论文研究-基于阈值回归模型的中国电力消费与经济增长的关系.pdf

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论文研究-基于阈值回归模型的中国电力消费与经济增长的关系.pdf,  应用阈值回归模型分析在不同经济增长阶段, 经济增长、工业结构、全要素电力使用效率和电力价格对电力消费的 差异性影响, 并基于此揭示1980--2008年中国经济增长与电力消费增长的非对称变化特征. 研究表明: 不同经济增长阶段各变量对电力消费的 作用存在差异, 人均GDP增长率高于9.25%时, 工业结构的重型化显著推动电
1706 系统工程理论与实践 第32卷 12 8 GDP増长率一▲一电力消費増长率 图1电力消费增长率与GDP增长率变化图 资料来源:根据《中国统计年鉴》、《中囯能源统计年鉴》相关数据整理而得. 2)工业结构 改革开放以来,我国经历了1980年代轻工业快速发展到2000年以来工业“重型化”的变迁.由于重工 业是电力消费的大户,其产值比重的变动会直接导致电力消费的波动,因此借鉴霍夫曼系数(HI)1,并定义 霍夫曼系数下降率(hm)为: HIt-hlt-l hmt ×100% HI (1 由HⅠ的定义可知,hm值为正表明重工业比轻工业发展快,所占比重也在增大,将拉动电力消费的增 长;若值为负.则表明重工业比重下降,将减缓电力消费的增长 表1主要年份的工业结构与电力消费增长状态 年份 1995199619971998200320042005200620072008 电力消费增长率847394832.7116.515413514614448 重工业增长率 18.09.712.320.133.450.325.727928813.2 霍夫曼系数下降率-410-326-367-1.2114.2716.62.30505236404 表1表明,1995-1998年,经济増长下行使得重工业增速相对轻工业增速放缓,重工业占工业产值比重降 低,霍夫曼系数持续为负,相应电力消费增长率也下降了5.53%;2003年,重工业增长加快,霍夫曼系数持续 大于零,并带动了电力消费的迅速增长 3)电力使用效 般地,电力使用效率的提高有助于降低经济增长对电力消费的依赖,且电力使用效率的提高幅度越大 对电力消费增长的抑制作用也越大.目前常用的电力使用效率指标是电力强度(即单位GDP电耗,它等于 全社会用电量GDP),但该指标是一种单要素能源效率测度指标本身包括了大量的结构因素2.因此,本 文采用产出导向的SFA来估计我国的电力使用效率,该效率值度量了既定电力投入要素和其他投入要素下 实际经济产出与最大可能产出的比例,创建的效率前沿方程为2 In(GDp)=Bo+BiIn(kt)+2In(Lt)+ B3In(Et)+vt-ut 上式中,GDP是国内生产总值;K是资本存量,根据固定资产的价值通过永续盘存法计算而得;L是 劳动力,以就业人数米度量;E是全社会用电量.其中,GDP和K调整为1952年价格4,计算的初始年份是 1980年.v代表随机变量.并假定它服从标准正态分布N(0,02);P是一个非负的随机变量,用它来代表一 个地区的能源消耗偏离能效前沿的情况.因为u>0,本文假定它服从偏正态分布N+0.,0);和t相互 1.霍夫曼系数等于轻工业产值/重工业产值,其值越小说明工业内部结构中重工业所占比重越高 2.数据包络分柝(FA)是用于测算能源效率的最常用方法,但它是一种极值方法其效率指标的计算受样本数据影响较大 本文数据较少,故采用基于参数估计的产出导向SFA法,并将各年度视作是不同的决策单元 3.计算公式为:K=L+(1-6)×Kx-1,K代表资本存量.I为可比价新增固定资产投资,δ为折旧率 4.调氅为1952年价格是为了获得更准确的资本存量数据,详细说明见后文中的变量说明 第8期 李科:基于阈值回归模型的中国电力消费与经济增长的关系 1707 5 8/5888N8g/gg 10 ◆—电力消费增长率一---GDP增长率一▲一EESF提高率 图2电力使用效率提高率、电力消费与经济增长率变动关系图 独立.相应地,SFA效率前沿下的全要素电力使用效率被定义为 EE_SFA E(GDPt lut, Kt, Lt, Et E(GDPA At=0, Kt, Lt: Et) (3) EE-SFA的取值泡围为0到1,且越接近1说明电力使用效率越高.根据(2)式,采用Coli等的方法 佔计出历年的电力使用效率进一步地,定义 FE_SFA提高率(ef)为 e/'s bE-SFAt-EE-SF At-1 x 100% EE-SFAt-l f值越大,意味着电力投入要素利用※越高,技术进步越快,节电效果越显著:若ef值小于零,则意味着电 力使用效率下降,不利于电力节约 从图2可以看到,经济的快速增长对电力使用效率提高的作用具有不确定性.1992年GDP增长率达到 峰值14.24%,同年的e∫值为-2.49%;1995-1999年的年均经济増长虽然低于2001-2004年的年均经济増 长,但前者的e∫值却远高于后者.此外,电力使用效率的提高与电力消费增长率有较好的契合性.2003年电 力使用效率的下滑了9.80%,同年电力消费增长率达到16.53%,为近年来的峰值;1992-1993年的cf值连续 为负,而同期的电力消费保持了11%以上的高增长 4)电力价格 根据消费函数的定义,电价的上升或下降可直接反映在电力消费的波动方向与幅度上.尽管我国的终端 电力价格由于其复杂而敏感一且釆取行政性定价的方式,但电价仍被用于调节投资从而影响经济增长的重 要工具,因此电价的变动自然成为影响电力消费增长的重要变量14.根据国家统计局公布的电力价格指数 (PD),定义电价上张率p为 :=Pt-100 p值越大,意味着电价涨幅越大,市场机制的作用将促进电力节约,降低电力消费增长率;若P值为负,则意 味着电价下跌,不利于电力节约从而推动电力消费的增长 2.2计量模型的设定 在经济增长的不同阶段,工业结构的变化与电力使用效率的提高具有不同的特征,它们与电力消费增长 的相关程度也存在显著差异.此外,为反映价格机制在不同经济增长阶段的作用,增加电价上涨率为解释变 量.这样,基亍Bail、Bai和 Perron6提出的考结构变化的线性模型,本文设定如下计量模型 elt=n+Bi tI(gdpt <2)+B2.itI(gdpt>2)+Et 上式中,是电力消费增长率,是解释向量,定义为π=(gdp,hm,e∫,γ)’,ε是随机扰动项,满足(ii.d)假 定.I()是以gd为阈值变量,为阈值的示性函数,当它满足括号中的条件时该函数为1,否则为0 模型(6)假定将经济增长划分为两个阶段,因此可以对上述模型进行扩展,比如将经济增长划分为三个 阶段则可得如下双阈值模型(x1<2 clt=a+ BiatI(gdpt 1)+B2 ctI(1 gdpt < r2)+3 ctI(gdpt>2)+ct 估计出参数β,并对β进行显著性检验后,可对引言中提出的问题做出回答.当阈值效应存在时,说明 在不同的经济增长阶段,工业结构变动、电力使用效率的提高和电价对电力消费的影响存在显著差异.通过 1708 系统工程理论与实践 第32卷 对β估计值的分析与比较.可得在不同经济增长阶段电力消费增长的主要影响因素,从而有助于科学制定电 力发展规划,并有针对性地制定和实施节电战略. 23变量说明和数据来源 计量模型(6)或(7)中各变量说明如下: 1)电力消费增长率e:由于居民生活用电与经济增长的关联性不强,因此木文用于计算电力消费增长率 的用电量为全社会用电量减去城乡居民生活用电量 2)经济增长率gl:经济增长是拉动电力消費增长最重要的决定因素,但我国庞大的人口基数以及在此 基础上的人口增长与生活水平的提高也带动了工业、商贸等用电量的增加.因此,人口增长也是影响电力消 费的重要囚素.然而人口增长率与其他解释变量间存在较强的相关关系,导致人口变量在模型中并不显著. 为此,本文以人均GDP增长率作为经济增长率的代理变量. 3)效率变量e∫:以(4)式计算的电力使用效率提高率来表示.(2)式中资本存量的估计将直接影响到 电力使用效率提高率的计算.本文采用固定资本形成总额、9.5%的折率、估计而得的基年的资本存量并 运用永续盘存法按不变价格计算历年资本存量,其中新增固定资产投資通过投资隐含平减指数折算成以基年 不变价格表示的实际值°.在永续盘冇法下,随着基期基本存量的累计折旧,后期资本存量的估计会越来越准 确因此本文选择1952年作为计算基年,并采用 YoungI1估计的815亿元(1952年价格)作为初始的固定 资本存量值.进一步地将估计得到的资本存量代入(2)式估算出全要素电力使用效率,然后再利用(4)式计 算历年电力使用效率提高率.它与电力消费增长率负相关 4)结构变量hm:以式(1)的霍夫曼系数下降率来代替重工业产值占工业总产值比重的增长率.该变量 与电力消费增长率正相关 5)电价上涨率p:根据式(5)计算而得,它与电力消费增长率负相关 基于数据的可得性,本文选取的样本期为19802008年.工业数据取自《中国工业经济统计年鉴》,其余 数据来自历年《中国统计年鉴》和《中国国内生产总值核算历史资料(19522004)》 3实证结果与分析 31模型检验 对模型(⑥6)进行阈值回归检验并估计相应的参数β,首先需要确定模型中阈值变量的个数及相应的阈值 设存在m个阈值1,m2,…,m将经济增长划分为(m+1)个阶段,对阈值疗列{}(j=1,2,…,m)通 过最小化残差平方和可估计出相应的参数({)和对应的残差平方和Sm(1,2,…,~m),则估计的阈值 mn)为 (1,2,…m)- arg min Sm(1,2,…,m) 8 71,2,…·Ym 根据上述原理,采用序贯检验的方法对模型(6)和(7)进行估计与检验.为了消除可能存在自相关与异方差 的影响,估计方法采用可行的广义最小乘法(FGLS)检验统计量为Wad检验统计量1S: Fm=(So-Sm())/02 其中,S0和Sm()分别为原假设利备选假设条件下的残差平方和,a2=Sm(分)/T.由于Fm的渐进分布是 非标准形式的,因此本文采用 Bootstrap方法获得F的p值.值得注意的是,尽管运用序贯估计法对具有 多个阈值的模型进行仲计具有一致性,但需要根椐后仟计所得的阈值对先估计得到的阈值进行修正以获得有 效估计量 对于该模型的估计与假设检验问题,可进一步参考 Chong9、Bai15和 hausen2等.依据上述思想, 我们可以通过序贯检验最终确定阈值的个数,并获得相应的阈值估计值.模型检验与阈值估计的结果如表2 所示 5.本文采用代表几何效率递减的余额折旧法,并估算出我国固定资本形成总额的经济折旧率为9.5% 6.我国统计年鉴从1990年开始才有固定资产投资价格指数,1990年以前的价格指欻通常釆用工业品岀厂价格指数来替代.但 张军21指出以固定资本形成总额及固定资本形成指数来构造投资隐含平减价格指数无论在偏离的均值还是在偏离的波幅上 都比工业品出厂价格指数要小,且与1990年后的固定资产投资价格指数基本一致.因此本文采用估算而得的隐含平减价格指 数平减各年投资 第8期 李科:基于阈值回归模型的中国电力消费与经济增长的关系 1709 根据表2,本文模型设定应为式(6),即冇在一个阈值将经济增长划分为两个阶段.这表明我国电力消费 增长在不同经济增长阶段受经济结构、电力使用效率与电力价格的影响存在差异.为表述方便,本文将人均 GDP增长率低于925%和高于9.25%分别定义为经济放缓阶段与经济扩张阶段 表2阚值效应检验及阈值估计值 假设检验 检验统计量( Bootstrap n值*)阈值估计值 Ho:没有阈值;H1:有1个阈值 10.398(0.021) 9.249 Ho:有1个阈值;H1:有2个阈值 7587(0.115) 7.169,9.290 注*:循环次数设定为1000次 32模型估计及结果的分析 根据表2中对阈值变量的佔计结果,在两个不同的经济增长阶段分别运用FGLS法进行佔计,佔计结果 见下式(括号里面为p值) 3195+0.5679d+0.045hmt-0.127ef-0.102p,gdp≤9.25 (0.097)(0.042)(0.087)0.096) 3.195+0.7390m+0.338m7-1.348ef-0.0137+,9d>9.25 估计结果表明,在两个不同的经济增长阶段,经济增长与电力使用效率均是影响电力消费的最主要因素,且 经济扩张阶段的弹性系数估计值显著大于经济放缓阶段;其次是工业结构的变动,而电价的影响则较小 经济增长是促进电力消费增长最重要的力量.当经济扩张时,投资的拉动与人们消费水平的提高显著推 动了工业、商贸等用电量的増长,相应地电力消费弹性系数将增加;而当经济放缓时,工业企业开工不足、人 们生活水平下降等拉低了用电量的增长,使电力消费弹性系数下降.19812008年我国电力消费平均弹性系 数为0.956,其中经济扩张阶段与经济放缓阶段的平均弹性系数分别为0986和0.926,这与(10)式估计值的 趋势相一致.此外,从弹性系欻估计值看,不管是经济放缓阶段还是经济扩张阶段,(10)式中的经济增长弹性 系数估计值均低于林伯强μ4的估计值·弹性系数估计值的降低表明电力使用效率与经济结构调整对电力消 费产生了更大的影响,而2003年以来的电力价格改革也对电力消费产生了更强的价格效应 表3结构变量、效率变量与电力消费在不同经济增长阶段的变动 样本区间经济增长阶段电力消费年均增长率霍夫曼系数年均下降率EE_SFA年均提高率 1981-2008经济扩张 11.415 3.192% 1763 经济放缓 6.390% 1.766% 1.660% 1981-1992经济扩张 9.010% 0.868% 1.745% 经济放缓 6.549% 0.636% 0962 1993-2008 经济扩张 12.918 4644% 1.775% 经济放缓 6.514% 3869% 2270% 从工业内部结构看:经济扩张时,企业生产经营活跃,利润率上升,重工业比重增加;而当经济放缓时,重 工业因受资金需求影响远大于轻工业,其所受到的冲击也远甚于轻工业,因而使重工业比重停滞不前甚至下 降.表3显示,1981-2008年间,经济扩张时我国霍夫曼系数的年均卜降率为3.192%,而经济放缓时年均 降率为1.766%.这表明在经济扩张时,重工业行业容易表现出扩张趋势,应尤其注意引导高耗电行业有序发 展,实现结构节能;而在经济放缓阶段重工业发展受挫,应通过技术改进与调整实现产业结构升级.分时期 看,1981-1992年间,我国大多处于经济放缓阶段,重工业占工业产值的比重在下降,国民经济结构的“轻型 化”降低了工业电力消费量占全社会电力消费量的比重,也降低了电力消费的增幅.19932008年,尤其是在 2003-2007年的经济扩张阶段,以钢铁、有色、化工、金属为代表的重化工业加速增长,工业“重化型”趋势明 显;同期的经济放缓阶段重工业也在快速增长,这既与1999年前后国家鼓励工业发展的政策有关,也是2000 年我国工业产值统计口径变化的直接结果3.此外,表3还说明19932008年重工业发展显著快于1981-1992 7.根据阈值的估计值,我国经济增长处于经济扩张阶段的年份有19841985、1987-1988、1992-1995和20032007年,其余年 份处于经济放缓阶段 8.2000年开始我国工业统计口径调整为规模以上工业产值,同年重工业占工业总产值的比重由1999年的50.80%迅速提高 至2000年的60.20% 1710 系统工程理论与实践 第32卷 年,相应地,19932008年我国电力消费量年均增长9.716%,高于1981-1992年年均7.575%的增幅.这与 1980年代国家为调整轻、重工业比例失调而进行的结构调整政策相一致. 估计结果(10)式表明:电力使用效率的提高所导致的电力节约是除经济增长以外影响电力消费增长的 主要因素,且经济扩张阶段技术进步对电力消费增长的影响远大于经济放缓阶段.这隐含地意味着经济扩张 阶段我国电力使用效率尚有较大的提高空间,其微小的提高即会对电力消费增长就会产生较大的影响;而经 济放缓时电力使用可能已经比较允分,相对提高空间限,相应地对电力消费增长的影响较小.此外,这一估 计值也远高于已有研究中以单位GDP电耗代表电力使用效率的估计值,这表明以技术进步、合理配置电力 资源在终端消费中的利用为主要手段的电力使用效率的提高对电力消费的影响远高于人们的预计.这启示我 们在经济扩张时要通过结构调整合理配置电力资源的利用,同时运用技术进步以推动技术节电,充分发挥电 能的产出效用.然而,表3表明当经济扩张时,电力使用效率并未获得提高,而经济放缓阶段电力使用效率反 而在提高.这意味着我国经济增长的扩张是建立在高投入、低产岀的基础上的.经济增长质量不高,增长方式 十分粗放.分时期看,改革开放初期面对长期短缺经济所导致的需求不足,生产企业仅依靠电力部门不中断 的电力供应就可获得丰厚的回报,经济节电的动力不强.同时,这一时期市场机制也不健全,经济放缓时主要 依靠电力的技术节约来提高电力使用效率,效率提高并不明显.1993年以来随着市场经济体制的建立,经济 周期性波动对电力资源的影响加大.经济放缓时,企业因效益下滑转而寻求更加便宜的动力资源,同时也更 加注重电力资源的合理配置,因此1993-208年经济放缓时电力使用效率提高的幅度高于1981-1992年.进 步地,表3也显示,1993-2008年经济扩张阶段电力使用效率下降的幅度略高于1981-1992年.这与近年 来电力投资加大,电力供应相对充裕降低了电力资源的替代效应,也导致电力资源向非经济有效产出部门配 置有关.2002-2004年,钢铁、有色、化工、建材等四大高耗电行业出现盲目投资与低水平重复建设,导致用 电增幅均超过12%,其中钢铁行业的用电增幅达20%,四大行业用电增加量占工业用电增加量的40%以上, 但对工业GDP增加量的贡献不足20%.电力资源配置经济无效的状况直接降低了电力使用效率,是导致经 济扩张阶段电力使用效率下降的主要原因,而电力配置的无效又与我国长期实行的低电价政策有关 电价作为市场机制发挥作用的载休,对电力消费也会产生重要影响.估计结果(10)式表明,在不同经济 增长阶段电价的弹性系数估计值均貝有预期符号,但佔计值都很低.这表明我国低水平的电力价格使电价在 电力市场上并未起到有效配置资源的作用.我国终端电价并未市场化,并常作为国家调整投资方向的政策工 具加以运用.当经济增长放缓时,各地区为保增长通常给予高耗电工业企业优惠电价;而当经济扩张时,受制 于电源、电网建设滞后导致的电力紧张或供电质量不高以及社会承受能力等因素影响,电价通常维持在较低 的水平并存在严重的交叉补贴.由于工业对电价变动都很敏感,而高耗电工业相对低耗电工业对电价更加敏 感2,结合经济放缓阶段的电价弹性系数估计值(0.102)显著高于经济扩张阶段(0.013),可得如下推论经 济放缓时的电价优惠政策显者推高了高耗电工业的增长,而经济扩张阶段的低电价降低了市场机制在电力资 源配置中的作用,致使电力资源的不合理配置进而导致电力使用效下降. 结论 本文主要讨论了在不同的经济增长区间,工业结构调整与电力使用效率提高对电力消费增长是否具有显 著的差异,将工业结构、电力使用效率和经济周期统一在一个分析框架中.本文的基本结论与政策含义如下 第一:在不同经济增长阶段,经济增长与电力使用效率均是影响电力消费的最主要因素,其次是工业结 杓的变动,而电价的影响则较小.各变量在经济扩张阶段的弹性系欻估计值显著大于经济放缓阶段,这表明 经济扩张时各变量对市场力量的反应更强 第二,经济扩张时,经济结构的重型化趋势显著地推动∫电力消费的增加,而电力使用效率并未得到有 效提高;而经济放缓时,电力使用效礻的提高有效地抑制了电力消费的过快增长.因此,当经济扩张时,应特 别注意经济结构的调整与优化,淘汰落后产能,充分发挥结构节能节电的作用;而当经济紧缩时,应更加注重 对技术节电的扶持力度,加强技术改造,促进主要耗能耗电工业产品单位能耗的降低. 第三,电力价格的扭曲削弱了企业通过提高生产技术以提高电力使用效率的积极性,也削弱了电价对经 济结构调整的基础性作用,不利于节电降耗,推进以电价改革为核心的电力体制改革势在必行.在电力供应 安全、可靠、稳定的前提下,经济的扩张给电力价格改革提供了的合适窗口期,但相关的配套改革将左冇改 革的成败.当前,我国处于经济调整期,政府应视社会承受能力小幅、分步调整电价 第8期 李科:基于阈值回归模型的中国电力消费与经济增长的关系 1711 参考文献 1 Hamilton J D. 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