减排目标约束对经济增长影响的理论探讨

目前我国能源的总量不足和结构偏差已经成为经济可持续发展的瓶颈，使我国面临能源短缺和环境约束的双重压力。在能源和环境的双重压力下，如何实现经济增长和碳排放目标的双赢，成为我国现阶段面临的重要问题和亟待研究的课题。为实现我国的经济增长和碳减排目标，必须系统研究能源、经济和碳排放之间的内在关系，揭示三者之间的相互作用机制。
经济、能源和碳排放之间相互影响，相互制约。经济发展需要相应的能源消费，能源消费又必然带来一定的碳排放，减排目标会约束能源消费水平，能源消费水平又制约经济发展。我国对2011～2020年期间的经济发展和碳排放量都制定了详细的发展目标，并写入了长期发展规划。而要实现我国的经济发展目标和碳减排目标，必须正确认识和把握能源消费、经济增长和碳排放三者的内在关系，从而制定科学的发展战略。
中国能源消费、经济增长与碳排放之间具有怎样的内在联系，减排目标约束对经济增长的影响程度如何，经济发展和减排目标能否实现，又应该如何处理三者之间的内在关系呢?本文将系统、定量研究中国能源、经济和碳排放之间的相互作用关系，为准确理解我国能源消费、碳排放与经济发展的关系，制定科学碳减排目标及政策提供参考和数据支持，促进经济、能源和环境的协调发展。
一、文献综述
能源、经济和环境(3E)的关系问题一直是国内外学者研究的热点问题，其中，环境状况的代表是碳排放情况，该问题的研究方法及成果主要体现在以下几个方面：
1、关于碳排放与经济发展关系的研究
环境波特假说认为，节能减排能使环境质量和生产效率同时得到提高，社会和经济发展目标都能得到满足。Mohr(2002)基于离散技术变化中的“干中学”一般均衡框架推导支持了波特假说的结论，该模型显示，由于内生技术的改变使得波特假说具有存在的可能；Cerin(2006)的研究也支持了波特假说，该学者基于科斯的产权交易成本理论发现了双赢的私人动机，但这种动机的产生需要公共支持。另一些学者对此提出了批评，他们认为，如果这样的双赢机会存在，就不需要政府额外对节能减排施加成本了。如Feichtinger等(2005)的研究认为，在考虑非线性效应和学习效应的情况下拒绝波特假说；陈文颖等(2004)设计了六种二氧化碳减排情景，应用 MARKAL-MACRO模型进行模拟分析，定量描述了各种减排情景下对GDP影响的时间模式；陈诗一(2009)设计了一个基于方向性距离函数的动态行为分析模型，对中国工业2009～2049年期间节能减排的损失和收益进行模拟分析，预测结果支持了环境治理可导致环境和经济双赢发展的环境波特假说。
2、关于能源消费与经济增长关系的研究
国内外学者进行了大量实证工作，但迄今为止还没有形成共识，分歧与争议依然存在。Kraft， J & Kraft，A.(1978)利用美国1947～1974年的数据，发现存在从GNP到能源消费之间的单向因果关系；Akarca & Long(1980)研究认为，如果把时间间隔改为2年，Kraft-Kraft的研究结论就值得怀疑。其他学者也利用不同的时间间隔和不同的研究方法证实或反驳了Kraft-Kraft的研究结论。同时，不同的国家、同一国家不同的时间间隔所得到的结论也不相同。Ugur & Ramazan(2003)通过对16个国家能源消费与GDP因果关系的研究发现，在这些国家中，两个时间序列值是不平稳的，但一阶差分是平稳的，其中有七个国家变量之间存在平稳线性协整关系；汪旭晖、刘勇(2007)利用1978～2005年中国的能源消费和GDP数据研究发现，我国能源消费与GDP之间存在长期稳定的均衡关系，并且存在从能源消费到经济增长的单向因果关系；马超群等(2004)利用我国1954～2003年的GDP和能源消费数据研究发现，GDP分别于能源总消费、煤炭消费之间存在协整关系，而 GDP与石油、天然气和水电之间不存在协整关系；杨文培(2005)探讨了能源发展与经济增长的互动关系，认为二者互为动因。
目前对环境波特假说进行检验的文献较多，但尚未有一致性的结论，这与不同学者采用的分析数据、研究对象的治理体制、所处的地理环境等因素有关，但缺乏一个公认的、合理的分析环境保护与经济增长联系的理论框架是其根本原因。同时，大多学者注重于研究能源、经济和环境中的某一种关系，对三者之间的相互关系及影响程度研究的文献相对较少。
本文研究的思路结构为：(1)以能源消费为中介，构建能源消费、经济增长和碳排放关系分析的理论框架；(2)基于构建的固定资本、人力资本、能源投入和GDP关系的生产函数模型，对中国能源消费与经济增长之间的关系进行实证研究，并测算和分析能源消费对经济增长的弹性系数和贡献率；(3)根据经济增长目标对能源消费量进行预测，由能源消费量推算碳排放量，估算我国减排目标的实现程度；(4)根据要素贡献率模型，分别测算有无减排目标约束下能源消费对经济增长的贡献率，分析减排目标约束对经济增长的影响。由此，在本文构建的理论框架下，实证测量中国能源消费、经济增长和碳排放之间的内在关系及相互影响程度，为我国制定经济发展目标、碳减排目标和能源发展战略提供定量支持。
二、研究设计
1、理论框架
(1)基于Nerlove(1963)改进的C-D生产函数模型，本文构建技术进步、管理水平等综合要素、固定资本、人力资本和能源投入与GDP产出关系的测度模型，表示为：

对式(1)两边取自然对数变为线性形式，可以得到各要素产出弹性的估计回归模型，表示如下：

根据以上模型，对我国的能源消费与经济增长的关系进行实证研究，定量分析能源消费与经济增长之间的内在关系，并对能源消费、固定资本投入和人力资本投入对经济增长的弹性系数、贡献率进行测算和分析。
(2)以能源消费与经济增长的关系为基础，根据经济增长目标预测我国2010～2020年期间的能源需求量，并由能源需求量估算碳排放量。碳排放量的测算公式表示为：
=含碳能源消费量×碳折算系数×气化系数　　(4)
其中，含碳能源主要包括煤炭、石油和天然气；碳折算系数采用国家发改委能源研究所制定的系数，为0.67；碳气化系数指碳完全氧化成为二氧化碳之后与之前的质量之比，比值标准量为3.67。
(3)在以上研究的基础上，测量我国碳减排目标的实现程度，并估算碳减排目标约束对经济增长的影响程度，分析碳排放与经济增长的关系。
由此，系统、定量研究能源消费、经济增长和 碳排放之间的相互作用关系，促进能源、经济和环境的协调发展。
2、变量与数据说明
根据本文设计的理论框架，考虑到数据的可获得性，对我国1991～2010年期间共20年的投入产出指标之间的关系进行研究。数据来源于1992～2011年的《中国统计年鉴》和《中国能源统计年鉴》。
模型中的变量及数据计算方法说明如下：
(1)总产值。用以1991年为基期的实际生产总值表示，单位为亿元人民币。
(2)固定资本存量。本文采用Goldsmith(1951)开创的“永续盘存法”来估算每年的实际固定资本存量，计算公式为：

(3)人力资本。现有文献中大部分学者采用历年就业人数表示人力资本的投入，但该数据不能反映劳动者素质差别对生产效率的影响。本文参照林伯强(2003)、徐国泉等(2007)学者的研究，采用“受教育年限法”来估算1991～2010年中国人力资本存量，单位为：万人·年。
(4)能源投入。能源投入采用《中国能源统计年鉴》(1991～2011年)中国能源消费总量数据中的煤炭、石油和天然气化石能源部分(本文所指能源消费均为化石能源部分)，单位为“吨标准煤”。
样本变量数据特征如表1所示。

三、能源消费与经济增长关系实证分析
1、平稳性检验
本文采用ADF检验方法来验证1991～2010年期间我国能源消费量和GDP是否为平稳序列。为降低异方差的影响，分别对GDP和能源投入量取对数，结果分别表示为LNGDP和LNE。应用 Eviews6.0软件对LNGDP和LNE的单位根进行检验，滞后项的选择以AIC(Akaike inib criterion)和 SC(Schwarz criterion)最小化为准则。检验结果如表2所示：

由表2可知，LNGDP和LNE的ADF绝对值大于显著性水平为1％的临界值，为非平稳序列；在 LNGDP和LNE的一阶差分下，ADF绝对值均大于显著性水平为1％的临界值，LNGDP和LNE的一阶差分为平稳序列，中国GDP和能源消费两个变量为一阶单整序列，可以进一步地进行协整分析。
2、协整分析
从对变量LNGDP和LNE的平稳性检验结果来看，二者之间为同阶单整的平稳时间序列，可以进行协整检验。本文采用E-G(Engle-Granger)两步检验法对LNGDP和LNE进行协整检验，检验分两步进行。
第一步，协整回归，利用最小二乘法(OLS)估计 LNGDP和LNE之间的回归方程，并计算非均衡误差。方程回归结果为：

从方程回归结果可以看出，方程的拟合程度较高，t检验通过，各解释变量的影响显著。式(6)表明，GDP变化率每增加1％，能源消费变化率将增加1.4787％，GDP的增长需要更多的能源投入。
计算残差：

第二步，检验的单整性，即残差是否为平稳序列。仍采用ADF方法进行检验，检验结果如表3所示：

从表3的检验结果可以看出，残差序列为平稳序列，存在LNGDP和LNE的平稳线性组合，表明经济增长和能源消费量之间存在协整关系。
3、能源对经济增长的弹性系数及贡献率估算
利用SPSS16.0软件调入计算整理后的投入产出指标数据，采用最小二乘法对式(3)进行回归分析，回归分析结果如表4所示：

从表4回归的指标参数可以看出，调整后的方程拟合优度接近于1，说明方程拟合较好，方程自变量对因变量的解释能力较强。各参数都通过了t检验，显著性水平较高，均在0.01以下。D-W值说明，自变量之问不存在自相关关系。因此，1991～2010年间中国GDP及相关投入要素之间的关系可以用该模型表示。
表4给出了标准化和非标准化后的模型回归系数。将相应的回归后的标准化系数代入式(1)中，可以得到如下方程：

在该模型中，中国固定资本的产出弹性系数为0.414，人力资本的产出弹性系数为0.159，能源消费的产出弹性系数为0.449，表示固定资本投入每增长1％，GDP将增长0.414％；人力资本投入每增长1％，GDP将增长0.159％；能源消费量每增长1％，GDP将增长0.449％。产出弹性系数之和为1.022，大于1，表明我国经济具有规模效应。从总体上来讲，能源消费的产出弹性系数最大，反映了我国经济增长对能源投入的依赖。
利用模型回归分析结果，根据式(2)可以得到各要素对中国经济增长的贡献份额和贡献率。计算结果表明，1991～2010年中国经济增长中，GDP平均增长率为10.53％，其中，技术进步、管理水平等综合要素贡献份额为4.90％，占46.38％；能源消费贡献份额为3.02％，占28.37％；固定资本贡献份额为2.22％，占21.34％；人力资本贡献份额为0.39％，占3.91％。在三个投入要素中，能源消费的贡献率和贡献份额最大。
从投入量方面来看，我国能源消费量的年均增长率为6.74％，固定资本投入的年均增长率为5.36％，人力资本投入的年均增长率为2.46％。三要素的投入增长率大小排序与对GDP增长的贡献率一致。结果表明，能源消费对经济增长的推动作用明显，如果控制碳排放量，减少能源投入，将直接影响经济增长。因此，在制定减排目标中，必须考虑经济发展的承受能力。要维持经济持续增长，需要制定合理的减排目标，也需要提高能源效率，尽可能以较少的能源消耗推动经济的均衡发展。
四、碳排放预测与减排目标约束对经济增长的影响估算
1、碳排放量预测与减排目标比较
根据本文设计的理论框架，对我国2011～2020年的二氧化碳排放量进行预测。
(1)能源需求量预测。根据党的十七大报告提出的2020年实现人均国内生产总值比2000年翻两番的目标，我国GDP在2011～2020年期问需要保持年均7.2％的增长目标。根据能源消费量与经济增长的协整回归方程，可以预测2011～2020年期间我国能源消费需求量。
(2)碳排放量预测。根据式(4)估算二氧化碳排放量。预测结果如表5所示：

从能源需求和碳排放预测结果来看，以1991年 GDP可比价格测算，我国单位国内生产总值二氧化碳排量2015年比2010年降低18.35％，2020年将比2005年降低36.03％，单位能耗2015年将比2010年降低18.36％。
中国政府在2009年哥本哈根气候峰会上承诺，到2020年，二氧化碳排放强度比2005年下降40％～50％，并作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。我国“十二五”规划纲要明确规定，单位国内生产总值能源消耗降低16％，单位国内生产总值二氧化碳排放降低17％。从预测结果来看，我国的能源效率有了较大提高，可以基本实现制定的单位GDP能耗目标，但距离实现碳减排目标还有一定难度，我国的碳减排任务还任重道远，亟待从能源消费结构、科技投入、经济结构调整、政策支 持和市场调节等方面加大力度，走低碳发展之路。
2、减排目标约束对经济增长的影响估算
假设我国能源消费在2011～2020年期间对经济增长的产出弹性系数与1991～2010年期间相同，为0.449，利用碳排放预测数据分别计算有无减排目标约束下我国2011～2020年期间的能源消费对经济增长的贡献率。
(1)无减排目标约束的能源消费对经济增长贡献率估算。根据对我国2010～2020年能源消费需求量的预测数据，我国2011～2020年期间能源消费量平均增长率为4.81％，经济增长率仍按十六大提出的目标计算，为7.2％。则在无减排约束下能源消费对经济增长的贡献率为：

(2)减排目标约束下的能源消费对经济增长贡献率估算。根据我国政府承诺的减排约束目标，取到2020年二氧化碳排放强度比2005年下降45％这一中间值，根据碳排放的计算公式式(4)，可以推算我国2010～2020年期间能源消费量平均增长率为3.41％。经济增长率仍按十六大提出的目标计算，为7.2％。则在减排目标约束下能源消费对经济增长的贡献率为：

从以上估算可以看出，在减排目标约束下，2011～2020年期间能源对经济增长的贡献率比无减排目标约束减少了8.74％。估算结果说明，实现减排目标短期将对中国经济发展产生负面影响，在制定减排目标的同时，需要考虑碳减排对经济发展的冲击和影响程度，考虑经济发展的承受能力，兼顾经济发展。为了实现经济增长和减排的双赢目标，需要从提高能源利用效率和改变能源结构等方面进行努力。
五、结论与建议
通过对1991～2010年期间中国能源消费与经济增长关系的研究，以及在此基础上对我国2011～2020年的能源消费量和碳排放量的预测和对减排目标约束对我国经济增长影响的估算，可以得到以下结论及政策建议：
第一，能源消费与经济增长具有长期均衡关系。通过对能源消费与经济增长的实证检验，结果表明，能源消费与经济增长之间的具有协整关系，从能源消费与经济增长的协整回归方程来看，GDP每变动1％，能源消费将变动1.4787％，能源投入的变化率大于GDP的变化率。协整回归方程从定量角度为我们提供了一个两者协调发展和可持续性发展的参照系，要维持经济增长需要更多的能源投入，因此，在制定经济发展目标时，要充分考虑能源的供给能力，统筹兼顾二者的关系，实现二者的协调发展。
第二，能源消费在我国经济增长中发挥了重要作用。在能源消费、固定资本、人力资本三个投入要素中，能源消费对经济增长的弹性系数、贡献份额及贡献率最大，分别为0.449％、3.02％和28.37％。表明我国经济增长对能源消费具有较强的依赖性，这与我国通过高投入、高消耗促进经济增长的发展模式有关。人力资本对经济增长的弹性系数、贡献份额和贡献率最少，分别为0.159％、0.39％、3.91％，具有较大的增长潜力。明确了经济增长对各投入要素的依赖程度，可以为我们制定经济发展政策及增长目标提供科学的依据。研究结果启示我们，要增加教育投入，把经济增长从依赖能源消费转移到依靠人力资本上来，从而改变我国目前经济增长依靠能源推动的局面，减轻能源供应和环境保护的压力，这是未来我国经济发展模式的必然选择。
第三，我国实现减排目标面临巨大压力。对我国2011～2020年期间的能源消费和碳排放量进行了预测，预测结果显示，2020年的单位GDP碳排放量将比2005年降低36.04％，2015年的单位GDP能耗将比2010年降低18.36％。预测结果表明，我国的碳排放量距离2009年哥本哈根大会承诺的最低碳减排目标还有一定的差距，2015年的单位GDP能耗可以实现“十二五”规划目标。从减排目标来看，我国还需要从大力调整能源供应结构、依靠技术进步提高能源效率等方面入手，减少能源消耗，从而减少碳排放，实现减排目标。
第四，减排目标约束对我国经济增长有负面影响。研究结果表明，在减排目标约束下，能源对经济增长的贡献率将减少8.74％。因此，我国在制定减排目标时，应充分考虑对我国经济发展的影响和承受能力，不能急于求成，科学制定减排目标，实现经济增长和碳减排的双赢。
综上所述，能源、经济和碳排放之间相互影响、相互制约，在经济发展中，需要正确理解和明确三者之间的内在联系，综观全局考虑，从而制定科学的发展战略规划，实现经济、环境和能源的协调发展。