梁 競(jìng) 張力小

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院水環(huán)境模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100875)

基于Theil指數(shù)的城市能源消費(fèi)空間差異測(cè)度分析＊

梁 競(jìng) 張力小

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院水環(huán)境模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100875)

本文以中國(guó)大陸30個(gè)省會(huì)城市(缺拉薩數(shù)據(jù))2005年能源消費(fèi)系統(tǒng)為研究對(duì)象,從能源消費(fèi)水平、結(jié)構(gòu)與效率三個(gè)方面入手,運(yùn)用Theil指數(shù)方法,對(duì)我國(guó)城市能源消費(fèi)的空間總差異進(jìn)行測(cè)度,并基于東、中、西三大地帶將三類指標(biāo)的總差異分解為地帶間差異和地帶內(nèi)差異。結(jié)果表明:我國(guó)城市能源消費(fèi)在強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)與效率等方面均存在較大差異,總體來(lái)看能源效率的空間差異最為顯著;而從三類指標(biāo)總差異的分解結(jié)果來(lái)看,地帶內(nèi)差異是我國(guó)能源消費(fèi)城際差異的主要構(gòu)成部分。

城市能源系統(tǒng);空間差異;Theil指數(shù);節(jié)能減排

在我國(guó),二元經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)很大程度上決定了城市是能源消費(fèi)的主體[1-6]。城市能源系統(tǒng)在我國(guó)能源系統(tǒng)中扮演著極為重要的角色。因此,本文擬采用Theil指數(shù)法,以我國(guó)大陸30個(gè)省會(huì)城市2005年城市能源消費(fèi)系統(tǒng)為研究對(duì)象,從能源消費(fèi)水平、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度三個(gè)方面系統(tǒng)對(duì)我國(guó)城市能源消費(fèi)的空間差異進(jìn)行測(cè)度分析,以期為城市能源的分區(qū)與分類管理提供支持和依據(jù)。

1 研究對(duì)象及方法

1.1 城市能源消費(fèi)系統(tǒng)

本文選擇了我國(guó)大陸30個(gè)省會(huì)城市作為案例城市(缺拉薩數(shù)據(jù))進(jìn)行分析探討。研究中的城市能源消費(fèi)是指我國(guó)建制市市轄區(qū)區(qū)域所消耗的能源。

反映城市能源消費(fèi)系統(tǒng)狀態(tài)的指標(biāo)體系類目繁多,但總的來(lái)說(shuō)主要包括三方面,即能源消費(fèi)的水平、結(jié)構(gòu)及效率。本研究從這三個(gè)方面出發(fā),分別選取人均綜合能源消費(fèi)量、人均生活能源消費(fèi)量、各種能源消耗量占城市能源消耗總量的比例及萬(wàn)元GDP能耗三類指標(biāo)對(duì)我國(guó)30個(gè)省會(huì)城市的能源消費(fèi)現(xiàn)狀進(jìn)行描述,在此基礎(chǔ)上對(duì)我國(guó)城市能源消費(fèi)的三個(gè)特征進(jìn)行空間差異的定量化測(cè)度分析。1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

目前,我國(guó)城市能源統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)尚不健全。為了使數(shù)據(jù)具有可比性,研究主要考慮了各城市2005年市轄區(qū)生產(chǎn)和生活消耗的能源之和,其中生產(chǎn)能源消費(fèi)指各市市轄區(qū)規(guī)模上工業(yè)企業(yè)能源消費(fèi)量,城市居民生活能源消費(fèi)未包括交通用能。能源品種則主要包含了煤炭、油品(包括煤油、柴油、汽油、燃料油、液化石油氣)、電力及天然氣。相關(guān)數(shù)據(jù)首先統(tǒng)一折算為噸標(biāo)準(zhǔn)煤(tce)后,再進(jìn)行城市能源消費(fèi)總量、分品種能源消費(fèi)量占總量的百分比、城市萬(wàn)元GDP能耗等相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算。

1.3 空間差異測(cè)度方法

Theil指數(shù)最初是用于分析國(guó)家之間的收入差距,其值越大,說(shuō)明國(guó)家間的收入差距越大,該指數(shù)也能根據(jù)其思想通過(guò)一定的變形式應(yīng)用于對(duì)其它方面的區(qū)域差異測(cè)度上,如對(duì)區(qū)域間能源消耗強(qiáng)度差異的衡量[7-10],人均CO2排放的不平等度量[11-12]上。本文將采用這種方法對(duì)我國(guó)省會(huì)城市能源消費(fèi)的空間差異進(jìn)行量化測(cè)度分析。

Theil指數(shù)的計(jì)算公式為:

其中,I代表進(jìn)行測(cè)度的指標(biāo),本文中則分別指能源消費(fèi)水平、結(jié)構(gòu)及能源消耗效率,Ii代表i城市相應(yīng)指標(biāo),I代表指標(biāo)平均值,yi代表i城市的GDP占全部30個(gè)城市GDP的比重,T(I)即各指標(biāo)的Theil指數(shù)值,它的值越大,就表示各城市之間能源消費(fèi)狀況差異越大。

對(duì)Theil指數(shù)進(jìn)行一階分解,就可以將全國(guó)總體差異按照不同地帶進(jìn)行分解。本文將按照傳統(tǒng)的東、中、西三大地帶的劃分方法,將30個(gè)省會(huì)城市分為東部地區(qū)城市(北京、天津、沈陽(yáng)、石家莊、濟(jì)南、南京、上海、杭州、福州、廣州、?？?、中部地區(qū)城市(呼和浩特、銀川、太原、鄭州、武漢、南昌、長(zhǎng)沙、合肥、合爾濱、長(zhǎng)春)、西部地區(qū)城市(烏魯木齊、西寧、蘭州、西安、成都、重慶、貴陽(yáng)、昆明、南寧)三類,在此基礎(chǔ)上,將能源消費(fèi)的全國(guó)總體差異分解為東中西三大地帶間的差異和三大地帶內(nèi)各城市之間的差異,計(jì)算公式為:

其中,TB(I)表示各地帶間指標(biāo)I的差異,TW(I)表示地帶內(nèi)各城市指標(biāo)I之間的差距,yi則表示相應(yīng)地第i區(qū)域GDP占總GDP的比重,yij表示i區(qū)域j城市GDP占區(qū)域GDP總量的比重,Ii則表示i區(qū)域所評(píng)價(jià)指標(biāo)的平均值,Iij表示i區(qū)域j城市所評(píng)價(jià)指標(biāo)的值。TB(I),TW(I)之和即為總差異T(I)。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國(guó)省會(huì)城市能源消費(fèi)水平的空間差異測(cè)度

國(guó)家或區(qū)域的能源消費(fèi)水平反映了當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钯|(zhì)量,本文分別選擇人均綜合耗能和人均生活耗能兩項(xiàng)指標(biāo)作為反映我國(guó)城市能源消費(fèi)水平的指標(biāo),利用Theil指數(shù)對(duì)30個(gè)省會(huì)城市能源消費(fèi)水平的空間總差異進(jìn)行測(cè)度以及東、中、西三大地帶的分解,計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 我國(guó)省會(huì)城市能源消費(fèi)水平的空間差異情況

分析表1可知,人均綜合耗能和人均生活耗能2項(xiàng)指標(biāo)均反映在我國(guó)城市能源消費(fèi)水平的空間總差異方面,地帶內(nèi)部差異是構(gòu)成消費(fèi)水平空間差異的主要原因,它對(duì)總差異的貢獻(xiàn)份額均超過(guò)了70%;而三大地帶內(nèi)部的空間差異情況則基本為西部 ＞中部 ＞東部,兩項(xiàng)指標(biāo)的西部?jī)?nèi)部差異對(duì)總差異的貢獻(xiàn)率分別為57.42%,98.96%,都超過(guò)了地帶間差異。以上分析說(shuō)明了我國(guó)30個(gè)省會(huì)城市的能源消費(fèi)水平的差異主要是由地帶內(nèi)部差異引起的,即在我國(guó)各區(qū)域內(nèi)部的城市之間能源消費(fèi)水平仍然有巨大的空間差異,其中差異最為明顯即Theil指數(shù)值最大的為西部地區(qū),它對(duì)總體差異的貢獻(xiàn)度均超過(guò)了50%。

西部地區(qū)人均綜合能耗值平均值為3.574 tce/人,最低的兩個(gè)城市分別為南寧市0.65 tce/人、重慶市0.97 tce/人,還未達(dá)平均水平的一半;與此同時(shí),最高的兩個(gè)城市銀川、西寧的相應(yīng)指標(biāo)值則分別達(dá)到了9.1tce/人、8.4 tce/人,超過(guò)了平均水平的一倍以上,與最低的兩個(gè)城市在指標(biāo)值上相差百倍,如此大的懸殊情況也同樣存在于人均生活耗能上。雖然這樣的“極端”情況也存在于中部、東部地區(qū),但僅為個(gè)別城市,如中部地區(qū)的太原市11.83 tce/人、長(zhǎng)沙市0.95 tce/人和東部地區(qū)的海口市0.43 tce/人,這些城市是拉大城市間水平差距的原因。但這樣的情況在西部更加普遍和明顯,西部地區(qū)基本可以分為以烏魯木齊為代表的4個(gè)極高人均能耗水平城市,以南寧為代表的4個(gè)極低能耗水平城市,而水平居中的僅有兩個(gè)城市貴陽(yáng)和昆明。兩極分化的情況導(dǎo)致了西部地區(qū)內(nèi)部消費(fèi)水平的極大不均衡。

2.2 我國(guó)省會(huì)城市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的空間差異測(cè)度

受我國(guó)國(guó)情多方面因素影響,煤炭仍然是我國(guó)能源消費(fèi)的主體,煤炭消費(fèi)量在城市能源消費(fèi)總量中的比重平均達(dá)到了54.34%。近年來(lái),其它能源品種如油品、電力、天然氣在我國(guó)特別是城市地區(qū)的能源消費(fèi)中比重日漸上升,而煤炭、油品、電力、天然氣這4種能源消費(fèi)量之和基本占到了我國(guó)城市能源消費(fèi)總量的94%以上,其各自所占比重也基本能代表我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀?；诖?本文僅對(duì)這4種能源品種的空間消費(fèi)差異性進(jìn)行分析,計(jì)算案例城市2005年4種能源的消費(fèi)量各自占能源消費(fèi)總量比重,再利用公式(1)、(2)依次對(duì)我國(guó)城市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的空間差異性進(jìn)行測(cè)度。

如圖1所示,從總差異來(lái)看,各能源所占比重的Theil指數(shù)值從大到小排序?yàn)樘烊粴?.60、油品0.46、電力0.24、煤炭0.14,反映了在這些城市中,煤炭與電力的使用情況較油品和天然氣相對(duì)更加均衡。煤炭作為我國(guó)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)性能源,在發(fā)電、供氣等方面發(fā)揮著不可替代的作用,因而在全國(guó)各城市的能源結(jié)構(gòu)中都占有較高的比重;電力作為現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程和家庭生活不可缺少的一種能源,在我國(guó)是僅次于煤炭而廣泛使用的能源,國(guó)家電網(wǎng)的覆蓋輸送,也在很大程度上降低了其使用的區(qū)域限制。雖然天然氣作為一種清潔、高效的優(yōu)質(zhì)能源已成為世界三大支柱能源之一,但目前在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中所占比例仍非常低,平均不到3%,它的使用受到了國(guó)內(nèi)天然氣管網(wǎng)建設(shè)尚不完善的影響。在一些在管線能夠到達(dá)的城市,如北京、重慶、成都等,天然氣在生產(chǎn)生活都得到非常廣泛的使用,而對(duì)于一些天然氣管網(wǎng)尚未鋪設(shè)至的城市(2005年),如太原、昆明等,天然氣的推廣使用依舊十分緩慢,使用量基本為零,這使得城市與城市之間差距非常大。

其次,地帶內(nèi)差異仍是造成我國(guó)城市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)空間差異的主要原因,各能源的地帶內(nèi)差異對(duì)總差異的貢獻(xiàn)率均超過(guò)了80%(見(jiàn)圖2)。進(jìn)一步分析可知,4種類型能源的消費(fèi)情況均在東部地區(qū)各城市之間相差最大,從另一個(gè)角度來(lái)看,可以說(shuō)東部地區(qū)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)較西部、中部地區(qū)更加呈現(xiàn)出一種無(wú)序化與多樣化的特點(diǎn)。東部特別是沿海地區(qū)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū),經(jīng)濟(jì)處于高速發(fā)展的階段,它們更有能力擺脫我國(guó)資源稟賦的“束縛”,對(duì)能源的選擇體現(xiàn)出需求導(dǎo)向性的特點(diǎn),對(duì)能源品種的選擇也更加多元化,因而城市個(gè)體之間的能源結(jié)構(gòu)相互差異較大。

2.3 我國(guó)省會(huì)城市能源消費(fèi)效率的空間差異測(cè)度

單位GDP能耗是目前評(píng)定我國(guó)“節(jié)能減排”工作的重要指標(biāo)。

同樣,計(jì)算我國(guó)30個(gè)省會(huì)城市2005年萬(wàn)元GDP能耗的Theil指數(shù)值并進(jìn)行區(qū)域分解,結(jié)果如表2所示,同我國(guó)城市能源消費(fèi)水平、結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的空間分異性特點(diǎn)一致,能源消費(fèi)效率的主要空間差異也存在于地帶內(nèi)部,對(duì)總差異的貢獻(xiàn)率為58.9%,且三大區(qū)域內(nèi)部差異從西至東呈現(xiàn)出“V”型變化趨勢(shì),即東部、西部地區(qū)內(nèi)部差距較大,中部最小。如果將我國(guó)西部、中部、東部目前所處發(fā)展的發(fā)展階段看作時(shí)間序列上的三個(gè)階段來(lái)說(shuō)的話,東中西內(nèi)部差異在空間序列上呈現(xiàn)出“V”型變化趨勢(shì)也在一定程度上符合了一些學(xué)者所提出的我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)呈“U”型收斂的結(jié)論,即我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展地域差異也經(jīng)歷了先縮小而又?jǐn)U大的收斂過(guò)程[13-14],原因就在于兩個(gè)地區(qū)均處于較為劇烈的“轉(zhuǎn)型期”,這也許同樣是引起兩個(gè)地區(qū)能源消費(fèi)效率空間差異性顯著的主要原因。

表2 我國(guó)省會(huì)城市能源消費(fèi)效率空間差異情況

3 結(jié)論與討論

(1)目前,我國(guó)城市之間能源消費(fèi)在各個(gè)方面均存在較大差異,因而實(shí)行有差異的分類分區(qū)管理將是我國(guó)開(kāi)展各類能源工作的關(guān)鍵,然而這種分區(qū)管理不能再以我國(guó)傳統(tǒng)的三大區(qū)域的分類為基礎(chǔ)進(jìn)行開(kāi)展,因?yàn)閰^(qū)域內(nèi)部差異占主導(dǎo)地位是目前我國(guó)能源消費(fèi)空間分異現(xiàn)狀的一個(gè)顯著特點(diǎn),這一點(diǎn)在三類指標(biāo)上均有體現(xiàn),特別是消費(fèi)水平和結(jié)構(gòu)兩類指標(biāo)上,地帶內(nèi)部差異對(duì)總差異的貢獻(xiàn)率都非常明顯的高于地帶間差異。因而在能源管理工作的開(kāi)展上,需要按照能源消費(fèi)的特點(diǎn),重新進(jìn)行區(qū)域劃分,但如何選取合適的指標(biāo)以及方法進(jìn)行區(qū)劃是有待解決的問(wèn)題。

(2)根據(jù)三類指標(biāo)的總體Theil指數(shù)值,可以看出大陸30個(gè)省會(huì)城市基本上呈現(xiàn)出能源消費(fèi)效率總差異最大,消費(fèi)水平的總差異次之,而消費(fèi)結(jié)構(gòu)總差異最小。能源效率是我國(guó)目前考核“節(jié)能減排”工作的主要指標(biāo),這一巨大差異說(shuō)明我們?cè)诠?jié)能減排策略實(shí)施上,對(duì)于節(jié)能目標(biāo)的制定不能“一刀切”,要對(duì)節(jié)能目標(biāo)進(jìn)行合理的分解;同時(shí),我們也應(yīng)對(duì)城市間能源消費(fèi)水平和結(jié)構(gòu)指標(biāo)的差異加以考慮,不能單純的將能源效率的提高,萬(wàn)元GDP能耗的下降作為工作的唯一目標(biāo),要以節(jié)能工作為契機(jī),實(shí)現(xiàn)區(qū)域能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整,同時(shí)也不能忽略區(qū)域人民所享受的能源福利,提高全民能源水平,從而實(shí)施高效、經(jīng)濟(jì)、以人為本的節(jié)能策略,降低節(jié)能減排的相對(duì)成本。

(3)區(qū)域內(nèi)部差異是我國(guó)能源消費(fèi)的主要原因,但總的說(shuō)來(lái),東部是城市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、效率空間差異最大而能源消費(fèi)水平差異最小的區(qū)域;西部地區(qū)是能源消費(fèi)水平最不均衡,能源效率空間差異較大的地區(qū),中部地區(qū)內(nèi)部則能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、效率差異最小的地區(qū)。這些特性都在一定程度上體現(xiàn)了各個(gè)地帶的發(fā)展的階段性特點(diǎn),能源消費(fèi)是與城市發(fā)展水平、特點(diǎn)緊密相關(guān)的,對(duì)于發(fā)展水平、模式處于轉(zhuǎn)型期的區(qū)域來(lái)說(shuō),其內(nèi)部的城市更易呈現(xiàn)出較大的空間不均衡性,這類區(qū)域的調(diào)整方向應(yīng)該是在優(yōu)化能源系統(tǒng)的同時(shí)逐漸縮小個(gè)體差距,這樣才能實(shí)現(xiàn)區(qū)域的整體發(fā)展。

(編輯:李 琪)

[1]陳國(guó)階.我國(guó)東中西部發(fā)展差異原因分析[J].地理科學(xué),1997,17(1):1-7.

[2]許月卿,賈秀麗.近20年來(lái)中國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異的測(cè)定和評(píng)價(jià)[J].經(jīng)濟(jì)地理,2005,25(5):600-603.

[3]ZhangL H,Yang Z F,Chen B,et al.Temporal and Spatial Variations of Energy Consumption in Rural China[J].Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, doi:10.1016/j.cnsns.2008.04.019.

[4]梁競(jìng),張力小.中國(guó)省會(huì)城市能源消費(fèi)的空間分布特征分析[J].資源科學(xué),2009,31(12):2086-2092.

[5]張曉平.20世紀(jì)90年代以來(lái)中國(guó)能源消費(fèi)的時(shí)空格局及其影響因素[J].中國(guó)人口·資源與環(huán)境,2005,15(2):38-41.

[6]Steemers K.Energy and the City:Density,Buildings and Transport[J].Energy and buildings,2003,35(1):3-14.

[7]劉慧.區(qū)域差異測(cè)度方法與評(píng)價(jià)[J].地理研究,2006,25(4):710-718.

[8]邱靈,申玉銘,任旺兵,等.中國(guó)能源利用效率的區(qū)域分異與影響因素分析[J].自然資源學(xué)報(bào),2008,23(5):920-928.

[9]AlcantaraV,Duro J A.Inequalityof Energy IntensitiesArcossOECD Countries:A note[J].Energy Policy,2004,32:1257-1260.

[10]劉源遠(yuǎn).中國(guó)能源效率的地區(qū)差異及收斂性研究[D].2008.

[11]Druo J A,Padilla.International Inequalities in Per Capita CO2E-mission:A DecompositionMethodology by Kaya Factors[J].Energy Economics,2006,28:170-187.

[12]查冬蘭,周德群.地區(qū)能源效率與二氧化碳排放的差異性[J].系統(tǒng)工程,2007,25(11):65-72.

[13]黎得福,黃玖立.經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換對(duì)中國(guó)地區(qū)差距變化的影響[J].南開(kāi)經(jīng)濟(jì)研究,2006,1:106-124.

[14]Max,L,Wang Enru.ForgingAhead and FallingBehind:Changing Regional Inequalities in Post-refor m China[J].Growth and Change,2002,33(1):42-71.

AbstractThis paper proposes the use of Theil index to measure urban energy utilization spatial difference of urban energy systems associated with 30 capital cities(the Lhasa was excluded due to lack of data)of Chinese mainland in 2005 from the perspectives of consumption level,consumption structure and consumption efficiency and the inequalities are decomposed into within-group and betweengroup componentswith respect to East,Middle andWest Zones,through which we can achieve a comprehensive qualitative analysis on the urban energy consumption inequalities.The results shows that there is notable inter-urban disparity of energy consumption with regard to energy consumption level,energy structure and energy efficiency,amongwhich energy efficiencypossesses the highest inequality among the 30 cities considered in this study.As a result of the decomposition,within-group inequalities are currently the main contributor to whole inequality values.

Key wordsurban energy systems;spatial inequality;Theil index;energy saving and pollutant reductions

TheM easure and Analysis on the Spatial Inequality of Urban Energy Consumption in China Based on Theil Index

L IANG Jing ZHANG L i-xiao
(State KeyLaboratory ofWater Environment Simulation,School of Environment,BeijingNor malUniversity,Beijing 100875,China)

F206

A

1002-2104(2010)03專-0085-04

2010-03-16

梁競(jìng),碩士生,主要研究方向?yàn)槌鞘心茉聪到y(tǒng)分析。

通訊作用:張力小,博士,講師,主要研究方向?yàn)橘Y源核算與代謝。

＊國(guó)家科技支撐課題(編號(hào):2007BAC28B03);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):40901293);國(guó)家863項(xiàng)目(編號(hào):2007AA06A40405與2007AA06A40406)資助。