第三节 能源消费对经济、环境影响的作用机理

自20世纪70年代以来，各国开始普遍关注能源消费与经济增长之间的作用机制，能源供应的长期稳定、能源经济的协调发展成为各国制定能源政策的出发点。能源经济学的研究通常将能源、经济、环境作为研究目标分析能源消费问题，大致经历了三个阶段：能源产品开发与有效供给、能源消费与经济发展、能源消费对外部环境的影响。一般情况下，能源消费增速总是随着经济增长而上升，并且大多数历史时期两者存在一定比例关系；随着经济发展对能源需求规模的增加，能源安全问题开始显现；此外，能源消耗不断增长所引致的环境污染问题也逐渐受到社会关注，对能源消费结构、供应多元化的需求也在日益扩大，消费结构也从石油、煤炭转向以天然气、可再生能源为主。

基于此，本节将初步探讨能源消费对外部环境的影响，重点分析了我国能源消费与经济增长的相关性，并通过构建柯布-道格拉斯生产函数，研究能源在消耗过程中，石油、煤炭、天然气三种能源各自对经济增长可能产生的抑制作用，进而提出如何优化能源结构以保障经济的可持续发展。

一 能源消费对经济增长、环境治理影响的初步探讨

（一）能源作为重要投入品与经济发展存在双向关联性

能源通常是工业生产和社会生活的主要投入品，与经济发展存在双向关联性。能源消费的增长促进经济的增长，反过来经济的快速增长又拉动能源消费的增长。能源不仅是国民经济发展的动力，也是衡量综合国力、人民生活和国家经济发展水平的指标。无论什么样的社会制度，或者处于何种发展阶段，经济发展是以经济增长为中心内容的。能源促进经济发展，并以经济增长率体现出来；能源自身的发展也通常是以经济增长为条件的，经济增长为能源发展提供市场，生产的发展、技术进步为开发利用能源提供了物质手段，且不同经济发展阶段对能源需求结构、品种明显不同。

从我国经济发展历程来看，改革开放以来我国能源消费总量快速增加，能源消费增速与经济增速的波动趋势基本一致且同步，两者存在较强的均衡关系，是促进国民经济稳定发展的重要保障，尤其是近十年来GDP增速达到10%左右。粗放型、重工业化及对煤炭的过度依赖，使我国在对能源开发和利用方面存在严重问题，能源资源短缺、过度消耗引起的环境问题又成为制约经济增长的阻碍。优化能源结构是我国能源发展战略中的重要内容。

（二）长期内我国能源消费与经济发展存在结构变动性

能源消费与经济发展之间相关性的衡量。能源消费与经济发展的一般关系借助数量关系反映出来，经济增长通常用一国实际GDP（或潜在GDP）的年增长率来表示。国内外最常用的评价指标为能源消费系数和能源弹性消费系数，其中，能源弹性消费系数表示能源消费增长率与经济增长率之间的比例关系，反映了能源消费增长与经济发展之间的趋势，它与生产力发展水平、科技水平、经济结构、居民消费水平等密切相关。

对此考察GDP与能源消费总量的相互关系。其中，GDP采用世界银行1980年以来（不变价格）的统计数据，能源消费单位统一为万吨油当量。为消除变量的异方差和便于变量之间的长短期弹性分析，对各变量分别取对数，记为“In+变量名”。

结果表明，改革开放后国家总产出每波动变化1%引起能源消费变动0.9%，两者存在相同方向变化，即经济增长与能源消费大致存在很强的均衡关系。

通过实证检验1980年以来能源消费增长率与GDP增长率的长期协整关系，发现能源消费与GDP之间存在长期均衡关系，即随着国内生产总值的增长，能源消费总量在增加，但两者变动表现不同步。

从长期来看，我国能源消费弹性系数的变动趋势呈“倒U型”，即能源强度的变动与经济发展过程是紧密联系在一起的，这已被世界各国发展过程所证实。1980年以来，我国能源利用效率呈现先上升后下降的趋势，在2000年以后，国民经济进入强劲上升时期，随着经济发展方式、产业结构调整、经济转型升级的影响，第三产业占GDP比重将逐步提升，使2000年左右能源消费的边际效率得到明显改善，但随后的几年时间里又出现了波动下降的情形，但总体表现为先上升后逐步回落的过程，表明了我国经济增长的方式由外延逐步走向内涵。对此，后面引入柯布-道格拉斯函数探究能源消费与经济增长之间的确切关系。

（三）一次能源消费结构的不合理致使环境问题突出

经济发展依赖对能源资源的投入，国家面对经济发展与环境问题时通常会陷入两难境地。长期以来，由于过度强调宏观经济增长速度，粗放式的经济发展方式渗透在诸多层面：重化工在整个国民经济中的比重过大，导致我国以煤为主的能源结构扭曲偏重；煤炭消费在一次能源结构中占据大半江山，天然气等清洁能源发展不足；加上观念的落后和技术制约使能源效率偏低，环境问题成为社会关注的焦点等。特别是近年来，国内频繁出现的“雾霾”天气，部分城市被重度“雾霾”笼罩，温室气体排放几乎超过美国、欧盟之和，中国每天的新增排放量超过全世界的减排努力，严重影响了人民的生产、生活，造成的经济损失也非常大。

二 能源消费对环境治理的作用

（一）天然气作为清洁能源是“公共物品”的重要供给来源

不同能源的单位燃料污染排放差异巨大，能源消费结构的演变对环境治理产生影响。经济与环境的协调发展是各国普遍关注的重要问题，建设环境友好型社会已是全球发展共识。与煤炭、石油等能源相比，天然气更是一种低碳、洁净、高效的优质能源，其对环境的危害程度最轻，可有效地减少二氧化碳、二氧化硫和烟尘排放，避免形成酸雨和雾霾天气。因此，作为一种清洁能源的天然气，在为经济增长提供动力的同时，其负外部性影响也远低于煤炭、石油，是清洁空气这种“公共物品”的重要提供者。伴随能源结构的调整，能源使用对环境的压力也将随之减少。此外，与其他可再生能源相比，从资源安全、经济性、开发潜力等角度综合比较，天然气也是最适宜长期开发利用的清洁能源。

（二）价格形成机制的不合理导致天然气供给不足

体制机制的创新改革能够推动资源配置和利用效率的改善。能源消费水平取决于两方面：一是生产技术水平，二是市场环境、管理水平、产业结构等因素决定的消耗水平。社会主义市场经济体制的逐步建立，为经营者提供有效的激励机制和约束机制，同时也能优化能源结构和配置效率。已有研究显示，20世纪的最后几年，体制机制改革、能源消费结构的变化成为能源效率提高与能源消费增速放缓的重要原因。

能源资源的有限性、片面追求经济增长导致资源短缺、环境问题摆在面前。从我国天然气价格形成机制来看，价格形成基础没有反映出资源稀缺性、市场供求和环境外部性，不仅不利于企业的技术创新和提高能源效率，而且也不利于保持稳定的能源供应。从价格形成机制的有效性看，我国天然气价格并没有包含环境保护等内容，难以解决经济发展面临的能源矛盾。由于煤炭相对低廉的成本，2014年我国一次能源消费结构中，煤炭占比接近66%，接近全球一半的煤炭在中国消费，而同期美国、日本、欧盟等地区的煤炭消费比重平均在20%～30%之间。因此，如何减少过高的煤炭消费比重成为治理雾霾的重要突破口。

市场价格的导向机制更注重成本与收益的关系，更加注重资源的配置效率。合理的定价机制要充分体现出鼓励勘探开发，如果生产成本得不到合理补偿，将难以保障上、中游投资和下游市场供给。长期以来，我国天然气上游投资水平较低，制度性障碍、价格形成机制的不完善是造成行业发展滞后的深层次原因。解决短期内的供给不足问题，可通过适度增加进口等措施满足供应，但从长期来看，可持续的方式还需要进一步完善价格机制和财税政策。如果价格机制不能伴随供求变化做出相应调整，供需形势势必会更加恶化。能源发展的“十二五”规划提出，2015年能源消耗PM2.5排放强度同比2010年降低30%的目标。鉴于此，深化体制改革来健全价格形成机制将成为实现节能减排的重要举措。

（三）天然气的正外部性价值需要相应的补偿机制

价格应使资源潜在的社会价值或环保效益显性化，否则将造成资源配置的低效率。不同能源价格不仅与“热值”要挂钩，而且与“减排成本”也要挂钩。从经济学角度上讲，能源消费导致的环境问题存在很强的外部性，除非采取必要的手段，否则当代人很难有承担外部成本的主动性。从成本分摊的角度看，社会公众对煤炭的负外部性成本缺乏支付意愿。在深化资源税改革的背景下，应当遵循“谁受益，谁承担”的原则，消费者在享受清洁能源带来好处的同时，也应为优质服务支付相应的成本。因此，如何借助制度安排对“公共物品”提供者进行价值补偿，有效引导清洁能源对煤炭的替代，将是政府实现环境治理的重点。

以清洁能源替代煤炭不存在技术性难题，关键是如何实现低成本替代。环境问题带有阶段性特征，任何环境政策一般具有时效性。当外部条件变化时，政策可能部分或全部失效，应准确把握环境治理的阶段性特征。目前，环境保护采取过多的行政手段，因此政府需要采取主动性改革，借助更加市场化的手段促进环境治理改善。

三 天然气、石油、煤炭消费对经济增长的影响效应

长期以来，我国经济的高速增长是以能源高消耗和高浪费为代价的。多种能源（比如煤炭、石油）随着加速开采趋于衰减，能源短缺成为我国经济发展的现实约束之一。如何通过优化能源结构缓解能源约束对经济增长的抑制作用成为亟待解决的现实问题。

（一）能源消费影响经济增长的相关理论

新古典经济学家认为相比资本、劳动和土地来说，能源并不是重要的生产要素，通常仅作为三个生产要素矢量中的一个分量。从生产要素角度来讲，以罗默、卢卡斯等为代表的经济学家将知识、人力等生产要素引入生产函数，讨论不同生产要素对经济增长的贡献和影响。在哈罗德-多马模型基础上，索洛和斯旺首创了新古典经济增长模型。模型假定资本和有效劳动是规模报酬不变的，将产出、资本、劳动和“知识”或“劳动”的有效性四个变量引入生产函数，但是模型没有考虑资源禀赋限制对经济增长的影响。

借助阿罗“干中学”模型的框架，罗默提出了资源约束条件下的现代经济增长模型。罗默（Romer）提出可耗竭性资源由于存量约束，资源稀缺性导致的硬约束条件对经济增长具有明显的阻力，致使未来时期的经济增长速度相比在不存在约束的情况下有所降低，这种降低的程度称之为经济增长的“尾效”。假定在资本和劳动规模报酬不变的前提下，通过建立Cobb-Douglɑs生产函数，考察了资源和土地对经济增长的约束。生产函数形式为：

式中，Y、K、L、A分别代表产出、资本、劳动和劳动的有效性，R为可利用的资源，T表示土地数量，α、β、γ分别为资本、资源和土地的生产弹性，t表示时间，AL代表有效劳动。

现代经济增长理论将能源纳入约束方程中，考察如何在能源约束条件下实现经济可持续增长问题。基于能源消费的二重性，经济增长理论最重要的方程是生产函数和效用函数。随着能源消费对经济增长影响的加深，部分学者开始将能源引入生产函数中。Rashe为分析能源消费与经济增长之间的关系，首次将能源消费引入到柯布-道格拉斯生产函数中。邹璇（2010）进一步提出，优化能源结构可以实现经济的可持续发展。

（二）C-D函数构建与实证检验

1．模型构建

假定土地资源固定不变，仅考虑能源消费对经济增长的影响。设Y为一次能源消费总量，并放宽规模报酬不变的前提假定，那么公式变为：

其中，β为一次能源生产弹性，A（t）*L（t）=AL（t），且对公式两边取对数可以得到：

由于化石能源的可耗竭性，其资源禀赋是固定不变的，前期能源消费意味着未来能源的可利用量会逐渐下降。假设φ为能源消耗速度，那么：

此处，借鉴雷鸣等（2007）、沈坤荣等（2010）关于经济增长“尾效”的均衡解，即在能源消费刚性下降的条件下，随着人口增长能源的可使用量呈现逐步下降，那么在经济增长的平衡路径上，单位劳动力产出的平均增长率为：

其中，分别表示劳动的有效性和劳动增长率。在能源消费增长不受资源禀赋限制的条件下，Nordhaus（1992）认为在单位劳动力平均消费资源量不变前提下，能源消费的增长率与劳动增长率相等，即：

此时可以得到在平衡经济增长路径上，不受限制的劳动力平均产出增长率为：

那么，来自能源禀赋限制的尾效值等于不受限制条件下与受限条件下的单位劳动平均产出增长率之差，则：

从公式中可以得知，经济增长的能源“尾效”与能源消费弹性、劳动增长率以及能源消耗速度、资本产出弹性密切相关。因此，即使随着技术水平的进一步提升，能源消费对经济增长的制约依然存在。

2．实证检验

（1）数据来源

产出以历年中国统计年鉴GDP，并按照2005年不变价格消除通货膨胀影响；社会有效劳动、能源消费总量参照社会从业人员和三种化石能源消费总量，数据来源于《中国统计年鉴》和《中国能源统计年鉴》，对1978年、1979年缺少数据通过BP世界能源统计年鉴中能源消费增长率换算而来；资本选取历年固定资产总额，数据取自叶宗欲（2010）运用永续盘存法对我国1952～2008年期间资本存量的测算。

此外，根据Goldsmith（1951）提出的资本存量的基本计算公式补充2009～2013年期间的数据，经济折旧率选取10.96%。则资本存量的估算公式为：

根据中国统计年鉴历年固定资产投资价格指数对固定资本流量变换为2005年不变价格，将经济折旧率代入上述公式可得：

（2）检验结果

为避免出现伪回归问题，在时间序列回归分析中，需要首先检验数据的平稳性。如果单整阶数相同，则检验序列之间的协整关系。运用数据的ADF检验，并在检验方程中根据数据自身特征选择截距项和时间趋势项，结合施瓦茨信息准则选择达到最小的滞后阶数，检验表明所有序列是一阶平稳的。

根据检验结果能够得到变量之间是同阶单整的，因此可以进行协整分析。基于四个变量的约翰逊（Johansen）协整检验结果来看（此处略），无论是Trɑce检验值或Mɑx-Eigen值，都可以证明在5%的显著性水平上拒绝存在一个协整关系的原假设，即变量之间至少存在两个、三个协整关系。鉴于能源消费量存在序列自相关，在此对数据进行差分处理，以消除序列的自相关性。引用公式进行回归的结果如下：

从回归结果来看，所有变量系数均是显著的，且R2值接近1，表明模型模拟效果很好。资本弹性系数要大于劳动力和能源消费系数，表示投资对我国经济增长的贡献度要大于劳动力和能源投入。同时，自变量系数之和大于1（α+β+γ=1.2466）。为验证前面放宽规模报酬限制的假设条件，对模型中解释变量的系数约束条件α+β+r=1进行Wɑld检验，检验结果显示：F=9.2827在1%的显著性水平下拒绝原假设。因此，证明前面假设的合理性。

下面需要计算能源消费φ、劳动力的增长率n。利用增长率的计算公式：X1（1+θ）t =Xt，其中X1、Xt为变量的初始值与期末值，θ为变量的年增长率。结合表格中能源消费总量、劳动力的统计数据计算得出φ、n分别为5.35%和1.82%。那么，可以测算“尾效”值为：

由此得出，我国能源禀赋对经济增长“尾效”为0.00913，即中国经济年增长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、天然气、石油的增长“尾效”为0.00989、0.00507、0.00262。这与林伯强（2008）基于CGE模型计算的能源价格上涨对我国经济紧缩作用的结果基本一致。与我国能源消费和生产趋势紧密相连，相对其他产业，相同比例的价格上涨，煤炭对经济增长的紧缩作用是天然气、石油行业的2～3倍。

3．结论及启示

长期以来，我国坚持“以煤为主自给，以引进油、气为重心”的能源战略。过快的消费增速甚至超过了实际的科学产能，煤炭在一次能源消费结构中占比达到66%左右。与石油、天然气不同，相对低廉的煤炭成本，以及鉴于政府以GDP为绩效量纲的考核思路，所以无论煤炭供给的绝对量还是相对量均呈明显上升趋势，消耗速度要比石油、天然气更快；石油作为重要的化石能源，其消费量的变化趋势不明显，且随着石油危机对经济影响的扩展和对可替代性能源开发利用的提升，导致石油在能源结构中的比重有所下降，对经济增长的约束相对较低。作为一次能源消费比重最低的天然气，消费比重虽然逐步提高，但相对幅度却很小，况且由于我国天然气资源勘探投入不足，使天然气对经济增长的制约要高于全球流动性更强的石油。

能源消费对经济增长“尾效”的经济学含义为：能源产出弹性、能源消耗速度与经济增长呈正相关，未来应通过寻找替代性能源或提高在一次能源消费中的比重来降低经济增长的“尾效”。即可以通过降低煤炭消费比重，更多地开发利用天然气作为替代性的清洁能源，扩大天然气在能源消费中的比重，从而增加经济持续增长的潜力。