我国能源消费与产业结构的互动关系分析

周庆元，陈海龙

（1.常州机电职业技术学院 经济管理学院，江苏 常州 213001；2.上海财经大学 统计与管理学院，上海 200433）

0 引言

改革开放以来，我国整体经济规模不断扩大，国内生产总值跃居世界第二。与此同时，我国能源需求持续增长，成为全球最主要能源生产和消费国之一，经济社会发展与能耗增长约束的矛盾日益突出。如何优化产业结构，转变经济发展方式，节约能源资源，从而实现可持续发展已成为当前新常态下亟需解决的重大实践问题。

Malenbaum[1]开创的资源生命周期理论揭示了能源消费强度随产业结构的演进呈现“倒U型”的发展趋势。Frei[2]进一步说明了能源消费存在社会需求的升级过程[2]。一些学者通过实证研究阐释了能源消费结构与产业结构之间的关联[3-5]。部分学者认为产业结构对能源消费的影响要显著大于能源消费对产业结构的影响[6，7]。还有部分学者则认为产业结构与能源消费不存在显著关联[8，9]。也有少量研究注意到了能源消费与产业结构之间的双向影响关系[10]。综合而言，已有成果要么实证分析了能源消费结构对经济的影响，要么考察了产业结构对能源消费的影响，双向研究能源消费结构与产业结构之间关联的成果相对薄弱。因此，本文选择我国1978—2015期间的数据，实证研究能源消费结构演进与产业结构升级之间的关系特征，以揭示我国能源消费与产业结构存在的关系是单向推动还是双向联动，进而系统回答能源消费推动产业结构抑或相反这一问题。

1 我国能源消费结构演进与产业结构调整过程分析

能源消费结构与产业结构演进的过程，可以结合我国各种能源资源消费量占所有能源资源消费总量的比重、各产业产值占GDP的比重来分析。鉴于数据的连续性和可靠性，本文选择我国1978—2015期间主要能源资源原煤、原油、天然气和水风电的消费及我国三次产业产值结构数据来分析我国能源资源消费结构变动与产业结构演进的关系，数据来源于《中国统计年鉴》和历年统计公报。

改革开放以来，我国能源消费结构演进呈现出煤炭下降、石油先升后降的“倒U型”、天然气和水风核电上升的发展过程，整体结构上仍然是以传统能源为主、新型能源为辅的消费模式。与此相应，产业结构演进具有鲜明的扩展升级特征，具体表现为：第一产业比重不断下降，第二产业逐步上升并趋于稳定，第三产业比重不断上升。

产业结构影响能源消费结构，能源消费结构同时也会影响产业结构，但并不是每一个产业都影响每种能源结构的波动，为了分析产业结构与能源结构之间的关系，绘制1978—2015年的产业结构与能源结构关系图，如图1（见下页）所示。

从图1可以看出，我国改革开放以来煤炭资源的比重和第一产业的比重、石油和第二产业的比重两对关系表现出高度的一致性和协同性，且两对关系在同步性的过程中表现出反方向演进：煤炭和第一产业的比重从1978年开始先是上升，延续到1985年之后开始同步性下降，2005年之后下降速度减缓，但仍然保持着下降的趋势，石油与第二产业的比重则正好保持了相反的过程。改革开放推动了能源资源的多元化发展，尤其是水力发电的发展减小了煤炭资源利用的比重，故在1990—1995年期间尽管依赖于煤炭资源发展的第二产业的比重上升，但煤炭的比重却下降。1995—2000年期间煤炭资源和第二产业的总规模都在迅速增大，但比重却在下降，形成整个演进过程中较高的协同关系。2000年之后，煤炭消费比重与第二产业比重之间协同关系更加紧密，两者都表现出小幅度下降。石油和第一产业之间存在着石油带动第一产业结构调整现象，且这种单项带动过程较为明显，具体看1985年之前，石油消费占能源总消费比重呈下降趋势，第一产业尽管呈上升趋势，但是其一阶导数为减函数。1985—1995年期间，第一产业比重的一阶导数从减函数逐渐向增函数过度，其比重开始下降，同时石油比重的一阶导数从减函数向增函数过度。2000年之后，第一产业比重和石油消费比重都为减函数，其一阶导数都为增函数，表现出两者的拉动关系较为密切。总体上，煤炭和第一产业比重、石油和第二产业比重波动表现出高度一致性，石油和第一产业，水、风、核电与第三产业，天然气与第二、三产业表现出单向带动关系，且以工业为主的第二产业依赖于煤炭能源的供给，存在丰富煤炭资源开发利用推动第二产业结构演进的现象，表现出我国能源结构调整与产业结构调整之间存在复杂的推动关系，并非能够以简单的单向或双向带动关系所描述解释。

图1 我国四类主要能源比重与三次产业结构比重

2 能源消费结构演进与产业结构升级关系紧密程度测度

由于灰色关联分析具有较好的动态性特征，因此考察我国能源消费结构演进与产业结构升级之间的关联程度可以借助灰色关联方法测度实现。

2.1 灰色关联测度方法

灰色关联分析是用0到1之间的一个数反映变量之间的动态相关性。灰色关联分析过程可以简单地概括为五步：

第一步，选择参照序列 x（0）及子序列 x（i），其中 i=1、2……。

第二步，无量纲化处理。常见方法有标准化分数、序列变量与均值的比值及变量序列与第一个数值的相比的结果等，本文选择第三种方法进行数据的无量纲化处理。

第三步，计算关联度指标。计算子序列：

y（i，k）=|x（i）-x（0）|

将其最大值记为max（i），最小值记为min（i），再求:

min=min（min（i））

max=max（max（i））

第四步，计算因素之间关联系数，关联系数表示为：

其中p值为分辨率系数，p∈（0，1）,p值越小则分辨率越大，通常取p=0.5。

第五步，求s（i，k）的均值，即得x（i）与x（0）的关联度r（i），r（i）值越大则关联度越高。

2.2 紧密程度的测度与分析

为了分析我国能源消费结构与产业结构的关联，并考察两者之间关系随着经济社会发展而动态演进的过程，可以按照关联系数的测度方法分别测度我国1978—1995年、1996—2015年之间的关联系数，结果如表1所示。

表1 能源消费与产业结构比重的关联系数

从表1可以看出，在1978—2015年期间，我国第二产业对能源的依赖度最高，主要表现在煤炭、石油和天然气的比重变动与第二产业比重的灰色关联系数较高，尤其是煤炭和第二产业结构变动的关联系数最高，其灰色关联系数达到0.907，也意味着我国第二产业与煤炭产业的发展为经济发展的一个重要关系。其次，石油与第二产业的灰色关联系数达到0.886，意味着我国第二产业与石油消费之间的关系也为经济发展的重要关系之一。与第三产业关系紧密的能源消费主要是石油与水、核、风电能源消费，尽管灰色关联系数相对第二产业较低，但是其系数也达到0.707和0.509。石油和第三产业灰色关联系数较高，主要是因为第三产业包括了交通运输、仓储和邮政业，这些行业以交通工具的使用为其发展的标志之一，大量交通运输业的发展需要大量的石油资源作为其动力。水、核、风电能源消费与第三产业灰色关联系数为0.509，灰色关联系数相对较高，主要因为第三产业服务业的发展以清洁生产为主，旅游业作为第三产业重要组成，以原生态、清洁为发展理念，能源消费过程中追求新型能源的利用，但是其规模极为有限，以至于现阶段第三产业与能源消费的灰色关联系数总体不高。第一产业比重与石油结构演进的灰色关联系数较高，其系数值达到0.814，我国农业现代化的发展促进了农业生产工具的机械化，机械化的过程也是能源消费增长的过程，农业生产工具具有可移动性的特点，类似于交通运输工具，故石油的消费与第一产业的关联系数较高。

从阶段性演进考察，我国1978—1995年、1996—2015年的阶段性灰色关联系数表现出动态性，反映出我国能源消费与产业结构比重灰色关联度的调整过程。煤炭作为传统消费能源，两个时间段内与三次产业的关联程度变动不大，说明我国煤炭资源消费的重要性没有减弱。石油消费与第一二产业的灰色关联度变化不够显著，第三产业与石油比重的关联系数有较大幅度的下降，下降幅度达到0.238。天然气管道建设及进口改变了天然气与三次产业关联度系数，其比重与第三产业比重的关联系数有较大幅度的调整，表现为第一产业与天然气的灰色关联系数上升0.225，而其与第三产业比重的系数却下降0.181。

上述关系反映出我国能源消费结构与产业演进结构之间存在着较强的关联性，其主要特点可以归纳为：（1）煤炭是我国第二产业发展的主要消费能源，煤炭比重与第二产业比重的灰色关联系数最高，且所有能源比重与第二产业比重的关联系数都较高。（2）石油与第一产业的关联系数较高，可以认为第一产业的主要依赖性能源为石油。另外石油与第二产业、第三产业的关联度相对较高，可以认为整个经济发展对石油的依赖性较高。（3）随着我国经济发展环境的变化，三次产业与能源消费结构的灰色关联系数有所调整，主要表现在除煤炭以外，其他三大能源与第三产业比重的灰色关联系数都有大幅度的下降，而与第一产业有大幅度的上升。

3 能源消费与产业结构：影响方向的判别

借助于灰色关联理论分析，可以揭示各种主要能源比重与三次产业比重之间的关联程度，但不能说明两个变量之间的互相影响方向。影响方向的问题需要通过一个独立的方式来确定。Granger因果检验提供了格兰杰因果关系的判断方法，可以用来分析我国能源消费与产业结构的影响方向。

Granger因果检验的基本思路是一个变量是否能够帮助预测另一个变量，如果可以认为这个变量就是另一个的Granger原因，如检验x是否是y的Granger原因（检验y是否是x的Granger原因变量正好相反），其数学表达式可以写成：

用最小二乘估计法估计模型，并构造检验统计量进行F检验，原假设为：

H0：=β2=…=βp=0

检验统计量为：

RSS0和RSS1的表达式如下：

其中：

Granger因果检验需要变量之间是协整或变量是平稳的，故需要进行单位根检验，对煤炭、石油、天然气、水核风电、第一产业、第二产业和第三产业比重做单位根检验，如表2所示。

表2 1978—2015年能源消费与产业结构比重的单位根检验

根据表2可以发现，我国煤炭、石油、天然气、水核风电、第一产业、第二产业和第三产业比重的原序列在0.10的显著水平下，只有第二产业比重通过检验为平稳序列，在0.05的显著性水平下，所有变量的一阶差分通过显著性检验，即在0.05的显著水平下，所有变量都为一阶单整序列。尽管原序列不平稳，但都为一阶单整序列，可以进行协整分析，确定这些变量之间是否存在稳定的关系。通过协整分析将12个组合关系中5%的显著水平下通过检验存在协整关系的8组关系展示如表3所示。

表3 1978—2015年能源消费与产业结构比重的协整检验

通过协整检验的变量组符合Granger因果检验条件，故对表3中通过协整检验的变量组进行Granger因果检验。借助于Eviews5.0软件对我国1978—2015年煤炭、石油、天然气、水核风电、第一产业、第二产业和第三产业比重的变量数据进行Granger因果检验分析，在0.05的显著水平下将通过检验的变量组提取出来，结果如下页表4所示。

表4 1978—2015年能源消费与产业结构比重的格兰杰因果检验

从Granger因果检验结果可以看出，我国能源消费与三次产业的比重之间存在部分Granger因果关系。第一产业比重调整是引起煤炭、天然气和水风核电能源消费结构演进的Granger因果原因。因为第一产业和煤炭消费的比重都为下降的，故可以认为第一产业产值比重的下降是引起煤炭消费比重和石油消费比重下降、天然气消费比重上升的重要因素。但因第一产业结构比重与煤炭消费比重的灰色关联系数只有0.380，与天然气比重的灰色关联系数仅为0.481，所以第一产业并不是煤炭产业下降、天然气消费上升的决定性因素。第三产业比重结构的演进是煤炭、石油和天然气多种能源消费结构变动的Granger原因，第三产业与煤炭、石油、天然气的灰色关联系数分别为0.419、0.707、0.481，说明第三产业的波动是三种能源结构演进的重要因素，尤其是石油与第三产业比重的关联系数达到0.707，可以认为第三产业是引起石油消费结构演进的决定性因素之一。从检验结果可以看出，我国产业结构牵引着能源消费，能源消费对产业结构推动却不够显著，只有天然气的消费成为第一产业与第三产业的Granger因果原因，且与第一产业和第三产业的灰色关联系数分别为0.661和0.481，说明天然气消费比重演进是第一产业和第三产业结构调整的影响因素。可以发现第二产业并没有成为我国能源结构调整的影响因素，能源结构演进也并没有成为推动第二产业结构比重调整的影响因素，但事实是我国第二产业目前依然是经济发展的主要产业，其结构比重目前仍然保持在45%以上，也从侧面反映出我国能源消费并不是产业结构升级的重要影响因素，仅仅是产业结构调整的服务者，被动服务于经济产业结构调整。

4 结论

通过上述分析，可以得出我国能源消费结构调整与产业结构演进之间的关系如下：

（1）产业结构与能源消费结构之间依存关系存在复杂的调整过程。主要表现在：1978—1995年期间我国第二产业发展的主要消费能源是煤炭，煤炭比重与第二产业比重的灰色关联系数最高；石油与第一产业的关联系数较高，第一产业的主要依赖性能源为石油；1996年之后三次产业与能源结构的灰色关联系数有所调整，主要表现在除煤炭以外，其他三大能源与第三产业结构的灰色关联系数都有大幅度的下降，与第一产业的灰色关联系数大幅度的上升。

（2）产业结构调整是能源消费结构调整的推动者。在产业结构调整与能源结构演进的过程中，产业结构调整是能源结构演进的重要影响因素，能源结构演进单向服务于产业结构演进，其中第一产业与第三产业的比重上升成为石油消费比重下降的决定性因素之一，而能源消费对产业结构的影响则不够显著。

（3）当前我国真正意义上的能源经济尚未形成，能源依然处于被动的战略供给状态。数据分析表明，能源消费结构演进单向服务于产业结构，产业结构并没有反过来服务于能源结构演进，两者的关系反映出能源消费的被动性，结合第二产业的发展态势不难发现能源消费对产业结构调整的贡献不足。从这个意义上可以认为，能源消费从属于经济发展与产业结构变动，我国真正的能源经济尚未形成。

综合而言，可以认为当前我国产业结构的演进是主动的，能源消费结构的调整是被动的，原因在于能源消费结构并不是产业结构调整的显著影响因素。我国能源消费仍然从属于经济发展和产业结构调整，真正的能源消费经济并未正式形成。尽管能源消费规模越来越大，并影响到经济社会发展的各个领域与部门，但目前经济结构调整与转型发展并不能依赖于能源消费经济。因此，未来我国产业结构的演进在一定程度上需要避免发达国家走过的一二三产业顺次发展的常规次序，一方面应着力提高第二产业的发展内涵，限制第二产业内部低效高耗行业的规模，主要可以借助于第二产业耗能门槛的提高实现。另一方面，引导和鼓励第三产业加速发展，尤其是鼓励生产性服务业的科技应用与创新创业在扩大第三产业规模的过程中，促进产业结构调整、优化与升级，通过第三产业牵引经济发展，在经济发展的同时推动能源消费结构向低耗能、低污染转型——经济增长与环境保护同步实现。