摘 要

长沙作为湖南省的省会，是全省经济最发达的城市，也是全省能源消费最多的城市。但是近些年随着互联网时代的到来，长沙市在能源消费和经济发展方面出现了一些问题，经济增长变得无力，能源供应不足且对经济发展的制约作用也越来越明显。对长沙市的能源消费和GDP关系进行研究，有利于推动技术进步、提供政策修改依据和促进经济发展等等，具有理论和现实的双重意义。

本文首先通过描述性统计，对长沙市2005-2016年GDP和能源消费的时间序列数据进行分析，求出能源消费弹性系数，发现能源消费和GDP之间有相关关系。接着通过回归检验和格兰杰因果检验，对总GDP和总能源消费数据以及工业GDP和规模以上能源消费数据进行研究，发现GDP和能源消费之间有线性关系和单向格兰杰因果关系。进一步通过单位根检验和协整检验对取对数后的数据进行检验分析，发现能源消费和GDP之间存在长期均衡关系。最后通过拟合误差修正模型，来研究短期波动特征，发现在短期内增加能源尤其是电力的投入，能有效的推动GDP的增长。

根据本文所得结论，建议长沙市加大力度提高能源利用效率、增加新型清洁能源的使用、进一步挖掘行业结构节能潜力和加大第三产业的比重，以期对解决长沙市能源消费和经济增长之间的一些问题有所帮助。

关键词：GDP；能源消费；描述性统计；时间序列

Abstract

As the provincial capital of Hunan Province, Changsha is the most economically developed city in the province, and the city with the most energy consumption in Hunan Province. However, with the advent of the Internet era in recent years, Changsha has experienced some problems in energy consumption and economic development, such as economic growth has become weak, energy supply is insufficient, and the restrictive effect on economic development is becoming more and more obvious. Studying the relationship between energy consumption and GDP in Changsha City is conducive to promoting technological progress, providing policy revision basis, and promoting economic development. It has both theoretical and practical significance.

This paper first analyzes the time series data of GDP and energy consumption in Changsha from 2005 to 2016 through descriptive statistics, finds the elastic coefficient of energy consumption, and finds a correlation between energy consumption and GDP. Then through regression test and Granger causality test, the total GDP and total energy consumption data as well as industrial GDP and above-scale energy consumption data were studied. It was found that there is a linear relationship between GDP and energy consumption and one-way Granger causality. Further, through unit root test and cointegration test, the data after logarithm is tested and found that there is a long-term equilibrium relationship between energy consumption and GDP. Finally, by fitting the error correction model to study the short-term fluctuation characteristics, it is found that increasing the energy input, especially the power input, can effectively promote the GDP growth.

According to the conclusions obtained in this paper, it is recommended that Changsha City increase efforts to improve energy efficiency, increase the use of new clean energy, further tap the energy saving potential of the industry structure and increase the proportion of the tertiary industry, in order to solve the energy consumption and economic growth in Changsha. Some questions have helped.

Key Words：GDP；Energy Consumption；Descriptive Statistics；Time Series

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 本文的研究背景及意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 本文的研究思路和组织结构 3

1.4.1 本文的研究思路 3

1.4.2 本文的主要研究内容 3

第2章 研究的相关基础知识 5

2.1 本章简述 5

2.2 能源消费弹性系数 5

2.3 回归分析 5

2.4 格兰杰因果检验 6

2.5 ADF单位根检验 6

2.6 协整含义及检验 7

2.6.1 单整与协整 7

2.6.2协整检验 7

2.7 误差修正模型 8

第3章 长沙市能源消费和GDP关系的实证分析 9

3.1本章简述 9

3.2 数据来源 9

3.3 描述性统计分析 9

3.3.1 经济发展时间序列分析 9

3.3.2 能源消费时间序列分析 11

3.3.3 能源消费弹性系数的变化分析 13

3.4 序列检验分析 15

3.4.1 回归检验分析 15

3.4.2 格兰杰因果检验 17

3.4.3 单位根检验 18

3.4.4 协整检验 19

3.4.5 误差修正模型 19

3.5 结论和政策建议 21

3.5.1 主要结论 21

3.5.2 政策建议 21

3.6 本章小结 22

第4章 总结与展望 23

4.1 本文总结 23

4.2 展望 23

参考文献 24

致谢 26

第1章 绪论

1.1 引言

能源是人类生存与发展必不可少的物质资源，是一个国家和地区经济发展的历程中的必需投入品，能制约GDP的增长。能源消费指的是生产和生活所消耗的能源，与环境治理和经济发展方面有着密切联系。近年来长沙经济实力迅猛增加，2017年长沙市GDP突破万亿，在经济快速增长的同时，经济与能源、环境之间的矛盾也越来越突出。十九大报告中指出，我国要深化供给侧结构性改革，对经济结构进行调整，推动经济发展动力变革、质量变革、效率变革，建设现代化经济体系^[1]。通过对长沙市能源消费和经济增长的研究，长沙市要进行产业结构调整，适当限制非清洁能源消费量大的产业，实现更加快速地进行可持续发展。此外，还可以鼓励创新，使用清洁能源和新技术，减少资源浪费和化石能源的消费。

1.2 本文的研究背景及意义

我国是一个经济大国和能源消费大国，从1978年实行改革开放到2017年，中国的经济面貌发生了翻天覆地的变化，GDP的年均增长速度达到9.5%。1978年我国GDP为3645亿元而2017年GDP为820754亿元，翻了225倍，这称得上是经济发展史上的"奇迹"。随着GDP的增长，能源消费总量也在剧增，中国能源消费总量在1978年为57114万吨标准煤，在2017年为449000万吨标准煤，这39年间增长了7.86倍，年均增长率为5.43%，中国已经超过美国成为世界上第一大能源消费国。随着我国经济的发展及互联网时代的到来，GDP增长和能源消费也在迅速发生变化，并暴露出了一些问题:经济增长变得无力，大气受到污染，海平面上升等等。这些问题与人们的生产和生活密切相关，已经成为经济发展和能源消费之间的矛盾。为了应对这种情况，我国也更加重视保护环境、节约能源和资源，实现经济可持续发展。

长沙市是湖南省省会，也是全省经济最发达的城市。根据2017年统计数据，长沙市拥有791.81万人口，GDP为10535.51亿元。自然资源主要为矿产资源、植物资源和水资源。长沙市的本地能源类资源储存量严重不足，在消费总量上，超过 80%的能源需要从其他地区调入，其中成品油全部从其他地区调入，天然气由我国西部供应，风能和太阳能这些新型能源的利用尚处于起步阶段。在2007年末，华电长沙电厂正式投产缓解了长沙的电力供应紧张的局面。在能源结构方面，石油、电力以及原煤在能源消费结构中的占比很高，能源消费结构特征为以煤炭为主。随着经济的高速发展，长沙市能源短缺的问题对经济发展的制约也越来越明显。

本文以2005年到2016年的时间序列数据分析长沙市能源消费和GDP增长之间的关系。以期对如何在减少能源消费的同时实现长沙市经济的健康发展，为长沙市推动技术进步、优化能源消费结构和调整产业结构等方面提供一定的指导和政策参考依据。

长沙市作为长株潭城市群的龙头，经济社会发展有很大的机遇。优化能源消费结构以及节能减排有助于改善能源利用率，减少化石燃料所带来的环境污染，缓解长沙市能源供需矛盾，对保护环境和实现可持续发展有着长远意义。由此可见，对长沙市能源消费和GDP关系的实证分析具有理论和现实的双重意义。

1.3 国内外研究现状

近年来，国内外不少学者对能源消费和GDP增长方面做了研究，主要体现在三个方面:首先，对能源消费与GDP增长关系的研究，从理论和模型的实际构建进行分析发现能源消费和GDP增长之间存在长期均衡的协整关系；其次，从能源消费本身进行研究，例如研究能源消费结构，这类研究主要是分析主要能源之间的替代关系或者互补关系，指明我国能源消费主要还是以煤炭为主，一些地区石油、电力和煤炭之间具有较好的可替代性；最后，对能源消费、碳排放与GDP增长三者关系之间的研究，发现能源消费与GDP增长和碳排放之间存在双向因果关系，三者之间具有长期均衡的协整关系。

国外学者在此方面的研究开始较国内更早，从上世纪70年代开始，主要集中在能源消费和经济增长这一方面。Kraft.J与Kraft.A(1978)基于美国在1947-1974年间的GEI数据和GNP数据，发现GNP对能源消费存在单向因果关系^[1]。Soytas与Sari(2003)基于印度尼西亚、阿根廷等五国在1950-1992年间能源消费和经济增长的数据，建立误差修正模型，利用因果检验法，得出在印度尼西亚和波兰二者没有因果关系，在韩国和土耳其，经济增长和能源消费存在单向因果关系，在阿根廷二者之间有互相带动作用^[3]。Bwo-Nung Huang、M.J. Hwang与 C.W. Yang(2011)使用从1992年到2006年的90个国家的能源消费和GDP的面板数据，采用GMM-SYS方法估算四组中每一组的面板VAR[5]模型，发现在低收入群体中，能源消费与经济增长之间不存在因果关系；在中等收入群体(中低收入群体)，经济增长积极引导能源消费；在高收入国家，经济增长导致能源消费负增长^[4]。Mahalingam B与Orman W H（2018）基于美国1978-2014年的各个州能源消费与GDP数据，进行面板协整和面板因果检验，研究表明不同周的因果关系的变化存在显著差异，国家能源政策需要灵活性，以便各个州的发展^[5]。Caraiani C， Lungu C I，和DascLu C（2015）使用1980-2013年期间新兴欧洲国家能源消费与GDP的数据，进行平稳性、协整性和因果关系检验三步分析，考察经济增长对各国能源消费的影响，研究结果显示好坏参半，能源消费与经济增长是相互影响的^[6]。

我国能源消费和经济增长的的相关研究是从20世纪90年代末开始的。赵丽霞和魏巍贤（1998）为了研究能源和经济增长的关系，根据中国在1978-1996年间的GDP、资本投入、劳动力投入和能源使用的数据，将能源作为新变量引入Cobb-Dou-glas生产函数，建立能源、劳动力、资本三变量的模型，证明了能源消费在中国经济发展过程中是不可完全替代的^[7]。朱有富、贺伟奇（2007）根据中国1978-2005年间GDP和能源消费总量的数据进行协整检验和采用误差修正模型，研究发现我国GDP和能源消费之间具有长期均衡协整关系，GDP的持续增长对能源消耗具有较强的依赖性^[8]。刘晓敏（2019）利用河北省1980-2015年间GDP和能源消费总量的数据，对数据进行同比处理，然后进行GDP同比指数和能源消费同比指数的线性回归检验，并进一步进行格兰杰因果检验，结果表明，河北省能源消费和GDP之间存在线性相关关系，在经济发展过程中，GDP增长很大程度是由能源消费带来的^[9]。高爽、易艳春（2018）根据武汉市1995-2015年工业能源消费和GDP的相关统计数据，引入能源消费弹性系数，使用格兰杰因果检验分析，发现武汉市的工业能源消费量已经有下降的趋势，并粗略得出两者之间存在着同向的相关关系^[8]。曾红（2016）利用长沙市2005-2010年期间的能源消费数据，研究能源消费结构，发现在能源的供应和需求上的矛盾依旧突出，煤炭消费比重过高，第三产业对能源的需求增加^[11]。雷华兴（2018）整理山西省1996-2016年间能源消费、碳排放和经济增长三方面的数据，进行描述性统计，发现三者整体上是稳定上升的趋势，并进一步利用协整检验和格兰杰因果检验对能源消费数据和GDP数据进行分析，发现两者之间有长期协整关系^[12]。

1.4 本文的研究思路和组织结构

1.4.1 本文的研究思路

本文选取了长沙市2005-2016年的总GDP、工业GDP和总能源消费数据，以及2005-2016年规模以上工业能源消费数据作为样本，首先绘制时序图、求出各年增长率和能源消费弹性系数，对能源消费数据和GDP数据做描述性统计分析，发现能源消费和GDP之间有相关关系；然后对序列进行检验分析，包括回归检验分析、格兰杰因果检验分析、单位根检验和协整检验，并进一步对满足协整关系的数据拟合误差修正模型。其中回归检验用来研究能源消费和GDP之间是否有线性关系；格兰杰因果检验用来研究能源消费和GDP两个变量中，哪个变量的变化引起另一个变量的变化；单位根检验是协整检验的前提，协整检验用来研究GDP与总能源消费或者某类能源消费之间是否有长期均衡关系；最后误差修正模型作为对协整模型的补充，解释序列的短期波动关系。实证分析的最后利用研究结果对长沙市能源与经济相关问题和现象提出了一些对策和建议。

1.4.2 本文的主要研究内容

第一章是论文的导论部分，主要介绍了本文的研究背景、意义、有关能源消费和GDP关系的国内外研究现状和论文的研究思路。

第二章详细介绍了能源消费弹性系数、回归检验、格兰杰因果检验、ADF单位根检验、协整检验和误差修正模型。

第三章基于长沙市的能源消费和GDP数据做描述性统计分析和序列检验分析两个方面的实证研究，利用分析结果对长沙市能源和经济方面的一些现象提出了相关对策建议。

第四章给出了长沙市能源消费与GDP关系实证研究的总结，并对未来在能源消费和GDP相关问题的研究中提出了几点笔者的展望。

第2章 研究的相关基础知识

2.1 本章简述

本章详细介绍了本文研究中所用到的一些基础知识，其中包括能源消费弹性系数的特点和意义、回归分析的作用和检验方法、格兰杰因果检验的意义和检验方法、ADF单位根检验的作用和假设条件、协整检验的主要内容与步骤和误差修正模型的使用方法与拟合条件。

2.2能源消费弹性系数

弹性理论由经济学家Cournot所创造，广泛应用于经济学中，其中弹性系数刻画了一个变量的相对变化和另一个变量的相对变化之间的相关关系。能源消费弹性系数反应了能源消费和地区经济生产总值两个指标之间的关系，指的是一个国家或地区的能源消费增长率与GDP增长率之比，也就是反应单位GDP能耗的变化。能源消费弹性系数在大部分情况下介于0和1之间，但有些情况下也可能为负值或者是大于1的情况^[13]。

能源消费弹性系数在技术比较落后的工业化初期通常大于1，随着能源利用率的提高，能源消费弹性系数通常会降低，如果观察到近些年一个地区的能源消费弹性系数大于1，应对其重点关注，通常出现这种情况的原因为：（1）对工业投资更多的在一些高耗能的产业中，导致单位GDP能源消费增加；（2）居民在生活中的能源消费增长，对于这种情况政府应开展节能教育，号召大家“低碳生活”、“绿色消费”。如果经济增长保持正值，但是能源消费弹性系数出现为负数的情况，说明能源消费出现了负增长，出现这种情况的原因主要有三点：（1）市场不景气，对能源的需求减少；（2）地区产业结构发生变化，耗能比较低第一、三产业增长超过第二产业；（3）数据的质量不好，低估了能源消费数据^[14]。