李海伟,曹予凝
(天津商业大学经济学院,天津300134)
摘要:通过非线性自回归分布滞后模型(NARDL),研究1990—2019年我国绿色技术创新、环境绩效追求对生物质能消费在长短期内的不对称作用。实证结果表明,绿色技术创新、环境绩效追求分别在长期与短期内对生物质能消费产生不对称影响。长期内,绿色技术创新的增加对生物质能消费产生正向促进作用。短期内,国家对环境绩效的追求显著促进生物质能消费增长,但对提升环境绩效热情的降低将会使生物质能消费出现更大的负向反弹。同时,结果表明市场化不利于生物质能发展。政府应加强在生物质能市场的主导作用,推行有利于低碳发展和绿色技术创新的政策措施。
20世纪中叶以来,工业化和人类活动的扩张对自然环境造成的影响逐渐显露,煤炭、石油、天然气和人工化学制剂的大量使用造成恶性环境污染事件频发。出于气候保护考虑和对化石能源可开采总量下降的担忧,各国开始寻求可再生能源替代化石能源使用的可能性。作为可再生能源中重要组成部分,生物质能利用植物、微生物、动物及三者产生的废弃物制成的液体燃料、固体燃料、电能与燃气可有效降低能源使用过程中可能造成的环境损失[1]。凭借资源丰富、分布广泛、便于存储、污染排放小等优点,现代生物能源在2020年提供了全球最终需求能源总量的5.6%,占可再生能源消费的47%[2]。
目前,得益于迅速发展的农业生产与乡村振兴政策,我国已成为世界最大的生物质能电产国。根据EPSDATA的数据,2020年我国有1.67亿公顷土地用于作物播种生产,其中69.7%用于种植谷物、豆类、薯类等粮食作物,年产量约为6.7亿吨,据农业农村部统计,2020年全国秸秆资源总量为8.56亿吨,可收集资源量7.22亿吨,秸秆综合利用率达87.6%,但其中仍有约0.89亿吨秸秆未被有效利用,参照各类作物秸秆平均折标准煤系数计算,剩余秸秆包含能源约相当于0.46亿吨标准煤[3-5]。然而,由于从不同地区收集作物难度大、能量转换效率低、转换与存储成本高、农村青壮年劳动力不足等问题,生物质能原材料并未得到有效利用[6],出于便捷考虑,农民常常以直接焚烧的方式对生物废料进行处理,这不仅损耗了一部分生物质能原材料,同时也对环境造成了污染[7]。
改进相关技术似乎是进一步提升生物质能利用效率的有效方式,全球生物能源伙伴关系(GBEP)制定可持续指标时考虑的基本原则中包含生物质能原材料可获得性、生产转换效率、经济可行性等话题,这些都可以通过绿色技术创新从投入与产出两方面加以优化,并将各环节发展方式转为环保导向[8]。在此基础上,应注意环境绩效追求同样是各国广泛应用可再生能源的重要基础。1997年《联合国气候变化框架公约》下第一部具有法律效力的国际公约《京都议定书》签订后,各国均开始重视温室气体排放控制。2005年,我国通过第一部《中华人民共和国可再生能源法》,2020年,我国在七十五届联合国大会一般性辩论上宣布中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。同年,于气候雄心峰会上宣布:到2030年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右。政府对提升环境绩效、降低二氧化碳排放量的追求可促进可再生能源发展规划,并进一步达成双碳目标,从而在目标激励与可再生能源使用间形成正向反馈机制。
基于以上背景,研究通过非线性自回归分布滞后模型(NARDL)拆分绿色技术创新与环境绩效追求的正负冲击,并分别探究二者变化在不同时间区间内对我国生物质能使用的影响。与以往研究不同,本文在设计绿色专利代表变量时以世界知识产权组织(WIPO)对绿色专利的分类为标准,通过计算国家知识产权局专利数据库中相关专利在总专利中占比衡量绿色技术创新水平,而没有直接使用可能会忽略除污染防治以外其他可利用的专利数量的环境相关专利数占比作为绿色技术创新的代表变量。同时,选择对生物质能单一可再生能源进行探究,有利于更好理解我国在此方面进行绿色布局的考虑并为未来发展制定相应政策。
1文献综述
1.1绿色技术创新与生物质能消费
创新是推动经济发展和产业升级的源动力,近年来其在能源方面的贡献同样突出。出于降低成本、保护国家能源安全、促进经济效益、提升能源效率等方面考虑,技术创新能积极显著地促进可再生能源发展水平提升[9]。需要注意的是,在进行可再生能源使用推广时,不连贯的政策支持、存在路径依赖的能源市场结构、市场进入壁垒等因素都可能会对能源结构转变造成阻碍[10],能源系统过渡需要在长期内完成,这为绿色技术创新与生物质能消费不对称关系研究提供了探索空间。
通过梳理相关文献,本文认为绿色技术创新可以从五方面对生物质能使用产生促进作用。第一,生物质能原材料在地理分布上具有极分散特点,合理的运输规划有利于降低生物质能生产成本、提高原材料收集效率。第二,由于生物质能原材料内部堆积密度仅约为煤炭的1/10,长距离运输与低效材料处理过程可能会使得投入能源大于可产出能源。这对改进相关技术以提高生物质能原材料转化效率提出了要求[11]。第三,生物质能原材料大部分来自于农村地区,处于中低收入阶层的农民很少会以环保为目标购入价格相对较高的生物质能转换设备。第四,通过对作物基因进行编辑可优化或提升生物质能原材料产出[12]。第五,绿色技术创新能够增加生物质能周边产品种类、完善供应链、拓宽利用渠道,促进生物质能规模化使用[13-14]。
学界以理论分析的方式对技术创新在可再生能源发展中的作用进行了推断,但其中包含与化石能源使用相关的技术可能并不利于可再生能源市场的发展。当前不仅缺乏从绿色技术创新角度出发研究其对可再生能源作用的实证分析,对绿色技术创新与生物质能之间关系研究也存在空白。
1.2环境绩效追求与生物质能消费
除绿色技术创新外,政府在环境绩效方面的追求对促进可再生能源发展的作用也值得思考。二者之间存在双向因果关系的结论得到部分研究支持,且其关联性或许与国家发展水平相关。在非洲,低收入、中低收入、中上收入国家碳排放到可再生能源消费之间的单向因果关系始终存在,对于高收入国家,两者之间的关系则不显著[15]。
对生物质能单一市场,更有大量研究使用因果分析方法提供了其与环境状况之间存在联系的证据,且通常使用CO2排放量作为环境水平代表变量。当前对各因素之间进行因果分析的主要方法为格兰杰因果关系检验。Shah等[16]以亚洲38国为研究对象,研究发现CO2排放与生物质能消费之间存在双向因果关系,二者间的反馈假说得到证实。该结论在E7国家中再次得到验证,值得注意的是,不仅二者方向上的相互关系被确认,实证研究结果表明CO2排放水平到生物质能消费的因果关系往往更为显著[17]。此外,Bibi等[18]使用Bootstrap Full-Sample Causality Test 和 Bootstrap Rolling-Window Causality Test研究美国生物质能消费与CO2排放之间的关系,分别得到从生物质能消费到CO2排放存在单向因果关系与二者间存在双向因果关系的结论。Shahbaz等[19]使用非参数因果检验验证中东和北非地区生物质能消费与CO2排放之间存在双向因果关系,确认GDP变化会对生物质能消费产生影响。当然,也有部分学者反对以上结论,仅支持从生物质能消费到CO2排放存在单向关系[20],且认为这种关系在长短期内表现并不一定一致[21],或对任何方向上的关系均予以否认[22]。
可以看出,当前研究多聚焦探究生物质能在碳减排背景下的作用,政府为降低碳排放发展生物质能等可再生能源的动机在其中产生的影响未得到应有重视,通过使用因果分析方法,这种动机在研究中得到定性支持,但缺乏定量验证,因此有必要开展相关研究。
2研究设计
2.1变量选取与数据说明
由于数据可得性,本文采用我国生物质能消费、绿色技术创新、环境绩效追求、经济增长、市场开放程度、主要农作物播种面积的年度数据,时间区间为1990—2019年。其中,生物质能消费为被解释变量;绿色技术创新、环境绩效追求为核心解释变量,分别用绿色专利占比、二氧化碳排放量表示;其余为控制变量。
金砖国家经济增长与生物质能消费之间的双向因果关系曾在研究中被发现[23],这是由于当经济增长到达拐点后,随着人均收入的进一步增加,政府倾向于以部分经济收益为代价缓解国内环境问题,以保障居民生活水平全面提升、承担国际气候保护责任,经济增长与环境水平的关系具体表现为环境库兹涅茨曲线。同时,生物质能作为一种经济效益较弱的可再生能源,在发展过程中产量极依赖农林作物、生产生活废料等供应数量与能量转化效率,需要政府持续以税收补贴、国家投资、政策推进等方式进行扶助。考虑到以上几点,选取经济增长(GTH)、市场开放程度(MAK)、主要农作物播种面积(AREA)为控制变量,探究绿色技术创新(GI)、环境绩效追求(E)对我国生物质能消费(BEC)的不对称作用。各变量计算方式与来源见表1。
考虑到变量单位并不统一,以对数形式对所有变量进行标准化。表2为相关变量的描述性统计结果,所有数据的变化都相对均匀,Jarque-Bera检验结果表明变量均符合正态分布,生物质能消费、环境绩效追求、经济增长为负偏斜,其余为正偏斜。所有变量的时序图见图1。
2.2模型构建
3实证分析
3.1单位根检验
为保证数据平稳性,使用Zivot-Andrews[25]方法对变量进行单位根检验,结果见表3。现实生活中,在受到经济政策、自然灾害、重大公共卫生事件等外部冲击情况下,经济社会受到持续影响,变量的条件概率分布可能会表现出随时间变化的特征,其稳定性无法得到有效保证,Zivot-Andrews检验可以在结合结构断点的同时对变量进行平稳性验证。结果表明,经济增长在零阶和一阶中均表现出平稳状态,市场开放程度、主要农作物播种面积为零阶单整,其余变量均为一阶单整。结构断点分别出现在1997、2003、2008等年份附近,考虑分别为亚洲金融危机、SARS公共卫生事件以及世界金融危机的影响。以上检验结果符合NARDL模型对变量在一阶及其以下达到平稳的建模要求。
3.2实证结果
使用AIC信息准则进行回归变量滞后阶数选取,NARDL模型回归结果与检验结果见表4。由表4可知,模型拟合优度为0.9166,调整后的拟合优度为0.8859,也即绿色技术创新、环境绩效追求、经济增长、市场开放程度以及主要农作物播种面积可以在88.59%的水平上解释生物质能消费变化。边界协整检验中F值为6.6822,在1%水平下显著,证明虽然各变量平稳阶数并不统一,但在样本时间区间内,变量之间存在长期相关性,且协整变量数为7。同时,LM检验、Breusch-Pagan-Godfrey检验与RESET检验结果表明回归不存在序列相关、异方差与设定偏误。图2表明模型在5%显著性水平下稳定。
短期内,环境绩效追求与其一期滞后项带来的正冲击会导致中国生物质能消费水平上升,而负冲击会对生物质能消费产生抑制作用,且无滞后影响,这为众多研究中关于二氧化碳排放量与生物质能消费之间存在因果关系提供了实质性证据。值得注意的是,就作用力度而言,环境绩效追求的负冲击作用远大于正冲击,且负面效果显现所需时间小于正冲击,这证实了环境绩效追求对生物质能消费不对称作用的存在,追求环境水平提升过程中可引致的生物质能消费增长缓慢,但若不对国家碳排放水平加以限制,生物质能市场发展将受到更大影响。同时,绿色技术创新的正负冲击均无法对生物质能消费在短期内产生显著作用。
以上情况出现的原因可能有三个方面,第一,中国对于生物质能使用有强烈的减排目标导向,在研究时间区间内这种导向并未形成常态化,一旦当前环境绩效水平达到目标或政府对完成目标的积极性出现下降,生物质能使用热情会迅速降低。第二,即使政府强化碳减排目标导向,迫于基础设施建设完善程度和地方对相关政策的施行速度,环境绩效追求在生物质能发展方面的促进作用并不能立刻体现。第三,在中国减排目标实现过程中,为了更快实现碳中和、碳达峰的目标,政府可能致力于发展其他更好推广的可再生能源,并在如太阳能与风能等领域投资上产生偏向。但随着可再生能源市场的发展,对于所有可再生能源的退补却以差别较小的方式进行,这一点也与中国可再生能源现实发展情况相吻合。与此相比,绿色创新技术对比环境绩效追求产生的作用并不显著。同时,市场开放程度零期及一期滞后变量均在1%水平下对生物质能消费产生显著的正向作用。在两期内,市场开放程度变动分别推动了生物质能使用增长约0.3%,考虑到市场开放程度变量的计算方式,这代表当前国家生物质能市场仍需要以政府为主导推动发展,个人与企业在推动生物质能发展方面仍有乏力表现。
类似结果在长期回归中也被发现,市场开放程度与主要农作物播种面积均对生物质能消费产生正向作用,但其效果相比绿色技术创新与环境绩效追求并不显著。绿色技术创新正负冲击1%的变动在长期内为中国生物质能消费分别做出了同方向0.2045%、-0.7750%的贡献。这为从绿色技术创新路径进行生物质能市场扩大与推广提供了有力支持,且当前中国生物质能市场发展并不需要担心由于技术增长过快所带来对化石能源需求增加所导致的反弹效应。环境绩效追求的正负冲击在长期内与短期内表现作用类似,减排目标的逐步实现可能会对生物质能发展造成打击。
总体来说,影响生物质能消费的因素在长短期内并不一致,短期内主要由环境绩效追求支撑,长期内则依靠绿色技术创新推动实现,且二者的作用在规模与方向上均表现不对称,这一点也在Wald检验中得到了证实,环境绩效追求与绿色技术创新在短期和长期内的作用对称性假设分别在5%与1%显著性水平下被予以否认。考虑由于技术推广与普及具有一定的不可逆性,相关能量转化设备与网络将在长时间内为国家提供生物质能源,但这种具有成本的支持一旦遭受负冲击可能对生物质能消费产生更大的消极影响。同时,误差修正项系数表明短期不平衡有向长期均衡进行调整的能力,短期内变量冲击导致的不平衡在1%显著性水平下将以73.75%(-0.7375)的速度进行调整并通过波动向长期均衡过渡,且该波动将在每个变量中减小。
4结论与政策建议
本文研究1990—2019年我国绿色技术创新、环境绩效追求与生物质能消费之间的不对称关系。通过建立NARDL模型得到以下结论:绿色技术创新、环境绩效追求分别在长期与短期内对生物质能消费产生影响。长期内,绿色技术创新的正(负)冲击为生物质能消费带来正向(负向)作用。市场开放程度、农作物播种面积对生物质能消费产生积极作用,经济增长的表现则相反,但以上控制变量表现在重要程度上均无法与绿色技术创新相比。短期内,国家对环境绩效追求会在间隔一期后显著促进生物质能消费增长,但对提升环境绩效热情的降低将会使生物质能消费出现更大的负向反弹。同时,市场中政府参与程度加深显著增加生物质能消费,误差修正项表示短期内变量冲击导致的不平衡将通过波动以每年73.75%的速度进行调整。
以上结论表明,我国政府对环境绩效的追求在短期内可以激励生物质能发展。同时,政府主导的力量也在其中发挥了重要作用。由于双碳目标的顺利推进与近年来我国政府在太阳能、风能等更便于利用的可再生能源上的政策偏向,减排目标和市场开放水平带来的作用很难在长期维持。相比其他经济因素,绿色技术创新可在长期内推动生物质能发展,技术突破会促使我国在更大程度上挖掘生物质能使用潜力、拓展生物质产品使用可能以提升其在能源市场中的竞争力,从而带动相关产业高速发展。需注意的是,政府追求提升环境绩效水平、实现减排目标的举措需要在长期内坚持,直到能源结构的改善得以稳定,否则环境绩效追求与绿色技术创新热情的下降对生物质能市场产生的负面作用会远大于正面作用。
基于此,提出以下可能促进我国生物质能发展的政策建议。
第一,鼓励生物质能相关技术创新,建立地方产学研机制,加强上下游企业创新合作,构建完善的研发体系。在生物质能原材料采集捆扎、转化效率、存储、季节性获取等方面有针对性地进行技术研发,提升生物质能生产效率与可消费数量,重塑生物质能在可再生能源市场中的竞争力,获取自主知识产权,占领生物质能国际化发展优势地位。
第二,拓展生物质能投融资渠道,为生物质能领域技术创新提供足够动力与资金支持。通过政府引导降低生物质能市场进入壁垒,增加政企合作,消除企业在相关领域投资的风险顾虑,攻克生物质能技术难关,构建成熟产业链,增加生物质能原材料应用渠道。
第三,坚持政府主导力量,对生物质能市场化进行长期布局。维持生物质能资源采集运输过程中能源低消耗水平,这是降低生物质能产品生产成本中的关键一环。政府应对地方生物质能原材料收集网络布局提出具体要求,增加相关税收补贴,明确生物质能原材料资源收集价格,调动农业农村利用生物质能的积极性。区别不同种类可再生能源发展水平,在生物质能补贴退坡方面持谨慎态度,稳步推进生物质能市场化进程。
第四,贯彻实施提升环境绩效相关政策并根据实际完成情况对其进行动态调整。在完成经济增长过程中,确保各阶段减排政策的一致性与适用性,避免因环境水平提升带来的可再生能源利用下降问题,为生物质能行业有序发展提供良好的政策环境。
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