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摘要：中国与美国能源库兹涅茨曲线是存在的，中国将在人均GDP达到2万美元左右到达能源消费总量拐点，产业结构变化影响较弱，经济危机反而刺激了能源消费；美国在2007年前后已经到达拐点，第三产业产值与工业比值每提高1个百分点，会减少大约1百万吨标准煤，每次经济危机会减少当年3千万吨标准煤。通过对比可知，目前中国属于高能耗模式，不利于可持续发展，应对经济危机应发挥市场自身的调节作用，从而达到优胜劣汰实现结构转型。
关键词：能源库兹涅茨曲线；正交偏最小二乘回归；能源消费总量；经济危机
中图分类号：F062.1 文献标识码：A 文章编号：1003-3890（2013）03-0069-06
一、引言
经济增长与能源消费之间的关系是当前世界各国面临的主要问题之一，如果说环境污染问题是经济发展的“软约束”，那么能源则是经济发展的“硬约束”，可以毫不夸张地说，能源是当前经济发展的先决条件。虽然关于环境污染与经济增长的关系研究已经比较深入，而且证实了环境库兹涅茨曲线的存在性，为各国经济发展提供了政策依据，但是对于引起环境问题的能源消费显然没有引起学术界足够重视，能源消费是否也存在相似的“库兹涅茨效应”？中国能否进入“库兹涅茨”下降阶段？为实现这个目标究竟如何实施宏观调控？这是本文要探讨和解决的主要问题。
库兹涅茨曲线最早源于美国经济学家西蒙·史密斯·库兹涅茨（Simon Simith Kuznets，1955），他依据推测和经验提出了经济发展与收入差距变化关系的倒U型曲线假说，是发展经济学的一个重要概念[1]。1990年，美国经济学家普林斯顿大学的教授格鲁斯曼（Gene M. Grossman）和克鲁格（Alan B. Krueger）将库兹涅茨曲线假说应用于经济与环境领域中，验证了北美自由贸易协定（NAFTA）的环境效应中存在的环境与收入的倒U型关系；首次将环境相关变量与人均GDP关系的曲线作为研究对象，预测政府开始向环境保护政策施压的时间点——即环境库兹涅茨曲线的拐点[2]。1993年，哈佛大学终身教授西奥多·帕内约托（Theodore Panayotou）选取环境质量指标二氧化硫，采用1982—1994年30个发达国家的历史数据，其分析结论是：库兹涅茨所提出的经济增长与收入差异之间存在的倒U形曲线关系能较好地模拟可能存在的经济增长与环境污染水平之间的关系，并将这条曲线命名为环境库兹涅茨曲线（Environmental Kuznets Curve，简称EKC）[3]。库兹涅茨曲线在经济发展与环境中的应用已经十分成熟，并且在各个领域得到验证。
目前，由于能源消费与环境污染有直接的因果关系，因此学者们对于能源消费与经济增长变动的研究主要是从二者相互变动关系角度进行的，对于从能源的角度分析能源消费与经济增长的EKC的研究并不多见。Vivek Suri和Duane Chapman（1998）通过计量经济学量化的效果，采用跨国和时间序列数据，分析了经济增长、贸易和能源三者之间的关系[4]。研究表明：虽然处于工业化中后期国家增加对制成品的出口能够增加能源需求，但是前者的增长速度更快，符合环境库兹涅茨曲线假说。T. Luzzati和M. Orsini（2009）基于1971—2004年对113个国家的能源消费与人均GDP的关系进行了研究，研究表明：很多国家并不呈现倒U型，而且如果把世界作为一个整体来看，两者关系单调正相关，并不能支持能源库兹涅茨假说[5]。刘扬、陈劭锋等（2008）通过对28个发达国家1970—2004年间的人均能源消费、能源消费总量和人均GDP数据进行了回归分析，研究发现：28个发达国家中有17个国家出现人均GDP与人均能源消费以及人均GDP与能源消费总量之间的倒U形，其中有10个国家出现拐点，但是美国、日本等世界重要的发达国家并未呈现倒U型，能源消费还存在着其他影响因素[6]。赵晓罡和薛继亮（2011）通过对建国以来（1953—2008年）能源消耗和经济增长的动态关系研究，运用能源库兹涅茨曲线（Energy Kuznets Curve，简称EyKC）模型，发现我国能源消耗和经济增长呈先倒U型后正U型（N型）[7]。王虹（2011）采用1980—2009年52个国家数据进行分析，通过将52个国家分别划分为高收入、中等收入以及低收入国家进行研究，结果表明：随着收入水平的提高，各国EyKC由倒U型左半部上升通道逐步向顶部趋近，直至进入EyKC的下降通道，我国属于中等收入行列并于2016年能源消费达到拐点（55.43亿吨标准煤）[8]。
综上所述，能源库兹涅茨曲线以环境库兹涅茨曲线原理为基础，探讨一国在经济发展过程中GDP增长与能源消费的关系是否呈现倒U型，即反映了经济增长对能源的依赖程度变化。其关系变化主要分为三个阶段。在经济发展初期，能源消费较低，但其能源消费量会随经济增长而加剧，此阶段属于上升阶段；当该国经济发展达到一定水平后，能源消费达到最高点；通过倒U型曲线顶点后，能源消耗量呈下降趋势。因此，EyKC分为三种形式（如图1）：
第一种形式，曲线峰度很大，即高能耗高排放模式。这种模式在发展第一阶段不注重能源效率提高，能耗很高，按EKC假说来说，就是“先污染后治理”，例如欧美、日本等发达国家的能源消费与经济增长都经历过这个阶段。在能源日益紧缺的情况下，这种模式显然不利于我国经济可持续发展。
第二种形式，瓶颈模式。在经济高速增长阶段，如果能源消耗始终增大，并没有制度和技术改进的情况下，经济增长的路径就会因为能源约束受到阻碍，不能顺利向前发展，并呈现向后弯曲的形态。这会使经济增长在人均收入到达第三阶段前停滞不前，使经济增长迟迟不能进入第三阶段。此时，库兹涅茨曲线的斜率趋向于无穷大，由于能源的日益减少，人均收入增长将处于长期的停滞状态，陷入低收入陷阱，经济无法进入低碳阶段[9] [10]。 第三种形式，低能耗低碳模式。曲线峰度较小，能源对GDP的贡献度较低，经济发展过程中能耗较小，能以最小的能源消耗实现经济顺利由高能耗向低能耗转型，有利于经济可持续发展。
国内学者在对EyKC进行研究的时候，往往仅考虑能源消费与人均GDP的直接的动态关系，而忽略了产业结构改变、经济危机对能源消费的影响，从中国和美国能源消费总量的时间序列图我们可以看出，能源消费总量受很多因素的影响，因此，相对于外国学者考虑多方面影响因素，这种处理方法明显是不足的。由于我国处于经济发展转型期，虽然以前学者论证了能源库兹涅茨曲线在我国同样是存在的，但是对于宏观经济结构方面因素考虑略不足，缺少具体的对比，这样就会影响建模结果的有效性。同时由于美国与中国都是世界性大国，国内经济与世界经济息息相关，能源消费总量占据世界能源市场很大份额，并且美国曾经也经历过“世界工厂”这一阶段，因此选用美国与中国比较更具现实意义。
笔者在以前学者研究的基础上，分别基于1949—2010年美国相关数据以及1980—2010年中国数据，相对于传统的能源库兹涅茨曲线方程加入了产业结构方面的变量（制造业、交通运输业、第三产业）以及外生变量（经济危机），并且在建模方法上创新性地运用正交偏最小二乘回归，使得模型更加精确可靠。美国数据选择二战后期对于中国未来的经济发展具有很好的借鉴意义。
二、能源库兹涅茨曲线模型与正交偏最小二乘法（Orthogonal PLS）
（一）变量选取
为了反映经济结构变化下的能源消费与人均GDP是否存在库兹涅茨曲线效应（即能源库兹涅茨曲线是否存在），笔者在国外学者研究的基础上结合我国自身的发展特点，选取了第三产业产值与工业产值之比作为考察产业结构的变量以及经济危机作为虚拟变量加入模型中，其中加入产业结构变量有助于比较中美两国的能源消耗关系，为我国可持续发展提供借鉴。同时经济危机是与市场经济相伴而生的，是一个不可避免的经济现象，是市场经济积极作用的副产品，对能源消费有显著影响，因此虚拟变量的选取考虑了二战后期六次世界性经济危机（参照马克思主义基本原理概论），经济危机期间设为-1，正常期间设为0，经济危机依次为1957—1958年、1973—1975年、1980—1982年、1990—1991年、2000—2001年、2008—2009年，其中中国由于2001年12月正式加入世贸组织，因此全球经济危机影响仅选取2008—2009年。
（二）能源库兹涅茨曲线模型
由中国与美国能源消费与人均GDP关系的轨迹变动散点图，我们可以发现，两者的关系并不是单纯的倒U型，而是呈现S型弯曲，表明因变量与自变量呈现立方关系。因此为了提高拟合精确度，本文采用三次方程进行拟合，拟合模型如下：
关键词：能源库兹涅茨曲线；正交偏最小二乘回归；能源消费总量；经济危机
中图分类号：F062.1 文献标识码：A 文章编号：1003-3890（2013）03-0069-06
一、引言
经济增长与能源消费之间的关系是当前世界各国面临的主要问题之一，如果说环境污染问题是经济发展的“软约束”，那么能源则是经济发展的“硬约束”，可以毫不夸张地说，能源是当前经济发展的先决条件。虽然关于环境污染与经济增长的关系研究已经比较深入，而且证实了环境库兹涅茨曲线的存在性，为各国经济发展提供了政策依据，但是对于引起环境问题的能源消费显然没有引起学术界足够重视，能源消费是否也存在相似的“库兹涅茨效应”？中国能否进入“库兹涅茨”下降阶段？为实现这个目标究竟如何实施宏观调控？这是本文要探讨和解决的主要问题。
库兹涅茨曲线最早源于美国经济学家西蒙·史密斯·库兹涅茨（Simon Simith Kuznets，1955），他依据推测和经验提出了经济发展与收入差距变化关系的倒U型曲线假说，是发展经济学的一个重要概念[1]。1990年，美国经济学家普林斯顿大学的教授格鲁斯曼（Gene M. Grossman）和克鲁格（Alan B. Krueger）将库兹涅茨曲线假说应用于经济与环境领域中，验证了北美自由贸易协定（NAFTA）的环境效应中存在的环境与收入的倒U型关系；首次将环境相关变量与人均GDP关系的曲线作为研究对象，预测政府开始向环境保护政策施压的时间点——即环境库兹涅茨曲线的拐点[2]。1993年，哈佛大学终身教授西奥多·帕内约托（Theodore Panayotou）选取环境质量指标二氧化硫，采用1982—1994年30个发达国家的历史数据，其分析结论是：库兹涅茨所提出的经济增长与收入差异之间存在的倒U形曲线关系能较好地模拟可能存在的经济增长与环境污染水平之间的关系，并将这条曲线命名为环境库兹涅茨曲线（Environmental Kuznets Curve，简称EKC）[3]。库兹涅茨曲线在经济发展与环境中的应用已经十分成熟，并且在各个领域得到验证。
目前，由于能源消费与环境污染有直接的因果关系，因此学者们对于能源消费与经济增长变动的研究主要是从二者相互变动关系角度进行的，对于从能源的角度分析能源消费与经济增长的EKC的研究并不多见。Vivek Suri和Duane Chapman（1998）通过计量经济学量化的效果，采用跨国和时间序列数据，分析了经济增长、贸易和能源三者之间的关系[4]。研究表明：虽然处于工业化中后期国家增加对制成品的出口能够增加能源需求，但是前者的增长速度更快，符合环境库兹涅茨曲线假说。T. Luzzati和M. Orsini（2009）基于1971—2004年对113个国家的能源消费与人均GDP的关系进行了研究，研究表明：很多国家并不呈现倒U型，而且如果把世界作为一个整体来看，两者关系单调正相关，并不能支持能源库兹涅茨假说[5]。刘扬、陈劭锋等（2008）通过对28个发达国家1970—2004年间的人均能源消费、能源消费总量和人均GDP数据进行了回归分析，研究发现：28个发达国家中有17个国家出现人均GDP与人均能源消费以及人均GDP与能源消费总量之间的倒U形，其中有10个国家出现拐点，但是美国、日本等世界重要的发达国家并未呈现倒U型，能源消费还存在着其他影响因素[6]。赵晓罡和薛继亮（2011）通过对建国以来（1953—2008年）能源消耗和经济增长的动态关系研究，运用能源库兹涅茨曲线（Energy Kuznets Curve，简称EyKC）模型，发现我国能源消耗和经济增长呈先倒U型后正U型（N型）[7]。王虹（2011）采用1980—2009年52个国家数据进行分析，通过将52个国家分别划分为高收入、中等收入以及低收入国家进行研究，结果表明：随着收入水平的提高，各国EyKC由倒U型左半部上升通道逐步向顶部趋近，直至进入EyKC的下降通道，我国属于中等收入行列并于2016年能源消费达到拐点（55.43亿吨标准煤）[8]。
综上所述，能源库兹涅茨曲线以环境库兹涅茨曲线原理为基础，探讨一国在经济发展过程中GDP增长与能源消费的关系是否呈现倒U型，即反映了经济增长对能源的依赖程度变化。其关系变化主要分为三个阶段。在经济发展初期，能源消费较低，但其能源消费量会随经济增长而加剧，此阶段属于上升阶段；当该国经济发展达到一定水平后，能源消费达到最高点；通过倒U型曲线顶点后，能源消耗量呈下降趋势。因此，EyKC分为三种形式（如图1）：
第一种形式，曲线峰度很大，即高能耗高排放模式。这种模式在发展第一阶段不注重能源效率提高，能耗很高，按EKC假说来说，就是“先污染后治理”，例如欧美、日本等发达国家的能源消费与经济增长都经历过这个阶段。在能源日益紧缺的情况下，这种模式显然不利于我国经济可持续发展。
第二种形式，瓶颈模式。在经济高速增长阶段，如果能源消耗始终增大，并没有制度和技术改进的情况下，经济增长的路径就会因为能源约束受到阻碍，不能顺利向前发展，并呈现向后弯曲的形态。这会使经济增长在人均收入到达第三阶段前停滞不前，使经济增长迟迟不能进入第三阶段。此时，库兹涅茨曲线的斜率趋向于无穷大，由于能源的日益减少，人均收入增长将处于长期的停滞状态，陷入低收入陷阱，经济无法进入低碳阶段[9] [10]。 第三种形式，低能耗低碳模式。曲线峰度较小，能源对GDP的贡献度较低，经济发展过程中能耗较小，能以最小的能源消耗实现经济顺利由高能耗向低能耗转型，有利于经济可持续发展。
国内学者在对EyKC进行研究的时候，往往仅考虑能源消费与人均GDP的直接的动态关系，而忽略了产业结构改变、经济危机对能源消费的影响，从中国和美国能源消费总量的时间序列图我们可以看出，能源消费总量受很多因素的影响，因此，相对于外国学者考虑多方面影响因素，这种处理方法明显是不足的。由于我国处于经济发展转型期，虽然以前学者论证了能源库兹涅茨曲线在我国同样是存在的，但是对于宏观经济结构方面因素考虑略不足，缺少具体的对比，这样就会影响建模结果的有效性。同时由于美国与中国都是世界性大国，国内经济与世界经济息息相关，能源消费总量占据世界能源市场很大份额，并且美国曾经也经历过“世界工厂”这一阶段，因此选用美国与中国比较更具现实意义。
笔者在以前学者研究的基础上，分别基于1949—2010年美国相关数据以及1980—2010年中国数据，相对于传统的能源库兹涅茨曲线方程加入了产业结构方面的变量（制造业、交通运输业、第三产业）以及外生变量（经济危机），并且在建模方法上创新性地运用正交偏最小二乘回归，使得模型更加精确可靠。美国数据选择二战后期对于中国未来的经济发展具有很好的借鉴意义。
二、能源库兹涅茨曲线模型与正交偏最小二乘法（Orthogonal PLS）
（一）变量选取
为了反映经济结构变化下的能源消费与人均GDP是否存在库兹涅茨曲线效应（即能源库兹涅茨曲线是否存在），笔者在国外学者研究的基础上结合我国自身的发展特点，选取了第三产业产值与工业产值之比作为考察产业结构的变量以及经济危机作为虚拟变量加入模型中，其中加入产业结构变量有助于比较中美两国的能源消耗关系，为我国可持续发展提供借鉴。同时经济危机是与市场经济相伴而生的，是一个不可避免的经济现象，是市场经济积极作用的副产品，对能源消费有显著影响，因此虚拟变量的选取考虑了二战后期六次世界性经济危机（参照马克思主义基本原理概论），经济危机期间设为-1，正常期间设为0，经济危机依次为1957—1958年、1973—1975年、1980—1982年、1990—1991年、2000—2001年、2008—2009年，其中中国由于2001年12月正式加入世贸组织，因此全球经济危机影响仅选取2008—2009年。
（二）能源库兹涅茨曲线模型
由中国与美国能源消费与人均GDP关系的轨迹变动散点图，我们可以发现，两者的关系并不是单纯的倒U型，而是呈现S型弯曲，表明因变量与自变量呈现立方关系。因此为了提高拟合精确度，本文采用三次方程进行拟合，拟合模型如下：