甘肃省能源经济系统分析与优化策略研究

甘肃省能源经济系统分析与优化策略研究*杨冕1，陈兴鹏1，杨福霞2，钱国权1,3，薛冰11.兰州大学资源环境学院，兰州（730000）2.兰州大学经济学院，兰州（730000）3.甘肃省委党校经济社会发展研究所，兰州（730000）Email：[e-mail]摘要：甘肃省“工业强省”战略的逐步实施，在促进社会经济快速发展的同时，对能源供应也提出了更高的需求，特别是随着人民生活水平的逐渐提高，对耐用消费品的追逐进一步驱动了甘肃省产业结构向重型化方向发展，对甘肃省“十一五”节能减排目标的实现提出了严峻的挑战。本研究通过对甘肃省能源消耗与经济发展进行协整分析，得出了甘肃省经济快速增长是能源消耗总量增加的重要原因；通过对甘肃省能源强度降低的因素进行结构分解分析，得出三次产业效率的提高是能源强度降低的主要原因。在此基础上，提出了甘肃省能源经济系统优化的策略。关键词：能源经济系统；协整分析；结构分解模型；能源强度；策略中图分类号：F2061.引言20世纪70年代罗马俱乐部的代表作《增长的极限》一文，重点强调了能源消费对经济增长和社会发展的制约作用，开创了能源经济系统研究的先河[1]。20世纪90年代以后，国内学者对区域能源经济系统的分析与评价进行了广泛而深入的研究。史丹（1999）采用了统计指数分析和回归分析两种方法，对我国产业结构变动对能源消费总量和能源消费结构的影响进行了定量分析[2]；蒋金荷（2002）在分析当前温室气体减排技术模型的两种建模方法—top-down和bottom-up特点的基础上，提出了构建混合型能源-经济系统模型的必要性，并强调掌握模型的自主权在温室气体减排政策对中国经济社会发展影响研究方面的重要性[3]；田立新（2004）等建立了江苏省能源系统的非线性动力学模型，分析了该系统的动力学行为，给出了随着系统参数的变化，系统由稳态、Hopf分叉到混沌行为的变化过程，并运用系统的昀大Lyapunov指数谱来分析能源资源系统的动力学行为[4]；魏楚（2007）基于DEA方法，构建了一个能够反映内在技术效率变化的能源效率指标，并根据各省1995—2004年的面板数据，测算各省区能源经济系统的效率[5]；张阿玲（2007）根据国际流行的建模思路，构造了混合式3E模型TH23EM(清华能源-经济-环境混合评价模型)，利用可计算一般均衡模块描述经济系统整体，应用跨时段能源系统优化模块描述能源系统微观细节，通过在2个模块间建立双向闭合连接，描述能源系统与经济系统之间的互动关系[6]。本文以甘肃省能源经济系统为研究对象，分析影响甘肃省能源消耗总量、能源利用效率等相关因素，在此基础上，提出了甘肃省能源经济系统优化的途径与策略。2.能耗总量与经济增长的协整分析及因果关系检验2.1能源经济系统现状：甘肃省能源消费总量由1985年的1790.12万吨标准煤上升到了2007年的5109.29万吨标准煤，年均增长4.88%；实际GDP（以1985年为基期）由1985年的123.4亿元上升到*本课题得到国家自然科学基金（40871061）、2008年甘肃省社会科学重大课题的资助。亿元，年均增长10.17%（见图1）。甘肃省能源消费以工业为主，2007年，工业能耗占全省能耗总量的75%，其中，黑色金属冶炼及压延加工业，有色金属冶炼及压延加工业，石油加工、炼焦及核燃料加工业，非金属矿物制品业和化学原料及化学制品制造五大行业，合计耗能3113.32万吨标准煤，占全省能耗总量的61%。此外，甘肃省能源结构比较单一，以煤炭为主的能源结构在未来一段时间内难以改变，是能源效率低下与环境污染的日益加重的重要原因。0100020003000400050006000198519871989199119931995199719992001200320052007能耗总量（万吨标煤）0.0200.0400.0600.0800.01000.01200.0实际GDP（亿元）能耗总量实际GDP图1甘肃省1985年-2007年实际GDP（以1985年为基期）与能耗总量示意图2.2协整分析与因果检验2.2.1数据来源：协整分析和因果关系研究方法已经成为国际上研究能源消费与经济增长之间关系的昀重要方法[7-13]。本文以1985—2007年为样本期，计算1985年以来甘肃省能耗总量与经济发展之间的协整关系。研究中所用的甘肃省历年能耗总量及GDP等统计数据均取自《甘肃年鉴2007》与《甘肃年鉴2008》[14]，其中GDP以1985年为基期按可比价格进行了折算。2.2.2数据的平稳性检验：美国学者Nelson与Plosser在其研究中指出：多数的宏观经济时间序列都是非平稳的。而当经济过程非平稳的时候，回归拟合系数在不同的时序条件下具有不同的分布，从而由变量间的统计关系来推断计量经济模型的形式，就会出现较大的偏差，导致出现伪回归现象[15]。因此，本文采用ADF方法对序列的平稳性进行检验。同时，为了消除原始数据的异方差性，对GDP、能耗总量作取对数处理，并分别用LGDP和LEC表示。检验结果见表1：表1ADF检验结果序列ADF检验值5%显著水平1%显著水平判断结论LGDP1.2492-3.0207-3.8085非平稳LEC1.6508-3.0049-3.7696非平稳LGDP一阶差分0.7247-1.9614-2.6998非平稳LEC一阶差分-1.6458-1.9581-2.6797非平稳LGDP二阶差分-4.1833-1.9614-2.6998平稳LEC二阶差分-6.0410-1.9591-2.6857平稳检验结果表明：LGDP和LEC的水平序列和一阶差分序列是非平稳的，但它们的二阶差分序列在1%的显著性水平下均平稳，为二阶单整序列，满足协整检验前提，可以进一步检验它们之间是否存在协整关系。2.2.3协整分析运用Johansen协整检验方法对LGDP和LEC之间的协整关系进行检验，结果见表2：表2甘肃省GDP与能源消费总量间的Johansen协整检验结果特征值趋势统计值5%临界值Prob协整个数0.699425.391015.49470.0011没有*0.12572.55153.84150.1103至少一个注：*代表5%的显著性水平下拒绝原假设检验结果表明：在5%的显著性水平下，LEC和LGDP之间存在明显的协整关系。因此，可进一步运用格兰杰因果关系检验方法来判断它们之间的因果关系，检验结果见表3：2.2.4因果关系分析运用Granger因果检验方法对LGDP和LEC之间的因果关系进行检验，结果见表3：表3LGDP与LEC格兰杰因果检验零假设滞后阶数F检验值伴随概率GDP不是引起能源消费的原因42.33550.0386能源消费不是引起GDP的原因40.20540.9296检验结果表明：在5%的显著性水平下，LEC与LGDP之间存在明显的单向因果关系，即GDP的升高或降低必然引起能源消费水平的变化。据此，可以建立如下回归方程：5.35750.4390*LECLGDP=+………………………………（1）（39.862）（19.218）R2=0.945F=369.237DW=0.335由于方程（1）的DW统计量仅为0.335，说明其残差项存在序列自相关问题。通过在该回归方程中添加AR(1)和AR(2)项，得到如下广义差分回归方程：5.05420.49071.2219(1)0.4103(2)LECLGDPARAR=+∗+∗−∗……………（2）（8.007）（4.773）（5.382）（-1.567）R2=0.980F=324.472DW=2.025方程（2）的DW统计量上升到2.025，较好地消除了残差项的序列自相关，其解释变量、常数项、AR(1)和AR(2)的t统计量也通过显著性检验。由此可见：甘肃省GDP对能源消费的弹性系数为0.49，说明GDP每增加1%，能源消费总量相应地增加约0.5个百分点。3.能源强度降低的因素分解分析能源消费总量是衡量区域能源供需状况的重要指标，但其无法反映区域的能源利用效率。常用的反映区域能源经济系统效率的指标是能源强度，即万元GDP综合能耗。甘肃省万元GDP综合能耗由1985年的6.23吨标准煤下降到2007年的2.11吨标准煤（以2005年为基准年按可比价格计算），年均降低5.04%，但离全省“十一五”节能目标的1.8吨标准煤仍存在较大差距†。因此，需要找准导致甘肃省能源强度降低的主要原因，采取昀有效的方法与途径，促进能源强度的降低。3.1分析方法按照能源强度的定义可知，总体能源强度的变化取决于两个因素，其一是各产业的能源强度，反应各产业能源利用效率的高低；其二是产业结构，反应各产业在国民经济总量中所占的比重（许多其他因素也与能源强度的下降之间存在相关性，比如市场化程度、国际贸易量、固定资产投资量等等，但在实际上，这些因素都是通过影响产业的结构或各产业的能源强度变化进而间接影响整体能源强度的变化[16]）。本文通过将促进能源强度降低的因素归结为产业结构的优化以及各产业能源效率的提高两个方面，运用结构分解分析方法（structuredecompositionanalysis,SDA），定量研究促进甘肃省能源强度降低的两种因素的贡献份额。令：0ie(i=1，2，3)表示基期（1985年）一、二、三产业的能源强度，nie(i=1，2，3；n=1，2……，N)表示第n期一、二、三产业的能源强度；0iy(i=1，2，3)表示基期一、二、三产业产值占GDP的比重，niy(i=1，2，3；n=1，2……，N)表示第n期一、二、三产业产值占GDP的比重。则能源强度的变化可以分解为结构份额与效率份额，其中，结构份额为：3001330011()niiiistrnniiiiiieyyeeyey===⋅−Δ=⋅−⋅∑∑∑(i=1，2，3；n=1，2……，N)………………………（3）效率份额为：301330011()nniiiieffnniiiiiieeyeeyey===−⋅Δ=⋅−⋅∑∑∑(i=1，2，3；n=1，2……，N)………………………（4）能源强度变化中的结构份额式和效率份额式分别表示了从基期以来能源强度变化总量中，经济结构变化和能源利用效率提高分别提供的贡献率。如果是正值，则表明其促进了能源强度的降低，如果是负值，则表明其变化导致了能源强度的提高[16]。3.2分析结果结构分解分析模型的运用需要大量的数据作为支撑：其中甘肃省1985—2007年产业结构相关数据在《甘肃年鉴2008》[14]中查得，各产业单位GDP能耗数据通过查阅1986-2008年《甘肃年鉴》并经计算获取。根据（3）、（4）两式，计算甘肃省1985-2007年间能源强度降低的结构份额与效率份额，具体结果见表4：†甘肃省“十一五”期间节能目标是：到2010年，万元GDP综合能耗比2005年降低20%，即从2005年的2.26吨标准煤下降到1.8吨标准煤。然而，截止2007年底，甘肃省万元GDP综合能耗仅比2005年降低了6.6%。能源强度变化的结构份额与效率份额变化总量结构份额效率份额分类年份（吨/万元）贡献率（%）贡献量（吨/万元）贡献率（%）贡献量（吨/万元）1985-19860.4110.380.0489.620.371986-19870.2527.670.0772.330.181987-19880.4624.540.1175.460.351988-19890.1621.680.0478.320.131989-19900.1629.470.0570.530.111990-19910.0124.430.0075.570.011991-19920.3624.500.0975.500.271