基于结构突变点的省域经济增长与电力消费关系

2018-01-22李汶聪丁文斌

现代商贸工业 2018年5期

李汶聪丁文斌

摘要：基于文献比较分析，得出能源消费与经济增长间存在4种关系。研究发现对不同国家进行研究会得出不同的能源经济关系，选取不同因果关系检验方法，会得出不同的研究结果。为探讨经济增长与能源消费间因果关系存在的差异性以及原因，论文选取1985-2015年湖北省电力消费量和地区生产总值作为样本，引入结构断点，结合周期分析，探讨经济增长与电力消费间的因果关系。结果表明：用单一的全样本数据进行协整分析与分阶段进行分析会得出不同结果，但是在1%的显著性水平下，两种方案的因果分析都显示湖北省存在从电力需求到经济增长的单向格兰杰因果关系；通过结构断点分析，结果显示2003年以后湖北省电力需求迅速走高，对经济增长的贡献率明显增加，刺激经济推动力明显增强。最后，针对得出结果，提出政策参考建议。

关键词：经济增长；电力消费；周期分析；结构断点

中图分类号：F2 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.16723198.2018.05.001

0 引言

电力工业是支撑国民经济和社会发展的基础性产业和公用事业，随着我国国民经济的快速发展，对电力的依赖程度也越来越高。尤其进入21世纪，随着工业化、城镇化、市场化、国际化进程不断加深，我国电力工业以超过前20年平均发展速度的步伐不断迈进。我国曾出现过几次大面积停电现象：1986年，国内一度供电紧张，但随着经济稳步增长，供电水平也日趋稳定。而2001年后，随着中国的经济增长率走高以及高耗能行业的蓬勃发展，电力不足的现象再次显现。2002年之后，中国大部分地区用电量增长率高达17%，导致全国范围内缺电现象的发生，直到2006年，电力供需总体趋于平衡。“电荒”现象的发生给人民生活和生产造成了巨大损失，而如果政府的应对政策不当，又可能会导致电量过剩。因此，深入探讨电力与经济增长之间关系及作用机制对于维持电力供需平衡至关重要，对电力行业战略规划与政策制定具有重要意义。

湖北是能源资源匮乏省份，又是能源消费大省，能源保障特别是电力供应对全省经济社会发展至关重要。“经济要发展，电力要先行”，电力消费量被当作经济发展的“晴雨表”，与经济发展密切相关。因此，研究电力消费与经济增长关系，提高电力的利用效率、确保电力的合理供给对确保经济发展目标的实现和电力可靠供应具有重要的意义，也是湖北省未来要面临的经济社会发展的课题之一。

1 文献回顾

国内外学者在能源经济领域做了大量能源消费与经济增长之间关系的研究，普遍采用较为流行的计量经济方法，如Granger因果检验法，来研究两者之间的关系。但是，选取不同的研究样本，得出的结论各有差异。

综观以上文献，可以发现如下特征：

（1）研究内容上，能源消费和经济增长之间大致存在四种关系。

①经济增长对能源消费呈单向正相关因果关系。②能源消费对经济增长呈单向正相关因果关系。③能源消费与经济增长存在双向正相关因果关系。④能源消费与经济增长不存在相互因果关系。

（2）对不同国家进行研究会得出不同的能源经济关系；而对同一国家选取不同的样本区间或样本容量也会得出不同的分析结果。

比如KraftJ和KraftA（1978）针对美国1947-1974年的能源消费和GNP数据，利用Sims因果检验方法进行实证研究，得出了美国仅存在GNP对能源消费的单向因果关系，即能源保护政策不会对经济增长产生负面影响。然而Akarca和Long（1980）将样本时间跨度缩短时，不能得出上述结果。之后Yu和Hwang（1984）在研究能源经济关系时使用不同的数据也得出了不同的结论：如果使用年度数据（1947-1979年），GNP与能源消费不存在因果联系；如果使用季度数据（1973-1981年），则存在GNP到能源消费的单向因果关系。

（3）选取不同因果关系检验方法，会得出不同的研究结果。

最早国外学者们用最小二乘法对能源消费与经济增长进行线性回归分析，并普遍采用对时间序列非常敏感的Granger和Sim因果检验法，直接考察经济增长与能源消费之间的短期因果关系。然而在实际经济运行中，许多经济变量时间序列数据是非平稳的，如果直接用变量时间序列的水平值进行检验，很可能得到“伪回归”结论。随着计量技术的发展，后来人们普遍采用E-G两步法（1987）以及Johansen和Juselius（1995）的极大似然法的协整技术来研究双变量或多变量之间的长期均衡关系，然而既没有得出一致意见，也没有给出令人信服的解释。例如，Glasuer and Lee（1997）采用Garnger因果检验方法和ECM模型，对韩国与新加坡的经济增长与能源消费关系进行了检验，分析发现，利用协整和误差修正模型时，两国的经济增长与能源消费均存在双向因果关系；而运用标准的Granger方法进行检验时，韩国的数据不存在因果关系，而新加坡则存在从能源到经济增长的因果关系。再比如，国内方面，韩智勇（2004）采用EG两步法和Granger检验法研究中国能源消费与经济增长之间关系，发现中国能源消费与经济增长存在双向Granger因果关系。而刘朝明（2006）将能源作为生产要素，引入C-D生产函数这一经济模型，通过时间序列分析探究经济增长与能源消费之间的相关比例关系，结果表明，中国能源消费与经济增长之间存在不严格的双向因果关系，且这种关系非标准Granger因果关系。

2 本文研究思路

由于样本选取差异会引起能源消费与经济增长关系随时间变化的特征，本文将引入断点方法，将样本切分成不同的样本区间。同时考虑到关系的不確定性，本文会运用标准Granger因果关系检验法，通过构建线性回归模型，分区间判断能源消费与经济增长之间的因果关系。

本文将从如下几方面展开研究：

（1）本文拟分析电力消费以及经济增长的趋势变化和周期波动，观察两者的动态变化以及差异，并引入断点，运用Chow检验方法，分析不同时间段的经济增长与电力消费之间关系的结构性变化，并通过探究引起此种变化的原因为相关政策制定和实施提供参考依据。endprint

（2）本文研究电力消费与经济增长之间关系的主要原因是中国能源供需总规模的数据被明显低估。以煤炭为例，煤炭生产企业、发电厂数量多，且十分分散，可以通过各种运输途径和渠道获得煤炭，生产量和消费量的统计相比较电、油、气来说很难有准确可信的核算体系。特别是一些地方国有和私人煤窑，滥挖滥采煤炭现象极其严重，屡禁不止，不仅导致了许多煤矿事故发生，也给统计工作带来困难。相比较来说，电力资源具有稳定可控的特点，从计算机直接读取的电力消费量数据也更为准确客观。因此，使用电力消费量能更真实反映能源消费与经济增长之间关系。

（3）鉴于国内对于电力消费与经济增长关系的研究大多數是基于宏观层面来进行的，区域研究很少，因此利用省级数据探究电力消费与经济增长之间关系更具有微观基础。而且全国数据是依据省级数据调整而成的，在准确性上省级数据好于全国数据，因而电力消费与经济增长之间关系的趋势分析将更加直观与可信。本文以湖北省为例，研究区域经济发展与能源消费之间的相互关系。

（4）回顾以往湖北省关于经济增长与电力消费之间关系的研究，可以发现，大多数文献仅仅单纯地运用计量经济方法对收集数据进行回归处理，并根据模型结果进行数理分析，而缺乏现实依据的支撑。针对此问题，本文将从湖北省电力发展历史和现况出发，结合统计分析方法得出的结果，对湖北省电力消费与经济增长之间关系及成因进行探讨。

3 数据来源与指标说明

本文选取1985-2015年湖北省年度数据作为样本。其中1985-1994年数据来自《湖北省统计年鉴》（各期），1995-2015年数据来自《中国经济与社会发展数据库》（各期）。

变量选取与构造如下：经济增长：选取1985-2015年湖北省地区生产总值作为衡量经济发展的变量，并且以1985年为基期，使用湖北省地区生产总值指数作为湖北省生产总值缩减因子对名义地区生产总值进行调整生成实际地区生产总值（单位：亿元）。电力消费量：选取1985-2015年湖北省全社会电力消费量（千瓦时）作为衡量电力消费的指标。

4 周期性分析

图1 湖北电力消费周期趋势

鉴于湖北省产业结构原因，第二产业在整个地区生产总值中占据着半壁江山，而以工业、制造业为代表的第二产业是能耗最大的产业部门，多年来，第二产业用电占全社会用电比例均在70%左右，重工业用电占湖北省用电的65%左右。因此电力消费的增长在经济增长中占据的基础地位非常突出。一方面，经济的快速发展可能会带来对电力的强烈需求，短期内可能造成电力短缺，甚至会导致“电荒”现象。另一方面，经济发展一旦逐渐步入衰退时期，伴随着对电力能源的需求减弱，电力行业会暂时出现供过于求状况，如果不能提前做好能源规划就会造成能源资源的产能过剩及浪费现象。因此，经济发展的周期性波动必然也会带来电力生产和消费的周期性波动。

为探讨1985-2015年湖北省电力消费的变化趋势和周期波动特征，本文将运用周期趋势分析方法，并结合R语言进行分析。从图1可以明显观察到，30年来湖北省电力消费运行状况呈现出明显周期性波动特征，其轨迹整体可划分为3个阶段：第一阶段，2002-2003年以前；第二阶段，2002-2003年；第三阶段，2012-2013年。

1985年至2002年，湖北省电力消费增速整体上呈现下行趋势，除了受1998年亚洲金融危机影响以及湖北省“偏重、偏工”的能源消费产业结构和国家电力机制不合理因素外，经济下行特别是“九五”期间的经济波动是电力消费增速明显下降的主要动因。期间，电力市场一度供大于求，电力生产能力难以发挥，部分电力生产企业出现亏损。进入“十五”后，尤其是2003年以后，湖北省经济连续几年保持9%以上的增幅，加上2001年中国加入WTO后与国际社会贸易往来的迅速发展，湖北省电力供需从“九五”后的供大于求基本转为平衡，部分地区甚至出现了在负荷高峰段拉闸限电的情况。经济快速增长的同时也激发了电力投资的热情，2002年湖北省相继有四个发电项目开工，除三峡电站外，黄龙滩、蒲圻和黄石西塞山电厂分别于2004和2005年建成投产，极大满足了经济刺激带来的电力消费需求增加，为电力供应提供了物质保障，有利于湖北省电力工业可持续平稳发展。

5 结构变化分析

如果我们考察湖北省电力消费与经济增长两项数据，不难发现，结构变化所导致的断点问题是研究两变量之间关系时不可忽略的因素。以电力消费量为例，首先由以上周期性趋势分析可以清楚发现2002年和2003年为湖北省电力消费发展状况一个分界点，表现为“波谷”，1985-2002年之前，电力消费整体呈现出“衰退”走势，而2003年之后迅速走高，表现出“复苏”形态。其次，如图1所示，从1985年开始，湖北省电力消费量以线性缓步向上趋势走高，并从2002-2003年开始进入另外一个增长阶段，突出表现为斜率更大，以更快的速度增长。换句话说，这一数据过程体现出至少两个明显不同的增长阶段。因此相比于用单一的整个区间去描述数据变化过程，根据数据变化特征分阶段来分析问题会使得研究结果更加客观准确，可靠性更强。

为了进一步验证结构断点的存在，本文采用chow检验对引起结构变化的断点进行判定。

Chow检验是由邹至庄提出的一种特殊的F检验，它将时间序列数据分段，然后分别回归，通过构造一个F统计量比较各段的残差平方和与总体残差平方和的差异来得到是否存在结构变化的结论。由于Chow检验需要事先判断出引起结构变化的断点，因此基于数据走势图观察，我们分别选取2002年和2003年作为突变点对时间序列进行分段回归，然后进行检验。在1%的显著性水平下，模型存在结构变化，并且很明显选取2003年作为结构断点更加合适。

6 分阶段协整分析

6.1 平稳性

通过分阶段平稳性检验，可以发现，不同的样本段，平稳性不一致。endprint

6.1.1 1985-2015样本区间单位根检验

本文运用ADF和KPSS单位根检验法来确定模型中各变量的平稳性，以提升单位根检验的准确性。在5%的显著水平下，ADF检验表明，EL和GDP均为二阶单整。KPSS检验表明，EL和GDP均为一阶单整。ADF检验和KPSS检验表明，EL和GDP均为同阶单整，可以尝试构建协整模型。

6.2.2 1985-2002样本区间因果检验

由于该区间段EL与GDP不同阶平稳，Johansen协整关系检验也显示二者没有协整关系，后续不构建协整模型，不对本区间段样本进行因果检验。

6.2.3 2003-2015樣本区间因果检验

检验结果表明至少在99%的置信水平下拒绝零假设（电力消费不是经济增长的格兰杰成因），即可以认为EL消费是GDP的格兰杰成因，反过来不能拒绝零假设，即GDP不是EL的格兰杰成因。

6.3 协整模型分析

比较1985-2015年与2003-2015年两个样本段的回归模型，可以发现，不同的样本期间电力消费的弹性有显著的差异。引入虚拟变量进行回归，可以发现，2003-2015年期间电力消费比非此期间的斜率高115，2002-2003年之前，电力消费量每增加1千瓦时，GDP平均增加3.85亿元，而在之后，电力消费量每增加1千瓦时，GDP平均增加5亿元，可见电力能源对经济发展的贡献率有了明显增加，换句话说，电力对经济增长影响增强，这可能是2000年初期湖北省对于电力基础设施的大力投资所形成的规模效应所引起。

7 结论与建议

基于单位根检验，发现平稳性数据，进而进行协整分析以及误差修正模型的推理是当下研究能源消费与经济增长之间关系的普遍路径。论文在此基础上，以省域作为研究范围，运用周期波动分析法不仅分析了不同时间段电力消费量与经济增长之间的相互影响过程及可能原因，而且初步判断2002年和2003年左右是湖北省电力消费增长的“低谷”，为可能的结构断点。随后文章采用chow检验对结构断点进行进一步验证。在分析比较用全阶段和分阶段对电力消费量与经济增长数据做回归后，我们发现不同阶段数据变化趋势与结构存在差异，且两种情形下进行协整分析的结果也不尽相同，因此上述引入结构断点的做法是有必要的。

本文引入结构突变点的意义不仅限于计量技术手段的修正。这一时间序列数据中断点的出现提醒我们应当更加细致、准确和客观地去分析能源经济问题，而不能忽略能源与经济关系出现的显著变化。节能减排的目标是在经济发展的同时，保持电力消费的低速增长。在上述分析中，可以粗略地发现，进入21世纪后，尤其从2003年以后，电力消费对经济增长的促进作用得到了明显提升。这在一定程度上也说明了能源使用效率的改善。其次，无论是分区间还是用单一整体区间进行格兰杰因果检验，结果均表明湖北省存在从电力消费到经济增长的单向关系。

这一结论具有重要政策含义：（1）从电力消费与经济增长的单向因果关系来看，长期而言，政府要转变过去粗放式单纯依赖电量增长的模式，可通过完善经济增长内生机制，转变经济发展方式，调整经济结构来促进经济增长。经济效率提高的同时推动了能源效率的改善，反过来又会对经济增长起到积极作用；（2）从电力消费与经济增长关系的结构差异来看，政府在制定能源政策时应该深入把握能源需求与经济增长之间的关系，及时发现两者变化的结构差异，评估差异特点，研究导致这一差异的深层次原因，以更好地指导未来能源发展规划的拟定与实施。

由于样本局限与资料来源不足，本文未对湖北省电力消费与经济增长之间关系作深入分析，比如可能存在更多的结构突变点、引起湖北省能源效率提高的影响因素，2012-2013年之后电力消费下行持续时间预测等等，这些都是今后可以继续研究的方向。

参考文献

[1]胡锦涛.高举中国特色社会主义伟大旗帜为夺取全面建设小康社会新胜利而奋斗——中国共产党第十七次全国代表大会上的报告[R].北京：人民出版社， 2007.

[2]北极星电力网新闻中心.我国未来电力行业分析与展望[EB/OL].http：//www.geo-show.com/ChannelHY/DL/Content/201410/33287.shtml.2014-10-17/2016-5-30.

[3]Kraft J， Kraft A. On the relationship between energy and GNP [J]. Journal of Energy and Development， 1978，3（2）： 401403.

[4]Akarca， A.T. ， Long， T.V. II. Relationship between energy and GNP： a reexamination [J].JournalofEnergyandDevelopment， 1980， 5（2）∶326331.

[5]Eden S.H. Yu，Been-Kwei Hwang. The relationship between energy and GNP： Further results[J]. Energy Economics， 1984，6（3）：186190.

[6]Eden S.H. Yu， Jang C. Jin. Cointegration tests of energy consumption， income， and employment[J]. Resources and Energy， 1992，14（3）：259266.

[7]Abul M.M. Masih， Rumi Masih. Energy consumption， real income and temporal causality： results from a multi-country study based on cointegration and error-correction modelling techniques[J]. Energy Economics， 1996，18（3）：165183.endprint

[8]Chien-Chiang Lee. Energy consumption and GDP in developing countries： A cointegrated panel analysis[J]. Energy Economics， 2005，27（3）：415427.

[9]Sheng-Tung Chen，Hsiao-I Kuo，Chi-Chung Chen.The relationship between GDP and electricity consumption in 10 Asian countries[J].Energy Policy，2007，（35）：26112621.

[10]Narayan，P.K.，Singh，B..The electricity consumption and GDP nexus for the Fiji Islands[J].Energy Economics ，2007，（29）：11411150.

[11]Tsani S Z. Energy Consumption and Economic Growth： A Causality Analysis for Greece[J]. Energy Economics， 2010， 32（3）： 582590.

[12]Yong U. Glasure， Aie-Rie Lee. Cointegration， error-correction， and the relationship between GDP and energy： The case of South Korea and Singapore[J]. Resource and Energy Economics， 1998，20（1）：1725.

[13]Iyke B N. Electricity consumption and economic growth in Nigeria： A revisit of the energy-growth debate[J]. Energy Economics， 2015： 166176.

[14]Raza S A， Jawaid S T， Siddiqui M H， et al. Electricity Consumption and Economic Growth in South Asia[J]. South Asia Economic Journal， 2016， 17（2）： 200215.

[15]Gokten S， Karatepe S. Electricity consumption and economic growth： A causality analysis for Turkey in the frame of import-based energy consumption and current account deficit[J]. Energy Sources Part B-economics Planning and Policy， 2016， 11（4）： 385389.

[16]韓智勇，魏一鸣，焦建玲，范英，张九天.中国能源消费与经济增长的协整性与因果关系分析[J].系统工程， 2004，（12）：1721.

[17]马超群，储慧斌，李科，周四清. 中国能源消费与经济增长的协整与误差校正模型研究[J]. 系统工程， 2004，（10）：4750.

[18]吴巧生，陈亮，张炎涛，成金华. 中国能源消费与GDP关系的再检验——基于省际面板数据的实证分析[J]. 数量经济技术经济研究， 2008，（06）：2740.

[19]贲兴振，杨宝臣. 中国能源消费和经济增长的协整关系分析[J]. 哈尔滨理工大学学报， 2005，（04）：117120.

[20]袁家海，丁伟，胡兆光.电力消费与中国经济发展的协整与波动分析明[J].电网技术，2006，（9）：1015.

[21]陈汉利，马超群，秦滔.电力消费与中国经济增长的关系分析[J].系统工程，2007，（8）：6873.

[22]王伟. 中国经济增长与能源消费的区域性差异研究[J]. 金融经济， 2016，（14）：2932.

[23]王会芝. 经济增长与能源消费的互动关系分析——以天津市为例[J]. 中国商论， 2016，（18）：145146.

[24]马莉，叶强强. 能源消费与经济增长关系的实证研究——以陕西省为例[J]. 经济地理， 2016，（06）：130135.

[25]黄韬. 中国新能源消费与经济增长影响关系的实证分析[J]. 经营管理者，2016，（18）：178179.

[26]崔明欣，刘超. 东北三省能源消费和经济增长关系研究——基于面板数据的实证分析[J]. 华北电力大学学报（社会科学版）， 2016，（01）：18.

[27]刘朝明，曾胜，刘博. 我国能源消费与经济增长的关联模型分析[J]. 华东经济管理， 2006，（11）：2934.