Electricity Consumption, Carbon Emissions and Economic Growth in Nigeria
ABSTRACT: This paper applies a Multivariate Vector Error Correction (VECM) framework to examine the long run and causal relationship between electricity consumption, carbon emissions and economic growth in Nigeria. Using annual time series data for 1970 to 2008, findings show that in the long run, economic growth is associated with increase carbon emissions, while an increase in electricity consumption leads to an increase in carbon emissions. These imply that Nigeriarsquo;s growth process is pollution intensive, while the negative relationship between electricity consumption (or positive relationship between electricity consumption) and emissions in Nigeria is a clear indication that electricity consumption in the country has intensified carbon emissions. No support was obtained for the hypothesized environmental Kuznets curve (EKC). Granger-causality results confirm a unidirectional causality running from economic growth to carbon emissions, indicating that carbon emissions reduction policies could be pursued without reducing economic growth in Nigeria. No causality was found between electricity and growth, in either way, which further lends credence to the crisis in the Nigerian electricity sector. Overall, the paper submits that efficient planning and increased investment in electricity infrastructure development may be the crucial missing variable in the obtained neutrality hypothesis between electricity and growth.
Keywords: Electricity consumption; Economic growth; Carbon emission ;Nigeria
JEL Classifications: Q43; Q49
- Introduction
Energy-growth-environmental pollution nexus has continued to receive serious attention in the Energy Economics research and literature. Energy is an important factor of production in any economy, even though the value of its share relative to the value of other inputsrsquo; share on the output is usually low (3.5%). The efficient exploitation and development of a nationrsquo;s energy resources is thus of great importance to the progress and well-being of the consuming public and the overall growth of the economy. However, in Nigeria, inadequate development and inefficient management of the energy sector has resulted in a serious demand-supply gap. The supply of electricity, which is one of the most demanded energy sources in the country, has been very erratic giving pressure to high demand for petroleum substitutes. This generation deficit has forced many households and firms operating in the country to rely on self-generated electricity via burning of petroleum fuels. The effect of this trend on global warming and climate change, in terms of addition to carbon dioxide (CO2) emissions have been enormous. Globally, among several pollutants contributing to climate change, carbon dioxide (CO2) emissions account for more than 75% of greenhouse gas emissions with about 80% of it generated by the energy sector.
Until recently, there have been two parallel literatures on the relationship between economic growth, energy and environmental pollution. The first set of studies (e.g. Akbostanci, et al, 2009; Diao, et al, 2009; He and Richard, 2010) have focused on environmental pollutants and economic growth nexus, which are closely related to testing the validity of the so called Environmental Kuznets Curve (EKC) hypothesis, which postulates an inverted U-shaped relationship between per capita income and environmental degradation in the long run.
The second strand (e.g. Mehrara, 2007, Olusegun, 2008, Akinlo, 2009, Esso, 2010) is related to energy consumption and economic growth nexus. A marriage of these two literatures in which the relationship between energy consumption, economic growth and pollution emissions are examined under a multivariate framework has formed a relatively new area of research. Most studies that have focused on this direction for both the developed countries (e.g. Ang, 2007; Apergis and Payne, 2009; Ozturk and Acaravci, 2010, etc) and developing countries (e.g. Jumbe, 2004; Menyah and Wolde- Rufael, 2010) have returned conflicting and mixed results. To the best of our knowledge, evidence of similar studies for Nigeria, are at best scanty. The study by Akinlo (2009), apart from its short span of data set (1980-2006), was based on a bi-variate analysis between electricity consumption and economic growth, rather than on an integrated framework within the energy-growth-emission framework. A likely problem from such study is the loss in power associated with the small sample size and the issue of omitted variable bias.
The objective of this paper is to specifically investigate the causal relationship between electricity consumption, carbon emission and output in Nigeria for the period 1970-2008. The direction of causality between electricity, pollution and growth has significant policy implications. For instance, causality running from two-ways or one-way from electricity consumption to output implies that electricity is stimulus to growth and its shortage (which indicates the crisis) will adversely affect growth. However, a unidirectional causality from output to electricity would imply that electricity conservation policies could be pursued without adversely affecting growth. To check the long run properties of the variables employed, we utilized the Auto-regressive Distributed Lag (ARDL) bounds testing approach proposed by Pesaran, et al., (2001) due to its numerous advantages in comparison with other cointegration methods (see Akpan, 2011). Next, we estimate a vector error correction (VECM) based Granger non-causality test. A Variance decomposition analysis is also carried out to check the strength of the Granger causality test beyond the sampled period.
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尼日利亚的电力消耗、碳排放与经济增长关系
摘要:本文应用多元向量误差修正（VECM）框架的方法来研究尼日利亚在长期电力消耗、碳排放以及经济增长之间的因果关系。1970年至2008年的数据表明,从长期来看,经济增长与碳排放增加有关,并且用电量的增加也会导致碳排放的增加。这意味着尼日利亚的发展过程是高污染的，而在尼日利亚的电力消耗（或耗电量之间的正相关关系）和排放之间的负相关关系是一个明显的迹象。这个迹象表明，电力消费在国内加剧的碳排放量。虚拟环境库兹涅茨曲线（EKC）没有获得支持。格兰杰因果关系的结果证实了一种单向因果关系，从经济增长到碳排放,表明碳减排政策可以在不降低在尼日利亚经济增长的情况下追求。无论以哪种方式都没有发现电力和增长之间的因果关系,这也进一步印证了尼日利亚电力部门的危机。总的来说,本文提出：有效的规划和电力基础设施建设投资增加可能是电力和增长之间所获得的中立性的假设中缺少的关键变量。
关键词：电力消费;经济增长;碳排放;尼日利亚
中图分类号：Q43; Q49
- 简介
在能源经济研究和文献中能源增长与环境污染关系继续得到重视。能源是经济生产的重要因素，尽管其份额相对于其他投入上的产出份额的价值通常较低（3.5％）。因此，高效的开采和发展国家的能源资源对社会进步、公共消费的福祉和经济的整体增长是非常重要的。然而，在尼日利亚，能源部门的发展不足和低效的管理导致了严重的供需缺口。电力供应，这是该国最需要的能源之一，一直在很不稳定给予的压力下有着对石油替代品的高需求。这一赤字已迫使在该国的许多家庭和企业产生通过燃烧石油燃料自我发电的依赖。这一趋势对全球变暖和气候变化，就二氧化碳（CO2）的排放量方面的影响是巨大的。在全球范围内，多种污染物造成的气候变化，占温室气体排放量的75％以上的二氧化碳（CO2）有80％左右的是由能源部门产生。
直到最近，出现了经济增长，能源与环境污染之间关系的两个平行的文献。第一组的研究（如Akbostanci，et al.，2009; Diao, et al, 2009; He 和 Richard，2010）都集中在环境污染物与经济增长的关系，这是测试所谓的环境库兹涅茨曲线（EKC）的有效性密切相关的假设，它假定一个倒U形的人均收入和环境恶化之间的长远关系。
第二链（如Mehrara, 2007, Olusegun, 2008, Akinlo, 2009, Esso, 2010）是与能源消费与经济增长的关系。这两个文献结合中的能源消耗，经济增长和污染排放之间的关系，在一个多元框架下的研究已经形成了一个相对较新的研究领域。这一方向的大多数研究都集中在发达国家（如Ang, 2007; Apergis 和 Payne, 2009; Ozturk and Acaravci, 2010等），和发展中国家（如Jumbe, 2004; Menyah和Wolde- Rufael, 2010）已经返回冲突的混合效果。据我们所知，尼日利亚的类似研究的证据，是最贫乏的。由Akinlo的研究（2009），除了其短数据集（1980年至2006年），是基于一个电力消费与经济增长之间的双变量分析，而不是在一个综合的能源增长发射框架。从这些研究中一个可能的问题是与小样本和遗漏变量偏差问题相关的功率损失。
本文的目的是专门研究1970-2008年间在尼日利亚的电力消耗，碳排放和输出之间的因果关系。电力，污染和经济增长之间因果关系有显著的政策含义。例如，双向或单向的电量输出运行的因果关系意味着电刺激增长和短缺（这表明危机）会影响生长。然而，从输出电力的单向因果关系意味着节约用电的政策，可以在不产生负面影响的情况下实现。要检查所使用的变量的长远性，由于由Pesaran等人（2001年）提出的自回归分布滞后（ARDL）边界测试方法与其他协整方法(如 Akpan, 2011)相比较众多的优点，我们采用了这个方法。接下来，我们将用基于格兰杰非因果关系检验的向量误差修正（VECM）。方差分解分析也进行了检查格兰杰因果关系检验在超出采样周期时的实力。
本文的结构如下。第2节对尼日利亚电力部门的结构进行了简要回顾。第3节介绍以往的研究的回顾。该方法和数据说明在第4节，而结果与讨论在第5节，第6节总结全文。
- 尼日利亚电力消费概述
电力供应是一个对任何国家的快速和持续增长所需的关键基础设施。它可以被称为一个国家现代化发展的指标。因此，提供充足，价格实惠，方便，可靠，可持续的电力供应是实现产业化，生产效率，以及生活质量提高的广泛目标。人们普遍认为，尼日利亚是被赋予了极大的可再生能源（如太阳能，水能，风能，生物量和木材燃料）和非再生能源资源（如原油，天然气，煤和煤）。然而，尽管这里资源丰富，国家仍然无法产生足够的电力来满足其国内需求。大约47%的人口目前已获得电力（UNDP/ WHO，2009）但经历频繁的供应中断，并经常依靠备用发电机与随之而来的环境后果。这种情况，这种情况在农村地区更加突出，只有26％的人能用上电，而在城市地区（同上）有69％。可用的统计为2008表明该国约6862兆瓦（MW），但实际发电达2779兆瓦低（见图1）。现有截至2008年的统计数据显示，全国约有6862兆瓦（MW）发电装机容量，但实际发电量却低至2779兆瓦（见图1）。
来源：来自CBN统计公报，2007和CBN为2008上半年经济报告。
尼日利亚电力工业的主导，是在供应方面由尼日利亚电力持股公司（PHCN），原国家电力局（NEPA），在服务上仍然效率低下，缺乏创新和管理。如图2所示，总电力行业中所占比例一直在稳步下降。工业产能利用率在22%和45%之间波动。在图2中，一个突出的特点就是在1970和1977之间，工业部门的总的电力消耗在比例上始终高于住宅业的相应份额由。这种趋势在后期逆转。这指向一个事实，即在尼日利亚超过90％的商业机构往往更多地依赖上增加了多达25％的工业企业总成本的昂贵备用柴油发电机。
来源：来自CBN统计公报，2007和CBN为2008上半年经济报告。
在尼日利亚向当前电力危机因素已被确定为包括生成缺陷，分配不合理和传输基础设施，实用性能差，长期的投资和维护的忽视（Ibitoye和Adenikinju，2007）。实际上，缺乏输电和配电网络经常导致电力生产量和交付给最终用户的数量之间的巨大差异。在大多数情况下，必须采取负载遮蔽的措施以避免系统广泛停电。虽然，尼日利亚政府已经花费了大量的金钱在电力部门，危机还远远没有结束。目前正在做出努力：按照路线图对本行政权力部门进行管理，以提高该国电力供应约10000兆瓦。但如何可以实现这一目标还有待观察。
- 简评相关研究
电力/能源消费与经济增长之间因果关系的方向大致可归纳为四种类型：无因果关系，从经济增长对电力消费的单向因果关系，从电力消费对经济增长的单向因果关系和两者之间的双向因果关系。应该指出的是，这些每一种可能性都对能源政策有着非常重要的意义。例如，没有因果关系，这也被称为中立的假设，意味着电力消费与经济增长不相关。这进一步意味着既不保守也不膨胀与电力消费政策对经济增长没有什么影响。从经济增长对电力消费的单向因果关系，这也被称为守恒假说，意味着节约能源的政策会对经济增长的追求产生很少或没有不良影响。另一方面，电力消费对经济增长的单向因果关系，也被称为增长的假设，表明任何限制（增加）对能源的使用可能产生不利的影响（积极）影响经济增长。最后，双向因果关系或反馈假说意味着，能源消费与经济增长的共同决定，同时影响(Jumbe, 2004; Apergis and Payne, 2009; Ozturk, 2010)。
很大一部分文献一直致力于测试碳排放量和收入增长之间的关系。这些研究测试与环境库兹涅茨曲线（EKC）的有效性密切相关。EKC假说的支持者说，环境退化与经济增长水平遵循倒U型的关系。这一热门话题的研究已经初具成果时Grossman和Krueger（1995）以及Selden，Song（1995）提供的经验证据表明，经济增长的初期阶段会导致环境的逐渐退化，然后在成长到一定水平后，导致了环境条件的改善，对EKC假说存在的实证证据是最好的混合（见Akpan and Chuku, 2011)。
- 方法和数据
4.1模型和数据
根据由Ang (2007), Acaravci 和Ozturk (2010),以及Lean and Smyth (2010)采用的方法。在尼日利亚的电力消费，碳排放和经济增长之间的长期关系如下：
Ct=beta;0 beta;1ect beta;2yt beta;3yt2 εt (1)
其中c是二氧化碳排放量（单位：百万公吨），ect是电力消耗的指数，每小时测量的兆瓦数，y是人均（2005年不变美元计算）实际收入，y2是真实的收入和εT的平方误差项。beta;1，beta;2和beta;3分别对应于电力消费的长期运行参数，实际收入和实际收入的平方。在正常条件下，beta;1的预期符号为正。但在尼日利亚经济中不稳定的电源已经持续了三十年的现在，迫使经济主体以民营发电作为替代能源，beta;1可能是负的考虑，在电力消耗降低（捕捉电力危机的影响）应导致由经济主体来提高石油利用率自有发电的碳排放量的增加。EKC假说下，beta;2和beta;3的符号被预计是正和负分别以反映所述倒U形的图案。转折点发生在beta;2/2beta;3的收入水平。 beta;2的统计表明，渺小的碳排放量和实际收入之间的关系的单调增加。
然而，为了避免过高估计了自变量和多重共线性问题的重要性，我们通过Pao, Yu and Yang (2011)的方法使用嵌套线性模型的方差的膨胀因子（VIF）和调整R平方来评估怎样使变量ec，y和y2一起工作，以准确地解释碳排放变量，C。通常情况下，VIF测量解释性变量和回归模型上估计的精度有多重的影响。它表示向其中多重之间解释变量劣化的估计的精度的程度。VIF被测量为：
其中，R（j）为变量j和其他独立变量之间的多重相关系数。一般的规律是，VIF应不超过10（见Belsley, Kuh和Welsch, 1980; Robinson and Schumacker, 2009)。值大于10可以指示一个共线性问题。对于目前而言，我们重新指定下列内容：
如果通过VIF为加入yt2提供了多重共线性的证据，我们可以得出这样的结论，包括yt2是不可取的。因此，如果yt2被排除在外的碳排放量和实际收入之间的关系是单调的。在这种情况下，EKC假说变为无效。
所采用的数据是1970-2008年期间。电力危机中的数据是来自尼日利亚的统计公报中央银行的，2009年该变量以每小时兆瓦衡量。碳排放的研究期间，以人均每吨计算，提取从世界发展指标，CD-ROM，而人均（2005年不变美元计算）的实际收入是从宾大世界表版本6.3由Alan(2009)等人开发。
4.2计量程序
检查包括变量之间的长期关系，我们采用自回归分布滞后模型（ARDL）范围的测试方法和Pesaran和Shin提出的协整（1999）和扩展Pesaran（2001）。本次测试的基础数据是一个广义的Dickey-Fuller型Wald或F-统计量，这是用来测试所考虑的变量的滞后水平的显着性在条件不受限制平衡修正模型（UECM）。ARDL方法比其他传统方法具有几个优点。首先是它的灵活性：它可以应用不论底层的回归纯粹是I (0), I (I)，或相互协整（Akpan，2011）。因此，由于边界测试不依赖于预测变量的顺序集成，它消除了整合预测相关的不确定性(Narayan and Narayan，2004）。在本质上，该方法不需要在系统中的所有变量被整合到相等数量级的。同时该方法可应用于使用相对小样本的研究，如现在的研究。Pesaran和Shin（1999），表明的ARDL模型的小样本性能远远优于Johansen and Juseliusrsquo;(1990)的整合技术。该程序的另一个重要优点是，即使一些解释变量是内生的，估计也是可能的。边界测试的实现很简单。假设一个双变量向量，zt，而zt =（yt， xt），yt是因变量，XT是一个向量的回归。数据生成过程中的zt是一个p阶向量自回归。对于整合分析，认为Delta;yt被建模为条件所形成的误差修正模型是至关重要的：
4.3 Granger因果关系分析
应该指出的是，整合意味着至少在一个方向上因果关系的存在。然而，这并不表示因果关系的方向。因此，揭示因果关系的方向，如果变量是协整的，我们估计基于Granger因果模型误差校正。在对比传统的Granger因果关系的方法后，这种方法允许的滞后误差修正项包含（ECT）由整合方程导出的。因此，下面的向量误差修正模型（VECM）可以指定探索变量之间的因果关系：
4.4方差分解分析
Granger因果检验只表示采样时间内没有因果关系使我们能够衡量系列超越了采样周期中的相对强度。为了研究这个问题，我们采用广义预测误差方差分解，是测量一个变量的预测误差方差的结果与从系统发生的冲击变量的百分比。正如Sims (1980)所证明的，如果一个变量相对于系统中的其他变量是真正的外源，自主创新将解释所有的变量的预测误差方差。如果自己的创新被解释变量的整个预测错误，则该变量可以相对于系统中的其它变量描述为真正的外源。通常，结果变量的排序方式是敏感的。通常的做法是提出基于经济理
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