基于VECM模型的中国煤炭需求弹性分析

邢婷玉

(延安大学 经济与管理学院，陕西 延安 716000)

0 引言

自2011年以来，中国煤炭资源占世界煤炭资源总消费的比重超过50%，可以看出中国对煤炭资源的消费需求在一定程度上影响着世界煤炭资源总需求。为更好地分析煤炭市场需求，探究现今的人均收入水平、煤炭价格及替代能源对煤炭需求的影响，对煤炭需求弹性的研究是不可或缺的。同时煤炭需求弹性的研究对煤炭企业定价、煤炭需求预测及煤炭贸易政策等领域的研究有指导意义。

受能源消费结构的影响，国外关于能源需求弹性的研究多集中于电、天然气和石油产品。研究方法主要有：结构时间序列模型[1-2]、面板协整法[3-5]、Johansen协整法[6-7]、时间序列分析[8]、自回归分布滞后(ARDL)方法[9-11]。从研究结果来看，天然气和电力需求的短期价格弹性值从-0.05～-0.9不等，长期需求价格弹性值为-0.2～-4.6不等。AL-SAHLAWI M A[12]认为天然气价格和收入弹性估算值之所以存在差异，是由于估计时间不同、数据来源不同、结构变化、地域差异以及不同需求类型之间的差异引起的。TAYLOR L D[13]发现根据分段降低的整体电价购买电力时，需要区分短期需求和长期需求。

煤炭是我国能源消费的主要方式，对煤炭需求弹性的研究主要集中在国内。其中张磊等[14]基于面板数据模型分析得出全国煤炭需求的价格弹性为0.59。焦建玲[15]采用协整分析和ECM模型分析计算了我国煤炭需求弹性，发现其长、短期需求弹性分别为-0.96和0.061。谢守祥等[16]等使用ECM模型，并分析了影响煤炭价格的主要因素，最终研究得出煤炭的需求弹性是导致煤炭价格弹性变化的重要原因。

纵观国内外已有研究，发现国内外对能源需求弹性的研究方法各不相同，学者们得出的结论差异较大，再者研究多集中在较早年份，难以反映煤炭市场的最新变化，且根据前人研究发现分长短期研究需求弹性是有必要的，故在国内外已有研究的基础上，以中国煤炭需求为对象，采用向量误差修正模型(Vector Error Correction Model，简称VECM)对中国煤炭的长期需求弹性与短期需求弹性进行测算，旨在通过刻画我国煤炭需求价格弹性、替代能源交叉价格弹性、需求收入弹性，明确煤炭价格波动、替代能源价格波动与国家经济水平对中国煤炭需求的影响程度。这对准确分析我国煤炭企业定价、煤炭需求预测以及能源市场需求结构变化具有指导意义。

1 模型建立与数据来源

1.1 模型建立

由于煤炭需求难以准确量化，遵照已有研究常用煤炭消费量作为衡量煤炭需求的指标。其中，煤炭消费与人均GDP，煤炭价格和石油、天然气价格之间的关系表示见式(1)

RCt=f(RGt,PCt,POt)

(1)

为便于计算弹性，具体模型如下

lnRCt=β0+β1lnRGt+β2lnPCt+β3lnPOt+εt

(2)

式中，RCt为人均煤炭需求量序列;RGt为人均实际收入序列;PCt为煤炭出厂价格指数;POt为石油、天然气价格序列;εt为残差。

根据式(2)，可得

(3)

其中，β1,β2,β3分别指长期需求收入弹性、需求价格弹性以及石油、天然气交叉价格弹性。

考虑煤炭消耗量与煤炭价格，替代品价格及人均收入水平等因素之间的影响可能存在时滞，即煤炭消耗量不仅受煤炭价格等同期值的影响，还明显依赖于自身或其他因素的过去值。为了体现这种时滞性，采用VECM模型估计短期趋势与长期均衡的动态关系，模型表示为

D(LRC)=λECM-1+[α1D(LRC)-1+α2D(LRG)-1+α3D(LPC)-1+α4D(LPO)-1+α0]

(4)

式中，ECM为误差修正项，系数λ为任意波动所导致的煤炭需求对长期均衡偏离的调整速度，括号内为短期关系，系数α1,α2,α3,α4为待估参数。

1.2 数据来源与预处理

为计算煤炭需求弹性，使用人均煤炭消费量、人均实际GDP、煤炭出厂价格指数与石油、天然气出厂价格指数4个变量，样本区间为2000—2018年。涉及价格因素的变量均以2000年价格为不变价重新计算。其中变量LRC与LRG数据来源《中国统计年鉴》，变量LPC与LPO数据来源Wind数据库。各变量符号及含义见表1。

表1 变量名称及含义Table 1 Name and meaning of variable

2 实证分析

为准确分析中国煤炭市场需求结构变化，采用协整和误差修正技术，实证研究煤炭价格波动、替代能源价格波动及国家经济水平对中国煤炭需求的影响关系。

2.1 平稳性检验

为判断各序列平稳性，使用ADF单位根检验各序列平稳性，检验结果见表2。

表2 ADF检验结果Table 2 ADF test results

检验结果表明LRC、LRG、LPC及LPO序列均为二阶单整Ⅰ(2)序列，由于在小样本下，参数估计存在多个协整关系，EG两步法无法找出所有可能的协整向量，且分析结果不易解释，鉴于EG两步法的缺陷，文章选取Johansen[17]提出的极大似然估计法(MLE)，来检验多变量之间的协整关系，同时求出变量之间的协整关系。

2.2 长期弹性的测度：基于Johansen协整分析

为检验多变量之间是否存在协整关系，同时测算出变量之间准确的协整关系，使用Johansen提出的协整的极大似然估计法。由于检验统计量涉及矩阵的迹，所以关于协整关系数量的检验又称为“迹检验”。使用迹检验得到的协整关系数量见表2。

表2 迹检验Table 2 Trace test

检验结果显示，当原假设为协整秩等于0时，迹统计量(65.74)大于5%的临界值(47.21)，拒绝协整秩为0的原假设；当原假设为协整秩等于1时，迹统计量(27.45)小于5%的临界值(29.68)，接受协整秩为1的原假设，即迹检验结果表明只有一个线性无关的协整向量。

进一步使用极大似然估计法得到协整方程如下

LRC=-0.61-0.57LPC+1.05LPO+0.61LRG

(5)

由回归结果显示，煤炭需求收入的长期弹性为0.61，煤炭需求价格弹性为-0.57，说明煤炭需求关于收入与价格是缺乏弹性的；煤炭与石油、天然气的交叉价格弹性为1.05，说明石油、天然气价格变化对煤炭需求的影响较大；该结果与以往学者的研究类似，也与经济理论相符。

2.3 短期弹性的测度：基于VECM模型

由Johansen协整检验确定变量间存在长期均衡的协整关系，据此推测变量之间可能存在短期的动态关系。于是通过建立VECM模型来进一步分析变量之间的短期动态关系，表4是因变量为D(LRC)的误差修正模型。

表4 向量误差修正模型Table 4 Vector error correction model

D(LRC)=0.227ECM-1+0.224D(LRC)-1+

0.205D(LRG)-1+0.127D(LPC)-1+

0.086D(LPO)-1+0.048

(6)

其中ECM-1=LRC+0.61+0.57LPC-1.05LPO-0.61LRG

(7)

式中，调整后的R2=0.911 1，均方误差RMSE=0.030 41，卡方统计量chi2=112.768，相伴概率值p=0.000 0，说明该误差修正模型结果具有良好的解释意义。观察误差修正模型的估计结果可以看出，变量之间存在短期修正关系，也即存在短期到长期的动态调整关系。且误差修正项的系数为0.223，并且显著，说明当LRCt的数值过低时(偏离长期均衡状态)，会以正的修正项将实际值调整到均衡值，即朝着均衡状态上调，但调整速度较低。

根据式(3)及模型结果进一步得出短期调整关系，并整理如下

D(LRC)-1=-0.92D(LRG)-1-0.57D(LPC)-1-0.38D(LPO)-1-0.21

(8)

根据式(8)可以得出，短期煤炭需求收入弹性和交叉价格弹性符号均为负，分别为-0.92和-0.38，这与经济理论和现实完全不符。其中需求收入弹性对应的P值高达0.7，说明系数高度不显著，故不对该系数作经济意义上的解释。交叉价格弹性-0.38，系数为负的原因可能是我国政府为维持国内能源市场稳定，而对能源价格管控较多，进而导致短期内我国能源市场难以体现真实的供需现状。短期价格弹性为负，符合经济理论，短期煤炭价格弹性为-0.57，与长期煤炭价格弹性大小相同，这说明不管从长期或短期来看，中国煤炭价格变动对煤炭需求量的影响大小是相同的。

2.4 模型稳定性检验

为检验回归模型可信度，避免出现伪回归，该部分通过拉格朗日乘数检验VECM模型残差是否存在自相关来判断是否存在伪回归，该检验原假设为模型不存在自相关。

表5检验结果显示，对于滞后一阶自相关与滞后二阶自相关，相应的P值分别为0.72与0.22，均大于0.1，即接受模型不存在自相关的原假设，得出VECM模型回归结果的残差序列不存在自相关，故模型稳定，不存在伪回归。

表5 拉格朗日乘数检验Table 5 Lagrange multiplier test

3 结论

(1)中国煤炭需求与经济发展水平、煤炭价格以及石油、天然气价格间具有长期的稳定关系，即协整关系。这代表中国煤炭需求从长期看会受到国家经济增长、煤炭价格以及石油、天然气价格变化的影响，同时，国家可以借助该关系的存在对我国能源市场长期发展方向作出最优调整，保证国家能源资源与经济增长协同发展。

(2)从长期来看，中国煤炭需求收入、需求价格缺乏弹性，煤炭、石油、天然气的交叉价格弹性大于1，富有弹性。长期来看，经济水平的提高和煤炭价格变化对煤炭需求的影响较弱，而石油价格涨幅会引起煤炭需求量的显著降低。因此政府可以通过控制石油、天然气价格影响煤炭供需市场，为稳定中国能源市场，应控制石油、天然气价格出现大幅变化，对能源市场产生难以控制的冲击。合理调控中国能源市场价格，维持能源市场稳定的同时实现能源消费模式的转变，使经济、能源、环境协调发展。

(3)煤炭需求的短期价格弹性与长期价格弹性(-0.57)相同。说明短时间内价格变动对煤炭消费带来的影响与长期价格变动的影响一致，且弹性绝对值小于1，是缺乏弹性的，即煤炭价格上升会导致煤炭收益增加。因此，煤炭价格升高，但由于煤炭需求价格缺乏弹性，所以煤炭需求减少的同时，收益却会增加。并且煤炭价格升高导致煤炭需求减少，在能源需求不变的情况下，石油与天然气等替代能源需求量就会增加，进而实现能源消费结构的调整与优化。

(4)误差修正项的系数为0.223，即短期的不均衡通过缓慢的调整才能达到长期均衡点。

为保证我国能源市场均衡稳定的发展，政府进行政策调整时应避免短期煤炭需求量的大幅变动，同时，还要考虑外部因素(气候变化、耗煤行业形势等)对中国短期煤炭需求市场的冲击。