中美能源庫茲涅茨曲線研究——經(jīng)濟與管理

 一、引言
經(jīng)濟增長與能源消費之間的關系是當前世界各國面臨的主要問題之一，如果說環(huán)境污染問題是經(jīng)濟發(fā)展的“軟約束”，那么能源則是經(jīng)濟發(fā)展的“硬約束”，可以毫不夸張地說，能源是當前經(jīng)濟發(fā)展的先決條件。雖然關于環(huán)境污染與經(jīng)濟增長的關系研究已經(jīng)比較深入，而且證實了環(huán)境庫茲涅茨曲線的存在性，為各國經(jīng)濟發(fā)展提供了政策依據(jù)，但是對于引起環(huán)境問題的能源消費顯然沒有引起學術(shù)界足夠重視，能源消費是否也存在相似的“庫茲涅茨效應”？中國能否進入“庫茲涅茨”下降階段？為實現(xiàn)這個目標究竟如何實施宏觀調(diào)控？這是本文要探討和解決的主要問題。
庫茲涅茨曲線最早源于美國經(jīng)濟學家西蒙·史密斯·庫茲涅茨（Simon Simith Kuznets，1955），他依據(jù)推測和經(jīng)驗提出了經(jīng)濟發(fā)展與收入差距變化關系的倒U型曲線假說，是發(fā)展經(jīng)濟學的一個重要概念[1]。1990年，美國經(jīng)濟學家普林斯頓大學的教授格魯斯曼（Gene M. Grossman）和克魯格（Alan B. Krueger）將庫茲涅茨曲線假說應用于經(jīng)濟與環(huán)境領域中，驗證了北美自由貿(mào)易協(xié)定（NAFTA）的環(huán)境效應中存在的環(huán)境與收入的倒U型關系；首次將環(huán)境相關變量與人均GDP關系的曲線作為研究對象，預測政府開始向環(huán)境保護政策施壓的時間點——即環(huán)境庫茲涅茨曲線的拐點[2]。1993年，哈佛大學終身教授西奧多·帕內(nèi)約托（Theodore Panayotou）選取環(huán)境質(zhì)量指標二氧化硫，采用1982—1994年30個發(fā)達國家的歷史數(shù)據(jù)，其分析結(jié)論是：庫茲涅茨所提出的經(jīng)濟增長與收入差異之間存在的倒U形曲線關系能較好地模擬可能存在的經(jīng)濟增長與環(huán)境污染水平之間的關系，并將這條曲線命名為環(huán)境庫茲涅茨曲線（Environmental Kuznets Curve，簡稱EKC）[3]。庫茲涅茨曲線在經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境中的應用已經(jīng)十分成熟，并且在各個領域得到驗證。
目前，由于能源消費與環(huán)境污染有直接的因果關系，因此學者們對于能源消費與經(jīng)濟增長變動的研究主要是從二者相互變動關系角度進行的，對于從能源的角度分析能源消費與經(jīng)濟增長的EKC的研究并不多見。Vivek Suri和Duane Chapman（1998）通過計量經(jīng)濟學量化的效果，采用跨國和時間序列數(shù)據(jù)，分析了經(jīng)濟增長、貿(mào)易和能源三者之間的關系[4]。研究表明：雖然處于工業(yè)化中后期國家增加對制成品的出口能夠增加能源需求，但是前者的增長速度更快，符合環(huán)境庫茲涅茨曲線假說。T. Luzzati和M. Orsini（2009）基于1971—2004年對113個國家的能源消費與人均GDP的關系進行了研究，研究表明：很多國家并不呈現(xiàn)倒U型，而且如果把世界作為一個整體來看，兩者關系單調(diào)正相關，并不能支持能源庫茲涅茨假說[5]。劉揚、陳劭鋒等（2008）通過對28個發(fā)達國家1970—2004年間的人均能源消費、能源消費總量和人均GDP數(shù)據(jù)進行了回歸分析，研究發(fā)現(xiàn)：28個發(fā)達國家中有17個國家出現(xiàn)人均GDP與人均能源消費以及人均GDP與能源消費總量之間的倒U形，其中有10個國家出現(xiàn)拐點，但是美國、日本等世界重要的發(fā)達國家并未呈現(xiàn)倒U型，能源消費還存在著其他影響因素[6]。趙曉罡和薛繼亮（2011）通過對建國以來（1953—2008年）能源消耗和經(jīng)濟增長的動態(tài)關系研究，運用能源庫茲涅茨曲線（Energy Kuznets Curve，簡稱EyKC）模型，發(fā)現(xiàn)我國能源消耗和經(jīng)濟增長呈先倒U型后正U型（N型）[7]。王虹（2011）采用1980—2009年52個國家數(shù)據(jù)進行分析，通過將52個國家分別劃分為高收入、中等收入以及低收入國家進行研究，結(jié)果表明：隨著收入水平的提高，各國EyKC由倒U型左半部上升通道逐步向頂部趨近，直至進入EyKC的下降通道，我國屬于中等收入行列并于2016年能源消費達到拐點（55.43億噸標準煤）[8]。
綜上所述，能源庫茲涅茨曲線以環(huán)境庫茲涅茨曲線原理為基礎，探討一國在經(jīng)濟發(fā)展過程中GDP增長與能源消費的關系是否呈現(xiàn)倒U型，即反映了經(jīng)濟增長對能源的依賴程度變化。其關系變化主要分為三個階段。在經(jīng)濟發(fā)展初期，能源消費較低，但其能源消費量會隨經(jīng)濟增長而加劇，此階段屬于上升階段；當該國經(jīng)濟發(fā)展達到一定水平后，能源消費達到最高點；通過倒U型曲線頂點后，能源消耗量呈下降趨勢。因此，EyKC分為三種形式（如圖1）：
第一種形式，曲線峰度很大，即高能耗高排放模式。這種模式在發(fā)展第一階段不注重能源效率提高，能耗很高，按EKC假說來說，就是“先污染后治理”，例如歐美、日本等發(fā)達國家的能源消費與經(jīng)濟增長都經(jīng)歷過這個階段。在能源日益緊缺的情況下，這種模式顯然不利于我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。
第二種形式，瓶頸模式。在經(jīng)濟高速增長階段，如果能源消耗始終增大，并沒有制度和技術(shù)改進的情況下，經(jīng)濟增長的路徑就會因為能源約束受到阻礙，不能順利向前發(fā)展，并呈現(xiàn)向后彎曲的形態(tài)。這會使經(jīng)濟增長在人均收入到達第三階段前停滯不前，使經(jīng)濟增長遲遲不能進入第三階段。此時，庫茲涅茨曲線的斜率趨向于無窮大，由于能源的日益減少，人均收入增長將處于長期的停滯狀態(tài)，陷入低收入陷阱，經(jīng)濟無法進入低碳階段[9] [10]。
第三種形式，低能耗低碳模式。曲線峰度較小，能源對GDP的貢獻度較低，經(jīng)濟發(fā)展過程中能耗較小，能以最小的能源消耗實現(xiàn)經(jīng)濟順利由高能耗向低能耗轉(zhuǎn)型，有利于經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。
國內(nèi)學者在對EyKC進行研究的時候，往往僅考慮能源消費與人均GDP的直接的動態(tài)關系，而忽略了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改變、經(jīng)濟危機對能源消費的影響，從中國和美國能源消費總量的時間序列圖我們可以看出，能源消費總量受很多因素的影響，因此，相對于外國學者考慮多方面影響因素，這種處理方法明顯是不足的。由于我國處于經(jīng)濟發(fā)展轉(zhuǎn)型期，雖然以前學者論證了能源庫茲涅茨曲線在我國同樣是存在的，但是對于宏觀經(jīng)濟結(jié)構(gòu)方面因素考慮略不足，缺少具體的對比，這樣就會影響建模結(jié)果的有效性。同時由于美國與中國都是世界性大國，國內(nèi)經(jīng)濟與世界經(jīng)濟息息相關，能源消費總量占據(jù)世界能源市場很大份額，并且美國曾經(jīng)也經(jīng)歷過“世界工廠”這一階段，因此選用美國與中國比較更具現(xiàn)實意義。
筆者在以前學者研究的基礎上，分別基于1949—2010年美國相關數(shù)據(jù)以及1980—2010年中國數(shù)據(jù)，相對于傳統(tǒng)的能源庫茲涅茨曲線方程加入了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面的變量（制造業(yè)、交通運輸業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)）以及外生變量（經(jīng)濟危機），并且在建模方法上創(chuàng)新性地運用正交偏最小二乘回歸，使得模型更加精確可靠。美國數(shù)據(jù)選擇二戰(zhàn)后期對于中國未來的經(jīng)濟發(fā)展具有很好的借鑒意義。
二、能源庫茲涅茨曲線模型與正交偏最小二乘法（Orthogonal PLS）
（一）變量選取
為了反映經(jīng)濟結(jié)構(gòu)變化下的能源消費與人均GDP是否存在庫茲涅茨曲線效應（即能源庫茲涅茨曲線是否存在），筆者在國外學者研究的基礎上結(jié)合我國自身的發(fā)展特點，選取了第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與工業(yè)產(chǎn)值之比作為考察產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變量以及經(jīng)濟危機作為虛擬變量加入模型中，其中加入產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變量有助于比較中美兩國的能源消耗關系，為我國可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。同時經(jīng)濟危機是與市場經(jīng)濟相伴而生的，是一個不可避免的經(jīng)濟現(xiàn)象，是市場經(jīng)濟積極作用的副產(chǎn)品，對能源消費有顯著影響，因此虛擬變量的選取考慮了二戰(zhàn)后期六次世界性經(jīng)濟危機（參照馬克思主義基本原理概論），經(jīng)濟危機期間設為-1，正常期間設為0，經(jīng)濟危機依次為1957—1958年、1973—1975年、1980—1982年、1990—1991年、2000—2001年、2008—2009年，其中中國由于2001