湖北省能源消耗與經(jīng)濟發(fā)展關系研究

王楊　韓鳳歌

摘要：經(jīng)濟的發(fā)展帶動能源的消耗，文章通過主成分分析方法提取出能夠反映經(jīng)濟發(fā)展和能源消耗這兩者的綜合指標，利用時間序列數(shù)據(jù)，定量分析湖北省能源消耗與經(jīng)濟發(fā)展關系。然后通過建立協(xié)整模型發(fā)現(xiàn)這兩者存在長期均衡關系，且存在著從經(jīng)濟發(fā)展到能源消耗的單向因果關系。最后比較最小二乘方法和Bootstrap方法得到的回歸模型系數(shù)置信區(qū)間；可知Bootstrap方法的區(qū)間收斂于真實區(qū)間的速度更快，使得模型也能更好地適用于更普遍的經(jīng)濟-能源發(fā)展的關系應用中。

關鍵詞：能源消耗；經(jīng)濟發(fā)展；主成分分析；協(xié)整檢驗；Bootstrap方法

一、 引言

經(jīng)濟的發(fā)展帶動著能源的消耗，能源消耗又反過來促進經(jīng)濟的發(fā)展，兩者之間相互促進。近年來湖北省的年均經(jīng)濟增長速度放緩，經(jīng)濟發(fā)展趨勢呈現(xiàn)新常態(tài)。在面對現(xiàn)在湖北省經(jīng)濟發(fā)展狀況的現(xiàn)狀下，原始模式的資源利用導致了資源消耗大，資源約束日益緊張。目前湖北省能源資源稀缺，包括煤炭，石油，天然氣，電力等。現(xiàn)階段湖北省隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對于能源的需求量越來越大，如何用最少的資源帶來最大的經(jīng)濟效益，是亟待解決的問題。

能源是國民經(jīng)濟的基礎要素，能源的有效利用關系到社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，能源消費量過快增長和能源低效率會阻礙經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。能源與經(jīng)濟發(fā)展關系的研究是科學進行能源需求預測的需要，最終目的是使能源得到有效利用，使能源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展。能源消費與經(jīng)濟發(fā)展關系的實證研究是為更有效的提高能源效率提供依據(jù)，能夠為節(jié)能政策制定和可持續(xù)發(fā)展政策的實施提供重要參考依據(jù)。

二、 研究內(nèi)容及框架

目前有很多學者研究了能源消耗總量對于經(jīng)濟發(fā)展的影響及相互關系，但是能源消耗總量及經(jīng)濟的發(fā)展指標僅單純的數(shù)量研究不能更加有效地評判兩者之間的關系，且單一的能源消耗指標及經(jīng)濟發(fā)展指標只能片面的反應二者之間的關系，不具有很強的代表性。此研究克服了之前總量研究的不足，采用胡紹雨的研究技術路線，利用綜合指標對現(xiàn)階段湖北省能源消耗現(xiàn)狀和經(jīng)濟發(fā)展狀況進行分析。本文選取經(jīng)濟發(fā)展指標有地區(qū)生產(chǎn)總值、居民消費水平、對外貿(mào)易出口總額、財政收入占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重，能源消耗指標有煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油柴油、燃料油、電力、天然氣指標；其次利用主成分分析方法確定能夠反映能源消耗和經(jīng)濟發(fā)展的綜合指標得分；然后利用綜合指標得分采用時間序列對湖北省能源消耗對經(jīng)濟發(fā)展的長期和短期關系及影響進行分析，給出經(jīng)濟發(fā)展綜合指標和能源消耗綜合指標之間的相互關系，為調(diào)整能源消耗情況的幅度，提升能源消耗所帶來的經(jīng)濟效益提供參考。

三、 數(shù)據(jù)來源

此研究數(shù)據(jù)包含1995年到2014年間湖北省經(jīng)濟發(fā)展指標：地區(qū)生產(chǎn)總值、居民消費水平、對外貿(mào)易出口總額、財政收入占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重；能源消耗指標：煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、電力、天然氣指標數(shù)據(jù)。對應的指標數(shù)據(jù)來自2014湖北省統(tǒng)計年鑒。

四、 研究方法

（一） 主成分分析方法

本文通過對經(jīng)濟發(fā)展指標及能源消耗的指標進行主成分分析，確定能夠反映經(jīng)濟發(fā)展和能源消耗的兩個綜合指標：GDP和能源。利用這兩個綜合指標對湖北省能源消耗與經(jīng)濟發(fā)展關系進行研究。

通過軟件分別對反映經(jīng)濟發(fā)展的4個指標和能源消耗的9個指標進行主成分分析得到：經(jīng)濟發(fā)展提取出一個主成分（方差貢獻率0.976）；能源消耗提取2個主成分，第一主成分方差貢獻率0.781，第二主成分的貢獻率0.115，累計貢獻率0.896。各指標成分得分見表1和表2。

系數(shù)矩陣計算綜合指標得分見表1和表2，兩個指標的綜合得分如下表3。

由表3和圖1可看出，能源消耗與經(jīng)濟發(fā)展呈上升趨勢。湖北省從1995年到2014年的20年間，經(jīng)濟的發(fā)展帶動能源的消耗增長，能源的消耗增長帶動經(jīng)濟的發(fā)展。在1995年至2005年之間能源消耗與經(jīng)濟發(fā)展趨勢相同，在2005年至2010年之間能源整體發(fā)展比經(jīng)濟發(fā)展快，在2010年至2015年之間經(jīng)濟整體發(fā)展比能源消耗快。

（二）時間序列分析

1. 時間序列單位根檢驗

對于主成分分析得到的經(jīng)濟發(fā)展和能源消耗的綜合指標得分都和時間有關系，因此將這兩個綜合指標序列作為時間序列來研究湖北省能源消耗與經(jīng)濟發(fā)展關系。在進行協(xié)整檢驗之前，需要確定變量的最優(yōu)滯后階數(shù)，并確定變量之間是否同階單整。本文先建立VAR模型，根據(jù)中SC信息準則選定最優(yōu)滯后階數(shù)為6，將得分進行一階差分，其單位根檢驗結(jié)果見表4：

由表4可知，經(jīng)濟發(fā)展和能源消耗的綜合指標得分都通過顯著性檢驗（P<0.05），所以經(jīng)濟發(fā)展和能源消耗的綜合指標得分的時間序列為是一階單整。

2. 時間序列協(xié)整分析

對能源得分和經(jīng)濟的得分的時間序列作分析，兩個序列都是一階單整，此時可以研究兩個變量之間的長期均衡關系。經(jīng)過協(xié)整檢驗，其均衡關系模型為：

N=0.76G，

模型各參數(shù)見表5。

由表5可知模型的R2=0.887，D-W=0.351。由于D-W很小，存在誤差序列相關，這里引入AR（1）、AR（2）來消除殘差序列相關。得到調(diào)整后的模型結(jié)果如下：

N=0.42G+[AR（1）=1.39，AR（2）=-0.45]，

模型因子系數(shù)及統(tǒng)計檢驗結(jié)果見表6。

由表6可知模型R2=0.973，D-W=2.052。D-W檢驗值由0.351上升到2.052，消除了殘差項的序列自相關。并且在回歸模型中的解釋變量和AR（l）和AR（2）的t統(tǒng)計值都一致地通過了顯著性檢驗。其回歸方程的殘差序列平穩(wěn)性檢驗結(jié)果見表7。

由表7可知在顯著水平為0.01下殘差通過顯著性檢驗，即調(diào)整之后的回歸方程的殘差序列為零階單整序列。所以能源消耗綜合指標時間序列與經(jīng)濟發(fā)展綜合指標時間序列存在長期均衡關系。

3. 格蘭杰因果關系檢驗

回歸分析只能給出兩個指標的數(shù)量之間的關系，不能反映出應變量和自變量間的因果關系，下面通過格蘭杰因果關系分析來檢驗二者之間的影響關系。在進行格蘭杰因果關系檢驗之前，先根據(jù)SC信息準則確定最優(yōu)滯后階為4，檢驗結(jié)果見表8 （滯后期為4，觀測值為20），可以看出存在從經(jīng)濟發(fā)展到能源消耗的格蘭杰因果關系，即經(jīng)濟的發(fā)展帶動能源的消耗。

五、 回歸模型系數(shù)置信區(qū)間研究

經(jīng)濟的發(fā)展帶動能源的消耗，研究經(jīng)濟與能源關系模型對于了解兩者之間的相互影響關系很重要。對于時間序列建立的數(shù)學模型是否能夠運用到更寬的領域不能夠確定。Bootstrap是假定不知道殘差項具體是什么分布情況下的算法，用它不是為了促進有效性，而是為了使其能夠在更大范圍內(nèi)使用。對很多估計能夠獲得更精準的置信區(qū)間（其構(gòu)造的置信區(qū)間）收斂于真實區(qū)間的速度在某些條件下會比通常的正態(tài)近似要快。

（一） 最小二乘回歸置信區(qū)間

利用時間序列得到的線性回歸在置信水平分別為0.90、0.95、0.99下各系數(shù)的置信區(qū)間見表9。

（二） Bootstrap方法估計參數(shù)的置信區(qū)間

Bootstrap方法是一種有放回的隨機抽樣方法，即從原始樣本數(shù)據(jù)中，有放回地重復重復抽取容量為的樣本，然后作這個樣本的估計，再將這一過程重復次，做相應的估計。Bootstrap方法能夠較好的處理小樣本數(shù)據(jù)。此處利用Bootstrap方法，重復抽樣1000次，對回歸方程的系數(shù)進行估計，參數(shù)估計置信區(qū)間結(jié)果見表10。

由表9和表10的結(jié)果可以看出自助法所得到的參數(shù)置信區(qū)間基本包含在時間序列估計的參數(shù)置信區(qū)間內(nèi)，Bootstrap方法構(gòu)造的置信區(qū)間收斂于真實區(qū)間的速度更快，該模型也能更好地適用于更普遍的經(jīng)濟-能源發(fā)展的關系應用中。

六、 結(jié)語

本文主要對湖北省的能源消耗與經(jīng)濟發(fā)展關系進行分析，主要通過選取能夠反映能源消耗和經(jīng)濟發(fā)展的綜合指標來研究。根據(jù)已有的發(fā)展指標建立綜合指標體系，更好的反映現(xiàn)階段湖北省能源消耗與經(jīng)濟發(fā)展的相互關系。

1. 能源的發(fā)展對經(jīng)濟增長存在一定的促進作用，經(jīng)濟增長對能源消耗存在一定的依賴性，經(jīng)濟增長同時也促進能源的開發(fā)利用。研究發(fā)現(xiàn)湖北省能源消耗與經(jīng)濟發(fā)展保持長期均衡關系，存在著從經(jīng)濟發(fā)展綜合指標到能源消耗綜合指標的因果關系，即經(jīng)濟的發(fā)展帶動能源的消耗，但能源的消耗并不能帶動經(jīng)濟的發(fā)展，此結(jié)果和已存在同類研究結(jié)果相類似。

2. 本文研究結(jié)果對于政策的制定有一定的參考價值。湖北省的能源消耗量逐年上升，但仍是以煤炭為主，煤炭消耗量從1995年到2014年年平均增長129萬噸，其他能源消耗種類及消耗量也呈現(xiàn)上升趨勢。能源的消耗雖不能帶動經(jīng)濟的發(fā)展，但隨著能源消耗的增加逐年增長所導致的環(huán)境問題（如空氣污染、水污染等問題）仍在進一步擴大。

3. 為了解決現(xiàn)有經(jīng)濟-能源-環(huán)境關系，一方面要提升單位能源利用效率，調(diào)整能源的消費結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展能夠替代現(xiàn)有煤炭、石油等的其他可再生能源，減少能源消耗帶來的環(huán)境問題。另一方面，在發(fā)展經(jīng)濟的同時需要考慮能源及環(huán)境問題，高效的能源利用及良好的環(huán)境發(fā)展比經(jīng)濟發(fā)展帶來的效益高。因此，在保證經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展、環(huán)境問題不再擴大的前提下，充分利用現(xiàn)有的有限能源實現(xiàn)更大的效益，是值得我們給予高度重視并采取可行高效的解決方案來實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

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【作者單位：中國地質(zhì)大學（武漢）數(shù)學與物理學院】