李治國(guó) ,郭景剛

中國(guó)的崛起,日本、韓國(guó)的振興,俄羅斯的復(fù)蘇,使東北亞地區(qū)成為了目前世界上經(jīng)濟(jì)最為活躍的地區(qū)之一。對(duì)于東北亞各國(guó)而言,加強(qiáng)新能源的開(kāi)發(fā)利用以減輕能源供應(yīng)不足對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的約束顯得極為迫切。相比起傳統(tǒng)化石能源,清潔能源具有可再生、分布廣、低污染等優(yōu)點(diǎn),大力發(fā)展清潔能源不僅能夠調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),更有助于防范國(guó)際能源價(jià)格波動(dòng)所造成的不確定性風(fēng)險(xiǎn),增強(qiáng)本國(guó)的能源安全。有鑒于此,通過(guò)對(duì)東北亞各國(guó)的清潔能源利用現(xiàn)狀的比較,分析各國(guó)發(fā)展清潔能源的經(jīng)驗(yàn)和不足,無(wú)疑能為我國(guó)清潔能源的發(fā)展提供有益的借鑒。

學(xué)術(shù)界對(duì)能源與清潔能源的研究頗為廣泛,大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)重要階段:20世紀(jì)70年代為起步階段,此時(shí)的研究主要圍繞能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的互動(dòng)關(guān)系展開(kāi)。Kraft J和 KraftA(1978)[1](401-403),Akarca和Long(1980)[2](326-331),Yu 和Hwang(1984)[3](168-190),Yu和Choi(1985)[4](249-272)分別以不同的國(guó)家研究,發(fā)現(xiàn)能源消費(fèi)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)確實(shí)產(chǎn)生了影響。90年代初期,隨著能源消耗的迅速增長(zhǎng),能源消費(fèi)強(qiáng)度和效率問(wèn)題逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。Birol和Keppler(2000)[5](457-479)證實(shí),提高能源價(jià)格對(duì)于提高能源使用效率、降低能源強(qiáng)度具有積極作用。Chien和Hu (2007)[6](3606-6315)利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法發(fā)現(xiàn),增加清潔能源的使用能夠提高經(jīng)濟(jì)的技術(shù)效率。Sari et al.(2008)[7](2302-2313)利用美國(guó)數(shù)據(jù)也得出類似的結(jié)論。在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下,更多的學(xué)者開(kāi)始對(duì)能源區(qū)域合作問(wèn)題進(jìn)行探索。對(duì)于東北亞地區(qū)的清潔能源問(wèn)題,國(guó)內(nèi)如佟新華(2009)[8](74-78)基于清潔能源發(fā)展機(jī)制對(duì)于東北亞地區(qū)的清潔能源的合作進(jìn)行分析,并提出通過(guò)開(kāi)發(fā)高效的技能技術(shù)和利用碳基金降低潛在風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策。徐海燕、鮑建軍(2011)[9](81-87)從合作意義的層面分析了東北亞地區(qū)能源合作的重要性。景躍軍、杜鵬(2011)[10](35-40)以中日兩國(guó)為例研究發(fā)現(xiàn),在低碳技術(shù)領(lǐng)域里,中日兩國(guó)的合作空間巨大。

基于以上分析,本文擬從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)和拓展:首先對(duì)東北亞各國(guó)的能源結(jié)構(gòu)和清潔能源利用現(xiàn)狀進(jìn)行總體分析;在此基礎(chǔ)上建立狀態(tài)空間模型,從實(shí)證的角度考察區(qū)域內(nèi)各國(guó)清潔能源利用對(duì)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的影響;最后通過(guò)卡爾曼濾波結(jié)果作為時(shí)期劃分依據(jù),研究不同時(shí)期各國(guó)能源消費(fèi)彈性的變化規(guī)律,為我國(guó)清潔能源的利用提供參考。

一、東北亞各國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)及清潔能源利用比較分析

(一)單位GDP能耗的比較

單位GDP能耗是衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源依賴程度、反映能源消費(fèi)水平與節(jié)能降耗狀況的主要指標(biāo),通常以該指標(biāo)作為評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和能源利用效率變化的依據(jù)。表1為各國(guó)單位GDP能耗統(tǒng)計(jì),可看出相比起日本、韓國(guó),我國(guó)的能源利用效率水平較低,下降幅度不明顯,單位GDP能耗的居高不下與我國(guó)粗放型的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式有著很大關(guān)聯(lián)。與韓國(guó)和日本的0.182和0.123(2008年)相比,我國(guó)能源效率為0.278,還有很大的提升空間,發(fā)展清潔能源的潛力巨大。

表1 歷年單位GDP能源消耗統(tǒng)計(jì)

(二)能源消費(fèi)構(gòu)成比較

能源消費(fèi)構(gòu)成是影響單位GDP能耗的主要因素,從表2可以看出,日本、韓國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中石油占較大比重,分別為 40.25%和41.41% ;而我國(guó)則更多地依賴煤炭。俄羅斯天然氣儲(chǔ)量豐富,其消費(fèi)比例高達(dá)53.94%。煤炭的熱能值較低,燃燒不充分造成的資源浪費(fèi)嚴(yán)重,同時(shí)燃燒釋放的二氧化碳、二氧化硫等氣體還會(huì)污染大氣。煤炭資源主導(dǎo)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是造成我國(guó)能源效率低下的關(guān)鍵因素。石油資源能量大、熱值高,因此以消費(fèi)石油為主的日本和韓國(guó)能夠保持較低的GDP能耗。雖然天然氣為俄羅斯的主要供能資源,但由于它的天然氣資源過(guò)于豐富,會(huì)造成節(jié)能意識(shí)薄弱而導(dǎo)致資源浪費(fèi)嚴(yán)重;加之科研投入不足,可再生能源利用率不高,導(dǎo)致俄羅斯GDP能耗水平高出世界平均水平近兩倍之多。

各國(guó)的單位GDP能耗與本國(guó)清潔能源的使用也存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)效應(yīng)。日本、韓國(guó)擁有世界先進(jìn)的核能技術(shù),核能消費(fèi)比例保持了較高水平;中國(guó)的南方地區(qū)水資源豐富,為其利用水能提供了便利條件;俄羅斯核能和水電占比例相當(dāng),但技術(shù)落后、資源浪費(fèi)等問(wèn)題使得清潔能源的消費(fèi)并沒(méi)有帶來(lái)較低的單位GDP能耗。

表2 2010年各國(guó)能源消費(fèi)構(gòu)成單位:萬(wàn)噸油當(dāng)量

(三)清潔能源利用比較

雖然各國(guó)清潔能源的使用比例不同,但大都呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)的趨勢(shì)(如圖1)。不過(guò),我國(guó)清潔能源的使用比例和增長(zhǎng)幅度均為最低,因此加大對(duì)傳統(tǒng)能源的替代,完善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)更為緊迫和必要。

圖1 各國(guó)歷年清潔能源比重變化趨勢(shì)

二、東北亞四國(guó)清潔能源對(duì)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)影響的比較分析

(一)狀態(tài)空間模型

狀態(tài)空間模型通過(guò)建立可觀測(cè)變量與系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián),利用強(qiáng)有效的遞歸算法—卡爾曼濾波完成對(duì)非觀測(cè)變量的估計(jì),可以更好地反映系統(tǒng)的真實(shí)狀態(tài)。運(yùn)用狀態(tài)空間模型研究國(guó)家能源結(jié)構(gòu),不僅能更好地解讀能源結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化,還能對(duì)能源之間的動(dòng)態(tài)替代關(guān)系進(jìn)行模擬。模型通常由以下兩個(gè)部分構(gòu)成,一是量測(cè)方程,反映可觀測(cè)變量與不可觀測(cè)變量之間的關(guān)系;二是狀態(tài)方程,用來(lái)描述動(dòng)態(tài)的狀態(tài)變量。

為研究清潔能源對(duì)能源結(jié)構(gòu)的影響作用,本文將狀態(tài)空間模型的量測(cè)方程和狀態(tài)定義為:

量測(cè)方程:

狀態(tài)方程:

其中i為國(guó)家類別,因此gdpi、coali、oili、gasi、cleani分別對(duì)應(yīng)為第i國(guó)的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、原煤消耗量、原油消耗量、天然氣消耗量、清潔能源消耗量①根據(jù)研究數(shù)據(jù),本文所指的清潔能源主要包括水電、風(fēng)電和核能。。c(1)為常數(shù)項(xiàng),[var=exp(c(i)]為殘差。同時(shí)采用最小二乘法對(duì)模型初始值進(jìn)行設(shè)定。能源消費(fèi)彈性是衡量國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值對(duì)能源消耗量的變動(dòng)敏感程度的指標(biāo),能夠反映能源消耗與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的互動(dòng)關(guān)系。量測(cè)方程中sv1、sc2、sv3、sv4代表不同國(guó)家原煤、原油、天然氣和清潔能源的消費(fèi)彈性。通過(guò)比較sv1、sc2、sv 3、sv4的變動(dòng)規(guī)律,可以研究不同能源之間的替代或協(xié)同效應(yīng)。

(二)變量設(shè)定及來(lái)源

本文以1990-2010年中國(guó)、俄羅斯、日本和韓國(guó)歷年的原煤、原油、天然氣和清潔能源的消耗量為自變量,以國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值作為因變量進(jìn)行狀態(tài)空間估計(jì)。其中各國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的樣本數(shù)據(jù)來(lái)源于世界銀行數(shù)據(jù)庫(kù),以百億美元表示;能源數(shù)據(jù)取自《2011BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》。為保證序列的可比性,同時(shí)消除可能存在的異方差,我們對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)數(shù)化處理。數(shù)據(jù)處理軟件為eviews6.0。

(三)數(shù)據(jù)處理與計(jì)算

1.平穩(wěn)性檢驗(yàn)

狀態(tài)空間模型要求各變量必須是平穩(wěn)協(xié)整的,因此在進(jìn)行模型估計(jì)前,采用ADF單位根檢驗(yàn)和Johansen檢驗(yàn)分別對(duì)各時(shí)間序列進(jìn)行平穩(wěn)性和協(xié)整性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果顯示各變量序列的一階差分結(jié)果,除GDPc在10%的顯著性水平下拒絕單位根存在的原假設(shè)外,皆通過(guò)了5%顯著性水平下檢驗(yàn)。即各變量均為一階單整序列。Johansen檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示,在5%的臨界值水平不存在協(xié)整假設(shè)被拒絕,各變量之間存在長(zhǎng)期協(xié)整關(guān)系。因此,運(yùn)用狀態(tài)空間模型對(duì)變量的估計(jì)是有效的。

表3 Johansen協(xié)整檢驗(yàn)

表4 狀態(tài)空間模型主要參數(shù)估計(jì)結(jié)果

2.狀態(tài)空間模型主要參數(shù)估計(jì)

將數(shù)據(jù)代入到量測(cè)方程和狀態(tài)方程中,使用eviews6.0軟件進(jìn)行操作,并通過(guò)卡爾曼濾波一期向前預(yù)測(cè)法完成能源消費(fèi)彈性變化趨勢(shì)的估計(jì)。狀態(tài)空間模型主要參數(shù)估計(jì)結(jié)果如表4所示:

通過(guò)表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),中國(guó)的能源利用效率較低,即各彈性系數(shù)值普遍偏小,過(guò)多的能源消耗并沒(méi)有迅速轉(zhuǎn)變成經(jīng)濟(jì)效益,能源浪費(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。除俄羅斯外,韓國(guó)、中國(guó)和日本的清潔能源消費(fèi)彈性系數(shù)均為正數(shù),表明清潔能源的消耗確實(shí)起到了推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的作用。韓國(guó)清潔能源的利用率最高,中國(guó)其次,表明隨著一次能源開(kāi)發(fā)空間的逐步縮小,政府加大對(duì)清潔能源的開(kāi)發(fā)力度取得了一定的成效。

3.分階段性能源消費(fèi)彈性

為更好地描述不同能源之間的動(dòng)態(tài)替代關(guān)系,本文通過(guò)卡爾曼濾波一期向前預(yù)測(cè)法測(cè)算出SV1、SV2、SV3和SV4的各期參數(shù)值。通過(guò)對(duì)結(jié)果匯總,以2000年為分界點(diǎn),對(duì)不同階段能源替代關(guān)系進(jìn)行研究。詳細(xì)結(jié)果如表5所示:

表5 分階段性能源消費(fèi)彈性

(1)1990-1999年:這一階段,各國(guó)能源驅(qū)動(dòng)力更多地呈現(xiàn)出資源導(dǎo)向型特征,即能源消費(fèi)彈性受本國(guó)自身能源儲(chǔ)備的影響效果顯著。中俄兩國(guó)煤炭資源豐富,主要依靠煤炭資源提升本國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程;日本煤炭、石油資源匱乏,較多地以天然氣作為支撐;韓國(guó)的清潔能源消費(fèi)對(duì)本國(guó)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)作用更為明顯,這與1988年政府出臺(tái)《新能源和可再生能源研究與發(fā)展長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)劃》有密切的關(guān)系。中國(guó)清潔能源的消費(fèi)彈性最低,說(shuō)明中國(guó)在清潔能源利用上還處于初級(jí)階段。雖然政府自90年代初逐步加大了對(duì)水電、核能、風(fēng)能等清潔能源的投資,但由于清潔能源的建設(shè)進(jìn)入到商業(yè)化成熟期之前周期長(zhǎng)、成本高,無(wú)法與化石能源相抗衡,因此其對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)并不顯著。

(2)2000-2010年:在全球發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的浪潮下,東北亞各國(guó)的能源消費(fèi)彈性變化較大:原煤的經(jīng)濟(jì)推動(dòng)作用下降,原油的替代效應(yīng)開(kāi)始凸顯,對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的支撐效果開(kāi)始加強(qiáng)?；茉吹倪^(guò)度消耗和能源供求不對(duì)稱的瓶頸效應(yīng),使清潔能源的使用量增大,清潔能源消費(fèi)彈性提升明顯。俄羅斯作為世界天然氣資源最為豐富的國(guó)家,天然氣的消費(fèi)量在一次能源消費(fèi)總量中所占比例高達(dá)53.9%。以天然氣為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致原煤、原油和清潔能源的消費(fèi)逐漸減少。從上表中可以看出,原煤、原油和清潔能源的消費(fèi)彈性都出現(xiàn)了不同程度的下降。日本與韓國(guó)的能源消費(fèi)彈性變化情形大致相似,原油的消費(fèi)彈性都有不同程度的提升。但與日本相比,韓國(guó)的清潔能源消費(fèi)彈性不降反升,表明韓國(guó)為降低本國(guó)對(duì)石油需求的過(guò)分依賴,加大對(duì)清潔能源使用的做法開(kāi)始奏效。由于日本一次能源消費(fèi)構(gòu)成中石油約占50%,也使短期內(nèi)能源彈性改變成效并不顯著。

三、東北亞四國(guó)能源消費(fèi)彈性的周期變化分析

(一)東北亞國(guó)家清潔能源的替代效果比較

在前文分析的基礎(chǔ)上,我們對(duì)卡爾曼濾波結(jié)果中各國(guó)清潔能源消費(fèi)彈性加以分離,進(jìn)而研究其周期性變化及對(duì)化石能源的替代效應(yīng)(如圖2和圖3所示)。東北亞地區(qū)能源的結(jié)構(gòu)存在較大不同,清潔能源對(duì)化石能源的替代效應(yīng)也不盡相同(圖2)。在20世紀(jì)90年代,各國(guó)清潔能源的消費(fèi)彈性變化具有一致性,中國(guó)和俄羅斯的高消耗、低產(chǎn)出的消費(fèi)模式使清潔能源的替代效果并不明顯,日本、韓國(guó)更為集約的發(fā)展模式降低了能源的消耗,替代效應(yīng)開(kāi)始加強(qiáng)。2000年之后,替代效應(yīng)發(fā)生了較大改變:由于日本、韓國(guó)的清潔能源的消費(fèi)比例趨于穩(wěn)定,清潔能源的替代效果也基本保持不變,中國(guó)政府在可持續(xù)發(fā)展理念的主導(dǎo)下,更加重視清潔能源的開(kāi)發(fā)利用,替代效應(yīng)開(kāi)始表現(xiàn)出上升趨勢(shì);俄羅斯過(guò)分依賴天然氣的狀況則沒(méi)有改善,清潔能源的替代效應(yīng)不增反降。

圖2 東北亞四國(guó)的清潔能源替代系數(shù)

(二)中國(guó)能源消費(fèi)彈性的周期變化分析

從中國(guó)的清潔能源與煤炭、石油和天然氣的消費(fèi)彈性變化趨勢(shì)來(lái)看(圖4),清潔能源與原油的消費(fèi)對(duì)原煤呈現(xiàn)出明顯的替代效應(yīng)。隨著1995年《新能源和可再生能源發(fā)展綱要》的頒布,新能源的利用逐漸受到人們的重視,原煤的消費(fèi)彈性開(kāi)始逐步下降,同時(shí)清潔能源與原油的消費(fèi)彈性開(kāi)始上升,從一定程度上降低了對(duì)原煤的依賴;天然氣消費(fèi)常年保持較低水平,阻礙了其對(duì)原煤的替代效應(yīng)。這說(shuō)明政府的節(jié)能減排措施起到了積極效果,但對(duì)于天然氣這種優(yōu)質(zhì)能源的利用仍待加強(qiáng),天然氣消費(fèi)仍有較大提升空間。

圖3 中國(guó)能源消費(fèi)彈性系數(shù)的變化趨勢(shì)

(三)小結(jié)

清潔能源的利用對(duì)于改善能源結(jié)構(gòu)、提高能源效率具有積極作用,對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行歸納后(表6),可以得到以下結(jié)論:

1.資源稟賦的不同對(duì)于各國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)具有重要影響,而能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的合理化程度直接關(guān)系到本國(guó)能源效率的高低。相比于日本、韓國(guó),中國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)仍需改進(jìn),要降低煤炭在能源消費(fèi)總量中的比重,繼續(xù)提高清潔能源的使用比例。

2.不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式對(duì)于本國(guó)能源效率的影響同樣重要,粗放型的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式會(huì)造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi),降低能源的利用效率。應(yīng)該借鑒日本、韓國(guó)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn),優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),加快經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整,提升我國(guó)能源效率,降低單位GDP能耗。

3.除俄羅斯外,清潔能源的消費(fèi)彈性均呈現(xiàn)出上升趨勢(shì),表明在全球低碳背景下,各國(guó)已采取積極的措施來(lái)應(yīng)對(duì),清潔能源的使用比例逐漸增加,對(duì)傳統(tǒng)化石能源的替代效應(yīng)不斷增強(qiáng)。

4.中國(guó)原油和清潔能源對(duì)原煤的替代在一定程度上降低了原煤在能源消費(fèi)中的比重,但由于我國(guó)石油缺口較大,仍需大量依靠進(jìn)口,為降低由此帶來(lái)的能源安全風(fēng)險(xiǎn)而加大與俄羅斯的天然氣合作就更具可行性。

表6 東北亞四國(guó)清潔能源利用比較

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