我国能源消费需求的时变弹性分析

摘要: 为了科学分析相关经济因素变化对我国能源需求的影响效应,本文在提取能源消费需求主要影响因素的基础上,建立了基于Bayesian理论的时变系数回归模型,利用MCMC方法获得了各时变回归系数的估计。同时,利用HP滤波方法,得到了能源消费需求相对于各相关因素弹性系数的趋势及波动情况,并就能源需求对各相关经济因素弹性系数的趋势变动原因进行了分析,结果表明:①在不同的时间段内,能源价格、产业结构、经济增长、全国总人口以及能源消耗结构对能源消费需求的影响强度具有时变效应;②电力价格变动对降低能源消费的作用最为显著,但边际效应在逐年下降;煤炭价格的提高对能源消费的增加具有很大推进作用,但“煤电联动”、能源价格市场化的建设可能进一步抑制能源需求;③城镇化建设进程可进一步优化人口结构、产业结构以及能源消费结构,这将在很大程度上限制能源需求的加速增长。

关键词 :能源需求;MCMC;时变回归分析;弹性系数

中图分类号 F407.2 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2010)02-0092-06 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.02.016

能源是经济增长与社会进步的重要物质基础,随着产业结构调整、居民消费结构升级、城市化进程加速、经济高速发展对能源依存度的不断加大,未来能源基础能否支撑我国经济的可持续增长,成为国内外十分关注的重要问题。因此做好能源消费需求的相关分析,建立科学的分析模型,不仅可以为保障我国能源安全、解决能源瓶颈提供有效途径,而且可以为我国的能源规划、预测以及政策的制定提供科学依据。目前,国内外许多学者对此进行过研究,得出了一些比较实用的建模方法,大致可以归结为:部门分析法、时间序列趋势法[1]、能源弹性系数法[2]、投入产出法[3]、协整理论与误差修正模型[4,5]等。但基本是在所选时间段内平均意义上的分析,均可以归类为常系数的回归分析,而使用常系数的回归模型会使考察期内因素间相互关系的变动得不到有效反映。因此,如果能对考察期 内不同时间段的能源消费进行分析,建立时变回归模型并进行分析,可弥补常系数模型的不足。

1 模型选择

从某种意义上讲,每一种预测方法都基于不同的信息源,而归结起来,信息源主要有两种:被预测变量自身的历史信息(纵向信息)和相关影响因素的信息(横向信息)。本文将首先通过文献回顾提取影响因素,然后建立时变系数的回归分析模型,分析各影响因素对能源需求影响效应的变动趋势。

2 能源需求的时变回归分析

能源消费需求的建模与分析是制定能源发展战略、规划部署的基础之一。能源需求分析是从研究一个国家[6]、地区[7]或特定范围内能源消费的历史与现状,根据其消费行为,归纳影响能源消费的各种因素,寻求消费与这些因素的关系[8,9],根据这些关系对能源需求发展趋势作出估计与评价。

根据经济学的需求理论,价格因素是影响商品需求的首要、关键因素。但是除了能源价格之外,还有很多因素影响着未来的能源需求,有的因素甚至比能源价格的影响还要重要得多,例如,国民经济发展速度及其结构变动、总人口、资源的合理利用等,因此,在对能源需求进行建模与分析时,这些因素应该考虑其中并加以研究与分析。

首先,能源工业是一个长期性高投入的产业,其发展水平直接受制于经济发展水平[10],因此经济增长将是影响能源消费的一个非常重要因素。其次,由于各产业的能耗指数相差较多,故随着产业结构调整,综合能耗指数必将受到影响,因此,在能源需求建模与分析过程中也必须考虑到产业结构的变化对能源需求的影响[11,12]。再次,人口是社会系统中最基本的因素,能源是人类赖以生存的基础,故人口总量的多少直接影响能源的总消费量[6]。最后,由于中国是世界上极少数几个以煤炭为主要能源的国家之一,以煤炭为主的能源消费使得能源利用效率低及能耗指数偏高,导致了过快的能源消费增长,因此,在能源需求预测过程中必须考虑到未来优化能源结构对能源需求的影响[13,14]。

刘东霖等:我国能源消费需求的时变弹性分析

中国人口•资源与环境 2010年 第2期根据前面的影响因素分析,可得出影响能源需求的主要因素有能源价格、经济的 增长、总人口、产业结构的变化和能源消费结构。能源价格采用各能源品种的出厂价格指数,经济的增长一般都采用国内生产总值(GDP)来表示;人口可直接用全国总人口数来表示;产业结构变化我们采用工业在国民经济的比重来加以衡量,因为工业即是国民经济的重要部门,它在国民经济中比重的变化反映了产业结构变化;能源消费结构用煤的消费比重来表示,因为煤炭在中国能源消费中占的比例达69%左右,虽然近几年能源消费结构有所改善,但煤炭消费仍很高,所以煤消费比例的变化可以反映能源消费结构变化。本文采用所有数据都来自《中国统计年鉴》和《能源统计年鉴》。

本文假定:Y为能源需求;xi(i=1,2,3,4,5,6,7)为自变量,分别代表:电力工业品出厂价格指数、煤炭工业品出厂价格指数、石油工业品出厂价格指数、第二产业在国民经济的比重、GDP、全国总人口、煤的消费比重;ε为随机误差项。

在以上分析的基础上,本文先用一般的回归分析测算能源需求其它影响因素的敏 感度。利用1981-2007年的统计年鉴数据,本文得到选定的因素对变量的解释能力达到了99.83%,方程显著通过检验,具体测算结果见表1。

其中,各个回归系数代表能源需求对各个变量的敏感系数,除第二产业结构外,所有因素都显著通过检验。但这种一般回归反映的是在整个历史考察期内的平均弹性,事实上,在各个不同时间段有不同的政策冲击以及国际环境的变化,能源需求变动对各影响因素的反映也不一样。如何分析各个不同历史时期能源需求对各变量的反应,下面将建立一般的理论时变系数的动态回归模型来解决这个问题,这种模型是一种高度的非线性模型,所以在估计时,不必检验变量的平稳性,直接进行估计和分析。

lny(t)=α1(t)lnx1(t)+α2(t)lnx2(t)+α3(t)lnx3(t)+α4(t)lnx4(t)+α5(t)lnx5(t)+α6(t)lnx6(t)+α7(t)lnx7(t)

由于数据量较小,且时变动态模型利用一般的算法也很难估计,而基于Bayesi an原理的MCMC算法很容易对这种方程进行估计。利用MCMC方法抽样30 000次,前10 000次作为训练样 本,得到各时变系数的估计(见表2)。

为了清楚显示能源需求对能源价格、产业结构、GDP、总人口以及能源结构的弹性变动趋势,本文利用MCMC方法及HP滤波技术,给出了各个时期能源需求相对能源价格、产业结构、GDP、总人口以及能源结构弹性系数的趋势图结果(见图1-7)。

图1 电力价格调整对能源需求的影响趋势

Fig.1 The trends of the impact of electricity price

adjustment on energy consumption

从图1中的曲线趋势(反映电力价格变化对能源消费的影响趋势)来看,1997年后电力价格的变动对节能的影响效应开始减弱,但节能效果仍很显著。在本文所考虑的能源品种中,电力价格变动对能源消费的影响最大。主要因为近年来世界石油、天然气价格居高不下,煤炭价格也

持低价供电,用户为逃避承担高价能源,趋向多用电力,凡是能用电力替代石油和天然气的都尽可能用电力替代,故电力价格变动对能源消费的影响最为显著,但由图1可见边际效应在逐年下降。

由图2中的曲线趋势(反映煤炭价格变化对能源需求的影响趋势)来看,从1996年开始 煤炭价格的提高对能源需求上升的正向推动效应是一路直上,造成这种现象也不难解释。自1992年国家决定逐步放开煤炭价格后,由于经济的高速增长,导致能源消耗量的加速增长,煤炭市场价格也由于需求的拉动而不断上升,占相当比例的电煤价格虽受国家控制,也随着市场煤炭价格的提高而提价。同时我国煤炭开采管理监督混乱,“从量计征”的资源税偏低,安全或违规惩罚成本较低,导致煤矿大量不合理开采。同时煤电价格联动仍受到煤电双方价格市场化程度不一以及国际政策的制约,煤炭价格的上涨并不能迅速反映在电力价格的变动上。故使得煤炭价格的上涨不但不能达到降低能源需求的目的,反而由于电力相对价格低廉使得高耗能的用电企业有利可图,会不断加大地方政府及社会各界的投资力度,加大重工业投资比例,增加能源需求;同时,煤炭价格的上升,加大了煤炭开采业的利润,使得煤炭的开采量也不断加速。故合理的制定煤炭价格、加大考虑外部成本和可持续发展的税费征收、尽快推行煤电联动是降低能源需求的重要前提。

由图3中的曲线趋势(反映石油价格变化对能源需求的影响趋势)来看,2002年以前石油价格的上升对能源需求的上升起助推作用,2003年后石油价格的上升对能源需求上升的促进作用开始减弱,而且呈不断下降的趋势。由于我国的资源约束,原油对外依存度越来越大,以大庆原油期货价格为代表的国内原油价格已与国际接轨,但成品油价格还未完全由市场竞争形成,仍由国家价格主管部门采取指导价方式予以监管,2001年10月15日国家发展计划委员会“关于完善石油价格接轨办法及调整成品油价格的通知”,规定将国内汽、柴油价格与新加坡市场单一挂钩改为与新加坡、鹿特丹和纽约三地市场价格挂钩,但除放开灯用煤油、化工轻油和燃料用重油价格外,汽、柴油零售价仍实行政府指导价。2002年后国际原油价格开始居高不下,并一路疯涨,国内原油价格也相应上涨。数据显示,2002年商用柴油价格仅上涨1%,而2003、2004、2005年商用柴油价格分别上涨10.93%、20%、20.15%,这说明由于政策的执行、油价的逐渐市场化,使得石油价格上涨对能源需求上升的促进作用开始在一定程度上降低。

在经济全球化的今天,中国要保障自身能源安全,关键需要将中国巨大的能源需求转变为市场强势。需求并非等于市场,只有建立了买卖双方可以议价的交易平台,完善了充分的信息披露机制,明确相应的权利和义务,才能形成一个真实的市场。对于中国这样一个巨大的能源需求国家,如果不能建立一个与全球供需相衔接、机制相融合的市场,很难保障中国自身的能源安全和环境保护。本文测算了不同时期能源价格变动对能源需求的影响程度,据此可根据能源需求对能源价格的弹性系数作为对能源价格调节的依据。

的弹性系数在逐渐降低,但1993年后便开始上升,这说明第二产业比例的上升在1993-2005年期间对能源需求的边际推动效应越来越大。这主要是由于工业内部结构的变动,重工业比重不断上升,从1999年开始的5年多时间内,我国工业发展出现转折性变化。无论是在产值、投资或者利润增长方面,还是在产业比重上,重工业都超过了轻工业。1999年重工业增长速度超过了轻工业1个百分点,2003年则高了4个百分点;重工业的比重2003年达到了64.3%。特别是作为重工业化主要指标之一的制造业结构变化更为明显。1990-2003年,轻型制造业在制造业中的总产值比重从41.17%下降为30.08%,重型制造业从58.83%上升为69.92%。可见,自20世纪90年代以来,制造业内部结构呈现出重工业化与高加工度化的趋势。但2005年“十一五”规划的出台及一系列能源政策的实施,遏制了产业结构的不良化发展趋势,使得能源需求相对产业结构的弹性系数开始平稳过渡。因此,推进产业结构优化是能源政策非常重要的一方面。

图5中的曲线趋势给出了在考虑多种因素的前提下,能源消费的弹性系数的变动趋势,主要在0.245-0.265间波动,由图5可见,1992年后能源消费的弹性系数开始下降,但2003年后又开始有上升的趋势。

影响趋势)说明总人口的上升对能源需求的上升有显著的促进效应。1997年能源消费相对人口变动的弹性系数达到最大,然后逐年降低,这主要是由于人口结构变动及人均生活能耗变动所致。城镇化所带来的居住、就业、生活和消费方式等方面的深刻变化,不仅涉及到社会、经济问题,也涉及到能源问题。在能源需求方面,城市人口与农村人口的生活用能需求存在很大差别。城市居民人均商品能源消费远远高于农村,并且清洁能源如电、气等占很大比重,而农村主要以煤为主。1999年,城市居民人均生活用能为131.25公斤标油,农村人口仅51.66公斤标油,相当于 城市人口的40%,城镇化都将有助于促进商品能源的消费需求。同时由于技术及产品的节能作用将使得人均生活能耗降低。但在生活用能结构方面,城市居民用优质、清洁能源的发展速度明显快于乡村,其标志是城镇生活用煤的总量和比例逐年快速减少,而乡村用煤的比例在缓慢下降,总量在缓慢增加。1985年乡村生活用煤占总用能的85.2%,城市占83.8%,相差无几,而1996年乡村用煤占的比例仍然较大,为71.6%,城市用煤下降较快,占46.1%。而且城镇化同第三产业比例的相关系数达到0.92,同水电、核电、风电等新能源消费比例的相关系数也达到0.91,城镇化促进了产业结构及用能结构的优化。推进产业结构优化,促进城镇化也是能源政策不可忽视的重要方面。

图7中的曲线变动给出了能源结构调整对能源需求的影响趋势,由图7中数据可见,能源需求相对煤炭消费比例的弹性系数为负,在考虑很多其他影响因素变动的前提下,煤炭的消费比例每升高1个百分点,使得能源需求下降幅度大于0.15个百分点,相对中国的能源需求总量,能源的节约总量颇为可观。表面上看,好像不符合规律,中国的经济增长需要强大的能源需求来支持,而煤炭并不是优质能源,在同等的发热条件下,消耗石油及天然气等其它优质能源更能降低能源的消费量。如果从供需角度来看并不矛盾,产品的需求由价格及供应决定,中国的煤炭供应基本平衡,但其它一次能源却具有很大的对外依存性。故当国际能源价格上涨时,由于政府的价格管制,国内的历史煤炭价格基本低于国际市场价,但石油及成品油很大一部分是从国外进口,不管国家如何控制成品油价格,国际的能源价格终究会冲击到用能行业,国内煤炭及电力的低价使得煤炭消耗比例上升就在所难免。整个一次能源价格是呈上涨趋势的,能源消费的边际效应却是递减的。故能源需求相对煤炭消费比例的弹性系数为负。但1998年亚洲金融危机后,国际一次能源价格不断上涨,为应对能源安全,节能降耗,国内的一次能源价格在逐步放开市场,故1998年后煤炭消费比例对能源需求的边际作用强度在逐年递减。

4 结 论

利用时变回归模型及HP滤波方法,同时考虑了能源价格、第二产业在国民经济的比重、GDP、全国总人口、煤的消费比重等因素对能源需求的影响。结果表明,在不同的时间段,各因素对能源需求的影响效应会出现一定程度的波动。能源价格中,由于“煤电联动”下,电力价格的变动起着降低能源消费需求的作用,但作用强度至1998年后在逐年降低,但煤炭价格的提高从1996年开始对能源需求上升的正向推动效应是一路直上。2005年“十一五”规划的出台及一系列能源政策的实施,遏制了产业结构的重工化发展趋势,使得能源需求相对产业结构的弹性系数开始平稳过渡。经济的增长加大了能源的需求,1992年后能源消费的弹性系数开始下降,但2003年后又开始有上升的趋势。同时,城镇化的发展及生活用能结构的优化加大了产业结构及能源消费结构的优化进程,使得人口增长对能源需求的边际推动作用开始减弱。

在经济需求可持续增长的情况下,必须要注意通过产业结构和能源消费结构的优化调整、城 镇化建设及能源价格的市场化来降低能源消费弹性系数,减缓能源消费需求的加速增长。随着国家在经济结构调整上的政策力度不断加大,使得产业结构和能源消费结构的调整空间不断降低。为保障我国能源安全,对内要改善能源价格的扭曲程度,加强节能降耗的宣传力度,不断地开发新能源与可再生能源,加大勘探的资助力度,大力开展水能、核能等项目的投资建设;对外要积极加强能源外交,拓宽能源进口渠道,利用金融工具降低能源进口风险,保持我国国民经济健康、持续、稳定发展。(编辑:田 红)

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Time Varying Elasticity of Energy Consumption Demand

LIU Dongling ZHANG Junrui

(School of Management,Xian Jiaotong University,Xian Shaanxi 710049,China)

Abstract In order to analyze the impact of the related economic factors on Chinas energ y demand scientifically, this article first established the time varying regression model based on the Bayesian theory and the interrelationship among the major factors that affect the energy demand, and estimated the time varying coefficient through using the MCMC method. At the same time, by using the HP

filter method, the article got the volatility and the trend of the elastic coefficient between energy demand and the related economic factors, and then analyzed reasons of the tendency of the elastic coefficient. The result showed that:①In different periods, the impact intensity of energy price, industrial structure, economic gain, population and energy structure on the energy demand have the time varying effect. ②The changes of the electricity price plays the most significant role to reducing energy consumption, but the marginal effect declines year by year. The increase of coal price causes increasing energy consumption, but the mechanism of coalelectricity price link age and marketization of the energy price can restrain the energy demand. ③Urbanization can further optimize the population structure, industrial structure and the energy structure, and limit the accelerated growth of the energy demand.

Key words energy demand; MCMC; time varying regression; elastic coefficient