程開明

(浙江工商大學(xué) 統(tǒng)計與數(shù)學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310018)

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城市化與能源消耗：一個文獻綜述

程開明

(浙江工商大學(xué) 統(tǒng)計與數(shù)學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310018)

摘要：中國快速城市化進程中面臨著日益嚴峻的能源壓力，圍繞城市化與能源消耗的現(xiàn)實關(guān)聯(lián)性、城市化與能源消耗的關(guān)聯(lián)機制與路徑、城市化延伸特征與能源消耗的關(guān)系等內(nèi)容，系統(tǒng)梳理探討城市化與能源消耗關(guān)系的理論及實證文獻，綜合評述已有研究的特點及不足，展望未來的拓展方向。明晰城市化與能源消耗之間的關(guān)系，有利于確定合理的能耗管理策略，推進新型城市化，實現(xiàn)節(jié)能減排，推動經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級。

關(guān)鍵詞：城市化；能源消耗；城市規(guī)模；城市空間結(jié)構(gòu)；產(chǎn)業(yè)特征

改革開放以來，中國城市化水平從1978年的17.92%提升至2014年的54.77%，城市對于社會、經(jīng)濟及生活的作用更為突出；同期，中國能源消費水平不斷上升，面臨的能源問題備受關(guān)注。在中國，城市能源消耗占到總能耗的75.15%，城鎮(zhèn)居民人均能源消耗量是農(nóng)村居民的6.8倍(Shobhakar,2009)，顯然，城市在能源消耗和溫室氣體排放中占有舉足輕重的地位，節(jié)能減排的重心應(yīng)放在城市。隨著城市化的快速推進，城市規(guī)模不斷擴大，城市結(jié)構(gòu)迅速變化，城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷演進，這些都對能源消耗總量及效率產(chǎn)生顯著的影響。可以預(yù)見，未來中國城市化水平將繼續(xù)提升，能源消費總量也會不斷增加，對于城市化與能源消耗之間的關(guān)聯(lián)機理及實際表現(xiàn)尤其值得關(guān)注和研究。為此，全面、系統(tǒng)地梳理城市化與能源消耗關(guān)聯(lián)機制及現(xiàn)實效應(yīng)的相關(guān)研究文獻，開展綜合性評述，有利于清晰認識城市化與能源消耗之間的關(guān)系，廓清城市化及其延伸特征影響能源消耗的理論機制與具體路徑，拓寬解決日益嚴峻的能源問題的視野與途徑，進而提出有針對性的能耗管理策略。

一、城市化與能源消耗的關(guān)聯(lián)表征

從20世紀80、90年代至近幾年，利用截面數(shù)據(jù)的相關(guān)回歸分析及時序數(shù)據(jù)的雙變量或多變量協(xié)整技術(shù)，檢驗發(fā)達國家和發(fā)展中國家城市化與能源消耗之間關(guān)系的文獻大量出現(xiàn)。

(一)基于截面及面板數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)表現(xiàn)

眾多文獻利用不同的數(shù)據(jù)來源及模型，從國家、城市及家庭等多個層面探討了城市化與能源消耗、溫室氣體排放之間的關(guān)系(Poumanyvong et al.,2011)。

1.宏觀層面。一些研究利用國家層面的截面及面板數(shù)據(jù)，得出城市化增加能源需求、產(chǎn)生更多溫室氣體排放，即城市化與能源消耗之間正相關(guān)的結(jié)論(Jones,1991;Parikh et al.,1995;York,2007)。這種正相關(guān)性既在發(fā)達國家中有所體現(xiàn)，譬如西歐國家、美國等，也體現(xiàn)于發(fā)展中國家，譬如印度、中國、新喀里多尼亞(Mishra et al.,2009)等。鑒于較少研究量化與系統(tǒng)地探討處于不同發(fā)展階段國家的城市化對交通能源使用的影響，Poumanyvong et al.(2011)利用STIRPAT模型實證檢驗了1975—2005年高、中、低收入國家的城市化對交通運輸能源使用的影響效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)兩者之間正向關(guān)聯(lián)，影響效應(yīng)在不同收入組之間具有顯著差異。Adnan et al.(2015)利用1992—2010年新歐盟成員國和申請加入歐盟國家的面板數(shù)據(jù)，驗證了環(huán)境庫茨涅茲曲線的存在，發(fā)現(xiàn)城市化是推動能源消耗上升的格蘭杰原因。

另有一些文獻則指出城市化與能源消耗之間存在負相關(guān)性，Mishra et al.(2009)發(fā)現(xiàn)，在斐濟、法屬波利尼西亞、薩摩亞群島和湯加等國家或地區(qū)，城市化與能源消耗之間呈負相關(guān)。利用EKC模型和OECD數(shù)據(jù)，Liddle(2004)發(fā)現(xiàn)，城市化和人口密度對人均交通能源產(chǎn)生負向影響，城市化與城市密度提升了公共交通等基礎(chǔ)設(shè)施的使用效率，從而降低了能耗使用和排放。

在城市層面，代表性的研究是Newman et al.(1989)對城市密度與交通能源消耗關(guān)系的檢驗，他們發(fā)現(xiàn)城市密度越高，人均交通能源消耗越低。中國城市緊湊度對家庭能源消費具有負向影響；處于較高發(fā)展階段的城市(譬如東京、首爾)其人均二氧化碳排放水平要低于較低發(fā)展階段的城市(譬如北京、上海)。Hankey et al.(2010)分析1950—2000年142個美國城市數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，期間城市密度不斷下降，而行車公里數(shù)、交通能源消耗及排放量不斷上升，城市家庭每戶行車公里數(shù)低于農(nóng)村地區(qū)家庭，城市化與總體交通排放之間正相關(guān)。IEA(2008)報告顯示，美國城市居民的交通能源消耗要比平均水平低11%，說明城市化與交通能源消耗負相關(guān)。一些研究發(fā)現(xiàn)，城市工業(yè)和服務(wù)業(yè)水平的差異也會影響到人們的交通需求和交通能源(Jones,2001)。

2.微觀層面。家庭收入水平對于家庭能源消費總量和結(jié)構(gòu)的影響顯著，高收入家庭往往使用較多的能源，而低收入者的能源消耗較少；另外，家庭規(guī)模的擴大對人均用能的影響不明顯，但家庭空間與設(shè)施共享帶來的規(guī)模效應(yīng)使得人均能源消耗水平下降(Vringer et al.,2007)。表面上看，印度城市家庭的平均能源消耗明顯高于農(nóng)村家庭，而一旦控制家庭支出水平、家庭規(guī)模和住戶類型等變量后，城市家庭的能源消耗量比農(nóng)村家庭更小(Pachauri et al.,2008)；印度農(nóng)村住戶的總體能源消耗明顯超過城市住戶，但在泰國東北部地區(qū)城市化與家庭能源消耗總量之間正相關(guān)。

3.中國表現(xiàn)。中國城市化與能源消費的關(guān)系也為較多文獻所探討，結(jié)果顯示城市化水平與能源需求之間存在較強的正相關(guān)性，中國城市化趨勢與煤炭、石油、天然氣等主要能源需求之間的相關(guān)系數(shù)均高于0.7(Shen et al.,2005)。中國城市化在提高居民生活水平的同時，也推動了能源消耗的快速上升。Zhang et al.(2012)利用1995—2010年中國省級面板數(shù)據(jù)的STIRPAT模型發(fā)現(xiàn)，城市化會對能源消耗產(chǎn)生推動效應(yīng)，但影響效應(yīng)在地區(qū)之間存在顯著差異，從西部到中部再到東部，影響效應(yīng)逐步遞減。城市化給中國能源供應(yīng)與自然環(huán)境帶來日益上升的壓力，其引致的經(jīng)濟增長使生產(chǎn)性能源消費顯著增加，但帶來的規(guī)模經(jīng)濟和技術(shù)優(yōu)勢使得人均居住能源消費的增速變緩，技術(shù)進步則有利于減少生產(chǎn)性能耗。

國內(nèi)一些文獻也對中國城市化與能源消耗之間的關(guān)系進行了探析，結(jié)果顯示：隨著城市化推進，人均能源消耗不斷增加，城市化水平與煤炭、石油、天然氣消費量的相關(guān)系數(shù)都在0.9以上(耿海青, 2004)，但城市化對能源消耗的正向影響存在著顯著的區(qū)域差異性。王子敏等(2012)利用2000—2009年中國省級面板數(shù)據(jù)建立時間和空間雙固定效應(yīng)的面板空間杜賓模型，發(fā)現(xiàn)存在一條U型的城市化能耗庫茲涅茨曲線，現(xiàn)階段城市化水平處于曲線的右側(cè)部分，對能耗增長的貢獻較大。

(二)基于時序數(shù)據(jù)的動態(tài)關(guān)系

一些文獻利用時序數(shù)據(jù)考察城市化與能源消耗量之間的格蘭杰因果關(guān)系(Liu,2009)。AI-Mulali et al.(2013)利用完全修正最小二乘法，考察1980—2008年全球8個地區(qū)城市化與能源消耗之間的動態(tài)關(guān)聯(lián)性，發(fā)現(xiàn)兩者具有長期正向關(guān)聯(lián)性的國家占到84%，16%呈現(xiàn)出混合性結(jié)果，即部分國家呈負相關(guān)，一些低收入國家的關(guān)聯(lián)性不顯著。對中東和北非國家的城市化與能源消耗之間關(guān)系的面板協(xié)整分析表明，兩者之間存在協(xié)整關(guān)系，動態(tài)最小二乘估計得到它們之間的雙向正關(guān)聯(lián)性，但這種關(guān)聯(lián)性隨國家收入與發(fā)展水平不同而有所差異。Halicioglu(2007)根據(jù)土耳其1968—2005年的時序數(shù)據(jù)，利用ARDL方法檢驗?zāi)茉聪摹⒛茉磧r格、GDP與城市化之間的格蘭杰因果關(guān)系，驗證了GDP、能源價格及城市化對能源消耗長期格蘭杰因果關(guān)系的存在，而短期因果關(guān)系不確定。Liu(2009)利用一個包括能源消耗、人口增長、經(jīng)濟增長和城市化的生產(chǎn)函數(shù)，借助ARDL方法和因素分解模型給出中國城市化與能源消耗關(guān)聯(lián)性證據(jù)，即總體能源消耗與城市化水平之間存在長期穩(wěn)定的關(guān)系，無論從長期還是短期看，城市化都構(gòu)成總體能源消耗的格蘭杰原因。根據(jù)中國1978—2010年國家與省級時序數(shù)據(jù)，開展城市化與能源強度之間動態(tài)關(guān)系的探析，Liu et al.(2013)發(fā)現(xiàn)城市化與能源強度之間存在著非線性因果關(guān)系。Salim et al.(2014)根據(jù)OECD國家1980—2011年數(shù)據(jù)，利用STIRPAT模型分析城市化對可再生與不可再生能源消耗的影響，發(fā)現(xiàn)城市化是導(dǎo)致不可再生能源消耗上升的顯著因素。

由于城市居民的能源消耗水平明顯高于農(nóng)村居民，城市化必然導(dǎo)致能源消耗總量增加。對中國城市化與能源消費之間動態(tài)關(guān)系的實證分析表明，兩者之間存在長期均衡關(guān)系，城市化水平提高是導(dǎo)致能源消費量增加的格蘭杰原因(劉耀彬,2007；胡宗義 等,2011)。王強等(2010)構(gòu)建了城市化演進的能源消費總量響應(yīng)、結(jié)構(gòu)響應(yīng)和效率響應(yīng)模型，發(fā)現(xiàn)1978年以來中國城市化與能源消費總體上來看較為協(xié)調(diào)，城市化發(fā)展對能源消費結(jié)構(gòu)優(yōu)化的作用強度不但沒有增大反而呈減小趨勢，城市化對能源消費效率提高的作用強度具有波動性逐步加強的特征。當(dāng)然，也有文獻指出，城市化對能源消耗的影響主要體現(xiàn)在生活用能方面，城市化水平提高對能源強度下降具有較強的促進作用。

二、城市化與能源消耗的關(guān)聯(lián)機制

至于城市化與能源消耗關(guān)聯(lián)性的內(nèi)在原因，不同學(xué)者給出不同角度的解釋。城市化水平的提高一方面通過促進經(jīng)濟增長等途徑帶來的規(guī)模效應(yīng)而導(dǎo)致能源消耗增加，另一方面通過降低第二產(chǎn)業(yè)的能耗強度等技術(shù)效應(yīng)或提高第三產(chǎn)業(yè)比重等結(jié)構(gòu)效應(yīng)而減少能源消耗。

(一)城市化影響能源消耗的機制與路徑

通過解析城市化影響能源消耗的理論機制及路徑，研究發(fā)現(xiàn)城市化對能源消耗的影響是規(guī)模效應(yīng)、技術(shù)效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)和階段性效應(yīng)的綜合作用結(jié)果。

1.規(guī)模效應(yīng)。城市化主要表現(xiàn)為城鎮(zhèn)數(shù)量的增加和城市規(guī)模的擴大，是生產(chǎn)要素逐步向城鎮(zhèn)集中的過程，進而引致大規(guī)模的建筑、交通、道路等設(shè)施建設(shè)，而無論是建設(shè)過程中還是建成后投入運行，都要消耗大量能源。快速城市化進程的大量新增建筑，除直接增加城鎮(zhèn)建筑的總體能源消耗外，還將拉動水泥、鋼材、玻璃等高耗能行業(yè)的迅速發(fā)展(王蕾 等,2014)。此外，城市化還通過固定資產(chǎn)投資、技術(shù)進步和人力資本等中介因素促進經(jīng)濟增長，從而間接影響能源消耗(徐安,2011)。

2.技術(shù)效應(yīng)。城市化促使生產(chǎn)要素在空間上的聚集，進而匯集大量專業(yè)化企業(yè)和人才，形成專業(yè)化與多樣性條件；城市有利于人力資本積累、面對面的交流，為技術(shù)創(chuàng)新創(chuàng)造良好環(huán)境，促使新技術(shù)產(chǎn)生。城市完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施和良好的交流氛圍，也有利于技術(shù)創(chuàng)新的快速擴散。所以，城市化使得技術(shù)創(chuàng)新的成本更低、效率更高。而技術(shù)創(chuàng)新既可以提高能源利用效率直接影響能源消耗，又能夠通過促進經(jīng)濟增長而間接帶動能源消耗(王蕾 等,2014)。

3.結(jié)構(gòu)效應(yīng)。由于城鎮(zhèn)居民的能源消耗水平明顯高于農(nóng)村居民，城市化促使農(nóng)村勞動力向城市轉(zhuǎn)移必然導(dǎo)致生活用能上升。城市化水平的提高有助于促進產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等不斷調(diào)整(王強 等, 2010)，資源配置更加合理，能源利用效率不斷提高，從而降低能源消費。另外，城市化會導(dǎo)致能源消費結(jié)構(gòu)發(fā)生變動(程開明,2011)：一方面，農(nóng)民以農(nóng)作物秸稈和動物糞便等生物能、煤炭等作為主要能源，而城市居民則主要消耗電力、天然氣等商品能源；另一方面，城市基礎(chǔ)設(shè)施完善，為電力、天然氣等優(yōu)質(zhì)能源供給提供了便利。所以，城市化有利于降低煤炭所占比重，提升電力、天然氣等優(yōu)質(zhì)能源的比例，這種結(jié)構(gòu)變化將影響能源消耗強度與總量。

4.階段性效應(yīng)。不同的城市化模式對能源消耗和環(huán)境質(zhì)量的影響不一，且對于不同發(fā)展階段的地區(qū)或國家也有所差異(Poumanyvong et al.,2011)。早期階段，城市化引起的人口鄉(xiāng)城轉(zhuǎn)移會推動生活用能快速上升，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從以農(nóng)業(yè)為主向以工業(yè)為主轉(zhuǎn)變，推動能源消耗水平大幅上升；中期階段，城市化推動經(jīng)濟增長、提高居民生活用能，輕工業(yè)逐漸向重工業(yè)轉(zhuǎn)移，進而帶來能源消耗總量的持續(xù)上升；成熟階段，城市化進程放緩，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以第三產(chǎn)業(yè)為主，城市帶動的技術(shù)創(chuàng)新速度加快，人均能耗增長減緩或基本穩(wěn)定，能源消耗消費強度趨于下降。

(二)城市化影響能源消耗總量

城市化導(dǎo)致的汽車擁有量增加、勞動力轉(zhuǎn)移、城市建設(shè)、大城市比重提高等，都是促進能源消費總量增長的重要因素，同時農(nóng)村經(jīng)濟非農(nóng)化對能源消費總量的增長也起到一定的推動作用(王強 等, 2010)。Parikh et al.(1995)分析了城市化增加人均能源消耗量的兩條路徑：一是通過產(chǎn)品與服務(wù)需求的增加而提高能源消耗；二是直接增加生活和交通能源消耗。

城市化通過促進經(jīng)濟增長等規(guī)模效應(yīng)，引起能源消耗總量增加；城市化通過帶動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，特別是第二、第三產(chǎn)業(yè)的快速增長必然導(dǎo)致能源消耗上升(徐安,2011)。另外，城市化有利于人均收入水平的提高，增強居民的實際購買力，提升對電冰箱、空調(diào)機等耐用消費品的需求，從而帶來生活用能的增加。從農(nóng)村遷移到城市使居民對電力的使用更為方便，因而傾向于購買更多的家用電器且使用時間更長，增加了能源消耗。

隨著經(jīng)濟發(fā)展和城市化的深入推進，多數(shù)城市的功能逐步從生產(chǎn)型向消費與服務(wù)型轉(zhuǎn)化，建筑和交通能耗成為城市能源消耗的主要構(gòu)成。一些研究指出，城市化與能源消耗的正相關(guān)性主要源于城市化會增加交通能源消耗(Jones,2001)，城市化鼓勵更多的汽車出行及延長出行距離進而增加交通能源消耗，城市居民私家車的擁有量也遠超過農(nóng)村，機動車擁有量的增多和使用次數(shù)及距離的增加，使得交通能耗大幅度增長(黃飛雪 等,2011)。鄭思齊等(2010)指出，快速城市化帶來城市空間結(jié)構(gòu)的迅速擴張和重構(gòu)，機動車保有量增加，以及交通擁堵所導(dǎo)致的車速緩慢、汽油燃燒效率偏低等，都大大增加了城市交通的能源消耗與碳排放量。

(三)城市化與能源消耗結(jié)構(gòu)

農(nóng)村居民向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移帶動的能源消費結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致能源消費結(jié)構(gòu)由直接燃燒煤炭和有機物而轉(zhuǎn)向使用電力、石油、天然氣等較清潔的能源(黃飛雪 等,2011)，因為城市居民用能以商品能源為主，電力、天然氣等優(yōu)質(zhì)能源占比較高。Pachauri et al.(2008)指出，城市化導(dǎo)致居民能源消費從傳統(tǒng)的有機物燃料向商業(yè)燃料轉(zhuǎn)變，因為農(nóng)村地區(qū)對燃燒效率較低的化石燃料(生物、木炭、煤等)依賴程度較高，而城市地區(qū)更多是使用高效率的商業(yè)化和網(wǎng)絡(luò)化燃料。另外，城市化引起基本生活需求的用能比例下降，享受型生活用能比例上升。

Liu(2009)認為，產(chǎn)業(yè)與技術(shù)結(jié)構(gòu)的提升有助于提高能源利用效率，導(dǎo)致城市化對能源使用的正向影響效應(yīng)隨著城市化進程而逐步減弱。張馨等(2011)通過測算中國居民家庭能源消費發(fā)現(xiàn)：2000—2007年城鎮(zhèn)居民家庭的直接能耗和間接能耗都呈上升趨勢，農(nóng)村居民家庭的直接能耗逐年增加而間接能耗下降；在不考慮其他因素的前提下，一個農(nóng)村居民轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘芯用?，將增加能源消費量1085.26千克標煤。

(四)城市化階段的差異化影響

不同經(jīng)濟部門的城市化機制差異將引起城鎮(zhèn)能源需求的增長和能源組合的變動，這種關(guān)聯(lián)性在發(fā)達國家與發(fā)展中國家、發(fā)展中國家之間都有所不同。高收入城市的溫室氣體排放量比平均水平明顯要低，原因是：一方面，這些城市具有更高的建筑密度和更低的人均居住面積，導(dǎo)致其相對于郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)在制熱、制冷等方面的能源消耗更低；另一方面，這些城市通常擁有發(fā)達的公共交通系統(tǒng)從而小汽車擁有水平相對較低，交通能耗相對減少。岳立等(2014)運用STIRPAT模型分析發(fā)現(xiàn)，不同城市化水平對能源消耗的影響存在差異，低水平組中城市化率對能源消耗的影響效應(yīng)最大，高水平組中能源消耗對城市化率呈倒U型環(huán)境庫茨涅茲曲線。

城市化發(fā)展階段與能源消耗具有內(nèi)在邏輯聯(lián)系，即中國經(jīng)濟快速增長推動城市化進程，而當(dāng)前城市化進程中的工業(yè)化特征體現(xiàn)為高耗能產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展(林伯強 等,2010)，所以城市化會提高整體能源消費水平。中國城市化和工業(yè)化是能源消費變動的主要原因，不同城市化階段對能源消費的影響存在差別(梁朝暉,2010)：一是能源消費增長主要受工業(yè)化驅(qū)動，而受城市化的影響較??；二是能源消費受城市化的影響逐步變大，而受工業(yè)化的影響變?。蝗浅鞘谢c工業(yè)化共同驅(qū)動能源消費的增長。當(dāng)前，中國城市化處于中期階段，其對能源消耗的影響不僅具有當(dāng)期效應(yīng)，還具有累積效應(yīng)(黃飛雪 等,2011)。在城市化發(fā)展的不同階段，城市化所伴生的各種問題也將對能源消耗產(chǎn)生非線性影響(王子敏 等,2012)：前期階段，城市化促進了人口、資源、知識等要素的集聚，有利于生產(chǎn)力的提高和技術(shù)進步，推動能源效率提高；隨著城市化的推進，城市交通擁堵等負外部性、居民能源消費傾向提高等都會導(dǎo)致能源消耗上升。

三、城市化延伸特征與能源消耗

伴隨著城市化的推進，一個國家或地區(qū)的城市會形成不同的規(guī)模等級、空間結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)分工，這些城市化延伸特征也對能源消耗產(chǎn)生差異化影響。

(一)城市規(guī)模與能源消耗

伴隨經(jīng)濟發(fā)展、城市化和人口增長而不斷擴張的城市規(guī)模，引致更多的交通需求，導(dǎo)致更多的能源消耗。Jones(1991)認為，城市化使城市產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)，從而增加單位產(chǎn)出的能源消耗。顯然，能源消耗與城市規(guī)模存在相關(guān)性，城市越大，通勤和擁堵引起的能源浪費量越多，所以特大城市的通勤能源消耗通常高于人口規(guī)模為100萬～200萬人的城市(Parikh et al.,1995)。對于人均GDP相同的城市，城市規(guī)模、城市類型、建筑和交通模式及用能行為可能是決定城市能耗差別的主要因素。Chen et al.(2011)以中國珠江三角洲地區(qū)5個快速成長的城市(東莞、佛山、廣州、深圳和中山)為樣本，利用面板數(shù)據(jù)估計城市土地利用與能源消耗之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)城市規(guī)模與能源消耗正相關(guān)，分散型的城市土地利用模式與能源消耗正相關(guān)。

不同規(guī)模城市的技術(shù)節(jié)能效果存在明顯差異，能源效率也存在很大區(qū)別(洪麗璇 等,2011)。以能源強度指標衡量，超大規(guī)模城市的能源利用效率最高，其他規(guī)模水平的城市能源效率則較低。洪麗璇等(2011)實證發(fā)現(xiàn):人口在20萬～50萬人之間的中等城市結(jié)構(gòu)效應(yīng)、技術(shù)效應(yīng)和規(guī)模效應(yīng)最為明顯；更大人口規(guī)模的城市，其結(jié)構(gòu)效應(yīng)和技術(shù)效應(yīng)隨人口規(guī)模的擴大而有所減弱；超大規(guī)模城市的人口和工業(yè)擴張不一定導(dǎo)致能源消耗的持續(xù)增長和低效率的能源利用，關(guān)鍵在于能否有效發(fā)揮技術(shù)節(jié)能的潛力。武俊奎(2012)則發(fā)現(xiàn)，50萬～100萬人的中等城市、100萬～300萬人的大城市以及300萬～1000萬人的特大城市，其節(jié)能效果好于其他規(guī)模等級的城市，大城市和中等規(guī)模城市比小城鎮(zhèn)能源利用效率更高、碳排放更低。

(二)城市空間結(jié)構(gòu)與能源消耗

不同城市形態(tài)對能源消耗的影響不一樣，城市化與能源消耗之間的關(guān)系在緊湊型城市與蔓延型城市之間存在顯著差異。緊湊城市理論主要討論城市緊湊化發(fā)展所帶來的環(huán)境效益，認為高密度城市更有利于發(fā)揮公共基礎(chǔ)設(shè)施(包括公共交通、學(xué)校和供水等)的規(guī)模經(jīng)濟，降低對汽車通行的依賴度、通行距離及電力輸送的損耗，進而減少能源消耗和排放(Jenks et al.,1996)。而分散型的城市土地利用必然導(dǎo)致通行距離的增加，不規(guī)則的土地利用模式也將導(dǎo)致能源消耗的增加。Newman et al.(1989)對比世界主要大城市的人均石油消耗量與人口密度后發(fā)現(xiàn)，城市密度與人均能耗之間存在著規(guī)律性聯(lián)系，提高城市密度并改善交通有利于降低能源消耗及氣體排放量。由于此文未對城市的社會經(jīng)濟變量加以控制，因而無法真正揭示城市形態(tài)和家庭能源消耗之間的關(guān)系，并引起相應(yīng)的爭論(Mindali et al.,2004)。一些批評意見認為，城市密度上升將導(dǎo)致更嚴重的交通擁堵、人口擁擠和空氣污染，這些負面效應(yīng)可能超過緊湊城市所帶來的效益，導(dǎo)致能源消耗和排放的增加，因為如果沒有充足的城市基礎(chǔ)設(shè)施支撐，高密度必將引發(fā)一系列城市環(huán)境問題。還有一些批評意見則主要針對緊湊城市政策的實際可行性，如Sharpe(1982)指出，如果將墨爾本的人口密度提高三倍則只能節(jié)約11%的交通能耗，提高密度和加大公共交通投資的規(guī)劃政策效果不太明顯且具有區(qū)域性差異。

針對城市形態(tài)對能源消耗和碳排放的影響存在不確定性，Anderson et al.(1996)對兩者之間的關(guān)系進行了全面的文獻回顧，激發(fā)大量后續(xù)文獻利用更復(fù)雜和綜合的數(shù)量模型開展實證分析。美國家庭通勤調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，城市形態(tài)對通勤行為的影響隨測度指標選擇的不同而有較大差異，城市形態(tài)對汽車能耗的直接效應(yīng)不明顯，而是通過通行速度等渠道對能源消耗產(chǎn)生間接影響。Anne-Francoise et al.(2013)利用比利時10年一次的調(diào)查數(shù)據(jù)，分析能源消耗、通勤距離與學(xué)生通勤模式選擇之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)：土地利用模式與學(xué)生通勤能耗之間的關(guān)系與以往文獻中得到的城市形態(tài)與上班通勤能耗的關(guān)系明顯不同；中學(xué)和大專院校在城市中心的高度集中會引致更高的能耗比率，幼兒園和小學(xué)的分散將導(dǎo)致更低的能源消耗和更多的步行與騎車行為。Chen et al.(2008)則認為，城市形態(tài)對能源消耗的影響較為復(fù)雜，珠江三角洲5個城市的遙感影像數(shù)據(jù)顯示，城市土地利用的破碎化和不規(guī)則化程度與能源消耗正相關(guān)，最大城市斑塊的控制度與能源消耗負相關(guān)。

城市空間的緊湊型發(fā)展，能夠有效提高土地使用效率，導(dǎo)致更高的容積率與居住密度，減少住宅與外界的接觸面積，進而提高能源利用效率，減少能耗損失(Zheng et al.,2010)。范進(2011)通過構(gòu)建城市密度對能源消耗影響的經(jīng)濟學(xué)模型，分析中國地級市交通、家庭能耗與城市密度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)城市低密度化發(fā)展會導(dǎo)致城市能耗增加。利用UITP數(shù)據(jù)庫中87個城市的截面數(shù)據(jù)與中國286個地級以上城市的面板數(shù)據(jù)開展計量分析，程開明(2011)發(fā)現(xiàn)，城市緊湊度越高人均能源消費量越低，經(jīng)濟發(fā)展是造成能源消耗不斷增加的重要因素。解析城市密度與能耗消耗之間的關(guān)聯(lián)機制，發(fā)現(xiàn)城市密度主要通過交通能耗與家庭能耗兩條路徑影響能耗總量：其一，較低的城市密度往往導(dǎo)致交通網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)設(shè)施相對分散，居民的出行距離增加且交通出行更依賴于私人小汽車，不利于發(fā)揮公共交通的規(guī)模效應(yīng)，導(dǎo)致交通能耗增加；其二，城市低密度發(fā)展導(dǎo)致對住房采暖、制冷、照明的要求更高，能源損耗更大，家庭能耗總量增加(滕飛 等,2011)?？梢姡鞘械兔芏劝l(fā)展必然導(dǎo)致能源消費總量增加，緊湊城市則是提高能源效率的有效途徑之一。

(三)城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與能源消耗

眾多文獻指出，伴隨著工業(yè)化與城市化進程的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動是影響能源消耗的重要因素。城市化主要推動第二產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)升級和第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而不同產(chǎn)業(yè)的能耗系數(shù)不同，三次產(chǎn)業(yè)的能源強度也存在明顯差異，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化必然對能源消費產(chǎn)生重要影響(劉暢,2012)。發(fā)達國家的經(jīng)驗表明，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的演進在相當(dāng)程度上影響著經(jīng)濟增長與能源消耗。

早期一些研究認為，能源消耗強度下降主要由產(chǎn)出結(jié)構(gòu)的變化所引起。行業(yè)間的結(jié)構(gòu)變化是美國近40年能源消耗強度下降的主要因素，但1980年后部門內(nèi)部的效率改進則起到更重要的作用。中國經(jīng)濟及能源數(shù)據(jù)按三次產(chǎn)業(yè)進行分解表明，能源消耗強度降低的主要動力來自各產(chǎn)業(yè)能源效率的提高，而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化降低能源強度的效應(yīng)逐步減弱。周勇等(2006)采用AWD法對中國1980—2003年能源消耗強度的變化進行分解，發(fā)現(xiàn)各因素在不同階段的作用有所差異，其中結(jié)構(gòu)變化在20世紀90年代中期前對能源消耗強度的下降起主導(dǎo)作用，之后逐漸減弱甚至產(chǎn)生負作用。

伴隨著中國城市化進程的加快，工業(yè)部門內(nèi)部結(jié)構(gòu)重心從輕工業(yè)逐步轉(zhuǎn)移到重工業(yè)，呈現(xiàn)出重工化趨勢，而重工業(yè)單位產(chǎn)值能耗遠大于輕工業(yè)，這一結(jié)構(gòu)調(diào)整大大拉動能耗總量的快速增長。能源消費不斷上升主要不是由第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)引起，而是由第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展所造成，工業(yè)增加值占GDP比重、城鎮(zhèn)人口比重都會增加能源消費，第三產(chǎn)業(yè)比重則會降低能源消費。李春發(fā)等(2012)運用協(xié)整分析、誤差修正模型和Granger因果關(guān)系檢驗，對能源消耗總量與產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平間的長期均衡和短期波動關(guān)系進行探討，結(jié)果表明，天津市能源消耗量與三次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值之間均存在協(xié)整關(guān)系和一定方向的因果關(guān)系。

四、評述及展望

已有文獻的系統(tǒng)回顧顯示，城市化及其延伸特征會對能源消耗產(chǎn)生較強的影響效應(yīng)，彼此之間存在現(xiàn)實關(guān)聯(lián)性。同時，我們也看到，由于以往文獻中采用的研究方法、資料所屬時間、樣本國家或地區(qū)選擇等不同，對于城市化與能源消耗關(guān)系的實證結(jié)論存在較大差異。這些爭議性研究結(jié)論也從一個側(cè)面說明，城市化與能源消耗之間的關(guān)系較為復(fù)雜，兩者之間可能并不存在某種確定性的關(guān)聯(lián)機制。

能源消耗很大程度上影響著環(huán)境質(zhì)量，能源消耗快速增加帶來的環(huán)境污染和氣候變化問題不斷凸現(xiàn)。中國經(jīng)濟增長及城市化進程中對能源的利用存在大量粗放狀態(tài)，加劇了能源消耗對環(huán)境、氣候造成的壓力，能源消耗已成為經(jīng)濟社會持續(xù)健康發(fā)展的重大問題，在未來發(fā)展過程中如何應(yīng)對日益嚴重的能源與碳排放問題須認真考量。綜觀國內(nèi)外研究動態(tài)，本文發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有文獻對“城市化與能源消耗”這一總體框架中的部分內(nèi)容闡述得還不夠深入、充分，甚至較少涉及，其中國內(nèi)的相關(guān)研究又尤顯滯后，具體表現(xiàn)為以下幾個方面：

(1)尚未明晰城市化與能源消耗之間的關(guān)聯(lián)性受到國家或地區(qū)發(fā)展階段、收入水平的影響及內(nèi)在機制與程度。很多研究在考察城市化與能源消耗之間關(guān)系，給出兩者之間的相關(guān)性時，沒有考慮不同發(fā)展階段所帶來的影響；鑒于這一不足，部分文獻初步注意到不同發(fā)展水平對兩者關(guān)系的影響(Poumanyvong et al.,2011)，但主要是利用國別數(shù)據(jù)且未深入探討內(nèi)在機制，得到的結(jié)論也不一致。由于中國不同地區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展階段、收入水平存在較大差異，必然導(dǎo)致各地區(qū)城市化對能源消耗的影響呈現(xiàn)出異質(zhì)性特征，因此這種影響的內(nèi)在機制及具體表現(xiàn)有待于進一步深化研究。

(2)對城市規(guī)模與能源效率之間關(guān)系的分析過于簡化，不夠透徹。少數(shù)文獻涉及對城市規(guī)模與能源效率之間關(guān)系的描述(Parikh et al.,1995)，但通常只是簡單地考察兩者之間的線性相關(guān)性，而沒有利用定量模型對城市規(guī)模影響能源效率的顯著性進行估計?，F(xiàn)實中，城市規(guī)模對能源消耗的影響很有可能是非線性的，即可能存在某一最佳城市規(guī)模，此時城市能源效率最高，而低于或超過這一城市規(guī)模，城市能源效率會下降，即城市規(guī)模與能源效率之間表現(xiàn)為二次曲線特征?，F(xiàn)實中這一假定是否成立？背后的機理是什么?顯然還需要開展理論探析并利用分規(guī)模等級的大樣本城市數(shù)據(jù)進行計量檢驗。

(3)對城市空間結(jié)構(gòu)影響能源消耗內(nèi)在機理的解析不夠全面，而針對中國城市的實證分析更是缺乏。從文獻回顧可知，涉及城市空間結(jié)構(gòu)對能源消耗影響的研究集中于實證考察，對于兩者之間內(nèi)在關(guān)聯(lián)機理的論述還不夠充分，且較為分散，有必要在已有研究的基礎(chǔ)上加以系統(tǒng)綜合、提煉。已有實證研究中，對于城市空間結(jié)構(gòu)的衡量通常只利用“人口密度”作為代表性指標(人口密度越高城市空間越緊湊)，顯然存在明顯的不足，因為城市密度難以全面反映城市空間結(jié)構(gòu)，具有相同人口密度的城市可能表現(xiàn)出單一中心結(jié)構(gòu)、輻射狀結(jié)構(gòu)和多核心結(jié)構(gòu)等不一樣的模式，土地利用程度也可能存在較大差異?？梢姡斜匾獦?gòu)建包括人口、經(jīng)濟、交通、形態(tài)等多子系統(tǒng)的城市緊湊度綜合評價指標體系，以此開展城市緊湊度的綜合測評，進而考察其與能源消耗之間的關(guān)系，得到更為全面、準確的結(jié)論。另外，已有文獻對于中國城市空間結(jié)構(gòu)與能源消耗之間關(guān)系的關(guān)注不夠，對于中國這樣的發(fā)展中大國，由于人口多、密度高，緊湊型城市是否具有現(xiàn)實可行性，能否作為未來的發(fā)展目標，還需要結(jié)合城市的能源消耗情況展開深入研究。

(4)已有研究較多地探討了城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對能源消耗的影響，而對于城市產(chǎn)業(yè)的專業(yè)化、多樣性特征如何影響能源消耗，哪種特征更有利于提升能源效率，還鮮有涉及。城市作為社會分工的產(chǎn)物，聚集著高度專業(yè)化的企業(yè)、專業(yè)性人才。城市也是人類聚居的聯(lián)合體，不同類型的人聚集于城市，興趣、能力、需求、財富等各不相同，促成了多樣性環(huán)境的形成?，F(xiàn)實中，城市產(chǎn)業(yè)通常表現(xiàn)為專業(yè)化與多樣性共存。伴隨著城市化發(fā)展，城市產(chǎn)業(yè)的專業(yè)化、多樣性不斷演化，進而對能源消耗產(chǎn)生影響，究竟是專業(yè)化還是多樣性更有利于提升能源效率，還未發(fā)現(xiàn)相關(guān)論述，因而迫切需要開展相應(yīng)的理論探求與實證分析，以增強對城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的政策性指導(dǎo)。

未來，基于城市化及其延伸特征視角開展能源消耗問題的研究，不僅能夠彰顯城市化對于能源問題的重要性，有利于明晰城市化與能源消耗的關(guān)聯(lián)機理，而且可以通過量化分析結(jié)論為政府部門確定合理的能耗管理策略提供依據(jù)，使解決日益嚴峻的能源問題具有更寬廣的視野與途徑。鑒于已有研究的基礎(chǔ)與不足，從理論上探究城市規(guī)模、城市空間結(jié)構(gòu)、城市產(chǎn)業(yè)特征影響能源消耗的理論機制，并實證解析中國城市的現(xiàn)實表現(xiàn)，無疑有利于在已有成果基礎(chǔ)上深化同類研究，對于履行中國在碳排放方面的國際承諾，推進經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級具有現(xiàn)實意義。

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(責(zé)任編輯彭江)

Urbanization and Energy Consumption: An Overview

CHENG KaiMing

(School of Statistics and Mathematics, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018)

Abstract:With the rapid development of urbanization in China, pressure of energy is becoming more and more obvious, and energy consumption in cities accounts for more than two-thirds of the total energy consumption. This paper carries out a comprehensive and systematic survey of literature about the relationship between urbanization and energy consumption including the correlation between urbanization and energy consumption, mechanism and path of urbanization impacting energy consumption, extension characteristics of urbanization on energy consumption. Comprehensive review of advantages and disadvantages about existing research is achieved. The future direction of this field is put forward. Understanding the relationship between urbanization and energy consumption is helpful to determine reasonable energy management strategy, advance new type urbanization, achieve energy conservation and emissions reduction, and promote economic transformation and upgrading.

Keywords:urbanization; energy consumption; urban size; urban spatial structure; characters of industry

收稿日期：2015-10-14

作者簡介：程開明(1975--)，男，湖北廣水人，浙江工商大學(xué)統(tǒng)計與數(shù)學(xué)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。

基金項目：國家自然科學(xué)基金面上項目“城鎮(zhèn)化進程中的能源消耗：影響機理、中國實證及管理策略”(71373240)；教育部人文社科規(guī)劃基金項目“城市發(fā)展影響創(chuàng)新溢出的理論機理及應(yīng)用研究”(13YJA630012)；浙江省哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃“之江青年課題”“城市化進程中的能源消耗：影響機理與實證分析”(13ZJQN005YB)。

中圖分類號：F291.1

文獻標識碼：A

文章編號：1011-6260(2016)01-0036-09