基于GSADF方法的中国煤炭价格泡沫检验与分析

宋丽丽

（聊城大学，山东 聊城 252000）

中国作为主要能源消耗大国，能源价格波动对我国宏观经济健康发展、工业生产和居民生活稳定有序具有重要影响。中国能源结构特点为“富煤、贫油、少气”，煤炭作为主要能源，其消费量占我国能源消费总量50%以上，并长期在中国能源结构中占据主导地位。习近平总书记多次强调煤炭作为我国主体能源，是我国能源安全的压舱石，是稳定经济、自主保障能力最强的能源。“双碳”目标提出以来，受各地政府减碳政策和行为等方面的影响，我国煤炭价格一直处于波动状态。特别是2021 年上半年以来，国内电力煤炭供需持续偏紧，煤炭价格大幅上涨，屡创历史新高。煤炭产业作为国民经济的上游产业，其价格波动涉及范围广泛，对煤炭生产和居民生活产生不同程度冲击，特别是会给高碳行业带来企业生产成本上升、产能减少等不利影响，不利于经济的稳定发展。因此，在碳达峰、碳中和背景下研究煤炭价格波动及其背后的原因，结合绿色金融理论，从政府、企业和绿色金融专业机构层面提出建议，对于稳定煤炭产业以及保障相关产业正常运行、降低价格波动对我国经济造成的不利冲击、实现中国经济绿色可持续发展具有重要的理论意义与现实意义。

一、文献综述

现有文献对煤炭价格的研究主要集中在煤炭价格波动影响因素和煤炭价格波动规律或特征分析等方面。煤炭价格波动首先受供求关系的影响。刘畅和王旭冉（2020）运用SVAR模型指出，中国煤炭价格波动在2012年以前主要受经济需求端和库存需求端的影响，2012 年至2020 年主要受供给端影响。张进良和王泽（2015）基于蛛网模型也指出2012 年以来，煤炭价格下跌的主要原因是市场需求下降、供给过剩导致的供需不均衡。在其他影响因素方面，张华明和徐子涵（2017）把影响我国煤炭价格波动的原因分为长期影响因素与短期影响因素，经济增长速度、固定资产投资增速、国家产业政策等是长期影响因素；季节因素、交通状况等是短期影响因素。陈燕（2021）运用向量自回归方法检验得到GDP、工业企业增加值、货币政策和通货膨胀率等变量对煤炭价格波动具有正向作用，但通货膨胀率的作用程度较小。除实质性影响因素外，未来自然灾害、事故灾难、卫生公共事件等偶然因素或突发事件也会对煤炭价格波动产生不同程度的影响（马妍等，2021）。此外，作为国际能源大宗商品，世界主要能源国家的能源政策变革也会影响煤炭价格，如聂锐等（2019）指出美国不同的能源政策变革会对中国煤炭价格产生不同的影响。

煤炭价格波动会产生一定的规律或特征。一些学者运用GARCH模型指出我国煤炭价格波动持续性较强，具有随机性、外部冲击影响持久、长期记忆性和聚集性等特点（邹绍辉和张甜，2017）。金浩等（2018）基于跳跃-扩散模型描述煤炭价格波动过程，并且进一步阐述价格演进规律。GARCH模型、GARCH族模型和普通最小二乘法比较适合价格波动性的分析与预测，但是剧烈的价格波动意味着该资产价格可能存在泡沫（张文龙和郑睿，2016），然而这类模型却不能检测出价格波动背后是否存在泡沫现象。在检测价格泡沫方面，多数学者采用GSADF模型，该模型能够较为准确地检测泡沫发生和破灭时间，是有效检验周期性价格泡沫的方法。

现有文献对煤炭价格波动的关注主要集中在价格波动影响因素、价格波动特征分析等方面，但是关于煤炭价格泡沫的研究不多，多数文献集中在对股市、房地产和金融资产泡沫的检测与分析方面。GSADF 模型具有功能多样、检验更敏感、更贴合现实等优点。因此本文利用GSADF 泡沫检验方法对CZCE 动力煤价格进行泡沫存在性检验，分析我国煤炭价格产生泡沫的现象和原因，并为煤炭产业可持续发展提出对策建议。本文研究特色表现在：一是选取我国煤炭商品中具有代表性的动力煤进行煤炭价格泡沫成分的检验，探究煤炭市场繁荣与萧条的泡沫成因，丰富现有文献在煤炭价格泡沫方面的研究。二是复杂的国际环境下国际能源大宗商品价格具有不稳定性，在此背景下准确把握我国煤炭价格影响因素，为煤炭行业制定可持续性发展规划提供经验借鉴。

二、煤炭价格泡沫研判的特征事实

资产价格泡沫是指该资产的市场价格偏离其基础价值的部分。当煤炭市场发生泡沫时，煤炭产品价格会出现剧烈波动，影响社会生产和生活，不利于经济长期稳定发展。2021年以来我国煤炭价格急剧攀升，连创历史新高，并且呈现进一步非理性上涨的趋势，由此可以判断2021 年以来我国煤炭价格可能存在泡沫。

图1 显示了CZCE 动力煤自2013 年9 月上市至2021 年10 月期间的收盘价格走势。在样本期间内，CZCE 动力煤商品价格整体呈现波动上升的发展趋势。其中，CZCE 动力煤价格在2016—2017年间以及2020 年以来出现波动，特别是2021 年以来价格波动明显。根据CZCE 动力煤价格在某些时期出现剧烈波动的情况，结合泡沫的定义，可以推测我国煤炭价格可能存在泡沫。

图1 CZCE动力煤商品收盘价走势图

此外，表1 显示CZCE 动力煤自2013 年9 月上市至2021 年10 月以来的价格指数最大值为1692，最小值为287.40，最大值与最小值之间差距明显。从标准差方面看，CZCE 动力煤标准差也较大。由此可以推断，CZCE动力煤收盘价在样本期内的价格波动明显，说明我国煤炭价格可能存在泡沫。为了验证这一猜想，还需运用GSADF检验方法进行进一步的检验。

表1 CZCE动力煤商品价格指数描述性统计

三、模型介绍与实证检验

（一）泡沫理论模型

传统资产定价模型是新古典经济理论在金融领域的直接运用。泡沫理论模型来源于传统资产定价模型，能够较好地解释现实中的资产价格波动问题。资产价格是由市场基本面决定的内在价格和代表价格超出理论价格的泡沫因素两部分组成（马中东和任海平，2021），资产价格泡沫检验开始于标准的资产定价公式：

其中，Pi代表t时期的资产价格，无风险利率用rf表示，t时期的资产收益用Dt表示，Ut代表不可见的基本因素，组成了内在价值。Bt代表泡沫部分，如果Bt=0，说明煤炭价格等于其内在价值，不存在泡沫；若Bt≠0，说明煤炭价格存在泡沫。

（二）泡沫检验模型——GSADF模型

GSADF 方法具备灵活的窗口宽度，是一种连续向前递归的回归过程，可以检测轻微价格变化带来的激增现象，非常适合分析长历史时间序列和检测多重泡沫，以下是GSADF 检验和泡沫起止期检验原理和过程。

GSADF 检验是基于可变窗宽的右尾单位根递归检验方法，数据生成过程如公式（2）所示：

其中εiid～N(0,σ2),d是一个常数，T是观测个数，δ=1。通过检验δ判断是否带有激增的过程，如果δ＞1 则说明该样本包含泡沫成分。对（2）式进行协整变换后得到检验模型：

单位根检验的H0:βr1,r2=0,H1:βr1,r2＞0,k代表滞后的阶数，其中r1表示起始样本量占总样本的比，r2表示终止样本量占总样本的比，rw表示最优滚动窗口子样本容量占总样本的比，用r1、r2表示。根据回归方程（2）的ADF统计量可以用表示，在加入递归和可变窗宽的思想后，通过不断递归得到一系列的，将r1、rw最优估计下的ADF统计值的上界值记为GSADF，最后定义GSADF估计量为：

r0为样本初始比例，r1取值在0 到1-rw之间。GSADF 统计量临界值是cv，若GSADF估计量＞cv，则存在泡沫；若GSADF估计量＜cv，则不存在泡沫。

BSADF 检验方法是向后递归回归，其基本思路和GSADF 方法相反，基本原理是当BSADF 统计值第一次超过临界值时记为泡沫起始点re，当BSADF统计值首次小于临界值时记为泡沫破灭点rf，因此re和rf可以表示为：

（三）数据选取

动力煤是以动力为燃料的煤炭，使用范围广泛，在全国煤炭总量中约占75%，是我国一次能源消费的主力军。由于期货价格能够形成连续预期价格且尽可能多地包含未来价格，反映真实的现货供求趋势，因此动力煤商品期货收盘价格能在很大程度上代表我国煤炭市场价格。本文选取CZCE 动力煤自2013年上市至2021 年的收盘价周数据作为研究对象，检验中国煤炭价格是否存在泡沫现象，收集的数据均来自Wind 数据库和中国煤炭工业协会，样本起止时间为2013 年9 月27 至2021 年10 月27，样本量为417。另外本文重点关注的是显著且持续时间较长的泡沫，这种泡沫给煤炭产业和经济带来的影响比较显著。

四、泡沫检验结果分析

（一）CZCE动力煤泡沫检验结果

GSADF方法检验结果如表2所示，在95%的置信水平下，CZCE 动力煤的GSADF 检测值大于临界值，表明CZCE 动力煤在样本检测期内存在泡沫。接下来用BSADF 方法进一步检验CZCE 动力煤泡沫发生次数和泡沫存在时期，将BSADF 统计值序列与临界值序列进行比较，得出CZCE 动力煤泡沫发生的次数和时期，图中阴影部分为泡沫发生的区间，结果如图2 所示。CZCE 动 力 煤在2013 年9 月至2021 年10 月一共发生4 次价格泡沫且每次泡沫持续时间不同，4次泡沫发生时期分别是：2015 年11 月13 到11 月20日，2016年10月14日到11月11日，2020年12月1日到12月15日和2021年9月24日到10月15日。其中在这4 次泡沫中存在2 次显著且持续时间较长的泡沫，分别发生在2016 年下半年和2021 年下半年。为了说明GSADF 方法更具有检验优势，表2 列出了SADF 检验结论并与其进行比较，结果显示SADF 和GSADF都检验出CZCE动力煤存在泡沫，进一步表明我国煤炭价格存在泡沫。

表2 CZCE动力煤泡沫检验结果

图2 CZCE动力煤BSADF检验结果

（二）煤炭价格泡沫演化过程分析

根据市场经济运行规律，供给和需求会显著影响我国煤炭价格，同时兼具国际大宗商品、不可再生资源和国内主要能源的多重身份，煤炭价格还会受国际能源价格波动和政策变动的影响，以下是对我国煤炭价格泡沫成因的分析：

第一次煤炭价格泡沫发生在2015 年11 月13 日到11 月20 日，时间较短，主要是因为2015 年11 月份受国际大宗商品整体价格上涨的带动，煤炭价格出现短暂的上升。同时我国11 月份进入冬季，居民用电用煤需求增多，供需短暂失衡导致价格上涨。由于2015年前期煤炭库存正常，所以价格上涨后很快便恢复正常水平。

第二次明显且持续时间较长的泡沫发生在2016年下半年，供给侧结构性改革和强厄尔尼诺极端天气影响是主要因素。一方面，2016年国务院提出“三去一补一降”，首次提出对煤炭等产业进行供给侧结构性改革，并印发《关于煤炭行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》和《关于进一步规范和改善煤炭生产经营秩序的通知》，导致2016年和2017年煤炭产业共计减少产能5.4 亿吨。2016 年国家进一步对煤炭企业进行严查整治，清理违规生产煤炭的企业，这一措施导致煤炭实际减产36%左右，供给持续减少。另一方面，2016年经历了强厄尔尼诺现象，夏季全国多地迎来高温天气，用电需求上涨；秋季南方地区受强降雨影响，陕西、山西、内蒙古等主要产煤地受灾严重，生产活动受阻，供给减少；暴雨导致道路损坏，煤炭运输受到影响，同时，救灾抢险和灾后重建工作导致用电需求大幅上涨；冬季全国较常年相比普遍偏冷，居民取暖用煤用电需求上涨且保持高位。2016年煤炭供给减少的同时需求旺盛并一直保持高位，供需不均衡导致煤炭价格上涨。

第三次煤炭价格出现短暂泡沫主要是受新冠肺炎疫情的影响。2020年初受突如其来的新冠肺炎疫情的影响，全国各地煤炭企业延迟开工，生产处于停滞状态，库存减少，供给紧缩；2020 年后期由于国内疫情得到有效控制，全国各地企业陆续复工复产，用电用煤需求急剧上涨，短期内出现供不应求的局面。同时，为践行《中国能源发展报告2020》，国家加大对煤炭主产区安全环保检查力度，40%的煤矿被检查，不合格企业被淘汰，100 多处煤矿被降低或撤销等级。2020年初供给不足和年后需求急剧增加导致煤炭价格上升。

第四次煤炭价格泡沫发生在2021 年下半年，现象十分明显。主要原因有：从供给角度看，在“十四五”的开局之年，为贯彻落实“两山”理论、“双碳”目标和新发展理念，新一轮中央环保督察组到山西、陕西等煤炭大省进行重点环保检查，部分不合格的煤炭企业关停，产能下降，随着这些不合格企业的关停，新能源短时间内无法弥补此缺口，导致供应端边际收紧。据统计，2021年5月底全国煤炭企业库存4900万吨，较年初相比，下降28%。从需求角度看，新冠肺炎疫情防控常态化后，全球经济逐步恢复，大量订单涌向国内；中国企业为弥补经济损失努力开展各项经济活动，建材化工等非电用煤需求旺盛。值得注意的是，2021年夏季受极端天气的影响，河南、山西等地出现了罕见的暴雨现象，迫使煤矿紧急停产，部分高速公路运输受阻，给煤炭供应带来一定的影响。极端天气严重拖累绿色能源发电，2021 年夏季三峡水库水力发电明显偏弱，加剧对传统能源发电的依赖性，对电煤需求进一步提高，导致供需缺口持续扩大。

（三）煤炭价格泡沫成因的灰色关联度分析

借鉴张淑华和李炳军（2021）等学者的研究，本文选取各影响因素和我国煤炭价格的季度数据进行灰色关联度分析，检验影响因素与煤炭价格的关联程度。灰色关联度分析是衡量母序列（参考值）与子序列（各评价项）之间关联程度的指标，结果体现在关联度值上。关联度值位于0 至1 之间，值越大说明参考值和各评价项之间相关性和关联度越高，关系越紧密。关联度系数计算公式为：

其中，η为关联系数，ρ为分辨率，取值在0 至1 之间。关联度的计算公式如下：

根据煤炭价格泡沫演化过程的分析，用英国布伦特原油市场价格表示国际能源价格影响；2016 年供给侧结构性改革和2021 年环保督察工作强调去产能、去库存，加之疫情初期企业停产，影响煤炭供给，所以供给方面影响用全国重点电厂煤炭库存量表示；极端天气影响具有不可观测性，但给煤炭运输带来影响，为客观描述极端天气的影响，用全国煤炭铁路日均装车量表示；需求方面的影响用全国重点电厂煤耗总量表示。表3 显示，在分辨系数取0.50 的条件下，全国煤炭铁路日均装车量代表的极端天气影响、重点电厂煤耗总量代表的需求影响、重点电厂煤炭库存量代表的供给影响、英国布伦特原油市场价格代表的国际能源价格影响与煤炭价格的关联度系数分别为0.902、0.881、0.875和0.824，各关联度系数均大于0.8，属于强度关联，说明煤炭供给和需求、极端天气和国际能源价格与我国煤炭价格之间存在强关联性，会对我国煤炭价格产生显著影响。

表3 各影响因素与煤炭价格关联结果度

（四）稳健性检验

为了增强检测效果可信性，选取大连商品交易所（DCE）焦煤自2013年3月份上市以来至2021年10月的周数据，运用GSADF 方法验证中国煤炭价格泡沫情况。检验结果显示DCE 焦煤在样本期间共检测出两次显著泡沫，分别发生在2016 年下半年和2021 年下半年，如图3 所示。从CZCE 动力煤和DCE 焦煤泡沫发生时间和发生强度相比可以看出，CZCE 动力煤除了在2015 年和2020 年下半年出现短暂泡沫外，两种煤炭商品显著性泡沫的持续时间和发生强度高度一致。动力煤在2015年和2020年下半年出现短暂泡沫，焦煤在2015年未检测出泡沫，在2020年下半年焦煤的GSADF 估计量达到临界值，造成这种现象的原因可能是动力煤占据我国煤炭总量的75%，用途比焦煤更加广泛，受其他因素的影响更敏感，较小的冲击就容易使价格发生波动，因此动力煤价格较焦煤而言更容易发生泡沫。两种煤炭商品显著性泡沫持续时间和发生强度的高度一致性可以证明我国煤炭价格自2013年以来主要发生两次显著的泡沫。

图3 DCE焦煤BSADF检验结果

五、研究结论与政策建议

本文运用GSADF 方法以CZCE 动力煤自2013 年上市至2021 年以来的收盘价周数据作为研究对象，检测我国煤炭价格的泡沫现象。结果显示，我国煤炭价格自2013 年以来主要发生两次显著且时间较长的泡沫现象，分别发生在2016年和2021年下半年。结合2021年下半年煤炭价格上升引发的拉闸限电、煤电价格矛盾等各种现实问题来看，煤炭仍将是未来一段时间保障我国能源安全的主要能源商品，保持其价格在合理区间内波动对于稳定国民经济、保障居民生活具有重要意义。

针对煤炭价格上升带来的各种现实问题，本文根据以上研究提出几点建议：

基于政府层面，一是要坚持实施煤炭行业去产能和改革的目标不动摇，但应谨慎采取“一刀切”的煤炭产业政策，做到有序减量替代，纠正一些地方的“运动式”减碳行为，合理清退落后产能，科学规划煤炭产业结构，使煤炭产业在稳定的基础上逐步实现产业升级。二是就2021 年出现的“煤电矛盾”看，政府应出台相关措施改革完善煤电市场化形成机制，充分发挥市场作用，推动煤电上下游产业协同稳定发展。此外，根据我国煤炭资源分布不均衡的特征，形成煤炭资源梯级开发和梯级利用的模式，解决煤炭生产、供应和运输等方面的问题。三是加快煤炭能源产业转型升级，寻找煤炭替代性能源，走绿色发展道路，持续推进我国能源结构由煤炭向风能、光伏、太阳能等绿色能源转变，增强绿色能源发电的比例和弹性，减低国际能源价格对我国能源价格造成冲击的风险。

在企业层面，一是煤炭企业应提高对煤炭价格变化的应对能力，实时根据价格波动情况做出相应的防范措施，规避经营风险；同时，企业应积极投资建立科学完善的煤炭储备制度与储备系统，保证合理供给水平，保障煤炭产业长期稳定发展。二是在“双碳”背景下，煤炭企业应充分发挥主动性，从自身战略规划、人才引进和投资方向等方面积极响应“双碳”目标和缓解碳排放约束带来的压力。此外，企业除了要对传统的煤制油、煤制气等技术进行改进之外，也应积极推进煤炭安全绿色开采和清洁高效利用，在煤炭清洁高效利用关键技术方面，增强人力、物力、财力与科技创新能力，加快核心技术攻关，努力降低碳排放或尽可能实现无碳排放，提高煤炭企业核心竞争力，为我国经济高质量发展赋能。

在金融机构层面，为助力“双碳”目标早日达成，降低煤炭价格波动对我国宏观经济的冲击，一方面，我国金融机构应主动配合政府各部门，加大自身的建设与发展，争做绿色金融、转型金融发展的推动者和维护者。完善绿色金融相关制度和措施，建立多层次的绿色金融、转型金融体系，加大有关金融产品与工具的创新，借助金融手段使金融资源更多地向绿色产业倾斜，为绿色产业发展提供资金支持，倒逼高碳高耗能企业进行转型升级，促进低碳经济发展。另一方面，充分依靠金融机制引导企业的投资取向，促使企业主动增强绿色金融、转型金融知识储备，提高绿色金融、转型金融应用水平，增强资金、人才、科技等要素在相关领域的投入，提高相关产品的使用率。