基于VAR模型的传统电力产业与国民经济发展的关系分析

魏 勤，张宇霖

（1.闽江学院，福建 福州 350108；2.华北电力大学，北京 102206）

基于VAR模型的传统电力产业与国民经济发展的关系分析

魏 勤1，张宇霖2

（1.闽江学院，福建 福州 350108；2.华北电力大学，北京 102206）

本文主要运用定性理论分析和计量工具为主的定量实证分析两种方法.通过建立相应的VAR模型，并对采集的行业相关的样本数据做模型设定、协整及平稳定处理、Granger因果关系检验以及方差分解等测试，来研究电力产业中火力发电以及水力发电这两大传统电力版块的产能与以GDP为代表的国民经济增速之间的关系，并着重分析传统电力产业在国民经济发展中所产生的贡献以及作用机制.

传统电力产业；GDP增速；VAR模型；Grange检验；脉冲响应函数

1 引言

电力产业是国民经济中具有先行性的重要基础性产业.纵观21世纪的社会和经济发展，一个突出的特点是，电力的使用已渗透到社会经济生活的各个领域.由于电力具有便于转换能源的形式，能高度集中和无限划分，清洁干净和易于控制，可大规模生产和远距离输送等特点，使得电力发展和应用的程度成了衡量一个国家和区域经济水平高低，以及物质文明和精神文明高低的重要标志.

为了了解电力产业尤其是占整体行业比重较重的传统电力产业对国民经济发展所产生的影响，本文将基于向量自回归模型（VAR）对电力行业以及国民经济中几个较有代表性的数据（火力发电量、水力发电量、GDP指数）做定量的统计回归以及假设检验，通过研究其数据间的线性关系来阐述传统电力对国民经济的影响.

2 传统电力产业的发展

2.1火 力发电发展现状

2012年 ，火电发电量保持较大规模，除2月份外，单月发电量均超过3000亿千瓦时.2011年上半年，全国累计完成火电发电量18433亿千瓦时，同比增长12.5%，增幅与今年1季度相比上升1.9个百分点，与去年同期相比下降9.4个百分点.其中，2012年6月份，全国共完成火电发电量3128亿千瓦时，同比增长18.5%，增幅环比上升5个百分点，与去年同期相比上升9.9个百分点.

2.2水 力发电发展现状

2012年 ，全国主要流域来水基本正常，水电发电量同比增长32.9%.4、5月份全国平均降水量较常年同期均偏枯，其中4月偏枯51%，5月偏枯12%，水电发电量增速明显放缓；进入6月份，华中、华东主要流域来水明显好转，全国平均降水量较常年同期偏多5.9%，水电发电量实现恢复性增长.具体来看，2012年上半年，水电累计发电2742亿千瓦时，同比增长12.5%，与今年1季度相比下降20.4个百分点，与去年同期相比上升8.9个百分点.其中，2012年6月份，全国共完成水电发电量664亿千瓦时，同比增长1.4%，增幅由负转正，与去年同期相比下降17.1个百分点.

3 研究模型

3.1模 型设计

3.1.1 向量自回归模型

向量自回归模型（Vector Auto-regression Model,VAR）是一种非结构化的模型，即变量之间的关系并不是以经济理论为基础的.通常用于相关时间序列系统的预测和随机扰动对变量系统的动态影响，最早由Sims提出并广泛运用于经济学中，VAR在模型的每个方程中用当期内生变量对模型中全部内生变量的滞后值进行回归，从而估计全部内生变量之间的动态关系，估计过程中不带有任何事先约束条件，其一般形式为:

以两个变量y1t，y2t滞后1期的VAR模型为例.

3.1.2 Grange非因果检验

格兰杰非因果性：如果由yt和xt滞后值所决定的yt的条件分布与仅由yt滞后值所决定的条件分布相同，即

则称xt-1对yt存在格兰杰非因果性.

格兰杰非因果性的另一种表述是其它条件不变，若加上xt的滞后变量后对yt的预测精度不存在显着性改善，则称xt-1对yt存在格兰杰非因果性关系.

3.1.3 脉冲响应函数

脉冲响应函数（Impulse Response Function,IRF）用以衡量来自某个内生变量的随机扰动项的一个标准差冲击（称之为“脉冲”）其主要思想是分析信息共享模型中残差项的一个标准差对内生变量的冲击作用.

脉冲响应函数:对于任何一个VAR模型都可以表示成为一个无限阶的向量MA(∞)过程.

Ψs中第i行第j列元素表示的是，令其它误差项在任何时期都不变的条件下，当第j个变量yjt对应的误差项ujt在t期受到一个单位的冲击后，对第i个内生变量yit在t+s期造成的影响.

3.1.4 方差分解

方差分解（Variance decomposition）提供了另一种研究系统动态特征的方法.他可以提供与脉冲响应函数同样的信息，但是与脉冲响应函数不同的是，方差分解把一个内生变量的变化分解为VAR模型中所有内生变量冲击，他显示了VAR模型中各变量随机误差的相对重要程度.

方差分解

其中Ω=E(utut').

4 实证分析及结果

4.1样 本数据的季节性调整

为进一步分析我国传统电力产业和国民经济的相互联系，我们本次选取1998Q1至2012Q4之间的我国火力发电量（FP）、水力发电量(WP)以及第二产业(GDP)这三组数据，对其之间的关系进行分析，以求更进一步分析两个市场之间的相互影响关系.

（2）对三组数据Census X12做pseudo-additve(伪加法)剔除季节性因素调整后FP、WP、GDP的序列明显平滑.

4.2样 本数据平稳性检验

VAR模型要求解释变量首先要为平稳变量，而现实生活中大部分的经济变量都属于非平稳序列，而如果对这种经济变量的非平稳时间序列直接进行回归则有可能不符合Guass-Markov最优，出现伪回归.

因此，我们将先对本文中所选取的样本数据做ADF检验，来判断其是否是平稳序列.

从对三组数据的ADF检验中我们可知其均为非平稳序列，因此为了保证我们对研究其均衡关系判断的准确性，我们将对这三组序列做一阶差分.

我们通过对火力发电（FP）、水力发电（WP）、以及第二产业GDP的一阶发差序列做ADF检验，我们发现在5%的显著性水平下DFP基本不存单根、而DWP合DGDP则显著不存在单根，因此我们可以认为DFP、DWP、DGDP这三组序列都是一阶单整，且平稳性成了.

4.3样 本数据VAR建模

我们假设第二产业GDP增长与传统电力产业的发展有着结构化得关系，因此我们利用向量自回归模型可以比较简单的构造FP、WP、GDP这三者之间的动态模型.根据本轮第三部分模型研究中所提到的VAR建模方法，我们将引入一个以DFP、DWP、DGDP三者为内生变量、滞后长度为3的VAR模型.

从VAR模型生成方程式中我们可以得到关于DFP、DWP、DGDP三者之间的函数关系

对模型的单根和残差做自相关图检验

从VAR模型的单根检验图中我们可以看出对于滞后长度为3且有3个内生变量的传统电力与国民经济的VAR模型中有9个AR特征根.且这些根的倒数的模均小于1，即都在单位圆内（见图：）这就说明了我们所建的模型是稳定可靠的.其中各变量间残差的自相关在2个标准差内也是呈现出显著性的.

4.4格 兰杰（Granger）非因果性检验

对建模的数据DFP、DWP、DGDP做Granger非因果性检验可得以下结果

下表给出了我们对三个数据分别作因果检验的结果和概率值，以内生变量DFP的检验结果为例，其相对于内生变量DGDP的χ2统计量为7.97，相对的概率值P=0.046，因此内生变DFP对应的方程中不能将变量DGDP排除，即变量DGDP是变量DFP的Granger原因.

因此，通过因果假设检验我们可以知道DFP是DWP的Granger原因，DGDP是DWP的Granger原因，DFP和DGDP互为Granger原因.即我们可以理解为对水利发电来说火力发电量以及GDP的增长均会对其产业引导，然而对GDP的增长来说对其主要受到火力发电的引导.

4.5脉 冲响应函数（impulse-response function）

基于估计得VAR模型，我们对DFP、DWP、DGDP做脉冲响应函数分析，分别给这三个数据的残差序列一个单位的冲击得到下图显示，其中横轴表示脉冲响应的追踪期数，纵轴表示对残差的一单位冲击反映的大小.

Dependentwariable：DFP Dependentwariable：DWP Dependentwariable：DGDP Excluded Chi-sq df prob.Excluded Chi-sq df prob.Excluded Chi-sq df prob. DWP 0.635884 3 0.8882 DFP 14.23303 3 0.0026 DFP 14.09352 3 0.0028 DGDP 7.974444 3 0.0465 DGDP 9.398769 3 0.0244 DWP 3.232383 3 0.3572 All 10.64027 6 0.1002 All 17.3277 6 0.0082 All 14.80799 6 0.0218

从以上对DFP、DWP、DGDP三组数据的脉冲检验来看，我们可以知道以传统电力产业为代表的火电、水电和以国民经济发展状况为代表GDP之间存在着比较复杂的关系，经过分析我们可以简单的理解为：火电产业的扩张对水电和GDP会起到一定的抑制作用；而水电产业的扩张在对火电产业的抑制同时却能GDP的增长起到一定的促进作用；另外，GDP的增长对火电和水电产业都会产业一定的促进作用.这站在经济学的角度视乎更容易理解，即虽然同为传统的电力产业，然火力发电相比于水力发电却是粗放的资源消耗型的产业，并且时常伴随着“双高”的现象（即高污染、高耗能）.这从长远来看必会对国民经济的增长产生负面的影响，并且也不符合于科学发展观以及可持续发展这些大时代背景下的政策方针.相比之下，同是作为传统电力产业的水力发电行业，由于其主要利用的是可再生的水资源做为发电能源，这样就能到达高效循环利用、并且还能保证低污染无污染、节能减排，从长远来看对国民经济的发展将会产生正向的促进作用.

另外，从本文的脉冲检验函数中我们还发现了一个问题，火电和水电这一个行业中的两个产业其本身存在着一定的负相关以及可代替性，即火电的增长在一定程度在抑制了水电的发展，反之亦然.这种相互抑制关系不尽让我们想到了电力产业链的结构性调整，从长远的可持续发展的角度来看，产业结构的转型以及优化必会促进国民经济的持续有效发展.因此对电力产业来说未来发展的趋势应是在有效控制和优化火电产业的同时，进一步加大对水电以及其他一些新兴电力能源产业的发展力度.

4.6方 差分解（Variance decomposition）

上一部分我们利用脉冲响应函数对火电、水电以及GDP的一阶分差序列做了对各自扰动冲击变化的响应，这里我们将利用方差分解方法来分析三组变量对各自扰动变化的贡献度分别是多少.

（1）图1中我们可以看得出来，在DFP预测方差中由DFP自身扰动所引起的变动的贡献度逐渐衰弱并稳定在80%左右，而DGDP对DFP变化的贡献度将逐步增加到在20%左右，DWP对DFP的贡献度则较低5%左右；

（2）图2中，由DWP自身扰动所引起的贡献对稳定在44%左右，而DFP和DGDP对其变化的贡献度分别为46%、20%；

（3）图3中，DGDP自身扰动对自己变动的贡献率则较低位一直稳定在20%附近，主要还是DFP对其的影响较大能达到接近80%，DWP对其影响较小不大10%.

不同于脉冲检验能帮助我们做变量间相互影响的方向分析，方差分解模型我们可以了解不同的电力产业以及其与国民经济之间相互影响的程度有多大，通过以上的分析，我们仍能看出火电、水电以及GDP这三者间的影响程度也比较的复杂，简单的说我们可以理解为火电与GDP相互影响程度大且火电对以GDP为代表的国民经济影响能达到80%.另外，水电则受到火力以及经济增长的等双重因素的影响较大.

5 总结及建议

5.1结 论总结

本文主要运用定性理论分析和计量工具为主的定量实证分析两种方法，用基于向量自回归（VAR）模型来对我国传统电力产业与国民经济增长状况建模，并进一步采用Granger非因果检验、脉冲检验、方差分析等手法对样本数据做检验，通过研究我们得出了以下结论：

通常来讲以火力发电和水力发电的传统电力行业与以GDP为代表的国民经济发展状况存在较为复杂的关系，这种关系体现为：

（1）火电发展从长期来将会对GDP的增长产生较大的抑制作用，这种抑制作用从第1期开始到第4期最大，且火电对GDP自身变动的贡献度能达到80%左右.

（2）水力发电对GDP的增长却有一定的促进作用，然这种促进作用由于水电规模的较小，体现的程度却不是很大其对GDP变动所产生的贡献度在5%左右.

（3）火电与水电这两个传统的电力行业其本身也存在着相互影响和相互替代的关系，然而这种互影互代的关系却又非对称的，总体来说火电与水电呈现出相互抑制的关系，且在这种权益博弈的环节中，火电产业所占的议价权重很大，它对水电行业的负面影响更深.从方差分解分析来看火电对水电变动的贡献率达到了46%.

（4）另外，就是GDP的增长对传统电力行业（火电与水电）均有促进作用.

5.2电 力产业可持续发展建议

基于以上对传统电力产业与国民经济发展关系的实证分析结论的特点，本文将提出以下三点建议帮助电力产业实现可持续发展.

5.2.1 优化火电结构

当前我国火力发电及供热用煤占全国煤炭总产量的51%，产生的废渣约占全国总量的70%，烟尘排放占工业排放的33%，二氧化硫排放占工业排放的56%，可见电力在我国资源环境工作中占有关键地位，目前，全国10万千瓦及以下的小型火电机组占总体装机规模的29.4%，小型机组比之大型机组要多耗煤30%~50%，同时二氧化硫和烟尘的排放要多近35%~50%，因此，我国火电的结构亟待优化.其办法主要可通过关停小火电、建设高参数机组和大力发展清洁生产技术来完成.

5.2.2 加大水电开发力度

煤炭占我国一次能源消费中的比重高达2/3以上，能源消费过度依赖煤炭，以照成了严重的环境问题，是不可持续的能源消费方式.水电是清洁再生能源，没有污染、运行费用低、便于进行电力调峰，有利于提高资源利用率.常规水电站谁能利用率达80%左右，而火力发电的热利用率只有30% ~50%.我国的水能资源丰富，理论蕴藏量大6.76亿千瓦，技术可开发容量4.93亿千瓦，经济可开发容量3.78亿千瓦，位居世界第一.目前，水电发电仅占总容量的20.67%，水资源开发利用程度不到10%.我国西南地区水力资源非常丰富，约占全国可开发容量的68%，另外，开发西南水电可带动大西部开发战略.重点开发黄河上游、长江中下游以及其支流，建立大型水电基地，充分发挥水力资源规模效益，实现“西电东送”.

5.2.3 鼓励开发新能源

新能源发电就是将太阳能、风能、生物能、地热以及核能等一系列能源转换为电能，这对于保护生态环境，实现我国能源、经济与环境的相互协调发展具有重要意义.沿海和西部地区各自具有新兴能源和可再生能源的发展优势，要加大宣传力度、提高对新能源的认识以及行政干预手段，推动不同地区对新能源的产业化建设.这样就能从根本上解决我国结构性缺电的问题.

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