【硕士论文】北京市能源消费与经济增长关系及节能策略研究.pdf

国内图书分类号 f 0 6 2 4 国际图书分类号 3 3 8 2 硕士学位论文 学校代码 1 0 0 7 9 密级 公开 基于北京市能源消费与经济发展影响机理的 节能策略研究 硕士研究生 导师 申请学位 学科 专业 所在学院 答辩日期 授予学位单位 高小钧 张兴平教授 管理学硕士 工商管理 技术经济及管理 经济与管理学院 2 01 1 年2 月 华北电力大学 c l a s s i f i e di n d e x f 0 6 2 4 u d c 3 3 8 2 t h e s i sf o rt h em a s t e r d e g r e e r e s e a r c ho ne n e r g ys a v i n gp o l i c ya n dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ne n e r g yc o n s u m p t i o na n d e c o n o m i cg r o w t hi nb e i j i n g c a n d i d a t e s u p e r v i s o r s c h o o l d a t eo fd e f e n c e g a ox i a o j u n p r o f z h a n gx i n g p i n g s c h o o lo f e c o n o m y a n dm a n a g e m e n t f e b r u a r y 2 0 11 d e g r e e c o n f e r r i n g i n s t i t u t i o n n o r t hc h i n ae l e c t r i cp o w e ru n i v e r s i t y 华北电力大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明 此处所提交的硕士学位论文 北京市能源消费与经济增长关 系及节能策略研究 是本人在导师指导下 在华北电力大学攻读硕士学位期间 独立进行研究工作所取得的成果 据本人所知 论文中除已注明部分外不包含他 人已发表或撰写过的研究成果 对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式注明 本声明的法律结果将完全由本人承担 作者签名 和钨 日期 训年3 月j 日 华北电力大学硕士学位论文使用授权书 北京市能源消费与经济增长关系及节能策略研究 系本人在华北电力大学 攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文 本论文的研究成果归华北 电力大学所有 本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表 本人完全了解华 北电力大学关于保存 使用学位论文的规定 同意学校保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版本 同意学校将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索 允许论文被查阅和借阅 本人授权华北电力大学 可以采 用影印 缩印或扫描等复制手段保存 可以公布论文的全部或部分内容 本学位论文属于 请在以上相应方框内打 4 保密口 在年解密后适用本授权书 不保密口 作者虢南 j 钧 翮虢伊彳 日期 年 月歹pf t 同期 劢 年弓月芗乃同 华北电力大学硕十学何论文 摘要 能源支撑着经济的发展 经济的发展离不丌能源 改革开放以来 北京市经济得 到了非常快的发展 尤其在产业结构调整 经济增长方式转变等方面发生了巨大的 变化 这些变化对能源消费具有非常大的影响 同时北京市能源消费增长明显 已 成为我国第二大能源消费城市 所以 能源节约与环境保护是北京市经济社会持续 发展中的重要现实问题 在此背景下研究能源消费与经济发展的影响机理 找出影 响能源效率的主要因素 是北京市节能减排的关键 本论文以北京市1 9 7 8 2 0 0 7 年实际数据为样本对北京市实际g d p 与能源消费总 量 资本存量 劳动力进行了协整分析 协整检验结果说明实际g d p 与能源消费 总量 资本存量 劳动力之间存在长期稳定的均衡关系 在协整模型的基础上 本 文建立了以上四个变量的向量误差修j 下模型 进行g r a n g e r 因果关系检验 向量误 差修正模型分析结果说明 北京市短期存在从经济增长到能源消费的单向g r a n g e r 因果关系 长期存在双向g r a n g e r 因果关系 利用方差分解分析研究了经济增长与 能源消费的动态响应特征 方差分解结果揭示了各变量的相对误差贡献率 并为因 果关系提供了有力的证据 根据分析结果从经济发展模式 从产业结构调整 行业 结构布局等方面来探讨降低北京市能源强度的路径选择策略和节能政策建议 关键词 能源消费 经济增长 g r a n g e r 因果关系 能源节约 节能策略 c i t yi nc h i n a t h e r e f o r e e n e r g ys a v i n ga n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni st h ei m p o r t a n t p r a c t i c a lp r o b l e mi nt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fe c o n o m i cs o c i a li nb e i j i n g u n d e r t h i sb a c k g r o u n d t h er e s e a r c ho ft h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne n e r g yc o n s u m p t i o na n dt h e e c o n o m yd e v e l o p m e n t 嬲w e l l 嬲t h ea n a l y s i so f t h em a i nf a c t o r so f e n e r g ye f f i c i e n c yi s t h ek e yt ob e i j i n g e n e r g y s a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o n t h i sp a p e rh a si n v e s t i g a t e dt h ec o i n t e g r a t i o nr e l a t i o n s h i pa m o n ge c o n o m i cg r o w t h e n e r g yc o n s u m p t i o n c a p i t a l a n dl a b o ri nb e i j i n g t h es a m p l es p a n st h ep e r i o d 19 7 8 2 0 0 7 t ot e s tf o rg r a n g e rc a u s a l i t yi nt h ep r e s e n c eo fc o i n t e g r a t i o na m o n gt h e v a r i a b l e s w ee m p l o yv e c t o re r r o rc o r r e c t i o nm o d e l sw h e r eb o t hs h o r ta n dl o n g r u n c h a n n e l so fc a u s a l i t yc o u l db ee x p o s e d t h ee m p i r i c a lr e s u l t so fv e c t o re r r o rc o r r e c t i o n m o d e l si n d i c a t et h a tt h e r ei sau n i d i r e c t i o n a lg r a n g e rc a u s a l i t yr u r m i n gf r o mg d pt o e n e r g yc o n s u m p t i o ni nt h es h o r tr u n w h i l eab i d i r e c t i o n a lg r a n g e rc a u s a l i t yi nt h el o n g r u n t h ef i n d i n g so fv a r i a n c ed e c o m p o s i t i o n sw e r et h e nc h e c k e df o rr o b u s t n e s so f c a u s a l i t yt e s t s v a r i a n c ed e c o m p o s i t i o nr e v e a l st h er e l a t i v ev a r i a n c ec o n t r i b u t i o no f d i f f e r e n tv a r i a b l e s a n df u r t h e rc o n f i r m st h ec o n c l u s i o n so fg r a n g e rc a u s a l i t y 1 1 1 e m u t i n go fs t r a t e g yc h o i c ea n dp r o p o s a l so fe n e r g ys a v i n gp o l i c yt or e d u c et h ee n e r g y i n t e n s i t yo fb e i j i n gw e r ed i s c u s s e df r o mt h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n tm o d e l t h e a d j u s t m e n to fi n d u s t r i a ls t r u c t u r e t h el a y o u to fi n d u s t r ys t r u c t u r e a n ds oo n k e y w o r d s e n e r g yc o n s u m p t i o n e c o n o m i cg r o w t h g r a n g e rc a u s a l i t y e n e r g ys a v i n g e n e r g ys a v i n gp o l i c y 1 1 选题背景及其意义 1 1 1 1 北京市能源发展状况分析 1 1 1 2 选题意义 2 1 2 国内外研究动态 一4 1 2 1 国外研究现状及分析 4 1 2 2 国内研究现状及分析 5 1 3 论文研究的主要思路和结构 7 第2 章协整 g r a n g e r 因果关系相关理论分析 一9 2 1 单整与单位根检验 9 2 1 1 单整 9 2 1 2 单位根检验 10 2 2 协整与协整关系检验 1 4 2 2 1 协整理论 1 4 2 2 2 协整关系检验 1 5 2 3 误差修j 下模型和g r a n g e r 因果关系检验 1 8 2 3 1 误差修正模型 1 8 2 3 2g r a n g e r 表述定理 1 8 2 3 3g r a n g e r 因果关系检验 2 0 2 4 方差分解分析 2 l 2 5 本章小结 2 2 第3 章北京市能源消费与经济增长数量分析 2 3 3 1 模型构建 2 3 3 1 1 协整模型 2 3 3 1 2 误差修j 下模型 2 3 3 2 变量及数据说明 2 4 3 3 单位根检验 2 5 3 4 协整检验 2 7 3 5g r a n g e r 因果关系检验 3 0 4 2 3 大力发展新能源与可再生能源资源 4 5 4 2 4 强化中介机构建设 促进节能机制转换 4 6 4 2 5 完善管理体制 4 9 4 2 6 加大宣传力度 倡导全社会节能 5 0 4 3 本章小结 5 0 第5 章总结与展望 5 l 5 1 总结 5 l 5 2 今后的工作 5 l 参考文献 5 3 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 5 9 蜀 谢 一6 0 华北电力人学硕 学位论文 1 1 选题背景及其意义 第1 章绪论 1 1 1 北京市能源发展状况分析 1 1 1 1 本地资源匮乏 能源对外依赖性非常强 北京市属于能源资源短缺地区 一次能源主要是储量较少的煤炭和少量的水电 及地热等 石油和天然气尚未发现可供开采的供应储量 煤炭资源主要分布在京西 最大年产量为1 0 0 0 万吨 因热稳定性差 灰份高等原因 只有少量用于工业生产 根据北京市发改委的资料 北京市所需9 4 的煤炭 7 0 的电力 6 0 的成品油都 需要从外地调入 由于本地区能源资源极其匮乏 能源对外依赖度高 从而能源供 应风险很大 资源瓶颈同益突出 环境压力越来越大 全市受能源资源制约和限制 近年来能源生产总体上呈低速增长态势 能源自给率较低 由于本地区能源资源极 其匮乏 能源对外依赖度高达9 4 1 1 1 2 能源需求量持续增长 北京市持续快速发展的经济带动了能源消费持续增长 已经成为我国第二大能 源消费城市 2 0 0 8 年北京市能源消费总量达到6 3 4 3 7 万吨标准煤 北京市加快建 设国际大都市进程 未来能源消费会继续增长 预计到2 0 2 0 年 预计北京市用电 将达到1 1 0 0 0 千兆瓦 天然气1 1 0 亿立方米 液化石油气6 0 万吨 1 1 1 1 1 3 能源利用效率相对较低 与我国其他城市相比较 北京市能源效率较高 十五年来 北京市以能源增长 速率达6 支撑了国民经济1 2 的发展速度 2 北京市万元g d p 能耗呈逐年降低 趋势 尽管如此 与经济发达国家相比还有较大差距 北京市能源消费弹性系数有 所上升 能源利用效率相对比较低 发达国家的能源平均利用效率在4 0 以上 而 北京的能源综合利用效率为3 0 左右 北京市工业锅炉效率比发达国家低1 5 2 0 城镇居民生活燃煤热效率平均仅为2 2 左右 火电厂平均煤耗比发达国家高2 0 1 1 1 4 节能技术创新发展不够 尽管2 0 0 7 年北京市万元g d p 能耗为0 7 1 4 吨标准煤 是全国唯一一个连续两 年完成节能减排年度目标的省市 但近几年来 技术进步的优势还未充分发挥出来 节能减排新技术 新产品的推广在市场中的认知度较低 初期投资成本较高 资金 1 1 1 6 能源管理体制不够健全 目前 北京市还很难针对国内外能源形势的变化采取及时有力的应对措施和制 定全面 统一 科学的战略方案 能源行业运营管理成本高 服务水平低 未形成 良好竞争 而且还尚未形成科学合理的价格体系和价格联动机制 1 1 2 选题意义 从总量来看 北京市g d p 总量大 增长速度快 根据 中共北京市委关于制 定北京市国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议 北京市 十一五 的经 济增长速度定在9 十一五 时期是北京市全面建设现代化的关键时期 社会经 济的快速发展必然会带动能源需求总量持续的增长 同时北京市人口增长比较快 2 0 0 7 年人口总数突破了1 7 0 0 万人 也对能源消费产生了重要的影响 从经济结构来看 北京市产业结构调整的力度和速度都比较快 如第一 第二 和第三产业结构从1 9 9 0 年的8 8 5 2 4 3 8 8 变为2 0 0 0 年的2 5 3 2 7 6 4 8 2 0 0 5 年的1 4 2 9 4 6 9 2 产业结构已经接近发达国家水平 后工业 时代特征明显 从能源消费的产业结构看 2 0 0 7 年第一产业能源消费量为1 0 0 5 4 万吨标煤 比上年增长8 9 3 第二产业为2 7 9 1 5 6 万吨标煤 增长0 6 7 第三 产业能源消费量为2 3 8 8 3 7 万吨标煤 增长1 2 1 7 居民生活能源消费量为1 0 0 9 6 4 万吨标煤 增长1 1 0 2 三次产业和居民生活能源消费量占全市能源消费总量的比 重分别为1 6 4 4 4 3 8 o 和1 6 o 伴随产业结构的调整 北京市的行业布局 也发生了变化 如产品结构 外贸结构也在不断调整 这些因素对能源消费将产生 重要影响 从经济效率来看 技术进步对于北京市经济增长的贡献尤为明显 根据科技部 全国科技进步统计监测及综合评价课题组 发布的 2 0 0 6 年全国科技进步统计监 2 华北电力人学硕十学何论文 测报告 2 0 0 6 年全幽综合科技进步水半指数为4 7 1 1 沪京津三地高于6 0 同 时相对于全国 北京市经济与国际经济一体化的程度更高 因而对国际经济和国际 能源市场波动的反映更灵敏 所有这些因素都对北京市能源消费产生重要的影响 基于此 探讨这些因素对北京市能源消费的影响机制 分析它们之间的动态响 应机理 有利于从产业结构调整 行业结构布局 能源价格 人口和g d p 等方面 探讨北京市能源节约策略 可以合理确定北京市节能优先管理模式和政策导向 从 而在保持经济社会稳定持续发展的条件下 全面实现北京市节能与环境控制目标 北京市能源发展及节能规划 提出 按照 优质化 可持续 经济合理 因 地制宜 的调整原则 不断提高优质能源在总能源消费结构中的比重 优质能源比 重由2 0 0 4 年的5 4 提高到2 0 1 0 年的7 0 以上 其中煤炭由2 0 0 4 年的4 4 1 下降 到2 0 1 0 年的2 9 5 外调电由1 9 3 提高到2 3 1 天然气由6 4 提高到1 3 1 新能源和可再生能源由1 力争提高到4 2 0 0 8 年南方发生的冰灾对电力系统造成了毁灭性的打击 而北京市能源的高度 对外依赖 增加了北京市能源供应的危机 因此适当提高能源的自给有利于提高北 京市的能源安全 另外从全球来看 北京市的环境问题在国际大都市中比较严重 因而合理优化能源结构 提高清洁可再生能源的比例 对于改善北京市的环境质量 具有重大现实意义 北京市人均g d p 已经突破了7 0 0 0 美元 已经具备了提高清洁 可再生能源比例的经济条件 因此如何制定合理的政策促进清洁可再生能源的发展 是一个现实的课题 深入分析北京市能源消费影响因素与能源消费之间相互影响关系 探讨它们之 间的动态响应机理和量化关系 可以对北京市能源的需求进行合理的预测 在保证 能源供应的基础上 制定合理的能源政策提高清洁可再生能源的比例 优化能源结 构 从而实现能源节约和环境控制的目标 综上所述 北京市高度的能源对外倚赖 快速的经济增长对能源的巨大需求和 相对较低的能源利用效率 不仅加大经济发展和能源短缺的矛盾 同时与人们对环 境要求日益提高的矛盾进一步加深 另一方面 北京市能源发展及节能规划 提 出 到2 0 1 0 年 能源消费总量控制在6 5 0 0 万吨标准煤左右 优质能源在能源消费 结构中的比重达到7 0 以上 其中新能源和可再生能源力争达到4 万元g d p 能 耗比2 0 0 5 年降低2 0 因而深入研究能源节约策略和节能政策不仅有利于缓解北 京市经济发展与能源相对短缺的矛盾 降低能源的对外依赖度 同时对于改善北京 市环境质量 提升北京市的国际形象具有重要的现实意义 3 该关系意味着能源节约政策对经济增长可能具有负影响 说明该国家的经济增 长属于能源依赖型 如f a t a i 等对印度和印度尼西亚研究f 4 a s a f u a d j a y e 对印度 印度尼西亚 泰国 菲律宾 土尔其的研究 5 j s o y t a sa n ds a d 对阿根廷 土尔其 法国 西德 日本的研究 6 j u g u rs o y t a s r a m a z a ns a d 利用生产函数对美国和法 国的研究1 7 j d o u g l a sb r e y n o l d s m a r e kk o l o d z i e j 对俄罗斯和前苏联的研究 8 等 2 存在从收入到能源消费的单向g r a n g e r 因果关系 j u m b e 对马拉维的研究指出从能源消费到收入的单向g r a n g e r 因果关系说明该 国家的经济增长属于能源依赖型 意味着能源节约政策对经济增长可能具有负影 响 如s o y t a sa n ds a d 对阿根廷 西德 日本 土尔其 法国的研究 4 1 f a t a i 等对 印度和印度尼西亚研究 5 j a s a f u a d j a y e 对印度 泰国 菲律宾 印度尼西亚 土 尔其的研究 6 r a m a z a ns a d u g u rs o y t a s 利用生产函数对美国和法国的研究 7 m a r e kk o l o d z i e j d o u g l a sb r e y n o l d s 对俄罗斯和前苏联的研究表明 存在从天然 气 石油到g d p 的单向g r a n g e r 因果关系 8 等 说明该国家能源依赖程度比较小 因而保守的能源政策和能源节约政策可能不 会对经济增长产生影响或者影响比较小 9 s o y t a sa n ds a d 对南韩 意大利 南韩 的研究1 3 j n a r a y a n p k s m y t h r 对澳大利亚的研究 1 0 1 w o l d e r u f a e l y 对5 个非洲国家的研究 l i l e e c c 对法国 意大利和日本的研究1 1 2 u g u rs o y t a s r a m a z a ns a d 利用生产函数对德国的研究 7 m e h r z a dz a m a n i 对伊朗的研究 1 3 w i e t z el i s e k e e sv a nm o n t f o r t 对土尔其的研究e 1 4 m a r e kk o l o d z i e j 对俄罗斯和i j 苏联的研究表明 存在从g d p 到煤炭消费的单向g r a n g e r 因果关系 引 3 存在能源消费和收入之间的双向g r a n g e r 因果关系 这种关系说明能源和经济增长是相互影响的 保守的能源政策或能源节约政策 可能阻碍经济增长 同时经济增长对能源也具有正影响关系 如f a t a i 等对菲律宾 泰国的研究 1 4 l m o r i m o t oa n dh o p e 对斯里兰卡的研究 1 5 o ha n dl e e 对南韩的 研究i i q g h a l i k h a n de l s a k k e 对加拿大的研究 1 7 1 y w o l d e r u f a e l 对加蓬 和赞比亚的研究 1 8 l p a u la n db h a t t a c h a r y a 对印度的研究 1 9 1 l e e c c 对美国的 4 华北i 乜力人学硕十学伸论文 研究 i2 l r a m a z a ns a r i u g u rs o y t a s 利用生产函数对意大利 f 1 本 加拿大和英幽 的研究 7 1 b r i a nm f r a n c i s 等对加勒比海的研究 2 0 4 能源消费和收入之间不存在g r a n g e r 因果关系 这种关系说明能源保守和节约政策可能对经济增长没有影响 即所谓的 能源 中性假设 如s o y t a sa n ds a r i 对波兰和印度尼西亚的研究f 6 w o l d e r u f a e l 对1 1 个非洲国家的研刭2 l 等 通过对这些研究结论的比较分析 不同的学者对同一个国家分析的结论不尽相 同 不同国家能源和经济增长之间的相关关系也不尽相同 甚至研究结论存在着差 异 如对印度尼西亚能源消费和经济增长关系的研究中 s o y t a sa n ds a d 6 1 f a t a i 4 得出了不同的结论 类似的情况还有泰国 菲律宾 美国 印度 南韩等 在能源节约和能源与环境优化方面 许多学者进行了大量的研究 提出相应的 模型 a s i a n p a c i f i ci n t e g r a t e d 模型 e n e r g yf l o wo p t i m i z a t i o nm o d e l e n v i r o n m e n t 模型 m a c r o e c o n o m i c l o n g r a n g ee n e r g ya l t e r n a t i v e sp l a n n i n gs y s t e m 模型 c o m p u t a t i o n a lg e n e r a le q u i l i b r i u mm o d e l m o d e lf o re n e r g ys u p p l ys y s t e m s a l t e r n a t i v e 模型 e n e r g ya n de n v i r o n m e n ts u b m o d e l 模型掣2 2 1 此外 西方各国在能源结构的优化方面也进行了大量的研究 并且从实践上积 极提高可再生能源和新能源的比例 从而降低能源消耗强度 保护环境 近年来 西方各国高度重视新能源和可再生能源的开发力度 如太阳能 风能 生物质能 热电联产的分布式能源等 不仅可有效代替不可再生的石化燃料 也可减少环境污 染 如德国计划到2 0 2 5 年风电至少占总用电量的2 5 到2 0 5 0 年占总用电量的 5 0 丹麦风电可以满足国内电力需求的1 8 法国过去一直大力发展核能 也提 倡发展风能 印度近年来大力发展风电 风电装机容量占亚洲第一 世界第五 美 国生物质能发电量占可再生能源 含水电 发电量的4 6 5 1 2 2 国内研究现状及分析 国内许多学者对能源消费和经济发展之间关系也进行了研究 综合以来 能源 消费和经济发展之间的关系也存在四种关系 1 在从收入到能源消费的单向g r a n g e r 因果关系 l a i 和c h e n g 2 3 j 应用协整和g n a r g e r 因果检验中的h s i o a 程序等技术 对我国台 湾地区1 9 5 5 1 9 9 3 年期l 日j 的能源与经济增长关系进行研究 发现存在从g d p 到能 源消费的单向g r a n g e r 因果关系 吴承业 陈燕武 2 4 采用约翰森多变量时间序列间 的关于动态经济系统分析方法 对g d p 和能源消费的各组成部分 包括煤 天然气 石油和电力 以台湾地区1 9 5 4 1 9 9 7 年度数据进行协整分析 研究发现g d p 与能源 消费及其各组成部分存在单向g r a n g e r 因果关系 而长期均衡误差校j 下项对实际 如w o l d e r u f a e l a l a m 3 l s h i u y 对上海的研刭3 2 等等 4 能源消费和收入之间不存在g r a n g e r 因果关系 s o y t a sa n ds a d 2 0 0 6 对我国能源消费与经济发展的关系进行了研究 样本期 1 9 7 0 2 0 0 2 年 研究模型中包括g d p 能源消费 就业和资本形成 结论是经济 增长与能源消费之间不存在g r a n g e r 因果关系 同时 一些学者利用计量经济学方差分解等技术从投入的角度探讨了能源对于 经济发展的重要性 如u g u rs o y t a s 3 3 r a m a z a ns a r i a 分析了6 个发展中国家 马来 西亚 巴基斯坦 印尼 新加坡和突尼斯 伊朗 能源投入比劳动和资本更加重要 总结得出 在利用时间序列数据为样本的计量经济分析中 由于分析方法和相 应的计算软件都比较成熟 因此分析的难点主要表现在如下两个方面 一是如何选 择合理的样本量 二是如何识别影响能源消费的主要影响因素 这两个因素直接影 响到分析的结论 因而不同学者对我国和其他国家能源消费与经济增长关系的研究 结论存在较大的争议 在我国能源消耗 解法对我国工业部 1 9 9 8 2 0 0 0 年数据分 的提高 尤其是工业 华北电力大学硕十学付论文 消耗强度进行分解 分析结果表明能源消耗强度f 降主要是由于各产业能源使用效 率的提高 但产业结构的调整对降低能源消耗强度有负面的作用 这里在产业结构 对于能源强度降低的作用上与文献 3 7 是相反的 文献 3 8 通过对中国2 5 0 0 家能源密 集型企业的统计调查 运用d i v i s i a 分解方法分析后指出 能源强度迅速下降的主要 因素包括价格因素 结构变化 研究费用等 文献 3 9 应用投入 产出模型对能源节 约进行了情景分析 结果表明结构节能对节能目标的贡献率是比较明显的 文献 4 0 对上海的电力消费强度进行了分解分析 并提出了相关政策意见 1 3 论文研究的主要思路和结构 由于我国地域广阔 不同区域的经济发展水平 发展模式等差别比较大 因此 对某个区域能源消费和经济增长之间的关系进行具体分析对区域能源政策的制定 具有一定的实际意义 改革开放以来北京市经济发展较快 尤其在经济增长方式转 变 产业结构调整等方面发生了巨大的变化 这些变化对能源消费具有非常大的影 响 同时北京市能源消费明显增长 已成为我国第二大能源消费城市 一些学者开 始以北京为分析对象分析能源消费和经济增长之问的关系 文献 4 l 4 2 利用g d p 和能源消费双变量模型分析能源消费和经济增长之问的关系 虽然样本不尽相同 但得出了基本一致的结论 北京市存在从经济增长到能源消费的单向因果关系 作为单一的投入是不能进行生产的 必须和资本 劳动等生产要素进行配合才 能进行生产 s t e r 4 3 指出由于能源和其它投入之间可能的替代效果 双变量模型容 易导致遗漏变量偏差 因此他利用多变量向量误差修j 下模型对美国g d p 和能源消 费之间的因果关系进行检验 从此为避免遗漏变量偏差 多变量模型被广泛采用 文献 4 4 指出 由于能源作为一种投入要素和其它投入要素之间 如资本投入 劳动力投入等 可能存在某种替代效果 而双变量模型不能考虑这种替代效果 因 此仅包括能源消费和g d p 的双变量模型容易导致遗漏变量偏差 本文在生产理论 框架下 将g d p 作为产出 能源消费 资本和劳动力作为投入 利用多变量模型 分别从短长期对北京市经济增长和能源消费的关系进行分析 能源消费和经济增长在短期和长期可能表现出不同的因果关系 本文在生产理 论的框架下 利用多变量模型分别从短期和长期对北京市经济增长和能源消费的关 系进行分析 本文的研究重点包括如下几个部分 1 本文在生产理论框架下探讨北京市能源消费和经济增长之间的关系 选 取g d p 能源消费 资本和劳动力作为分析变量 通过对选择的变量进行数据的处 理 单位根检验和协整检验 确定g d p 与各变量的协整关系 建立协整模型 2 进一步研究北京市能源消费与经济增长的管理 在协整模型的基础上 建立向量误差修j 下模型 v c e m 然后通过v c e m 检验能源消费与经济增长相互 7 8 华北电力人学硕十学位论文 第2 章协整 g r a n g e r 因果关系相关理论分析 从多种文献中可以看出 协整刻画两个或多个序列之间的平衡或平稳关系 这 是一个强有力的概念 虽然单个序列可能是非平稳的 这些序列的矩 均值 方差 协方差 随时间变化 但这些序列的线性组合却有可能不随时间而变化 准确定义协整为 称k 维向量 的分量间为d b 阶协整 记为薯一c r d b 如果满足以下条件 1 专z d 2 存在非零向量口 使得口 一专 p 一6 0 6 d 则向量口被称为协整向量 简称 是协整的 协整理论它能解决的是单整序列 i n t e g r a t e ds e r i e s 的关系问题 并不能处理 所有非平稳序列 因此我们本章节首先讨论单整序列及其检验 接着讨论协整及其 检验 然后介绍基于协整的误差修j 下模型 v e c m 以及在此基础上进行的g r a n g e r 因果关系检验 2 1 单整与单位根检验 2 1 1 单整 非半稳序列司以通过差分运算 得到具有平稳性质的序列称为单整序列 设有 数据生成过程 d a t ag e n e r a t i n gp r o c e s s y t p y r l f y o 0 2 1 哆一肋 o 仃2 其中u t 为独立同分布的白噪声 根据时间序列理论 当h 1 时 y 非平稳 其差分 y 一y h2 缈 一o y 一 u t 也是非平稳的 所以 像 p 1 时 这种可以通 过差分就可以得到平稳序列的非平稳序歹i i 称为单整序列 9 其中c t 为白噪声 是否包括常数项和趋势项是这三模型的不同之处 对于 所有的回归模型 关键是参数y p i 是否等于0 如果是0 则序列以 包含 一个单位根 则原假设转化为 o 7 0 备择假设为 y 0 如果p l 则 7 7 7 y 2 川 c yh e yh p 7 q y 一 即p i 号一 y 2 t t l r r 1 q y i 所以 t i 上l r y 2 t t l 鼍一 1 气一 2 5 y 2 h j 2 h t l t l 1 0 华北电力大学硕十学位论文 由维纳过程 4 4 4 5 上面右端的部分可写成下面的弱收敛样式 一善t 叭户f 晰砂 r 因为 t yh 是d 丁 的 f i i r ty 2 h f 2 咖 t l 得到下面 2 6 2 7 所以根据连续映照定理 若p l 时 声是p 最小二乘估计量的极限分布是 嘶叫j 铬 2 8 检验统 竺票统计量 所以由上可得 s p ipj 铲瑞2 器 更为不对称的 一般蒙特卡罗仿真方法给出有关模型下的临界值 文献 1 9 1 中表 2 r 是 卜 伊 r 闰 为 因又 华北电力大学硕十学位论文 p 觚 m i 屏觚一 螺 2 1 0 f l p 觎 a 0 厂只一i 届鱿一 螺 2 1 1 f l 觚 a o y y 一i 孱觚 屺t g 2 1 2 也就是说原假设为 序列存在一仑单位根 备选假设为 不存在单位根 由于随机趋势和确定趋势联合支配了实际经济序列 所以可用式 2 1 1 为例 来说明a d f 检验 因为y p 一1 所以a d f 统计量 么d f e 禹和彳o f 南 2 1t 1 2 1 一 1 上肜 dradf 二 二 竺 弋 一 妒 叫2 办一 上m 办 2 n p 2 1 形 1 2 一l 1 上缈 办 嵋 蒜而d r 赫w r d r r 2 一 j i 2 所以a d f 的分布是它是d f 检验的推广 d f 分布的分母和分子上分别减 滞后阶数的确定是a d f 检验的一个关键问题 一般首先选择较大的滞后 阶 在校正相关性的同时尽量减少了信息损失 计算对应的信息准则后减少滞 后阶 直到信息准则达到最小 常用的信息准则有a i c 和b i c 信息准则 a c l o g d 2 占 2 p t 2 1 2 3p p 检验 类似于d f 检验的作用p h i l i p s 和p e r r o n 4 6 1 提出了一种非参数方法检验一阶 自回归的平稳性即p p 统计检验 原假设与a d f 相同 统计量定义 华北吧力人学硕十学俯论文 铲警一气笋 2 1 3 而 矿砒 2 l q 卜寿讥 乃2 享1 奢 7 其中 系数7 的检验t 统计量和标准差分别是t 和s 彦为检验方程的估 计标准差 丁是样本数 g 是截尾期数 因此p p 检验实际上是对d f 检验加上 长期方差估计与残差方差之比 以校正残差自相关和异方差对检验的影响 针 对不同的数据生成过程 p p 检验的模型也有含常数 含常数及趋势项以及不含 常数及趋势项三种类型 2 1 2 4d f g l s 检验 在1 9 9 6 年由e l l i o t t 4 7 1 等人提出了d f g l s 检验 这种方法先对数据进行广 义差分处理 而不直接用时间序列 只 进行回归 具体的数据变换如下 而按照下面a d f 形式的回归来单位根检验 以i 口i 耀i 口p 堙p b 2 1 5 后续的检验过程与a d f 检验类似 d f g l s 检验同一般的a d f 检验一样是 左侧单边检验 2 1 2 5k p s s 检验 k w i a t k o w s k i s c h m i d t p h i l l i p s 和s h i n 4 8 提出用从待检验序列中提出截 距项和趋势项的序列构造修正后的l m l e y b o u r n e m c c a b e 检定统计量 简 称为k p s s 单位根检定法 假设则为变量不具有单根 l m 统计量为 删 r t 墨 e l f l t 2 1 6 iu tl l 式 2 1 6 中k 为滞后期数 e 为变数对常数回归的残差值 t 为总样本 数 该检验为右侧检验 2 1 2 6n g p e r r o n 检验 1 3 厶 一 蜥z 一 鼍也 耽乞 仨 埯乙 其中一般取k m i n t 1 2 t 1 0 0 4 是最高的滞后阶数 勺 尼 表示对原 赤池准则 的修正 其计算公式为 r t k 屏 一露 二k 正t 2 1 9 其中幺是式 2 1 5 估计的结果 只一 是广义差分退势之后的序列 n g 和 p e r r o n 5 1 1 也给出了n p 检验的临界值表 m a i c 与b i c 比较更倾向于选择较多的 滞后项 所以可以明显地改善上述问题 2 2 协整与协整关系检验 2 2 1 协整理论 9 8 7 年g r a n g e r 和e n g l e 提出的协整理论和方法 5 2 巧3 1 为非平稳序列的建模 提供了另一种途径 虽然一些经济变量的本事是非平稳序列 但是 它们的线 性组合却有可能是平稳序列 这种平稳的线性组合被称为协整方程且可被解释 为变量之间的长期稳定的均衡关系 例如 消费和收入都是非平稳时间序列 但是具有协整关系 假如它们不具有 那么长期消费就可能比收入高或低 于 是消费者便会非理性地消费或积累储蓄 经济理论中 假定一些经济指标被某经济系统联系在一起 那么从长远看 来这些变量应该具有均衡关系 这是建立和检验模型的基本出发点 在短期内 因为季节影响或随机干扰 这些变量有可能偏离均值 如果这种偏离是暂时的 那么随着时间推移将会回到均衡状态 如果这种偏离是持久的 就不能说这些 变量之间存在均衡关系 5 引 协整方法可被看作这种均衡关系性质的统计表示 在将近2 0 年的协整研究中出现了多种检验变量问关系的建模方式 不同的 方法适用于不同的环境 最早是由e n g l e 和g r a n g e r 提出的e n g l e g r a n g e r 两步 1 4 为协整变量间可能存在多种稳定的线性组合 在e g 两步法罩是由o l s 方法实 现的 动态的e g 两步法 d y n a m i ce g 是基于自回归分布滞后的过参数化动 态模型 o v e r p a r a m e t e r i z e dd y n a m i cm o d e l i n d e r 指出这种方法推导的参数的 t 检验是有效的 5 6 1 这个模型被应用于推导变量问的长期关系种 h a n s e n 和 p h i l i p s 提出完全修正的普通最小二乘法 f m o l s 来检验一组i 1 变量的协整 关系 57 j 这种方法是基于半参数模型的 p e s a r a n s h i n 和s m i t h 提出的s p s s 方法检验多个变量中的协整关系 5 弘6 2 s p s s 方法也是基于a r d l 模型 上述 方法的好处在于 不用提前考虑变量是否i o i 1 就可以对变量直接进行检验 在现在的协整研究中应用最广的是j o h a n s e n 6 3 提出在多变量方程组中直接估计 出协整向量的个数以及各个协整向量的系数 这也是基于向量自回归模型的最 大似然比的检验过程 在能源经济的计量经济建模过程中 通常是对变量进行对数处理后得到标 准化的协整方程中经济变量的系数即可表示能源消费对经济变量的弹性 此外 取对数后也避免了变量的异方差性 2 2 2 协整关系检验 协整关系检验总体分为两大类 一类是基于回归残差的协整检验 如e g 两步法等 另一类是基于协整系数的检验 如j o h a n s e n 协整检验等 2 2 2 1 基于回归残差的协整检验 考虑k 个i 1 时问序列y i f y 2 y 蔚 k l t 1 2 刀 建立以下三种回归方程 上 y l f l j y 蝴 2 2 0 i k y i a o f l y y 且蝴 k 乃 口0 口l h f l l y j t 蝴 一 i i 其中坼为扰动项 令y 乩 y y 缸 占 度 度 厦 残差 吩 0 占 只 若 是单整变量 则y l t y y 蔚之f j 没有协整关系 相反 其中 届 屈 屈为g x g 系数矩阵 咒 咒一l y t p 为g x l 歹l j 向量 坼 为白噪音过程的随机误差项组成的g xl 列向量 对上式进行适当的差分变换 兀 乃 一七 为g 阶单位矩阵 r j 岛 一 g 因为在达到长期均衡后 2 2 2 所有的差分变量都是零向量 坼中随机误 差项的期望值为零 所以 啦五 o 表示的是长期均衡时变量的关系 h 系数矩 阵即为一个代表变量长期关系的系数矩阵 经过一阶差分的内生变量若构成毗4 的各变量都是 o 时 才能保证随机误 差项1 1 t 是平稳过程 因此 系数矩阵的秩满足o r 1 1 m 1 i j 所以有p 办 砟 l 另一方面 由于缈 一 o 令e a y 万 记新息u 匈 3 假定其有一 个w a l d 分解 无限m a 表述 u a y f 一艿 q 一占卜l 甲p o w t 一 以m l l 一九 左乘上式 则 1 一l o l y 0 0 a c 1 l w l 6 t 亦即o 1 a 0 甲 三 1 一l 假定y 的元素2 f jg 毛e 着k 个独立的协整关系而且记协整向量为q 对应 的协整向量矩阵为a 口 口 有砂 0 对u a y 一万作b n tr e u 甲 1 q 仇一 仇 口 q 一 口 一 i 一 2 ra 绝对可加 推出 l t y t y o 舀 v 1 q 仇 r o r a y a y o 彳 舀 彳 甲 1 岛 彳 仇 r o 因此a y 一 0 的充要条件为 a 万 o a 甲 1 0 华北电力大学帧十学何论文 而由 1 甲 1 0 可知0 0 的行向量满足协整的充要条件 即存在向量岛使 得 1 的第1 个行向量乃 彳岛 故 1 b a 其中b 6 l 仇 为n x k 阶矩阵 其秩为k 在式两边都减j 记r o p l l 一办