主要有回归能源分析法、因素分解法、Granger因果关系检验等。例如，姜巍、高卫东基于多元回归模型和通径分析法分析了我国能源消费的影响因素,指出经济增长和城市化水平是我国能源消费增长的主要原因;Ang、Liu、Wangle基于LMDI对我国能源消费的影响因素进行了研究;张优智、党兴华基于Granger因果检验得出能源消费结构与经济增长之间存在着长期稳定关系。回归分析和Granger因果关系检验虽然能分析能源消费与各影响因素之间的联系,但未能较好地定量分析各因素对能源消费的影响程度;因素分解法虽然能对各因素进行定量分析,但分解的理论基础仍然存在一定的缺陷。本文基于Granger因果关系检验与LMDI研究了湖北省能源消费的影响机理,在分析湖北省能源消费影响因素的基础上对各因素的影响效应做进一步的定量研究。

2 湖北省经济发展与能源消费现状

2.1 湖北省经济发展现状

2005—2015年湖北省经济保持快速增长,按2010年不变价计算,2015年湖北省GDP为26601亿元,是2005年的3.12倍,年均增长率12.3%;2010年达到峰值(14.8%)之后,增速逐年下降。同时,随着经济快速发展,湖北省固定资产投资总额始终保持高速增长,从2005年的3669.58亿元增长到2015年的25186.37亿元,年均增长率达到20.45%,其中2008—2009年增长率更是高达40.59%。但就业人数并未如经济发展一样乐观,就业人数增长缓慢,2015年全省就业人数为3658万人,仅比2005年增长了3.4%,基本保持平稳(图1)。

图1 湖北省经济发展趋势

在产业结构方面,2005—2015年湖北省第一产业产值占比逐年下降,2005年占比为16.4%,而到2015年则下降到11.2%;全省第二产业产值逐年上升,但上升趋势逐渐放缓,产值占比从2005年的43.3%上升到2012年的50.3%,2012年后开始下降,到2015年这一比例仅为45.7%;2005—2007年第三产业占比处于上升阶段,2008—2012年有所回落,但从2012后开始上升(图2)。

图2 湖北省三大产业产值占比

2.2 湖北省能源消费现状

工业是消费能源的主体,且与经济的发展密切相关。湖北省正处于工业化中期向工业化后期过渡加速发展期,高耗能产业仍然具有较高能源需求,能源需求总量持续增长。2005—2015年,由于技术进步,湖北省能源强度逐年下降,从2005年的0.99tce/万元(按2010年不变价)下降到2015年的0.62tce/万元,下降了37.38%,然而能源消费总量却仍然保持着上升态势,2015年湖北省能源消费量为16404万tce,比2005年的8486万tce增长了93.31%(图3)。

图3 能源消费总量及强度变化趋势

从分产业能源消费来看,2005—2015年湖北省第一产业能源消费量变动不大,但所占能源消费总量的比例不断下降,2005年这一比例为5.44%,而到2015年降为3.0%;第二产业能源消耗量从2005年的6077万tce上升到2015年的10832万tce,增长了78.25%,年平均增长率为6.02%。2005—2015年,除了2011年第二产业能源消费占能源消费总量的比例有所上升外,其余年份一直处于下降阶段,2015年这一比例为66.03%;第三产业能源消费总量在2005—2015年整体处于上升趋势,2015年第三产业能源消费量到达5087万tce,在此期间第三产业能源消费占能源消费总量的比例一直处于上升阶段(图4)。

图4 分产业能源消费量

从分品种能源消费来看,2015年湖北省消费了11766万t原煤、2551万t原油、47.6亿m3的天然气、3769万tce的其他能源,相应的消费比重则分别为50.94%、22.22%、3.86%、22.98%。其中,2005—2008年湖北省煤炭消费占比不断下降,在2009年以后开始回升,2011年达到63.53%,之后又开始下降;2008年湖北省石油消费占比不断上升,2009年后开始下降,2011年降为18.97%,之后处于上升阶段;湖北省天然气消费量占比虽然一直处于上升阶段,但所占比例一直未有较快增长(图5)。

图5 分品种能源消费量

3 能源消费影响因素分析

GDP、能源强度、能源消费结构、产业结构、资本投入和劳动力投入是能源消费的可能影响因素,为验证上述因素与能源消费之间的联系是否真实存在,本文对上述各因素进行了Granger因果关系检验。

3.1 数据来源及处理

本文使用的数据来自2006—2016年的《湖北省统计年鉴》和《湖北省能源统计年鉴》。各品种能源消费量统一以标准煤为单位统计。E表示能源消费总量(万tce);GDP和固定资产投资均按2010年不变价进行计算(亿元);EI表示能源强度(tce/万元),ES表示能源消费结构,以煤炭消费占比代替(%);S表示产业结构,以第二产业所占比例代替(%);K表示资本投入,以固定资产投资总额代替(亿元);L表示劳动力投入,以就业人数代替(万人)。

本文将湖北省经济分为三个聚集产业,第一产业是指农、林、牧、渔业;第二产业是指工业、建筑业;第三产业是指除第一、二产业以外的其他行业。能源类型聚集分为煤炭、石油、天然气、其他能源四种：煤炭包括原煤、洗精煤、其他洗煤、焦炭、焦炉气、其他煤气和其他焦化产品;石油包括原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油气及其他石油产品;其他能源包含除开煤炭、石油、天然气之外的所有能源。

3.2 平稳性检验

数据的平稳性是能否进行Granger因果关系检验的前提条件之一,假若不进行平稳性检验可能会出现伪回归现象。本文主要运用ADF(Augmented Dickey-Fuller)方法检验各序列的平稳性,结果见表1。从表1可见,在10%的置信水平下,lnE、lnY均为平稳序列,lnES、lnEI在进行一阶差分后序列平稳,即两者都是一阶单整,lnK、lnS、lnL在进行二阶差分后序列平稳,三者都是二阶单整。

表1 ADF检验结果

3.3 Granger检验结果

从表2可见,在10%显著性水平下湖北省各因素与能源消费总量之间都存在因果关系,其中能源强度、GDP、劳动力投入这三个因素与能源消费总量之间存在双向因果关系,能源结构到能源消费、资本投入到能源消费、产业结构到能源消费之间存在单向的因果关系。

表2 Granger因果关系检验结果

4 能源消费影响因素的影响效应分析

4.1 理论模型

本文将能源消费总量表示为:

(1)

式中,Eij表示产业消费能源j的数量;ESij=Eij/Ei表示产业i消费能源j的数量占产业i消费能源总量的比例;EIi=Ei/Yi表示产业i的能源强度;Sij=Yi/Y表示产业的产值占总产值的比例;A表示综合技术水平;L表示劳动力;K表示资本投入;α表示劳动力的产出弹性;β表示资本产出弹性,A、α、β都为未知的常数变量。

运用LMDI的加法对式(1)进行分解,结果为:

△Etot=El-E0=△Ees+△Eei+△Es+△EL+△EK+△EA

(2)

其中:

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

式中,△Etot表示从0年到t年的能源消费变动的总效应;△Ees表示不同品种能源消费占总能源消费比例的变动引起的能源结构效应;△Eei表示每生产单位GDP所消耗的能源量的变动引起的能源强度效应;△ES表示产业部门产值占社会总产值比例的变动引起的产业结构效应;△EL表示劳动力数量的变动所引起的劳动力效应;△EK表示固定资产投资变动引起的投资效应;△EA表示由于技术变动所引起的技术效应,由于本文假定A为常数,因此△EA=0,在后面计算中不再考虑。

4.2 结果分析

总效应分解结果分析:2005—2015年湖北省能源消费总量不断增长。从表1可见,2005—2015年湖北省能源消费总量变化的总效应为6063万tce,能源强度表现为负效应,能源结构、产业结构、资本和劳动力投入表现为正效应。从图6可见,投资效应对湖北省能源消费变化的贡献度最大,达到194.43%,其次是能源强度效应-108.76%、产业结构效应10.69%、劳动力效应3.44%、能源结构效应0.2%。

图6 各分解因素贡献率

从表3可见,能源强度效应在能源消费总量的变化中起到了至关重要的作用。2005—2015年湖北省能源强度效应对能源消费总量的增长起到了很大的抑制作用,约减少了6594.75万tce。从图3可见,2005—2015年湖北省能源强度一直处于下降阶段,从2005年的0.99tce/万元降为2015年的0.62tce/万元,虽然与国外先进水平相比还有一定的差距,但表明湖北省的能源利用水平在不断提升。2005—2015年湖北省产业结构效应在一定程度上推动了能源消费总量的增长,产业结构效应可解释648.04万tce增长的原因。即于第二产业一直是能源消费最主要的产业部门,在能源消费中一直占有相当大的比例,一直保持在65%以上,这在一定程度上可解释产业结构为什么会一直处于正效应。

表3 2005—2015年湖北省能源消费效应解结果(万tce)

根据表3可见,能源消费结构效应对能源消费总量的变化影响较小。2005—2015年湖北省能源消费结构变动所引起的能源消费总量的变动为12.19万tce,对能源消费总量变动的贡献率仅为0.2%。劳动力效应对湖北省能源消费总量增长表现为3.44%的正效应,增加了208.53万tce。从图1可见,2005—2015年湖北省就业人数不断增长,从2005年的3537万人增加到2015年的3658万人。其中一个很重要的原因就是在该段时间内湖北省经济不断快速发展,不但使本省的务工人员更多的选择留在省内工作,而且吸引了大量的外来务工人员,就业人数增加带来了能源消费增长。投资效应是能源消费总量增长最重要的推动作用。2005—2015年湖北省固定资产投资总额变动引起的能源消费量增长为11789.8万tce。根据图1可见,湖北省固定资产投资总额一直保持快速增长,2015年湖北省固定资产投资总额达到25186亿元(按2010年不变价计算),是2005年的6.86倍,固定资产投资总额的高速增长导致了能源消费的快速增长。

分产业分解结果分析:从图7可见,第一产业的能源消费总效应较平稳,基本上没有出现太大的波动。2005—2009年湖北省能源消费总效应的变动方向基本与第二产业消费效应的变动保持一致,2000—2008年第二产业表现为负效应,2008—2009年能源消费总效应为1011.4万tce。此时第二产业能源消费效应为845.78万tce,第二产业能源消费效应的贡献率为83.62%。2009年后,湖北省能源消费效应变动与第三产业能源消费效应变动的方向相同。2009—2012年湖北省能源消费总效应与第二产业效应都处于下降阶段,2012—2013年能源消费总效应为2285.93万tce,而在此期间第三产业引起了1765.47万tce的增长,贡献率达到77.23%,此后能源消费总效应与第三产业效应均处于下降阶段。

图7 湖北省三大产业能源消费效应变化趋势

第二产业一直是湖北省能源消费的主体,能源消费总量的变化很大程度上是由于第二产业能源消费总量的变化所引起的。从图8可见,2005—2015年湖北省能源强度效应和投资效应是导致第二产业能源消费量变动的主要因素。其中,湖北省能源强度表现为负效应,抑制了5675.19万tce的增长,投资效应表现为正效应,因投资增加所带来的能源消费量增长为8556.17万tce。2005—2012年,湖北省产业结构效应始终保持着正效应,尤其在2008—2011年产业结构效应解释了873.21万tce的增长,2012年后产业结构效应表现为负效应,在一定程度上抑制了能源消费的增长。能源消费结构效应与劳动力效应相较于其他效应而言,变动最小,基本保持不变。

图8 湖北省第二产业能源消费效应分解

5 结论与政策建议

5.1 结论

本文通过分析湖北省经济发展与能源消费的现状,运用Granger因果分析方法分析了湖北省能源消费的各影响因素,并结合LMDI方法分析2005—2015年各影响因素对湖北省能源消费总量的影响程度,得出以下结论:①能源强度、GDP和劳动力投入这三个因素与能源消费总量之间存在双向因果关系,能源消费到能源结构、能源消费到资本投入、产业结构到能源消费之间存在单向因果关系。②2005—2015年湖北省能源强度一直处于下降阶段,这对湖北省能源消费总量的增长起到了至关重要的抑制作用。③2005—2015年河南省投资效应是导致能源消费总量增长最主要的推动作用。在这期间,湖北省固定资产投资一直保持着高速增长,年均增长率为20.45%,这在很大程度上促进了湖北省能源消费总量增长。④分产业来看,2005—2009年湖北省能源消费总量的变动主要是由与第二产业消费量变动所引起的,2009—2015年第二产业消费量变动是能源消费总量变动的主要原因。

5.2 政策建议

基于上述研究结果,建议湖北省政府从以下几个方面着手:①加强技术创新,降低能源强度,提升能源利用效率。降低能源强度是控制能源消费总量的主要途径,积极与国际方面展开合作,推进能源开采、转换、利用环节创新技术的研发和推广,不断提高管理能力和创新能力,通过技术进步降低单位GDP能耗,抑制能源需求增长速度。②优化投资结构。从研究结果来看,固定资产投资总额高速增长是能源消费需求持续增加的主要推动因素。为保障经济的可持续发展,应建立资源节约型和环境友好型技术投入和生产投资机制,适当控制化工、原材料工业等高能耗产业的资本投入,鼓励更多的资本投向优质低能耗产业,以投资结构调整促进产业结构升级。③加快产业结构升级。当前湖北省正处于工业化中期向工业化后期转型的关键时期,第二产业比重较高,而且在短内不会有太大的变动,因此湖北省需要大力推动第二产业集约发展,淘汰落后产能,逐渐关闭高耗能低产值的小企业,提升高深技术产业在第二产业中的比重。同时,相对于第二产业而言,第三产业能耗更低,大力发展第三产业,优化产业结构。④优化能源结构。能源结构优化在湖北省能源与经济的可持续发展过程中扮演着重要的角色,能源结构的合理与否,直接关系到经济本身的发展。因此,必须大力发展水能、核能、风能、太阳能等清洁能源,加大清洁能源在能源消费中所占的比重,减少化石能源的使用,积极推进煤炭的清洁利用。

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InfluencingMechanismofEnergyConsumptioninHubeiProvince——BasedontheGrangerCausalityandLMDI

FANG De-bin1,LI Jing1,YU Qian2
(1.Economics and Management School,Wuhan University,Wuhan 430072,China; 2.Economics School,Wuhan University of Technology,Wuhan 430074,China)

Energy was the lifeblood of economic development,studying the influencing mechanism of energy consumption would contribute to the sustainable economy development of Hubei Province.This paper utilized Granger causality test method to identify the key factors on energy consumption,and applied LMDI method to investigate the impact of each factor on energy consumption,based on the data of energy consumption from 2005 to 2015 in Hubei Province.The results showed that the influencing factors of energy consumption included energy intensity,energy consumption structure,GDP,industrial structure,labor input and capital input,and there was a two-way causal relationship between the energy intensity,GDP and labor input and the total energy consumption,while one-way causal relationship in energy consumption to energy structure,energy consumption to the capital investment and industrial structure to energy consumption.The main factor promoting the growth of energy consumption in Hubei Province was the investment in fixed assets,and the most important factor inhibiting the growth of energy consumption was the energy intensity.

Hubei Province;energy consumption;influencing mechanism;Granger causality;LMDI

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.08.015

F206；F713.56

A

1005-8141(2017)08-0974-06

2017-06-22；

2017-07-12

国家自然科学基金项目“不对称信息电力市场激励性监管机制研究”(编号:71673210);国家自然科学基金项目“澜沧江水资源利用机制研究”(编号:91647119);国家自然科学基金项目“基于超网络的企业多主体合作创新与创新群体演化研究”(编号:71373198)。

及通讯作者简介：方德斌(1976-),男,安徽省舒城人,教授,研究方向为决策论、对策论、能源经济与政策。