Filozofia i projekt badań
W niniejszym badaniu przyjęto pozytywistyczną filozofię badań, zakładając, że determinanty mocy odnawialnych źródeł energii (REC) mogą zostać obiektywnie zbadane przy użyciu ilościowej analizy danych panelowych. Zastosowano podłużny, międzykrajowy projekt badawczy w celu zbadania długookresowych zależności między mocą odnawialnych źródeł energii a jej determinantami w 21 krajach Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju (OECD) w latach 2000–2020. Opierając się na tożsamości Kaya, wykorzystano podejście dedukcyjno-analityczne do opracowania modelu empirycznego i przetestowania hipotetycznych zależności między mocą odnawialnych źródeł energii, efektami polityki ekologicznej, emisjami gazów cieplarnianych (GHG), ekologicznymi technologiami (EFT) oraz zielonym PKB (Green GDP). Ramy analityczne integrują gromadzenie danych, testy diagnostyczne, analizę kointegracji, regresję kwantylową oraz analizę przyczynowości panelowej, aby zapewnić spójność metodologiczną i rzetelne wnioskowanie statystyczne.
Gromadzenie danych i zmienne
W badaniu wykorzystano zbalansowany panel danych obejmujący 21 krajów OECD obserwowanych corocznie w latach 2000–2020, co dało łącznie 441 obserwacji kraj-rok. Dane pozyskano z publicznie dostępnych i uznanych międzynarodowo baz danych w celu zapewnienia przejrzystości i odtwarzalności. Tabela 1 przedstawia zestawienie zmiennych, jednostek miary, źródeł danych oraz oczekiwanych znaków. Jako zmienną zależną przyjęto moc zainstalowanych odnawialnych źródeł energii (REC), mierzoną jako całkowita zainstalowana moc wytwórcza energii elektrycznej z OZE (MW). Zmienne objaśniające obejmują Wskaźnik Efektywności Ekologicznej (EPI), emisje gazów cieplarnianych (GHG) (tony ekwiwalentu CO₂), ekologiczne technologie (EFT), mierzone liczbą zgłoszeń patentowych związanych ze środowiskiem, oraz Zielony PKB, mierzony jako produkt krajowy brutto skorygowany o degradację środowiska i wyczerpywanie zasobów naturalnych (stały USD z 2015 r.). Dane dotyczące mocy OZE, EPI, emisji GHG oraz EFT pobrano z bazy danych OECD Statistics, natomiast dane dotyczące Zielonego PKB z bazy danych Banku Światowego. Przed dokonaniem estymacji wszystkie zmienne przekształcono za pomocą logarytmów naturalnych w celu stabilizacji wariancji, redukcji heteroskedastyczności oraz ułatwienia interpretacji elastyczności.
Ramy teoretyczne i specyfikacja modelu
Ramy empiryczne opierają się na tożsamości Kaya39, która rozkłada emisje dwutlenku węgla na liczbę ludności, aktywność gospodarczą, energochłonność oraz intensywność emisji węgla, zapewniając tym samym teoretyczną podstawę do zrozumienia czynników wpływających na zrównoważenie środowiska:
(1)
gdzie CO2 oznacza emisje dwutlenku węgla; CO2/Energy oznacza intensywność węglową zużycia energii; Energy/Green GDP oznacza energochłonność skorygowanego środowiskowo produktu ekonomicznego; Green GDP/Population oznacza skorygowany środowiskowo produkt krajowy brutto per capita; a Population oznacza całkowitą populację.
Zmienne objaśniające odpowiadają bezpośrednio teoretycznym komponentom tożsamości Kaya. Wskaźnik Efektywności Ekologicznej reprezentuje efektywność polityki środowiskowej ukierunkowanej na promowanie czystszych systemów energetycznych. Technologia przyjazna środowisku odzwierciedla innowacje technologiczne, które poprawiają efektywność energetyczną i redukują koszty energii odnawialnej. Emisje gazów cieplarnianych reprezentują presję środowiskową na dekarbonizację, natomiast Zielony PKB oddaje skorygowaną o czynniki środowiskowe efektywność ekonomiczną. W oparciu o te założenia oszacowano następujący model empiryczny39:
(2)
gdzie REC oznacza moc odnawialnych źródeł energii; EPI reprezentuje Ekologiczny Wskaźnik Wydajności; GHG oznacza emisje gazów cieplarnianych; EFT reprezentuje ekologiczne technologie; Green GDP oznacza produkt krajowy brutto skorygowany o wpływ na środowisko; i indeksuje kraje; t indeksuje lata; τ0 jest wyrazem wolnym; τ1–τ4 to oszacowane współczynniki regresji; εit jest specyficznym składnikiem błędu.
Testy diagnostyczne
Przed oszacowaniem modeli empirycznych przeprowadzono serię testów diagnostycznych w celu oceny właściwości statystycznych danych panelowych i zidentyfikowania odpowiednich technik szacowania. Po pierwsze, zbadano zależność przekrojową za pomocą testu zależnośc przekrojowej (CD) Pesarana34, ponieważ kraje OECD prawdopodobnie doświadczają wspólnych wstrząsów wynikających z globalnych warunków gospodarczych, międzynarodowych rynków energii oraz skoordynowanej polityki środowiskowej:
(3)
gdzie N oznacza liczbę jednostek przekroju poprzecznego; T oznacza liczbę okresów czasu; i oraz k indeksują jednostki przekroju poprzecznego (i ≠ k);
reprezentuje oszacowany współczynnik korelacji parowej reszt regresji pomiędzy jednostkami przekroju poprzecznego i i k; j oznacza rząd opóźnienia; E(·) reprezentuje wartość oczekiwaną; a V(·) oznacza wariancję używaną do standaryzacji statystyki testowej. Po drugie, heterogeniczność nachylenia oceniono za pomocą testu heterogeniczności nachylenia Pesarana–Yamagaty, aby ustalić, czy efekty zmiennych objaśniających różniły się pomiędzy krajami40:
(4)
(5)
gdzie Δ̃adj oznacza skorygowaną statystykę testu heterogeniczności nachylenia; N reprezentuje liczbę jednostek przekrojowych; T oznacza liczbę okresów czasowych; k to liczba zmiennych objaśniających; a S̃ reprezentuje standaryzowaną statystykę dyspersji nachylenia Swamya, wykorzystywaną do oceny heterogeniczności parametrów w jednostkach panelowych. Na koniec stacjonarność oceniono za pomocą testu pierwiastka jednostkowego Cross-sectionally Augmented Im–Pesaran–Shin (CIPS), który uwzględnia zarówno zależność przekrojową, jak i heterogeniczne współczynniki nachylenia41:
(6)
gdzie CIPS oznacza statystykę pierwiastka jednostkowego dla paneli Im–Pesaran–Shin z augmentacją przekrojową; N reprezentuje liczbę jednostek przekrojowych; CDFi oznacza statystykę Dickeya–Fullera z augmentacją przekrojową dla i-tej jednostki przekrojowej; a i indeksuje poszczególne jednostki przekrojowe. Wyniki tych testów diagnostycznych pomogły w wyborze ekonometrycznych technik panelowych drugiej generacji, odpowiednich dla heterogenicznych zbiorów danych panelowych.
Test kointegracji panelowej
Aby określić, czy istnieje stabilna długookresowa relacja równowagi pomiędzy mocą odnawialnych źródeł energii, efektywnością polityki środowiskowej, emisjami gazów cieplarnianych, technologią przyjazną środowisku a zielonym PKB (Green GDP), zastosowano panelowy test kointegracji ARDL (bounds test). W porównaniu z konwencjonalnymi testami kointegracji opartymi na residuach, podejście Westerlunda uwzględnia zależność przekrojową, heterogeniczne współczynniki nachylenia oraz małe rozmiary próby. Test generuje cztery statystyki: dwie statystyki średnich grupowych (Gt oraz Ga) i dwie statystyki panelowe (Pt oraz Pa). Odrzucenie hipotezy zerowej wskazuje na obecność długookresowej relacji równowagi pomiędzy zmiennymi36,42:
(7a)
(7b)
(7c)
(7d)
gdzie Gt oraz Ga oznaczają średnie grupowe statystyki testowe testu kointegracji granic Panel ARDL; Pt i Pa oznaczają panelowe statystyki testowe; N reprezentuje liczbę jednostek przekrojowych; T oznacza liczbę okresów czasowych;
jest oszacowanym współczynnikiem korekty błędu dla itej jednostki przekrojowej;
reprezentuje połączony współczynnik korekty błędu; SE(
) oraz SE(
) oznaczają odpowiednie błędy standardowe; a i indeksuje poszczególne jednostki przekrojowe. Obecność kointegracji uzasadnia szacowanie elastyczności długookresowych i późniejsze analizy oparte na kwantylach.
Regresja kwantylowa metodą momentów (MMQR)
Ponieważ konwencjonalne estymatory danych panelowych dostarczają jedynie efektów średnich, mogą one maskować znaczną heterogeniczność pomiędzy krajami funkcjonującymi na różnych poziomach wdrażania energii odnawialnej. Aby uchwycić te heterogeniczne efekty, zastosowano regresję kwantylową metodą momentów (MMQR).
Metoda MMQR szacuje wpływ efektywności polityki ekologicznej, emisji gazów cieplarnianych, technologii przyjaznych środowisku oraz Zielonego PKB w wielu warunkowych kwantylach mocy energii odnawialnej, co pozwala na zróżnicowanie wpływu zmiennych objaśniających w zależności od stopnia dojrzałości wdrożenia energii odnawialnej. Metoda ta jednocześnie uwzględnia indywidualne efekty stałe oraz nieobserwowalną heterogeniczność, szacując parametry położenia i skali43:
(8)
gdzie Qτ(Yto | Xto) oznacza warunkowanie τth kwantyl zmiennej zależnej; Yto oznacza moc zainstalowaną w odnawialnych źródłach energii (REC); Xit oznacza wektor zmiennych objaśniających (EPI, emisje GHG, EFT oraz zielone PKB); σ1 jest punktem przecięcia z osią rzędnych; ζ jest wektorem parametrów położenia; αi reprezentuje efekt stały specyficzny dla danego kraju; Zto oznacza kowarianty skali; γ jest wektorem parametrów skali; Uto jest składnikiem błędu; a i i t indeksują odpowiednio kraje oraz lata. Komponent skali modelu MMQR określono w następujący sposób43:
(9)
gdzie Zi(X) oznacza funkcję skali zmiennych objaśniających; Zi reprezentuje wektor współzmiennych skali; X oznacza wektor zmiennych objaśniających; i indeksuje jednostki przekrojowe (kraje); a k oznacza całkowitą liczbę zmiennych objaśniających. W ramach analizy odporności oszacowano również konwencjonalną regresję kwantylową dla danych panelowych z błędami standardowymi uzyskanymi metodą bootstrap, aby zweryfikować spójność wyników MMQR.
Test przyczynowości panelowej
Kierunek relacji przyczynowych pomiędzy mocą energii odnawialnej, efektywnością polityki ekologicznej, emisjami gazów cieplarnianych, technologią przyjazną środowisku a zielonym PKB zbadano przy użyciu panelowego testu nieprzyczynowości Grangera Dumitrescu–Hurlin44. Podejście to uwzględnia zależność przekrojową i heterogeniczne struktury panelowe, pozwalając jednocześnie zidentyfikować, czy relacje przyczynowe są jednostronne czy dwustronne.
Analiza przyczynowości panelowej uzupełnia analizy kointegracji i MMQR, odróżniając zmienne, które napędzają wzrost mocy energii odnawialnej, od tych, które reagują na zmiany w jej wdrażaniu. Ustalenie kierunku przyczynowości dostarcza dodatkowych dowodów, które mogą pomóc w ustaleniu priorytetów polityki oraz sekwencji działań w zakresie energii odnawialnej.
Wszystkie analizy statystyczne zostały przeprowadzone przy użyciu oprogramowania do analizy statystycznej. Sekwencja analityczna, obejmująca testy diagnostyczne i analizę kointegracji, a następnie regresję kwantylową i testy przyczynowości panelowej, stanowi spójne i powtarzalne ramy oceny czynników determinujących moc energii odnawialnej w krajach OECD.