经济信息管理论文征稿长三角地区能源消费与经济增长的实证分析———基于协整分析和状态空间模型的估计

1、经济信息管理论文征稿：长三角地区能源消费与经济增长的实证分析基于协整分析和状态空间模型的估计摘 要：以协整分析和状态空间模型为分析视角，本文对1990-2008年长三角地区能源消费与经济增长关系进行实证分析。实证结果显示：从协整分析来看，长三角地区能源消费与经济增长存在着长期的均衡关系，并且当期经济增长量受当期能源消耗增长量和前一期经济增长量的影响，经济增长有29.98%的自动修复能力。从空间状态模型来看，长三角地区能源消费弹性曲线图呈现出“倒U型”，大约在0.633-0.664之间波动，在1999年达到最低点，1990-1999年出现震荡下滑，而1999-2005年小幅度反弹，2005年以后

2、能源消费弹性趋向于收敛。在此基础上，得到三点启示。关键词：能源消费；经济增长；协整分析；状态空间模型一、引言1，总体上能源消费增长慢于GDP增长。统计数据表明，长三角地区能源消费与GD基本上是同向增长的，能源消耗是经济持续稳定增长的重要推动力，为经济发展提供了重要的物质保障。GDP和能源消耗年平均增长率见表1。图1可以看出：第一，长三角地区能源消耗与GDP基本是同向变化，都有不断上升趋势；第二，从趋势来看，长三角地区能源消耗与GDP变化并没有呈现喇叭口状态，而是一个同步增长的态势。长三角地区经济快速增长对能源需求也在相应地增加，能源消耗增长速度并没有经济增长速度快，这为笔者进一步研究能源消费与

3、经济增长关系的实证分析提供了现实背景。 基于上述现实考虑，本文将从两个层面来解析长三角地区的能源消费与经济增长之间的关系。一方面，采用协整分析长三角地区国民生产总值与能源消费之间的短期与长期均衡关系；另一方面，将不可观测的变量加入到估算模型中也就是说，采用变系数的状态空间模型对能源消费弹性进行了估计，推算了长三角能源消费弹性的趋势，试图反映长三角地区能源利用情况，从而更深刻地揭示经济增长与能源消费之间的关系。 二、分析框架1理论基础能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。能源消费与经济增长之间的关系：一方面，经济增长对能源存在依赖性，即大量的能源投入促进了经济的快速增长。另一方面，经济增长

4、促成了能源的大规模开发和利用，也为发展能源提供了资金支持。与此同时，能源的开发利用促进了产业结构调整进而极大地推进了经济增长。但是，快速的经济发展不可避免地加剧了对资源消耗、环境保护的压力，能源过度消耗与经济发展之间的两难冲突。与此同时，经济增长对能源消费具有正负效应。如果经济增长模式建立在能源消耗低、环境污染少的基础上时，经济将持续稳定，资源合理开发并能优化生态环境；如果经济增长模式建立在能源消耗偏高、破坏环境的不可持续能力上，经济的高速发展会导致对能源资源的过度消耗，伴随着对资源开发进一步加剧，最终制约经济的进一步发展，进入经济发展和资源开发的非良性循环。因此，要促进经济又好又快的发展，必

5、须树立科学发展理念，走“资源节约型、环境友好型”发展路径。2研究方法（1）协整分析第一步，平稳性检验。对于时间序列数据而言，平稳性是核心。通过ADF检验各变量差分序列是否平稳。若各变量都存在同阶单整序列，则可以考察变量之间协整关系。第二步，采用Engle和Granger（1987）提出的协整检验的方法。在各变量序列都是同阶单整序列前提下，建立回归方程：Ln（ECt）=0+1Ln（GDPt）+t（t=1990-2008），其中，EC表示能源消费总量作为被解释变量，GDP表示长三角地区国内生产总值作为解释变量（下同）。运用ADF检验来判断残差序列赞t是否平稳。如果残差序列是平稳的，则可以确定回归方

6、程中的两个变量之间存在协整关系，并且协整向量为（1，-赞0，-赞1）；否则两个变量之间不存在协整关系。第三步，ECM分析。沿用E-G两步法思想，模型设定为Ln（ECt）=1Ln（GDt）+2Ln（ECt-1）+ecmt-1+tecmt-1=Ln（ECt-1）-赞0-赞1Ln（GDPt-1）：其中为调整系数。它表示当短期波动偏离长期均衡时，将以的调整力度将非均衡状态回到均衡状态。第四步，Granger因果检验。运用Granger（1969）提出的Granger因果检验，基本思想是：若X的变化引起Y的变化，则X的变化应该发生在Y的变化之前。也就是说“X变化是引起Y变化的Granger因果关系”。反

7、之，若Y的变化引起X的变化，则Y的变化应该发生在X变化之前。也就是说，Y变化是引起X变化的Granger因果关系。（2）状态空间模型在计量经济学中，状态空间模型（State SpaceModel）用来估计不可观测的时间变量：理性预期、测量误差、长期收入和不可观测因素（趋势和循环要素）。许多时间序列模型，包括典型的线性回归模型和ARIMA模型都能作为特例写成状态空间形式并估计参数值。利用状态空间形式表示动态系统主要有两个优点：第一，状态空间模型将不可观测的变量（状态变量）并入可观测模型，并与其一起得到估计结果；第二，状态空间模型是利用强有力的迭代算法卡尔曼滤波（KalmanFilter）来估计的

8、，卡尔曼滤波可以用来估计单变量和多变量的ARMA模型、马尔科夫转换模型和变参数模型等（高铁梅，2009）。本文采用变系数的计量模型，以状态空间模型进行估计，可以反映出能源消费弹性随时间的变动情况。一般来说，状态空间模型是由一组测量（Observation）方程和状态（State）方程构成。以状态空间模型考察GDP与能源消费的关系，建立如下形式模型：测量方程：Ln（ECt）=dt+tLn（GDPit）+t（t=1，2，T）（1）；状态方程：t+ct=Ttt-1+t（t=1，2，T）（2）方程（1）为测量方程，表示能源消费与GD之间的一般关系，其中：可变参数是不可观测变量，称为状态变量，其变化反映

9、除GDP以外的其他因素对能源消费和GDP关系的综合影响；dt是具有固定参数的解释变量。方程（2）称为状态方程或转换（Transition）方程描述了状态变量的生成过程。在方程（2）中，假定参数t服从于AR（1）模型。t，t分别是测量方程和状态方程的扰动项，相互独立，且服从均值为零、方差是常数的正态分布。3变量选择与数据来源本文研究过程采用1990-2008年的长三角地区国民生产总值（GDP）、能源消耗（EC），使用以1990年为基期的国民生产总值指数对GDP进行缩减，以消除物价因素影响。为了保证数据的可比性和容易得到平稳序列，同时削弱可能的异方差，对数据取自然对数处理。数据来源于相关年度的上海

10、统计年鉴、江苏统计年鉴、浙江统计年鉴、中国能源统计年鉴。三、实证分析1.长三角地区能源消费与经济增长的协整分析（1）平稳性检验运用Eviews5.1对经济增长与能源消费序列进行ADF单位根检验，结果见表2。表2显示：变量Ln（GDP）和Ln（EC）的ADF统计值都大于5%显著水平的临界值，因此不能拒绝原假设；Ln（GDP）和Ln（EC）都是一个非平稳序列。Ln（GDP）和Ln（EC）的ADF统计值都是大于5%显著水平的临界值，因此也不能拒绝原假设。但是2Ln（GDP）和2Ln（EC）的ADF统计值都是小于5%显著水平的临界值，因此拒绝原假设，从而认为变量2Ln（GDP）和2Ln（Y）都是2阶单

11、整序列，即Ln（GDP）I（2），Ln（EC）I（2）。（2）协整关系运用Eviews5.1OLS回归方程为:LnEC=4.3141+0.6158LnGDP+赞t（3）t=（14.89）（19.66）R2=0.9578 DW=0.16回归方程中0.6158表示：在1990-2008年，平均而言，经济增长1%会导致能源消费增长0.6158%。运用Eviews5.1对回归方程（3）估计的残差序列进行单位根检验，结果见表3。表3显示：残差序列在5%的显著性水平下拒绝原假设，接受不存在单位根的结论，因此可以确定残差序列是平稳序列。长三角地区经济增长与能源消耗之间存在协整关系，并且协整向量为（1，4.3

12、14，0.6158），说明在样本期间内，长三角地区能源消费与经济增长之间存在长期稳定均衡关系。（3）ECM分析运用Eviews5.1的OLS回归方程为:LnECt=-0.0809+0.6342LnGDPt+0.9423LnECt-1-0.2998ecmt-1（4）t=（-2.71）（2.92）（6.77）（-4.12）R2=0.8185 Adjusted R2=0.7766 DW=2.16其中，ecmt-1=LnECt-1-4.314-0.6158LnGDPt-1回归方程（4）表明：第一，在5%的显著性水平下，短期内当期经济增长增加1%，当期能源消费增长量也会相应增加0.6342%；前一期能源

13、消费增长量增加1%，当期能源消费增长量也会增加0.9423%。第二，0.2998表示：当能源消费总量短期波动偏离长期均衡时候，以0.2998调整速度向均衡点靠近，也就是说，将以0.2998的调整力度将非均衡状态拉回到均衡状态。第三，当ecmt-1=LnECt-1-4.314-0.6158LnGDPt-10时，即第t-1期能源消费总量向上偏离长期均衡时，调整系数会以0.2998的速度减少第t期能源消费总量的增量，从而调整第t期的能源消费总量向长期均衡靠近；当ecmt-1=LnECt-1-4.314-0.6158LnGDPt-10时，即第t-1期能源消费总量向下偏离长期均衡时，调整系数会以0.29

14、98的速度增加第t期能源消费总量的增量，从而调整t期的能源消费总量向长期均衡靠近。（4）Granger因果检验运用Eviews5.1做Granger因果检验分析长三角地区经济增长与能源消耗内在关系，结果见表4。表4显示：假设H2能源消耗变化不会引起经济增长的变化，在两种情况下都不能拒绝原假设，说明长三角地区能源消耗并不是经济增长的内生变量。而假设H1经济增长的变化不会引起能源消耗的变化，在三种情况下都被拒绝。结论显示：长三角地区经济增长与能源消耗具有单向的Granger因果关系，说明在一定经济发展水平上，表现出对能源更高的直接需求，同时也预示着未来单位GDP能耗的下降速度要减缓，资源消耗要增加

15、。2长三角地区能源消费与经济增长的状态空间模型分析运用Eviews5.1对1990-2008年长三角地区能源消费和经济增长的关系进行变参数状态空间模型进行估计，以卡尔曼滤波算法可以得到如下测量方程和状态方程。测量方程：Ln（ECt）=4.0163+tLn（GDPit）（5）；se=（0.4583*）状态方程：t=0.1829+0.7189tt-1（6）se=（0.013*）（0.010*）式中：EC为长三角地区能源消费总量；t为变参数，表示能源消费弹性，括号中为估计的标准差，*、*分别表示在5%、10%的显著性水平上拒绝原假设。状态方程（6）中的系数T的估计值显著不为零，说明不为常数而存在自相

16、关性，也就是说，除GDP以外的其他因素对中国经济增长与能源消费关系的影响是比较明显的。参数t随时间变动较大，说明采用变系数模型刻画长三角地区能源消费弹性系数变化的必要性。图2给出了采用状态空间模型方法估算了长三角地区1990-2008年能源消费弹性系数的变化趋势。从图中可以看出在样本期间长三角地区能源消费弹性曲线图呈现出“倒U型”，大约在0.633-0.664之间波动。当GDP每增加100亿元，将大约有63.3-66.4万吨标准煤能源被用于消费。在1999年达到最低点，1990-1999年出现震荡下滑，而1999-2005年却小幅度反弹，在2005年以后在0.655上下波动，能源消费弹性趋向于

17、收敛。1990-1999年能源消费弹性系数的下降表明同比例增长的产出增长需要更小的能源消费增加比例。估计结果一定程度上表明：长期以来，特别是改革开放以后，我国能源的高投入对经济增长的推动功不可没，单位能源消费带来的GDP增加呈上升趋势，而且能源利用的效率总体上在提高。但是，我们也应看到：1999年以来长三角地区能源消费弹性系数持续上升，这期间为长三角地区重工业增长最快的时期，经济增长和城市化带来的大规模基础设施建设体制刺激了对重工业的投资，投资增长过猛、高耗能产业迅速扩张和高耗能产品产量大幅增长。伴随着长三角地区“膨胀病”问题日益严重，转变经济发展方式、产业结构优化升级已经推上重要的议程，在加

18、之，我国在“十一五”提出落实科学发展重要战略的推进，2005年以来，长三角地区能源消费弹性趋向于收敛，这主要在于经济结构调整与区域能源政策共同推进作用。在经济结构调整方面，将一系列高污染、高耗能的企业关、停、并、转，积极扶持低污染、低能耗、高附加值的产业，重点发展新能源、污染较低的高级服务业。以江苏为例，近几年来，江苏省新能源产业发展迅速，在一些关键领域取得突破，产业综合竞争力显著提高。2008年，江苏省新能源产业实现产值近900亿元，特别是光伏产业规模跃居全国第一。从政策角度来看，2006年底长三角地区开始筹建长三角能源平台，建设统一的区域能源交易市场，以健全长三角能源保障机制，优化区域能源

19、项目布局，提高能源利用效率。长三角能源平台着眼于打破投资、流通壁垒，建立统一的区域能源交易市场，构建煤炭、油品、电力等交易中心；推动跨省区能源企业合作，促进能源中介机构、节能服务公司的发展；并探索建立国际化能源供应体系和国际能源合作机制。随着我国可持续发展战略的推进，节能减排将面临着较大的压力。四、结论与启示本文对1990-2008年长三角地区能源消费与经济增长的关系进行实证分析，基本结论如下：从协整分析来看，从短期来看，当期经济增长量受当期能源消耗增长量和前一期经济增长量的影响，并且经济增长有29.98%自动修复能力。从长期来看，长三角地区经济增长1%会导致能源消耗增长0.6158%。Gra

20、nger因果检验表明：长三角地区经济增长与能源消耗具有单向的Granger因果关系，说明在一定经济发展水平上，表现出对能源更高的直接需求，同时也预示着未来单位GDP能耗的下降速度要减缓，资源消耗要增加。从空间状态模型来看，1990-2008年长三角地区能源消费弹性曲线图呈现出“倒U型”，大约在0.633-0.664之间波动。当GDP每增加100亿元，将大约有63.3-66.4万吨标准煤能源被用于消费。在1999年达到最低点，1990-1999年出现震荡下滑，而1999-2005年小幅度反弹，2005年以后在0.655上下波动，能源消费弹性趋向于收敛。根据以上的实证分析，我们得到以下三点启示。第一，从经济发展质量角度，落实科学发展观的重要性。科学发展观强调经济发展质量的重要性。人类要达到可持续发展所要求的经济增长，就必须改变传统的能源和资源利用开发方式，改变以“高投入、高消耗、高污染”为特征的生产消费模式和思维方式，实施可持续的生产和消费模式，改变“先污染后治理”的传统发展模式，实施可持续发展所要求的发展模式，从而减少经济发展所造成对能源消耗的压力。第二，调整经济结构、能源结构、从而转变经济发展方式。从经济结构调整维度来看，调整的方向应该是加速发展服务业发展，优化工业结构。以经济结构调整为源头，控制能源投入强度，促进能源合理开发与