張珺婷 黃菊文 朱昊辰 李光明

上海同濟大學(xué)

上海市城鎮(zhèn)化發(fā)展對城市能源結(jié)構(gòu)的影響

張珺婷 黃菊文 朱昊辰 李光明

上海同濟大學(xué)

上海市非農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诒戎卦?014年底達到90.3%，城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速。隨著人們生活水平提高和消費模式改變，伴隨城鎮(zhèn)化發(fā)展產(chǎn)生變化的是城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、交通運輸系統(tǒng)以及能源結(jié)構(gòu)。如何系統(tǒng)優(yōu)化城市能源結(jié)構(gòu)，降低因城鎮(zhèn)化發(fā)展造成的附加成本，使城市能源結(jié)構(gòu)與城鎮(zhèn)化發(fā)展達到同步化，是我國在經(jīng)濟發(fā)展快速上升期必須要面對和解決的問題之一。

城鎮(zhèn)化發(fā)展；城市能源結(jié)構(gòu)；能源消費；系統(tǒng)優(yōu)化

21世紀以來，我國進入高速發(fā)展的城鎮(zhèn)化浪潮。30年前，上海市非農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诘谋戎貎H為63.8%，2000年時達到74.6%，截至2014年底達到90.3%[1,2]。隨著城市人口數(shù)量的大幅提升，上海市城鎮(zhèn)化的速度也越發(fā)加快，城鎮(zhèn)化率的提高同時意味著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟增長方式和居民消費水平等諸多方面的變化，進而大幅提高能源消耗[3]，給城市發(fā)展帶來壓力；同時，城鎮(zhèn)化帶來的新的研究技術(shù)提高了能源利用效率，使城鎮(zhèn)化對能源消耗強度有正負兩方面效應(yīng)[4]。

面對全球氣候變化和環(huán)境資源約束，《上海市城市總體規(guī)劃（2016-2040）草案》[5]指出，上海致力于在2040年建設(shè)成為高密度超大城市的可持續(xù)發(fā)展的典型城市。為實現(xiàn)這一發(fā)展目標(biāo)，上海市新型城鎮(zhèn)化建設(shè)必須在資源和能源消耗約束前提下，實現(xiàn)城鎮(zhèn)化的穩(wěn)健、快速和可持續(xù)發(fā)展。由于城鎮(zhèn)化與能源消費之間存在著密切的邏輯關(guān)系[6]，因此，了解城鎮(zhèn)化發(fā)展對城市能源結(jié)構(gòu)帶來的影響極為重要。目前針對上海市城鎮(zhèn)化的研究多偏重于城市建設(shè)發(fā)展[7,8]、城鎮(zhèn)化與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系[9]、城鎮(zhèn)化的可持續(xù)發(fā)展[10]等角度，其他城市能源消費相關(guān)研究多集中于國家能源消費總體狀態(tài)，但對于單一城市的消費空間組織結(jié)構(gòu)，特別是在城鎮(zhèn)化高速發(fā)展階段，城鎮(zhèn)能源的消費規(guī)模、結(jié)構(gòu)了解較少[11]。本文結(jié)合上海市統(tǒng)計年鑒中2000-2014年的相關(guān)數(shù)據(jù)，對上海市城鎮(zhèn)化發(fā)展帶來的城市能源消費變化特征、影響原因進行分析和研究，并從系統(tǒng)的角度提出優(yōu)化城市能源結(jié)構(gòu)的相關(guān)對策。

1 上海市城市能源消費變化特征

1.1 消費品生產(chǎn)從初加工向復(fù)雜加工轉(zhuǎn)換

隨著城鎮(zhèn)化進程的發(fā)展，人們的消費品逐漸從初加工產(chǎn)品向復(fù)雜加工產(chǎn)品轉(zhuǎn)換，消費水平也逐漸提升。從上海市居民家庭人均消費支出構(gòu)成統(tǒng)計結(jié)果[12]可以看出，農(nóng)村居民家庭食品大多來自初加工或未加工食品，如糧食、稻谷、蔬菜水果、肉禽、奶及奶制品、水產(chǎn)品等等，主要消費集中在糧食、稻谷和蔬菜方面；娛樂消費品主要有卷煙和酒。城市居民家庭食品大多經(jīng)過多次加工，如食用植物油、鮮蔬菜瓜果、大米、精肉、糕點、乳品和酸奶、海鮮等等，主要消費為鮮蔬菜瓜果、大米和乳制品；其他消費中具有較大消費量的是啤酒和服裝。其一方面是城市人民消費品種類增多、消費水平有所提高，另一方面復(fù)雜的加工程序也意味著增加的運輸、能源、人力和資源消耗。盡管城鎮(zhèn)化發(fā)展不會改變單一消費品的人均用量，但卻增加了其人均成本，帶來的是對生活環(huán)境中資源和人力勞動力的消耗。

1.2 城市能源消費大于平均能源消費

中國典型的城鄉(xiāng)二元化結(jié)構(gòu)導(dǎo)致城鄉(xiāng)經(jīng)濟發(fā)展極不平衡，研究結(jié)果表明，城鎮(zhèn)地區(qū)消費了全國總能源的70%以上，并以北京、上海、廣州、深圳等特大城市尤為明顯[13]。圖1為主要年份上海市居民能源消耗數(shù)據(jù)。從圖1（a）中可以看出，在2000年、2010年和2013年所代表的城鎮(zhèn)化發(fā)展的各個階段，上海市人均用電和燃氣消耗均高于平均水平。在城市能源供給系統(tǒng)中，除大型的供電網(wǎng)絡(luò)外，整個城市的給水、排水系統(tǒng)也十分龐大和復(fù)雜，管道煤氣的供給要依靠龐大的管網(wǎng)運送系統(tǒng)，提升了能源利用的成本。相比之下，農(nóng)村居民家庭多以小范圍為單位進行能源供給，小型村落可依靠發(fā)電機供電；“依山傍水”的居民可“就地取材”，就近利用湖水、河水，或鉆井取水等等，能源利用成本低。在上海市城市居民家庭的主要消費品中，能源消費也占據(jù)了一席之地，如水電、管道煤氣等等，其中以電力消費最多。

1.3 城市能源消費分布轉(zhuǎn)變

城市能源消費是城市能源結(jié)構(gòu)在末端的具體表現(xiàn)。在圖1（b）中可以看到，上海市電力和天然氣的人均消耗量自2000年后一直呈上升趨勢，而煤炭和煤氣的消耗量則逐漸減少，液化石油氣消耗量基本持平；這意味著上海市能源消耗類型正在由以煤炭、煤氣、液化石油氣為主的結(jié)構(gòu)向電力和天然氣主導(dǎo)的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)化。

圖1 主要年份上海市居民能源消耗數(shù)據(jù)對比[12,14]

城鎮(zhèn)化發(fā)展所帶來的城市能源消費分布變化是復(fù)雜而多面的，據(jù)統(tǒng)計信息顯示，1990年上海市能源消耗總量不到2014年消耗量的1/6，表明在城鎮(zhèn)化發(fā)展初級階段，由于大量基礎(chǔ)設(shè)施、建筑和交通工具的使用，城鎮(zhèn)化將成為能源消費與氣候變化的重要因素[3]；而在2010年后進入大規(guī)模城鎮(zhèn)化階段，盡管人均能源消耗總量持續(xù)增加，但上海市能源消費總量增長幅度基本維持在5%以內(nèi)。2014年，上海市人均能源消耗量開始下降，對清潔能源和可再生能源利用技術(shù)的發(fā)展推動了城市能源消費結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，表明隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展逐漸趨于平衡，城鎮(zhèn)化所產(chǎn)生的集聚效應(yīng)提高了能源利用效率，同時也促使人們對于節(jié)能減排的意識也逐漸加強。

2 上海市城鎮(zhèn)化發(fā)展對能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的原因分析

2.1 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改變造成終端能耗變化

2012年，在上海市生產(chǎn)總值（GDP）20101.33億元中按可比價格計算，第三產(chǎn)業(yè)增加值占上海市生產(chǎn)總值的比重首次達到60%，2014年該比重達到64.8%。城鎮(zhèn)化發(fā)展帶來了人們對服務(wù)行業(yè)的需求，旅游、餐飲、健身等項目在人們的日常生活擁有越來越大的比重；信息化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展使電子產(chǎn)品的更新速度日新月異，終端應(yīng)用將互聯(lián)網(wǎng)的覆蓋范圍進一步擴大；基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的日益完備也是城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展的推動力之一。

隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，城市能源終端消費量相應(yīng)發(fā)生變化。如圖2所示，20世紀80年代，上海市第三產(chǎn)業(yè)的終端能耗約占第二產(chǎn)業(yè)終端能耗的10%；而截至2014年，這個數(shù)字已超過60%，且第二產(chǎn)業(yè)能源終端消費量呈現(xiàn)下降趨勢。這意味著上海市第二產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)變化和第三產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，同樣需要能源供應(yīng)的大力支持；尤其是城市發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)大多集中在高層建筑方面，對電力供應(yīng)提高了要求。

與此同時，上海市城鎮(zhèn)化發(fā)展促進了人們生活和消費水平的提高，第三產(chǎn)業(yè)也帶來了人們生活消費的終端能耗。建立于物流、信息、能源供給系統(tǒng)之上的第三產(chǎn)業(yè)大幅提高了生活消費成本，但由于生活消費的終端能耗在總能源終端消耗量中所占的比重保持在10%左右，與產(chǎn)業(yè)能源消耗相比，對整體能源結(jié)構(gòu)的影響可忽略不計。

2.2 城市公共交通體系和新能源交通方式發(fā)展

上海市目前的主要交通運輸方式有軌道交通、地面交通和輪渡。軌道交通近年來得到大力發(fā)展，已逐漸成為上海市民出行的主要工具。在上海市城市公共交通“十二五”建設(shè)期間，對軌道交通的線網(wǎng)建設(shè)和銜接配套進行了完善，建設(shè)項目16項，線路長度約385 km?？瓦\樞紐是連結(jié)軌道交通和地面交通的重要結(jié)點，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)進一步推動，上海市城市交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范和完備為交通運輸便捷和節(jié)能兩方面提供了有力的保障。

圖3展示了上海市主要年份公共交通載客量變化。自2000年起，上海市軌道交通客運量逐年升高，2014年軌道交通客運量達28.27億人次；與之相反的是輪渡載客量的下降，2014年輪渡船數(shù)為2000年的一半，載客量減少約2/3，并有繼續(xù)下降的趨勢。上海公交運輸情況與2000年基本持平，有小幅下降趨勢；出租車載客量基本持平。公共交通載客量的變化趨勢表明由于城鎮(zhèn)化建設(shè)推動人口進一步集中，適合遠距離運輸?shù)妮喍蛇\輸量逐漸下降，取而代之的是日益發(fā)達的軌道交通、城鄉(xiāng)公路網(wǎng)絡(luò)、高速公路等。

圖2 1980～2014年上海市能源終端消費量分布情況[14]

圖3 2000-2014年上海市公共交通載客量示意圖（億次）[15]

截至2014年，上海市個人民用車輛總計224.75萬輛，較2010年下降27.4%。其中摩托車41.27萬輛，較2010年減少68.0%。農(nóng)村逐漸城市化的過程中，摩托車數(shù)量的大幅減少導(dǎo)致了車輛總數(shù)的下降。城市交通運輸?shù)呐渲煤艽蟪潭壬嫌绊懥四茉唇Y(jié)構(gòu)的發(fā)展，隨著人們環(huán)保意識和科學(xué)技術(shù)的提高，新能源交通方式正逐漸被人們接受，城市交通運輸能源消耗正在發(fā)生著巨大的改變。2014年，上海市新能源汽車銷量達10 644輛，約合2013年全年銷售量的20倍[16]，在開放本地市場、免費新能源汽車牌照及購車補貼等多項政策支持下，上海市新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境不斷優(yōu)化，已成為我國新能源汽車市場份額最大的地區(qū)。隨著傳統(tǒng)城市交通方式的革新，綠色交通也將成為未來城市可持續(xù)發(fā)展采取的主流交通方式。

3 系統(tǒng)優(yōu)化城市能源結(jié)構(gòu)對策思考

隨著城鎮(zhèn)化水平的提高，傳統(tǒng)城市發(fā)展模式已無法滿足上海市作為特大城市的發(fā)展需求[17]。在新型城鎮(zhèn)化建設(shè)與探索過程中，城市能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和革新是上海市未來發(fā)展要面臨的巨大挑戰(zhàn)。結(jié)合《上海市城市總體規(guī)劃（2016-2040）草案》提出的“可持續(xù)發(fā)展新模式”[5]，針對上海市未來城市能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化對策從系統(tǒng)角度提出以下思考。

3.1 促進城市集約發(fā)展，建設(shè)智慧城市

構(gòu)建“主城區(qū)-新城-新市鎮(zhèn)-鄉(xiāng)村”的城鄉(xiāng)體系，推動上海市城市集約型多功能社區(qū)建設(shè)，形成“網(wǎng)絡(luò)化、多中心、組團式、集約型”的城市空間布局，推進城鄉(xiāng)一體，引領(lǐng)區(qū)域協(xié)同，提高城市能源利用效率。信息化技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)能為智慧城市統(tǒng)籌管理提供高效的系統(tǒng)調(diào)控平臺[18]，通過借助先進信息化技術(shù)，搭建城市物聯(lián)網(wǎng)平臺，推動智慧城市的建設(shè)與運行；實現(xiàn)上海市智能化運行和管理，統(tǒng)籌城市發(fā)展戰(zhàn)略數(shù)據(jù)庫；搭建城鄉(xiāng)建設(shè)和管理數(shù)據(jù)資源中心，實現(xiàn)跨行業(yè)、跨部門數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、資源共享。

3.2 推動加快城市智能電網(wǎng)建設(shè)，開發(fā)利用新能源

城市發(fā)展對電力需求的增大使城市電力開發(fā)亟不可待。然而大范圍的高強度供電不僅要求如何利用技術(shù)改進實現(xiàn)供電總量的提升，同時要求建設(shè)具有負荷大、可操作性強、安全性高、傳輸距離遠、傳輸速度快等特征的智能電網(wǎng)。作為城市能源結(jié)構(gòu)發(fā)展成熟的范例之一，德國能源轉(zhuǎn)型始于1991年頒布的《電力入網(wǎng)法》，借助法律手段推動可再生能源市場和城市能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型[19]。通過加強智能電網(wǎng)建設(shè)和擴大電網(wǎng)互聯(lián)范圍，能夠有效提高城市供電系統(tǒng)的整體靈活性，建立可靠、清潔、經(jīng)濟的能源供應(yīng)系統(tǒng)。

降低電力成本和提高其可持續(xù)利用性需要通過開發(fā)新能源，如加快風(fēng)電開發(fā)，穩(wěn)步推進太陽能利用，因地制宜發(fā)展生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能和氫能等?！渡虾Ｊ谐鞘锌傮w規(guī)劃（2016-2040）草案》指出，至2040年，上海市可再生能源占一次能源供應(yīng)的比重應(yīng)達到20%。與此同時，分布式能源將是未來城市能源的發(fā)展趨勢[19]，借助區(qū)域能源樞紐的集成應(yīng)用，發(fā)展上海市分布式能源供應(yīng)，使區(qū)域資源利用的效率和效益最大化。

3.3 合理優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，降低產(chǎn)業(yè)能耗

上海市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動與各產(chǎn)業(yè)能源利用效率的提高可促使能源強度下降。隨著第三產(chǎn)業(yè)對上海市經(jīng)濟增長的貢獻不斷增加，與之相伴的是建筑業(yè)、零售業(yè)、餐飲業(yè)等服務(wù)行業(yè)能源消費需求的迅速增長。在推動第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的同時，應(yīng)在相關(guān)服務(wù)領(lǐng)域引入先進的節(jié)能減排技術(shù)，推行綠色消費理念，推廣信息化技術(shù)在服務(wù)行業(yè)的應(yīng)用，降低產(chǎn)業(yè)能耗。

3.4 引導(dǎo)綠色交通出行，搭建智能交通系統(tǒng)

城市交通能耗與城市經(jīng)濟發(fā)展水平密切相關(guān)，提高公共交通服務(wù)水平是上海市未來城市建設(shè)目標(biāo)之一。《上海市城市總體規(guī)劃（2016-2040）草案》指出，至2040年公共交通占全方式出行的比重達50%以上，綠色交通出行比重達到85%（公共交通、非機動車、步行、清潔能源小汽車）。與此同時，通過構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能交通系統(tǒng)（ITS）[20]，整體優(yōu)化城市交通運輸體系，有利于在城市層面上改善交通擁擠、尾氣污染，提高交通工具利用效率，從而改善能源分配和利用結(jié)構(gòu)。日本目前有五個機構(gòu)致力于并負責(zé)與ITS有關(guān)的活動，包括建設(shè)省、警視廳、國際貿(mào)易和工業(yè)省、運輸省以及郵電省。相比之下，我國的智能交通系統(tǒng)建設(shè)尚處于起步階段，需要在城鎮(zhèn)化進程中逐漸推進和發(fā)展。

4 結(jié)語

城鎮(zhèn)化發(fā)展對城市能源結(jié)構(gòu)影響，從短期來看是雙面的：一方面技術(shù)發(fā)展和人們生活水平的提高為城市能源系統(tǒng)提供了更優(yōu)質(zhì)高效服務(wù)，另一方面增加了能源系統(tǒng)的整體負荷和因技術(shù)加工帶來的附加成本。上海市城鎮(zhèn)化發(fā)展帶來的能源消費變化推動了城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和消費結(jié)構(gòu)，進而推動了城市能源結(jié)構(gòu)變化。從長遠看，隨著城市城鎮(zhèn)化發(fā)展到較為成熟的階段，其能源結(jié)構(gòu)也會相應(yīng)的達到平衡階段。在新型城鎮(zhèn)化建設(shè)與探索過程中，應(yīng)通過促進城市集約發(fā)展、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、降低產(chǎn)業(yè)能耗、引導(dǎo)綠色交通出行等尋求上海市能源結(jié)構(gòu)未來可持續(xù)發(fā)展的新模式。

[1]第二篇 人口, in 上海統(tǒng)計年鑒, 王建平，朱章海, Editor. 2015, 中國統(tǒng)計出版社: 上海市統(tǒng)計局，國家統(tǒng)計局上海調(diào)查總隊.

[2]郭文 and 孫濤, 城鎮(zhèn)化對中國區(qū)域能源消費及居民生活能源消費的影響. 中國環(huán)境科學(xué), 2015(10): p. 3166-3176.

[3]王蕾 and 魏后凱, 中國城鎮(zhèn)化對能源消費影響的實證研究. 資源科學(xué), 2014(06): p. 1235-1243.

[4]李標(biāo), 吳賈, and 陳姝興, 城鎮(zhèn)化、工業(yè)化、信息化與中國的能源強度.中國人口·資源與環(huán)境, 2015(08): p. 69-76.

[5]上海市城市總體規(guī)劃編制工作領(lǐng)導(dǎo)小組, 上海市城市總體規(guī)劃（2016-2040）草案, 上海市人民政府, Editor. 2016: 上海.

[6]王小斌 and 邵燕斐, 中國城鎮(zhèn)化、能源消耗與二氧化碳排放研究-基于1995～2011省級面板數(shù)據(jù). 工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟, 2014(04): p. 115-123.

[7]馬欣如 and 朱洪興, 基于新視角的上海城鎮(zhèn)化建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀及思考.科技與管理, 2015(01): p. 18-23.

[8]畢桂平, et al., 城鎮(zhèn)化大背景下的海綿城市建設(shè)與資源協(xié)調(diào)發(fā)展-以上海市海綿城市的建設(shè)途徑為例. 上海城市管理, 2016(01): p. 24-26.

[9]馬欣如 and 朱洪興, 上海市城鎮(zhèn)化與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系研究. 農(nóng)村經(jīng)濟與科技, 2014(08): p. 82-84+104.

[10]翁雨舟 and 孫文建, 上海市城鎮(zhèn)化可持續(xù)發(fā)展影響因素分析. 商業(yè)經(jīng)濟研究, 2015(19): p. 134-135.

[11]張雷 and 黃園淅, 中國現(xiàn)代城鎮(zhèn)化發(fā)育的能源消費. 中國人口.資源與環(huán)境, 2010(01): p. 25-30.

[12]第十一篇 人民生活, in 上海統(tǒng)計年鑒, 王建平，朱章海, Editor. 2015,中國統(tǒng)計出版社: 上海市統(tǒng)計局，國家統(tǒng)計局上海調(diào)查總隊.

[13]Dhakal, S., Urban energy use and carbon emissions from cities in China and policy implications. Energy Policy, 2009. 37(11): p. 4208-4219.

[14]第六篇 能源與環(huán)境, in 上海統(tǒng)計年鑒, 王建平，朱章海, Editor. 2001-2015, 中國統(tǒng)計出版社: 上海市統(tǒng)計局，國家統(tǒng)計局上海調(diào)查總隊.

[15]第十二篇 城市建設(shè), in 上海統(tǒng)計年鑒, 王建平，朱章海, Editor. 2015,中國統(tǒng)計出版社: 上海市統(tǒng)計局，國家統(tǒng)計局上海調(diào)查總隊.

[16]張長令 and 王成, 上海新能源汽車市場暴增的原因分析. 汽車與配件, 2015(29): p. 54-55.

[17]王原, et al., 上海能源消費碳排放變化及對局地氣候變化的脅迫評價.復(fù)旦學(xué)報(自然科學(xué)版), 2015(04): p. 439-448.

[18]李彬, 魏紅江, and 鄧美薇, 日本智慧城市的構(gòu)想、發(fā)展進程與啟示.日本研究, 2015(02): p. 36-44.

[19]龍惟定, et al., 低碳城市的城市形態(tài)和能源愿景. 建筑科學(xué), 2010(02): p. 13-18+23.

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Shanghai Urbanization Development Impact on Urban Energy Structure

Zhang Junting, Huang Juwen, Zhu Haochen, Li Guangming
Shanghai Tongji University

Shanghai non-agricultural population accounts for the proportion of total population over 90.3% in 2015, which means urbanization development is booming. With improvement of people’s living standards and changes of consumption patterns, urban industrial structure, transportation system and energy structure is changing with urbanization development. How to systematically optimize urban energy structure, reduce additional cost from urbanization development in order to synchronize urban energy structure and urbanization development, which is one of problems confronting us during Chinese rapid economic development period.

Urbanization, Urban Energy Structure, Energy Consumption, Systematic Optimization

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.01.002