楊超，張冰潔

（中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)統(tǒng)計(jì)與數(shù)學(xué)學(xué)院，武漢430073）

國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)產(chǎn)出與能源消費(fèi)關(guān)系的實(shí)證檢驗(yàn)

楊超，張冰潔

（中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)統(tǒng)計(jì)與數(shù)學(xué)學(xué)院，武漢430073）

文章通過(guò)討論面板數(shù)據(jù)模型的類(lèi)型及判別方法，建立了用于反映國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)產(chǎn)出與各種能源消費(fèi)量之間關(guān)系的面板數(shù)據(jù)模型，對(duì)能源消費(fèi)量與行業(yè)產(chǎn)出之間的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行了實(shí)證分析,檢驗(yàn)表明經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)單位GDP能耗逐年下降的良好發(fā)展態(tài)勢(shì)。

能源消費(fèi)；行業(yè)產(chǎn)出；面板單位根檢驗(yàn)；面板協(xié)整

0 引言

能源作為一種投入要素會(huì)影響經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。一方面，隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，生產(chǎn)能力擴(kuò)張，對(duì)能源的需求會(huì)增加，另一方面，化石類(lèi)能源的消費(fèi)又會(huì)導(dǎo)致碳排放增加、環(huán)境污染等一系列問(wèn)題。研究產(chǎn)出與能源之間的關(guān)系，對(duì)于保障我國(guó)能源安全，制定合理的能源發(fā)展戰(zhàn)略，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康可持續(xù)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與能源消費(fèi)之間的定量關(guān)系，有兩種截然不同的觀點(diǎn)，一種觀點(diǎn)認(rèn)為能源消費(fèi)的增長(zhǎng)速度大于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為能源消費(fèi)增長(zhǎng)速度小于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度，而這些結(jié)論均是基于分析國(guó)民經(jīng)濟(jì)總量和能源消費(fèi)總量之間的關(guān)系得出的。研究表明不同國(guó)家在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不同時(shí)期，兩者之間應(yīng)有不同的數(shù)量關(guān)系。本文擬從分析國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)產(chǎn)出與各種不同能源消費(fèi)之間關(guān)系的角度深入研究能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的關(guān)系。

1 模型構(gòu)建

1.1 線性面板數(shù)據(jù)模型的幾種主要形式

面板數(shù)據(jù)（Panel Data），是兼有時(shí)間序列和截面數(shù)據(jù)兩種成份的二維數(shù)據(jù)集。面板數(shù)據(jù)相比其他數(shù)據(jù)具有能提供更多信息、更大的變異、更大的自由度、更高的效率、可以控制個(gè)體異質(zhì)性等諸多優(yōu)點(diǎn)。面板數(shù)據(jù)模型是根據(jù)面板數(shù)據(jù)建立的一種分析變量之間數(shù)量關(guān)系的經(jīng)濟(jì)計(jì)量模型。在建模過(guò)程中，不僅可建立線性模型，還可建立非線性模型，其中線性模型在經(jīng)濟(jì)定量分析中得到廣泛應(yīng)用，其一般解析表達(dá)式為：

式中，xit=(x1it,x2it,…,xkit)’，βit=(β1it，β2it，…，βkit)’；下標(biāo)i表示不同的個(gè)體，t表示不同的時(shí)間，k表示自變量個(gè)數(shù)；yit為因變量，xit為自變量，βit為待估參數(shù)；μit為滿(mǎn)足經(jīng)典假定的隨機(jī)誤差項(xiàng)。表達(dá)式中αit、βit均包含有截面效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)，進(jìn)一步可以將αit分解成個(gè)體效應(yīng)和總體效應(yīng)兩部分，即：

式中，（ηt+δi）代表個(gè)體效應(yīng)，其中ηt表示個(gè)體時(shí)期效應(yīng)，δi表示個(gè)體截面效應(yīng)；α代表總體效應(yīng)。對(duì)于時(shí)間跨度較短的面板數(shù)據(jù)，通常假定參數(shù)不隨時(shí)間變化，即滿(mǎn)足時(shí)間序列參數(shù)齊性，則模型（1）可以寫(xiě)成如下形式：

式中，待估參數(shù)αi和βi的取值與時(shí)間t無(wú)關(guān)，只與截面?zhèn)€體單位i有關(guān)，故該模型稱(chēng)為變系數(shù)模型。一般模型（3）的截距項(xiàng)及斜率系數(shù)有如下兩種假設(shè)：

在原假設(shè)下，模型的截距和斜率在不同個(gè)體上都相同，所以該模型又稱(chēng)為固定系數(shù)模型，模型的解析表達(dá)式為：

在原假設(shè)下，模型的斜率是常數(shù)，截距項(xiàng)隨個(gè)體的不同而改變，因此該模型又稱(chēng)為變截距模型，模型的解析表達(dá)式為：

在實(shí)證分析中，由于當(dāng)斜率不同時(shí)，考慮截距相同沒(méi)有實(shí)際意義，因此這里沒(méi)有斜率系數(shù)非齊性而截距齊性的假設(shè)。若上述兩種假設(shè)都不成立，則模型應(yīng)為表達(dá)式（3）。

1.2 面板數(shù)據(jù)模型的判別

記模型（3）至模型（5）最小二乘估計(jì)的殘差平方和分別為RSS1、RSS2、RSS3、則：

在H01成立的情況下，～F[(N-1)(k+1)，N(T-k-1)]；

在H02成立的情況下，[(N-1)k，N(T-k-1)]。

給定顯著性水平α，根據(jù)自由度，查F分布表得到用于檢驗(yàn)的臨界值Fα，然后將檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算值與臨界值比較，進(jìn)行決策，具體檢驗(yàn)方法如下：

先檢驗(yàn)假設(shè)H01，如F1＞Fα[(N-1)(k+1)，N(T-k-1)]，則拒絕原假設(shè)H01，但要判斷模型類(lèi)型還需進(jìn)一步檢驗(yàn)假設(shè)H02；如F1＜Fα[(N-1)(k+1)，N(T-k-1)]，不能拒絕原假設(shè)H01，則模型判為固定系數(shù)模型。再檢驗(yàn)假設(shè)H02，如F2＞Fα[(N-1)k，N(T-k-1)]，拒絕H02，則模型判為變系數(shù)模型；如F2＜Fα[(N-1)k，N(T-k-1)]，不拒絕H02，則模型判為變斜率模型。

變系數(shù)模型和變截距模型又都具有固定效應(yīng)模型和隨機(jī)效應(yīng)模型兩種形式。固定效應(yīng)模型認(rèn)為個(gè)體特性或時(shí)期特性與自變量相關(guān)，通過(guò)引入虛擬變量來(lái)反映模型中未包含的潛在因素對(duì)因變量的影響，而隨機(jī)效應(yīng)模型則把它們看作與自變量無(wú)關(guān)的隨機(jī)變量。一般地，可應(yīng)用LR檢驗(yàn)及Hausman檢驗(yàn)對(duì)選擇固定效應(yīng)還是隨機(jī)效應(yīng)模型進(jìn)行識(shí)別。經(jīng)驗(yàn)上，如果研究者僅研究樣本自身效應(yīng)，一般選擇固定效應(yīng)模型，本文屬于此情況，采用固定效應(yīng)模型進(jìn)行分析；如果要通過(guò)樣本效應(yīng)推斷總體效應(yīng)，一般選擇隨機(jī)效應(yīng)模型。

2 實(shí)證分析

2.1 變量及數(shù)據(jù)

為了全面考察我國(guó)能源消費(fèi)與各行業(yè)產(chǎn)出之間的數(shù)量關(guān)系，下面將建立面板數(shù)據(jù)模型進(jìn)行實(shí)證分析。模型中的個(gè)體單位從數(shù)據(jù)的可獲得性上考慮，選擇了農(nóng)、林、牧、漁業(yè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)農(nóng)業(yè)），交通運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)及郵電通訊業(yè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)交通業(yè)）,工業(yè)，建筑業(yè)，批發(fā)和零售貿(mào)易餐飲業(yè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)批發(fā)零售業(yè)）及其它行業(yè)（生活消費(fèi)除外），能源除總量外，選擇了煤炭、原油、汽油、柴油、煤油、燃料油、電力、天然氣等類(lèi)別。本文考察的時(shí)間范圍為2008—2014年，設(shè)變量Yit代表各個(gè)行業(yè)在各年的能源消費(fèi)量(萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤),Xit代表各個(gè)行業(yè)在各年的產(chǎn)值（億元）（其中，i代表行業(yè)，取值1～6；t代表時(shí)間，取值2007～2013），數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2009—2015年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2.2 面板單位根檢驗(yàn)

由于面板數(shù)據(jù)中含有時(shí)間序列成分，而經(jīng)濟(jì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)大多是非平穩(wěn)的，為了避免偽回歸，下面對(duì)各變量進(jìn)行單位根檢驗(yàn)，以序列X為例，結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，在5%的顯著性水平下，面板序列X為非平穩(wěn)序列，下面繼續(xù)對(duì)其一階差分序列進(jìn)行檢驗(yàn)，判斷其是否為一階單整序列，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，在5%的顯著性水平下，序列X的一階差分序列D(X)是平穩(wěn)序列，說(shuō)明X為一階單整序列，即X～I(xiàn) (1)。同理，檢驗(yàn)可知，能源消費(fèi)量各序列也是I(1)序列。

2.3 面板協(xié)整檢驗(yàn)

由于各序列都是I(1)的，因此，可以對(duì)各序列進(jìn)行協(xié)整檢驗(yàn)。下面采用Pedroni檢驗(yàn)方法，檢驗(yàn)?zāi)茉聪M(fèi)總量Y1與X之間是否具有協(xié)整關(guān)系，協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表1 面板序列X單位根檢驗(yàn)結(jié)果

表2 面板序列X的一階差分序列D(X)的單位根檢驗(yàn)結(jié)果

表3 Pedroni協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果

表3結(jié)果表明，在1%的顯著性水平下，序列Y1與X之間存在協(xié)整關(guān)系。同理，檢驗(yàn)表明其余各能源消費(fèi)量序列與行業(yè)產(chǎn)出之間均存在協(xié)整關(guān)系。

2.4 格蘭杰（Granger）因果關(guān)系檢驗(yàn)

運(yùn)用格蘭杰（Granger）提出的因果檢驗(yàn)方法進(jìn)一步分析行業(yè)產(chǎn)出與能源消費(fèi)之間是否存在格蘭杰因果關(guān)系，以工業(yè)產(chǎn)出和能源消費(fèi)為例，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。結(jié)果表明在樣本期內(nèi)，在5%的顯著性水平下，行業(yè)產(chǎn)出與能源消費(fèi)之間無(wú)顯著的格蘭杰因果關(guān)系。

表4 工業(yè)產(chǎn)出和工業(yè)消耗能源總量之間的格蘭杰因果關(guān)系檢驗(yàn)結(jié)果

2.5 面板模型選擇

為正確揭示各行業(yè)產(chǎn)出與各類(lèi)能源消費(fèi)之間的關(guān)系，需建立與其數(shù)據(jù)特征相適應(yīng)的面板數(shù)據(jù)模型。對(duì)某一具體行業(yè)來(lái)說(shuō)，各類(lèi)能源的邊際消費(fèi)傾向在短期內(nèi)具有一定的穩(wěn)定性，可以不考慮個(gè)體時(shí)間特性，又由上述檢驗(yàn)可知，各行業(yè)產(chǎn)出與各類(lèi)能源消耗量之間存在協(xié)整關(guān)系，因此設(shè)定式（3）為模型的基本形式。根據(jù)收集的數(shù)據(jù)，按能源種類(lèi)分別計(jì)算變截距模型、變系數(shù)模型和混合模型的有關(guān)統(tǒng)計(jì)量對(duì)模型形式進(jìn)行判別，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 各類(lèi)模型殘差平方各及F統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算結(jié)果

分析表5可知，除分析燃料油消費(fèi)采用變截距模型外，其余均采用變系數(shù)模型，各模型所屬類(lèi)型見(jiàn)表5的最后一列。

2.6 參數(shù)估計(jì)

根據(jù)上述判別結(jié)果，運(yùn)用固定效應(yīng)面板最小二乘法進(jìn)行估計(jì)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 模型參數(shù)估計(jì)結(jié)果

3 結(jié)果分析

表6的結(jié)果表明,各行業(yè)在能源總量及各類(lèi)能源（煤炭、原油、煤油、汽油、柴油、燃料油、電力、天然氣等）的邊際消費(fèi)傾向(自變量系數(shù))上存在著差異，而且同一種能源在不同行業(yè)的邊際消費(fèi)傾向上也存在著差異。具體分析如下：

（1）各行業(yè)對(duì)能源總量的消費(fèi)情況

表6中，在樣本期間內(nèi)，根據(jù)能源總量邊際消費(fèi)傾向的大小，上述行業(yè)可分為三類(lèi)：交通運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)及郵電通訊業(yè)為第一類(lèi)，該行業(yè)的能源邊際消費(fèi)傾向大于1，說(shuō)明該類(lèi)行業(yè)產(chǎn)出每增加1單位，能源消耗量增加的數(shù)量要大于1單位；工業(yè)、建筑業(yè)為第二類(lèi)，該類(lèi)行業(yè)能源邊際消費(fèi)傾向在0.1至1之間，說(shuō)明這類(lèi)行業(yè)產(chǎn)值增加1單位，能源消費(fèi)增加的數(shù)量小于1單位，但絕對(duì)數(shù)量還較大；農(nóng)業(yè)、批發(fā)零售業(yè)及其它行業(yè)為第三類(lèi)，該類(lèi)行業(yè)能源邊際消費(fèi)傾向在0.1以下，說(shuō)明這類(lèi)行業(yè)增加1單位的產(chǎn)出，能源消耗量增加小于0.1單位，表明這類(lèi)行業(yè)對(duì)能源依賴(lài)度較低，節(jié)能增效已見(jiàn)成效。

（2）不同行業(yè)對(duì)同一種能源的消費(fèi)情況

從表6中不同行業(yè)對(duì)同一種能源的邊際消費(fèi)傾向來(lái)看，煤炭方面：邊際消費(fèi)傾向最大的行業(yè)是工業(yè)，其值大于1，說(shuō)明現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)對(duì)煤炭的依賴(lài)仍然較大，建筑、批發(fā)零售、其它行業(yè)的煤炭邊際消費(fèi)傾向都很小，而農(nóng)業(yè)、交通業(yè)的煤炭邊際消費(fèi)傾向?yàn)樨?fù)數(shù)，說(shuō)明這兩個(gè)行業(yè)對(duì)煤炭的消費(fèi)在逐漸降低；原油方面：邊際消費(fèi)傾向最大的行業(yè)也是工業(yè)，交通運(yùn)輸業(yè)的原油邊際消費(fèi)傾向?yàn)樨?fù)數(shù)，說(shuō)明交通運(yùn)輸業(yè)對(duì)原油的消費(fèi)也在逐漸降低，農(nóng)業(yè)、建筑、批發(fā)零售、其它行業(yè)基本不消耗原油；汽油方面：交通運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)及郵電通訊業(yè)的邊際消費(fèi)傾向最大，該行業(yè)增加產(chǎn)出對(duì)汽油消耗較大，而工業(yè)、建筑、其它行業(yè)的邊際消費(fèi)傾向都很小，農(nóng)業(yè)、批發(fā)零售業(yè)的汽油邊際消費(fèi)傾向?yàn)樨?fù)數(shù)，說(shuō)明這些行業(yè)對(duì)汽油的消費(fèi)在逐漸減少；煤油方面：交通業(yè)的邊際消費(fèi)傾向最大，建筑、批發(fā)零售業(yè)的邊際消費(fèi)傾向都很小，工業(yè)、其它行業(yè)的邊際消費(fèi)傾向都是負(fù)數(shù)，說(shuō)明這些行業(yè)對(duì)煤油的消費(fèi)在逐漸減少；柴油方面：邊際消費(fèi)傾向最大的行業(yè)是交通運(yùn)輸業(yè)，除交通運(yùn)輸業(yè)外其它行業(yè)的邊

際消費(fèi)傾向都很低，其中農(nóng)業(yè)、批發(fā)零售業(yè)邊際消費(fèi)傾向?yàn)樨?fù)數(shù)；燃料油方面：邊際消費(fèi)傾向都較小，基本都為負(fù)數(shù)；電力方面：工業(yè)的邊際消費(fèi)傾向最大，說(shuō)明增加工業(yè)產(chǎn)值，需要增加較大的電力消費(fèi)，其余各行業(yè)的邊際消費(fèi)傾向均為正數(shù)，說(shuō)明保障電力供應(yīng)，對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)都起到較為重要的作用；天然氣方面：由于我國(guó)現(xiàn)階段天然氣在能源消費(fèi)總量中所占比例較小，各行業(yè)天然氣的邊際消費(fèi)傾向都很小。（3）同一行業(yè)對(duì)不同種類(lèi)能源的消費(fèi)情況

根據(jù)表6，從上述行業(yè)的邊際能源消費(fèi)傾向來(lái)看，工業(yè)和批發(fā)業(yè)邊際能源消費(fèi)傾向最大的都是煤炭，這兩個(gè)行業(yè)產(chǎn)值的增長(zhǎng)對(duì)煤炭的依賴(lài)較大，特別是工業(yè)對(duì)煤炭的邊際消費(fèi)傾向大于1，說(shuō)明在考察的樣本時(shí)間范圍內(nèi)，以煤炭為主要能源的格局還沒(méi)有很大改觀；農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)及其它行業(yè)對(duì)電力的邊際消費(fèi)傾向最大，這幾個(gè)行業(yè)產(chǎn)值的增長(zhǎng)對(duì)電力的依賴(lài)程度較大；交通運(yùn)輸業(yè)邊際能源消費(fèi)傾向較大的是柴油和汽油，該行業(yè)產(chǎn)值的增長(zhǎng)對(duì)柴油、汽油的需求比對(duì)其他能源的需求增加得更多。

4 結(jié)論

根據(jù)上述檢驗(yàn)及結(jié)果分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）實(shí)證表明，在研究的樣本期內(nèi)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)產(chǎn)出與能源消費(fèi)量之間存在協(xié)整關(guān)系，但兩者之間并無(wú)顯著的格蘭杰因果關(guān)系。

（2）農(nóng)業(yè)邊際能源消耗系數(shù)為負(fù)數(shù)，除交通運(yùn)輸業(yè)外，其余行業(yè)邊際能源消耗系數(shù)均小于1，煤炭等傳統(tǒng)能源比例在逐年降低，天然氣等清潔能源的比例在逐年升高，通過(guò)不斷優(yōu)化升級(jí)能源結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出單位GDP能耗逐年下降的良好發(fā)展態(tài)勢(shì)。

（3）從總量上看，工業(yè)及交通運(yùn)輸業(yè)這兩個(gè)行業(yè)的能源邊際消耗系數(shù)較大，均在0.75以上，節(jié)能的重點(diǎn)領(lǐng)域在工業(yè)及交通運(yùn)輸業(yè)；從各類(lèi)能源上看，工業(yè)應(yīng)重點(diǎn)控制煤炭的消費(fèi)，交通運(yùn)輸業(yè)重點(diǎn)控制柴油及汽油的消費(fèi)。

為此，需進(jìn)一步調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展能耗低的第三產(chǎn)業(yè)及新興產(chǎn)業(yè)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，提高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的科技含量。同時(shí)，要積極推進(jìn)新能源開(kāi)發(fā)，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域推廣新能源汽車(chē)的應(yīng)用，加快清潔化低碳化進(jìn)程，提高能源利用效率。切實(shí)貫徹新發(fā)展理念，樹(shù)立“綠水青山就是金山銀山”的強(qiáng)烈意識(shí)，加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，建設(shè)綠色發(fā)展新生態(tài)。

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（責(zé)任編輯/易永生）

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1002-6487（2017）11-0121-03

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（2010088）

楊超（1973—），男，湖北潛江人，碩士，講師，研究方向：應(yīng)用統(tǒng)計(jì)。張冰潔（1994—），女，湖北隨州人，碩士研究生，研究方向：金融統(tǒng)計(jì)。