第三節 能源消費對經濟、環境影響的作用機理

自20世紀70年代以來，各國開始普遍關注能源消費與經濟增長之間的作用機制，能源供應的長期穩定、能源經濟的協調發展成為各國制定能源政策的出發點。能源經濟學的研究通常將能源、經濟、環境作為研究目標分析能源消費問題，大致經歷了三個階段：能源產品開發與有效供給、能源消費與經濟發展、能源消費對外部環境的影響。一般情況下，能源消費增速總是隨著經濟增長而上升，并且大多數歷史時期兩者存在一定比例關系；隨著經濟發展對能源需求規模的增加，能源安全問題開始顯現；此外，能源消耗不斷增長所引致的環境污染問題也逐漸受到社會關注，對能源消費結構、供應多元化的需求也在日益擴大，消費結構也從石油、煤炭轉向以天然氣、可再生能源為主。

基于此，本節將初步探討能源消費對外部環境的影響，重點分析了我國能源消費與經濟增長的相關性，并通過構建柯布-道格拉斯生產函數，研究能源在消耗過程中，石油、煤炭、天然氣三種能源各自對經濟增長可能產生的抑制作用，進而提出如何優化能源結構以保障經濟的可持續發展。

一 能源消費對經濟增長、環境治理影響的初步探討

（一）能源作為重要投入品與經濟發展存在雙向關聯性

能源通常是工業生產和社會生活的主要投入品，與經濟發展存在雙向關聯性。能源消費的增長促進經濟的增長，反過來經濟的快速增長又拉動能源消費的增長。能源不僅是國民經濟發展的動力，也是衡量綜合國力、人民生活和國家經濟發展水平的指標。無論什么樣的社會制度，或者處于何種發展階段，經濟發展是以經濟增長為中心內容的。能源促進經濟發展，并以經濟增長率體現出來；能源自身的發展也通常是以經濟增長為條件的，經濟增長為能源發展提供市場，生產的發展、技術進步為開發利用能源提供了物質手段，且不同經濟發展階段對能源需求結構、品種明顯不同。

從我國經濟發展歷程來看，改革開放以來我國能源消費總量快速增加，能源消費增速與經濟增速的波動趨勢基本一致且同步，兩者存在較強的均衡關系，是促進國民經濟穩定發展的重要保障，尤其是近十年來GDP增速達到10%左右。粗放型、重工業化及對煤炭的過度依賴，使我國在對能源開發和利用方面存在嚴重問題，能源資源短缺、過度消耗引起的環境問題又成為制約經濟增長的阻礙。優化能源結構是我國能源發展戰略中的重要內容。

（二）長期內我國能源消費與經濟發展存在結構變動性

能源消費與經濟發展之間相關性的衡量。能源消費與經濟發展的一般關系借助數量關系反映出來，經濟增長通常用一國實際GDP（或潛在GDP）的年增長率來表示。國內外最常用的評價指標為能源消費系數和能源彈性消費系數，其中，能源彈性消費系數表示能源消費增長率與經濟增長率之間的比例關系，反映了能源消費增長與經濟發展之間的趨勢，它與生產力發展水平、科技水平、經濟結構、居民消費水平等密切相關。

對此考察GDP與能源消費總量的相互關系。其中，GDP采用世界銀行1980年以來（不變價格）的統計數據，能源消費單位統一為萬噸油當量。為消除變量的異方差和便于變量之間的長短期彈性分析，對各變量分別取對數，記為“In+變量名”。

結果表明，改革開放后國家總產出每波動變化1%引起能源消費變動0.9%，兩者存在相同方向變化，即經濟增長與能源消費大致存在很強的均衡關系。

通過實證檢驗1980年以來能源消費增長率與GDP增長率的長期協整關系，發現能源消費與GDP之間存在長期均衡關系，即隨著國內生產總值的增長，能源消費總量在增加，但兩者變動表現不同步。

從長期來看，我國能源消費彈性系數的變動趨勢呈“倒U型”，即能源強度的變動與經濟發展過程是緊密聯系在一起的，這已被世界各國發展過程所證實。1980年以來，我國能源利用效率呈現先上升后下降的趨勢，在2000年以后，國民經濟進入強勁上升時期，隨著經濟發展方式、產業結構調整、經濟轉型升級的影響，第三產業占GDP比重將逐步提升，使2000年左右能源消費的邊際效率得到明顯改善，但隨后的幾年時間里又出現了波動下降的情形，但總體表現為先上升后逐步回落的過程，表明了我國經濟增長的方式由外延逐步走向內涵。對此，后面引入柯布-道格拉斯函數探究能源消費與經濟增長之間的確切關系。

（三）一次能源消費結構的不合理致使環境問題突出

經濟發展依賴對能源資源的投入，國家面對經濟發展與環境問題時通常會陷入兩難境地。長期以來，由于過度強調宏觀經濟增長速度，粗放式的經濟發展方式滲透在諸多層面：重化工在整個國民經濟中的比重過大，導致我國以煤為主的能源結構扭曲偏重；煤炭消費在一次能源結構中占據大半江山，天然氣等清潔能源發展不足；加上觀念的落后和技術制約使能源效率偏低，環境問題成為社會關注的焦點等。特別是近年來，國內頻繁出現的“霧霾”天氣，部分城市被重度“霧霾”籠罩，溫室氣體排放幾乎超過美國、歐盟之和，中國每天的新增排放量超過全世界的減排努力，嚴重影響了人民的生產、生活，造成的經濟損失也非常大。

二 能源消費對環境治理的作用

（一）天然氣作為清潔能源是“公共物品”的重要供給來源

不同能源的單位燃料污染排放差異巨大，能源消費結構的演變對環境治理產生影響。經濟與環境的協調發展是各國普遍關注的重要問題，建設環境友好型社會已是全球發展共識。與煤炭、石油等能源相比，天然氣更是一種低碳、潔凈、高效的優質能源，其對環境的危害程度最輕，可有效地減少二氧化碳、二氧化硫和煙塵排放，避免形成酸雨和霧霾天氣。因此，作為一種清潔能源的天然氣，在為經濟增長提供動力的同時，其負外部性影響也遠低于煤炭、石油，是清潔空氣這種“公共物品”的重要提供者。伴隨能源結構的調整，能源使用對環境的壓力也將隨之減少。此外，與其他可再生能源相比，從資源安全、經濟性、開發潛力等角度綜合比較，天然氣也是最適宜長期開發利用的清潔能源。

（二）價格形成機制的不合理導致天然氣供給不足

體制機制的創新改革能夠推動資源配置和利用效率的改善。能源消費水平取決于兩方面：一是生產技術水平，二是市場環境、管理水平、產業結構等因素決定的消耗水平。社會主義市場經濟體制的逐步建立，為經營者提供有效的激勵機制和約束機制，同時也能優化能源結構和配置效率。已有研究顯示，20世紀的最后幾年，體制機制改革、能源消費結構的變化成為能源效率提高與能源消費增速放緩的重要原因。

能源資源的有限性、片面追求經濟增長導致資源短缺、環境問題擺在面前。從我國天然氣價格形成機制來看，價格形成基礎沒有反映出資源稀缺性、市場供求和環境外部性，不僅不利于企業的技術創新和提高能源效率，而且也不利于保持穩定的能源供應。從價格形成機制的有效性看，我國天然氣價格并沒有包含環境保護等內容，難以解決經濟發展面臨的能源矛盾。由于煤炭相對低廉的成本，2014年我國一次能源消費結構中，煤炭占比接近66%，接近全球一半的煤炭在中國消費，而同期美國、日本、歐盟等地區的煤炭消費比重平均在20%～30%之間。因此，如何減少過高的煤炭消費比重成為治理霧霾的重要突破口。

市場價格的導向機制更注重成本與收益的關系，更加注重資源的配置效率。合理的定價機制要充分體現出鼓勵勘探開發，如果生產成本得不到合理補償，將難以保障上、中游投資和下游市場供給。長期以來，我國天然氣上游投資水平較低，制度性障礙、價格形成機制的不完善是造成行業發展滯后的深層次原因。解決短期內的供給不足問題，可通過適度增加進口等措施滿足供應，但從長期來看，可持續的方式還需要進一步完善價格機制和財稅政策。如果價格機制不能伴隨供求變化做出相應調整，供需形勢勢必會更加惡化。能源發展的“十二五”規劃提出，2015年能源消耗PM2.5排放強度同比2010年降低30%的目標。鑒于此，深化體制改革來健全價格形成機制將成為實現節能減排的重要舉措。

（三）天然氣的正外部性價值需要相應的補償機制

價格應使資源潛在的社會價值或環保效益顯性化，否則將造成資源配置的低效率。不同能源價格不僅與“熱值”要掛鉤，而且與“減排成本”也要掛鉤。從經濟學角度上講，能源消費導致的環境問題存在很強的外部性，除非采取必要的手段，否則當代人很難有承擔外部成本的主動性。從成本分攤的角度看，社會公眾對煤炭的負外部性成本缺乏支付意愿。在深化資源稅改革的背景下，應當遵循“誰受益，誰承擔”的原則，消費者在享受清潔能源帶來好處的同時，也應為優質服務支付相應的成本。因此，如何借助制度安排對“公共物品”提供者進行價值補償，有效引導清潔能源對煤炭的替代，將是政府實現環境治理的重點。

以清潔能源替代煤炭不存在技術性難題，關鍵是如何實現低成本替代。環境問題帶有階段性特征，任何環境政策一般具有時效性。當外部條件變化時，政策可能部分或全部失效，應準確把握環境治理的階段性特征。目前，環境保護采取過多的行政手段，因此政府需要采取主動性改革，借助更加市場化的手段促進環境治理改善。

三 天然氣、石油、煤炭消費對經濟增長的影響效應

長期以來，我國經濟的高速增長是以能源高消耗和高浪費為代價的。多種能源（比如煤炭、石油）隨著加速開采趨于衰減，能源短缺成為我國經濟發展的現實約束之一。如何通過優化能源結構緩解能源約束對經濟增長的抑制作用成為亟待解決的現實問題。

（一）能源消費影響經濟增長的相關理論

新古典經濟學家認為相比資本、勞動和土地來說，能源并不是重要的生產要素，通常僅作為三個生產要素矢量中的一個分量。從生產要素角度來講，以羅默、盧卡斯等為代表的經濟學家將知識、人力等生產要素引入生產函數，討論不同生產要素對經濟增長的貢獻和影響。在哈羅德-多馬模型基礎上，索洛和斯旺首創了新古典經濟增長模型。模型假定資本和有效勞動是規模報酬不變的，將產出、資本、勞動和“知識”或“勞動”的有效性四個變量引入生產函數，但是模型沒有考慮資源稟賦限制對經濟增長的影響。

借助阿羅“干中學”模型的框架，羅默提出了資源約束條件下的現代經濟增長模型。羅默（Romer）提出可耗竭性資源由于存量約束，資源稀缺性導致的硬約束條件對經濟增長具有明顯的阻力，致使未來時期的經濟增長速度相比在不存在約束的情況下有所降低，這種降低的程度稱之為經濟增長的“尾效”。假定在資本和勞動規模報酬不變的前提下，通過建立Cobb-Douglɑs生產函數，考察了資源和土地對經濟增長的約束。生產函數形式為：

式中，Y、K、L、A分別代表產出、資本、勞動和勞動的有效性，R為可利用的資源，T表示土地數量，α、β、γ分別為資本、資源和土地的生產彈性，t表示時間，AL代表有效勞動。

現代經濟增長理論將能源納入約束方程中，考察如何在能源約束條件下實現經濟可持續增長問題?；谀茉聪M的二重性，經濟增長理論最重要的方程是生產函數和效用函數。隨著能源消費對經濟增長影響的加深，部分學者開始將能源引入生產函數中。Rashe為分析能源消費與經濟增長之間的關系，首次將能源消費引入到柯布-道格拉斯生產函數中。鄒璇（2010）進一步提出，優化能源結構可以實現經濟的可持續發展。

（二）C-D函數構建與實證檢驗

1．模型構建

假定土地資源固定不變，僅考慮能源消費對經濟增長的影響。設Y為一次能源消費總量，并放寬規模報酬不變的前提假定，那么公式變為：

其中，β為一次能源生產彈性，A（t）*L（t）=AL（t），且對公式兩邊取對數可以得到：

由于化石能源的可耗竭性，其資源稟賦是固定不變的，前期能源消費意味著未來能源的可利用量會逐漸下降。假設φ為能源消耗速度，那么：

此處，借鑒雷鳴等（2007）、沈坤榮等（2010）關于經濟增長“尾效”的均衡解，即在能源消費剛性下降的條件下，隨著人口增長能源的可使用量呈現逐步下降，那么在經濟增長的平衡路徑上，單位勞動力產出的平均增長率為：

其中，分別表示勞動的有效性和勞動增長率。在能源消費增長不受資源稟賦限制的條件下，Nordhaus（1992）認為在單位勞動力平均消費資源量不變前提下，能源消費的增長率與勞動增長率相等，即：

此時可以得到在平衡經濟增長路徑上，不受限制的勞動力平均產出增長率為：

那么，來自能源稟賦限制的尾效值等于不受限制條件下與受限條件下的單位勞動平均產出增長率之差，則：

從公式中可以得知，經濟增長的能源“尾效”與能源消費彈性、勞動增長率以及能源消耗速度、資本產出彈性密切相關。因此，即使隨著技術水平的進一步提升，能源消費對經濟增長的制約依然存在。

2．實證檢驗

（1）數據來源

產出以歷年中國統計年鑒GDP，并按照2005年不變價格消除通貨膨脹影響；社會有效勞動、能源消費總量參照社會從業人員和三種化石能源消費總量，數據來源于《中國統計年鑒》和《中國能源統計年鑒》，對1978年、1979年缺少數據通過BP世界能源統計年鑒中能源消費增長率換算而來；資本選取歷年固定資產總額，數據取自葉宗欲（2010）運用永續盤存法對我國1952～2008年期間資本存量的測算。

此外，根據Goldsmith（1951）提出的資本存量的基本計算公式補充2009～2013年期間的數據，經濟折舊率選取10.96%。則資本存量的估算公式為：

根據中國統計年鑒歷年固定資產投資價格指數對固定資本流量變換為2005年不變價格，將經濟折舊率代入上述公式可得：

（2）檢驗結果

為避免出現偽回歸問題，在時間序列回歸分析中，需要首先檢驗數據的平穩性。如果單整階數相同，則檢驗序列之間的協整關系。運用數據的ADF檢驗，并在檢驗方程中根據數據自身特征選擇截距項和時間趨勢項，結合施瓦茨信息準則選擇達到最小的滯后階數，檢驗表明所有序列是一階平穩的。

根據檢驗結果能夠得到變量之間是同階單整的，因此可以進行協整分析?；谒膫€變量的約翰遜（Johansen）協整檢驗結果來看（此處略），無論是Trɑce檢驗值或Mɑx-Eigen值，都可以證明在5%的顯著性水平上拒絕存在一個協整關系的原假設，即變量之間至少存在兩個、三個協整關系。鑒于能源消費量存在序列自相關，在此對數據進行差分處理，以消除序列的自相關性。引用公式進行回歸的結果如下：

從回歸結果來看，所有變量系數均是顯著的，且R2值接近1，表明模型模擬效果很好。資本彈性系數要大于勞動力和能源消費系數，表示投資對我國經濟增長的貢獻度要大于勞動力和能源投入。同時，自變量系數之和大于1（α+β+γ=1.2466）。為驗證前面放寬規模報酬限制的假設條件，對模型中解釋變量的系數約束條件α+β+r=1進行Wɑld檢驗，檢驗結果顯示：F=9.2827在1%的顯著性水平下拒絕原假設。因此，證明前面假設的合理性。

下面需要計算能源消費φ、勞動力的增長率n。利用增長率的計算公式：X1（1+θ）t =Xt，其中X1、Xt為變量的初始值與期末值，θ為變量的年增長率。結合表格中能源消費總量、勞動力的統計數據計算得出φ、n分別為5.35%和1.82%。那么，可以測算“尾效”值為：

由此得出，我國能源稟賦對經濟增長“尾效”為0.00913，即中國經濟年增長速度由于能源的可耗竭性，每年可能降低0.91%。同理，可以得出煤炭、天然氣、石油的增長“尾效”為0.00989、0.00507、0.00262。這與林伯強（2008）基于CGE模型計算的能源價格上漲對我國經濟緊縮作用的結果基本一致。與我國能源消費和生產趨勢緊密相連，相對其他產業，相同比例的價格上漲，煤炭對經濟增長的緊縮作用是天然氣、石油行業的2～3倍。

3．結論及啟示

長期以來，我國堅持“以煤為主自給，以引進油、氣為重心”的能源戰略。過快的消費增速甚至超過了實際的科學產能，煤炭在一次能源消費結構中占比達到66%左右。與石油、天然氣不同，相對低廉的煤炭成本，以及鑒于政府以GDP為績效量綱的考核思路，所以無論煤炭供給的絕對量還是相對量均呈明顯上升趨勢，消耗速度要比石油、天然氣更快；石油作為重要的化石能源，其消費量的變化趨勢不明顯，且隨著石油危機對經濟影響的擴展和對可替代性能源開發利用的提升，導致石油在能源結構中的比重有所下降，對經濟增長的約束相對較低。作為一次能源消費比重最低的天然氣，消費比重雖然逐步提高，但相對幅度卻很小，況且由于我國天然氣資源勘探投入不足，使天然氣對經濟增長的制約要高于全球流動性更強的石油。

能源消費對經濟增長“尾效”的經濟學含義為：能源產出彈性、能源消耗速度與經濟增長呈正相關，未來應通過尋找替代性能源或提高在一次能源消費中的比重來降低經濟增長的“尾效”。即可以通過降低煤炭消費比重，更多地開發利用天然氣作為替代性的清潔能源，擴大天然氣在能源消費中的比重，從而增加經濟持續增長的潛力。