李治國 ,郭景剛

中國的崛起,日本、韓國的振興,俄羅斯的復(fù)蘇,使東北亞地區(qū)成為了目前世界上經(jīng)濟(jì)最為活躍的地區(qū)之一。對于東北亞各國而言,加強(qiáng)新能源的開發(fā)利用以減輕能源供應(yīng)不足對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的約束顯得極為迫切。相比起傳統(tǒng)化石能源,清潔能源具有可再生、分布廣、低污染等優(yōu)點,大力發(fā)展清潔能源不僅能夠調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu),更有助于防范國際能源價格波動所造成的不確定性風(fēng)險,增強(qiáng)本國的能源安全。有鑒于此,通過對東北亞各國的清潔能源利用現(xiàn)狀的比較,分析各國發(fā)展清潔能源的經(jīng)驗和不足,無疑能為我國清潔能源的發(fā)展提供有益的借鑒。

學(xué)術(shù)界對能源與清潔能源的研究頗為廣泛,大致經(jīng)歷了以下幾個重要階段:20世紀(jì)70年代為起步階段,此時的研究主要圍繞能源消費與經(jīng)濟(jì)增長的互動關(guān)系展開。Kraft J和 KraftA(1978)[1](401-403),Akarca和Long(1980)[2](326-331),Yu 和Hwang(1984)[3](168-190),Yu和Choi(1985)[4](249-272)分別以不同的國家研究,發(fā)現(xiàn)能源消費對經(jīng)濟(jì)增長確實產(chǎn)生了影響。90年代初期,隨著能源消耗的迅速增長,能源消費強(qiáng)度和效率問題逐漸成為人們關(guān)注的焦點。Birol和Keppler(2000)[5](457-479)證實,提高能源價格對于提高能源使用效率、降低能源強(qiáng)度具有積極作用。Chien和Hu (2007)[6](3606-6315)利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法發(fā)現(xiàn),增加清潔能源的使用能夠提高經(jīng)濟(jì)的技術(shù)效率。Sari et al.(2008)[7](2302-2313)利用美國數(shù)據(jù)也得出類似的結(jié)論。在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下,更多的學(xué)者開始對能源區(qū)域合作問題進(jìn)行探索。對于東北亞地區(qū)的清潔能源問題,國內(nèi)如佟新華(2009)[8](74-78)基于清潔能源發(fā)展機(jī)制對于東北亞地區(qū)的清潔能源的合作進(jìn)行分析,并提出通過開發(fā)高效的技能技術(shù)和利用碳基金降低潛在風(fēng)險的對策。徐海燕、鮑建軍(2011)[9](81-87)從合作意義的層面分析了東北亞地區(qū)能源合作的重要性。景躍軍、杜鵬(2011)[10](35-40)以中日兩國為例研究發(fā)現(xiàn),在低碳技術(shù)領(lǐng)域里,中日兩國的合作空間巨大。

基于以上分析,本文擬從以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn)和拓展:首先對東北亞各國的能源結(jié)構(gòu)和清潔能源利用現(xiàn)狀進(jìn)行總體分析;在此基礎(chǔ)上建立狀態(tài)空間模型,從實證的角度考察區(qū)域內(nèi)各國清潔能源利用對能源消費結(jié)構(gòu)的影響;最后通過卡爾曼濾波結(jié)果作為時期劃分依據(jù),研究不同時期各國能源消費彈性的變化規(guī)律,為我國清潔能源的利用提供參考。

一、東北亞各國能源消費結(jié)構(gòu)及清潔能源利用比較分析

(一)單位GDP能耗的比較

單位GDP能耗是衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源依賴程度、反映能源消費水平與節(jié)能降耗狀況的主要指標(biāo),通常以該指標(biāo)作為評價經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和能源利用效率變化的依據(jù)。表1為各國單位GDP能耗統(tǒng)計,可看出相比起日本、韓國,我國的能源利用效率水平較低,下降幅度不明顯,單位GDP能耗的居高不下與我國粗放型的經(jīng)濟(jì)增長方式有著很大關(guān)聯(lián)。與韓國和日本的0.182和0.123(2008年)相比,我國能源效率為0.278,還有很大的提升空間,發(fā)展清潔能源的潛力巨大。

表1 歷年單位GDP能源消耗統(tǒng)計

(二)能源消費構(gòu)成比較

能源消費構(gòu)成是影響單位GDP能耗的主要因素,從表2可以看出,日本、韓國的能源消費結(jié)構(gòu)中石油占較大比重,分別為 40.25%和41.41% ;而我國則更多地依賴煤炭。俄羅斯天然氣儲量豐富,其消費比例高達(dá)53.94%。煤炭的熱能值較低,燃燒不充分造成的資源浪費嚴(yán)重,同時燃燒釋放的二氧化碳、二氧化硫等氣體還會污染大氣。煤炭資源主導(dǎo)的能源消費結(jié)構(gòu)是造成我國能源效率低下的關(guān)鍵因素。石油資源能量大、熱值高,因此以消費石油為主的日本和韓國能夠保持較低的GDP能耗。雖然天然氣為俄羅斯的主要供能資源,但由于它的天然氣資源過于豐富,會造成節(jié)能意識薄弱而導(dǎo)致資源浪費嚴(yán)重;加之科研投入不足,可再生能源利用率不高,導(dǎo)致俄羅斯GDP能耗水平高出世界平均水平近兩倍之多。

各國的單位GDP能耗與本國清潔能源的使用也存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)效應(yīng)。日本、韓國擁有世界先進(jìn)的核能技術(shù),核能消費比例保持了較高水平;中國的南方地區(qū)水資源豐富,為其利用水能提供了便利條件;俄羅斯核能和水電占比例相當(dāng),但技術(shù)落后、資源浪費等問題使得清潔能源的消費并沒有帶來較低的單位GDP能耗。

表2 2010年各國能源消費構(gòu)成單位:萬噸油當(dāng)量

(三)清潔能源利用比較

雖然各國清潔能源的使用比例不同,但大都呈現(xiàn)穩(wěn)定增長的趨勢(如圖1)。不過,我國清潔能源的使用比例和增長幅度均為最低,因此加大對傳統(tǒng)能源的替代,完善能源消費結(jié)構(gòu)更為緊迫和必要。

圖1 各國歷年清潔能源比重變化趨勢

二、東北亞四國清潔能源對能源消費結(jié)構(gòu)影響的比較分析

(一)狀態(tài)空間模型

狀態(tài)空間模型通過建立可觀測變量與系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián),利用強(qiáng)有效的遞歸算法—卡爾曼濾波完成對非觀測變量的估計,可以更好地反映系統(tǒng)的真實狀態(tài)。運(yùn)用狀態(tài)空間模型研究國家能源結(jié)構(gòu),不僅能更好地解讀能源結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化,還能對能源之間的動態(tài)替代關(guān)系進(jìn)行模擬。模型通常由以下兩個部分構(gòu)成,一是量測方程,反映可觀測變量與不可觀測變量之間的關(guān)系;二是狀態(tài)方程,用來描述動態(tài)的狀態(tài)變量。

為研究清潔能源對能源結(jié)構(gòu)的影響作用,本文將狀態(tài)空間模型的量測方程和狀態(tài)定義為:

量測方程:

狀態(tài)方程:

其中i為國家類別,因此gdpi、coali、oili、gasi、cleani分別對應(yīng)為第i國的國內(nèi)生產(chǎn)總值、原煤消耗量、原油消耗量、天然氣消耗量、清潔能源消耗量①根據(jù)研究數(shù)據(jù),本文所指的清潔能源主要包括水電、風(fēng)電和核能。。c(1)為常數(shù)項,[var=exp(c(i)]為殘差。同時采用最小二乘法對模型初始值進(jìn)行設(shè)定。能源消費彈性是衡量國內(nèi)生產(chǎn)總值對能源消耗量的變動敏感程度的指標(biāo),能夠反映能源消耗與經(jīng)濟(jì)增長的互動關(guān)系。量測方程中sv1、sc2、sv3、sv4代表不同國家原煤、原油、天然氣和清潔能源的消費彈性。通過比較sv1、sc2、sv 3、sv4的變動規(guī)律,可以研究不同能源之間的替代或協(xié)同效應(yīng)。

(二)變量設(shè)定及來源

本文以1990-2010年中國、俄羅斯、日本和韓國歷年的原煤、原油、天然氣和清潔能源的消耗量為自變量,以國內(nèi)生產(chǎn)總值作為因變量進(jìn)行狀態(tài)空間估計。其中各國國內(nèi)生產(chǎn)總值的樣本數(shù)據(jù)來源于世界銀行數(shù)據(jù)庫,以百億美元表示;能源數(shù)據(jù)取自《2011BP世界能源統(tǒng)計年鑒》。為保證序列的可比性,同時消除可能存在的異方差,我們對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了對數(shù)化處理。數(shù)據(jù)處理軟件為eviews6.0。

(三)數(shù)據(jù)處理與計算

1.平穩(wěn)性檢驗

狀態(tài)空間模型要求各變量必須是平穩(wěn)協(xié)整的,因此在進(jìn)行模型估計前,采用ADF單位根檢驗和Johansen檢驗分別對各時間序列進(jìn)行平穩(wěn)性和協(xié)整性檢驗。檢驗結(jié)果顯示各變量序列的一階差分結(jié)果,除GDPc在10%的顯著性水平下拒絕單位根存在的原假設(shè)外,皆通過了5%顯著性水平下檢驗。即各變量均為一階單整序列。Johansen檢驗結(jié)果如表3所示,在5%的臨界值水平不存在協(xié)整假設(shè)被拒絕,各變量之間存在長期協(xié)整關(guān)系。因此,運(yùn)用狀態(tài)空間模型對變量的估計是有效的。

表3 Johansen協(xié)整檢驗

表4 狀態(tài)空間模型主要參數(shù)估計結(jié)果

2.狀態(tài)空間模型主要參數(shù)估計

將數(shù)據(jù)代入到量測方程和狀態(tài)方程中,使用eviews6.0軟件進(jìn)行操作,并通過卡爾曼濾波一期向前預(yù)測法完成能源消費彈性變化趨勢的估計。狀態(tài)空間模型主要參數(shù)估計結(jié)果如表4所示:

通過表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),中國的能源利用效率較低,即各彈性系數(shù)值普遍偏小,過多的能源消耗并沒有迅速轉(zhuǎn)變成經(jīng)濟(jì)效益,能源浪費現(xiàn)象較為嚴(yán)重。除俄羅斯外,韓國、中國和日本的清潔能源消費彈性系數(shù)均為正數(shù),表明清潔能源的消耗確實起到了推動經(jīng)濟(jì)增長的作用。韓國清潔能源的利用率最高,中國其次,表明隨著一次能源開發(fā)空間的逐步縮小,政府加大對清潔能源的開發(fā)力度取得了一定的成效。

3.分階段性能源消費彈性

為更好地描述不同能源之間的動態(tài)替代關(guān)系,本文通過卡爾曼濾波一期向前預(yù)測法測算出SV1、SV2、SV3和SV4的各期參數(shù)值。通過對結(jié)果匯總,以2000年為分界點,對不同階段能源替代關(guān)系進(jìn)行研究。詳細(xì)結(jié)果如表5所示:

表5 分階段性能源消費彈性

(1)1990-1999年:這一階段,各國能源驅(qū)動力更多地呈現(xiàn)出資源導(dǎo)向型特征,即能源消費彈性受本國自身能源儲備的影響效果顯著。中俄兩國煤炭資源豐富,主要依靠煤炭資源提升本國的工業(yè)化進(jìn)程;日本煤炭、石油資源匱乏,較多地以天然氣作為支撐;韓國的清潔能源消費對本國經(jīng)濟(jì)的推動作用更為明顯,這與1988年政府出臺《新能源和可再生能源研究與發(fā)展長遠(yuǎn)計劃》有密切的關(guān)系。中國清潔能源的消費彈性最低,說明中國在清潔能源利用上還處于初級階段。雖然政府自90年代初逐步加大了對水電、核能、風(fēng)能等清潔能源的投資,但由于清潔能源的建設(shè)進(jìn)入到商業(yè)化成熟期之前周期長、成本高,無法與化石能源相抗衡,因此其對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)并不顯著。

(2)2000-2010年:在全球發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的浪潮下,東北亞各國的能源消費彈性變化較大:原煤的經(jīng)濟(jì)推動作用下降,原油的替代效應(yīng)開始凸顯,對中國經(jīng)濟(jì)的支撐效果開始加強(qiáng)。化石能源的過度消耗和能源供求不對稱的瓶頸效應(yīng),使清潔能源的使用量增大,清潔能源消費彈性提升明顯。俄羅斯作為世界天然氣資源最為豐富的國家,天然氣的消費量在一次能源消費總量中所占比例高達(dá)53.9%。以天然氣為主的能源消費結(jié)構(gòu),導(dǎo)致原煤、原油和清潔能源的消費逐漸減少。從上表中可以看出,原煤、原油和清潔能源的消費彈性都出現(xiàn)了不同程度的下降。日本與韓國的能源消費彈性變化情形大致相似,原油的消費彈性都有不同程度的提升。但與日本相比,韓國的清潔能源消費彈性不降反升,表明韓國為降低本國對石油需求的過分依賴,加大對清潔能源使用的做法開始奏效。由于日本一次能源消費構(gòu)成中石油約占50%,也使短期內(nèi)能源彈性改變成效并不顯著。

三、東北亞四國能源消費彈性的周期變化分析

(一)東北亞國家清潔能源的替代效果比較

在前文分析的基礎(chǔ)上,我們對卡爾曼濾波結(jié)果中各國清潔能源消費彈性加以分離,進(jìn)而研究其周期性變化及對化石能源的替代效應(yīng)(如圖2和圖3所示)。東北亞地區(qū)能源的結(jié)構(gòu)存在較大不同,清潔能源對化石能源的替代效應(yīng)也不盡相同(圖2)。在20世紀(jì)90年代,各國清潔能源的消費彈性變化具有一致性,中國和俄羅斯的高消耗、低產(chǎn)出的消費模式使清潔能源的替代效果并不明顯,日本、韓國更為集約的發(fā)展模式降低了能源的消耗,替代效應(yīng)開始加強(qiáng)。2000年之后,替代效應(yīng)發(fā)生了較大改變:由于日本、韓國的清潔能源的消費比例趨于穩(wěn)定,清潔能源的替代效果也基本保持不變,中國政府在可持續(xù)發(fā)展理念的主導(dǎo)下,更加重視清潔能源的開發(fā)利用,替代效應(yīng)開始表現(xiàn)出上升趨勢;俄羅斯過分依賴天然氣的狀況則沒有改善,清潔能源的替代效應(yīng)不增反降。

圖2 東北亞四國的清潔能源替代系數(shù)

(二)中國能源消費彈性的周期變化分析

從中國的清潔能源與煤炭、石油和天然氣的消費彈性變化趨勢來看(圖4),清潔能源與原油的消費對原煤呈現(xiàn)出明顯的替代效應(yīng)。隨著1995年《新能源和可再生能源發(fā)展綱要》的頒布,新能源的利用逐漸受到人們的重視,原煤的消費彈性開始逐步下降,同時清潔能源與原油的消費彈性開始上升,從一定程度上降低了對原煤的依賴;天然氣消費常年保持較低水平,阻礙了其對原煤的替代效應(yīng)。這說明政府的節(jié)能減排措施起到了積極效果,但對于天然氣這種優(yōu)質(zhì)能源的利用仍待加強(qiáng),天然氣消費仍有較大提升空間。

圖3 中國能源消費彈性系數(shù)的變化趨勢

(三)小結(jié)

清潔能源的利用對于改善能源結(jié)構(gòu)、提高能源效率具有積極作用,對分析結(jié)果進(jìn)行歸納后(表6),可以得到以下結(jié)論:

1.資源稟賦的不同對于各國能源消費結(jié)構(gòu)具有重要影響,而能源消費結(jié)構(gòu)的合理化程度直接關(guān)系到本國能源效率的高低。相比于日本、韓國,中國的能源消費結(jié)構(gòu)仍需改進(jìn),要降低煤炭在能源消費總量中的比重,繼續(xù)提高清潔能源的使用比例。

2.不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式對于本國能源效率的影響同樣重要,粗放型的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式會造成資源的嚴(yán)重浪費,降低能源的利用效率。應(yīng)該借鑒日本、韓國的發(fā)展經(jīng)驗,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),加快經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整,提升我國能源效率,降低單位GDP能耗。

3.除俄羅斯外,清潔能源的消費彈性均呈現(xiàn)出上升趨勢,表明在全球低碳背景下,各國已采取積極的措施來應(yīng)對,清潔能源的使用比例逐漸增加,對傳統(tǒng)化石能源的替代效應(yīng)不斷增強(qiáng)。

4.中國原油和清潔能源對原煤的替代在一定程度上降低了原煤在能源消費中的比重,但由于我國石油缺口較大,仍需大量依靠進(jìn)口,為降低由此帶來的能源安全風(fēng)險而加大與俄羅斯的天然氣合作就更具可行性。

表6 東北亞四國清潔能源利用比較

[1]Kraft,J.and Kraft,A.On the relationship between energy and GNP,Journal of Energy and Development,Vol.24,Oo.3,1978.

[2]Akarca,A.T.and Long.On the Relationship between Energy and GN P:A re-examination,Journal of Energy and Development,Vol.42,No.5,1980.

[3]Yu,E.S.H.and Hwang,B.K.The Relationship between Energy and GN P:Future Results,Energy Economics,Vol.33,No.6,1984.

[4]Yu,E.S.H.and Choi,J.Y.The causal relationship between electricity and GN P:an international comparison,Journal of Energy and Development,Vol.72,No.10,1985.

[5]Birol,F.and Keppler J.H.Prices,technology development and the rebound effect,Energy Policy,Vol.52,No.28,2000.

[6]Chien,T.and Hu,J.-L.Renewable energy and macroeconomic efficiency of OECD and non-OECD economies,Energy Policy,Vol.32,No.8,2007.

[7]Sari,R.and Ewing,B.T.The relationship between disaggregate energy consumption and ind ustrial production in the United States:an ARDL approach,Energy Economics,Vol.30,No.5,2008.

[8]佟新華:《基于清潔發(fā)展機(jī)制的東北亞環(huán)境合作》,《吉林大學(xué)社會科學(xué)學(xué)報》,2009年第2期。

[9]徐海燕,鮑建軍:《后金融危機(jī)時期油價走勢與東北亞能源戰(zhàn)略合作》,《復(fù)旦學(xué)報(社會科學(xué)版)》,2011年第3期。

[10]景躍軍,杜鵬:《中日低碳技術(shù)合作現(xiàn)狀及前景探討》,《現(xiàn)代日本經(jīng)濟(jì)》,2011年第3期。