基于Theil指數(shù)的城市能源消費空間差異測度分析＊

梁 競 張力小

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院水環(huán)境模擬國家重點實驗室,北京 100875)

基于Theil指數(shù)的城市能源消費空間差異測度分析＊

梁 競 張力小

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院水環(huán)境模擬國家重點實驗室,北京 100875)

本文以中國大陸30個省會城市(缺拉薩數(shù)據(jù))2005年能源消費系統(tǒng)為研究對象,從能源消費水平、結(jié)構(gòu)與效率三個方面入手,運用Theil指數(shù)方法,對我國城市能源消費的空間總差異進行測度,并基于東、中、西三大地帶將三類指標的總差異分解為地帶間差異和地帶內(nèi)差異。結(jié)果表明:我國城市能源消費在強度、結(jié)構(gòu)與效率等方面均存在較大差異,總體來看能源效率的空間差異最為顯著;而從三類指標總差異的分解結(jié)果來看,地帶內(nèi)差異是我國能源消費城際差異的主要構(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,二元經(jīng)濟結(jié)構(gòu)很大程度上決定了城市是能源消費的主體[1-6]。城市能源系統(tǒng)在我國能源系統(tǒng)中扮演著極為重要的角色。因此,本文擬采用Theil指數(shù)法,以我國大陸30個省會城市2005年城市能源消費系統(tǒng)為研究對象,從能源消費水平、結(jié)構(gòu)、強度三個方面系統(tǒng)對我國城市能源消費的空間差異進行測度分析,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 研究對象及方法

1.1 城市能源消費系統(tǒng)

本文選擇了我國大陸30個省會城市作為案例城市(缺拉薩數(shù)據(jù))進行分析探討。研究中的城市能源消費是指我國建制市市轄區(qū)區(qū)域所消耗的能源。

反映城市能源消費系統(tǒng)狀態(tài)的指標體系類目繁多,但總的來說主要包括三方面,即能源消費的水平、結(jié)構(gòu)及效率。本研究從這三個方面出發(fā),分別選取人均綜合能源消費量、人均生活能源消費量、各種能源消耗量占城市能源消耗總量的比例及萬元GDP能耗三類指標對我國30個省會城市的能源消費現(xiàn)狀進行描述,在此基礎(chǔ)上對我國城市能源消費的三個特征進行空間差異的定量化測度分析。1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

目前,我國城市能源統(tǒng)計系統(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)能源消費指各市市轄區(qū)規(guī)模上工業(yè)企業(yè)能源消費量,城市居民生活能源消費未包括交通用能。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)一折算為噸標準煤(tce)后,再進行城市能源消費總量、分品種能源消費量占總量的百分比、城市萬元GDP能耗等相關(guān)指標的計算。

1.3 空間差異測度方法

Theil指數(shù)最初是用于分析國家之間的收入差距,其值越大,說明國家間的收入差距越大,該指數(shù)也能根據(jù)其思想通過一定的變形式應(yīng)用于對其它方面的區(qū)域差異測度上,如對區(qū)域間能源消耗強度差異的衡量[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我國省會城市能源消費的空間差異進行量化測度分析。

Theil指數(shù)的計算公式為:

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

對Theil指數(shù)進行一階分解,就可以將全國總體差異按照不同地帶進行分解。本文將按照傳統(tǒng)的東、中、西三大地帶的劃分方法,將30個省會城市分為東部地區(qū)城市(北京、天津、沈陽、石家莊、濟南、南京、上海、杭州、福州、廣州、海口)、中部地區(qū)城市(呼和浩特、銀川、太原、鄭州、武漢、南昌、長沙、合肥、合爾濱、長春)、西部地區(qū)城市(烏魯木齊、西寧、蘭州、西安、成都、重慶、貴陽、昆明、南寧)三類,在此基礎(chǔ)上,將能源消費的全國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,計算公式為:

其中,TB(I)表示各地帶間指標I的差異,TW(I)表示地帶內(nèi)各城市指標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)域所評價指標的平均值,Iij表示i區(qū)域j城市所評價指標的值。TB(I),TW(I)之和即為總差異T(I)。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國省會城市能源消費水平的空間差異測度

國家或區(qū)域的能源消費水平反映了當?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指標作為反映我國城市能源消費水平的指標,利用Theil指數(shù)對30個省會城市能源消費水平的空間總差異進行測度以及東、中、西三大地帶的分解,計算結(jié)果如表1所示。

表1 我國省會城市能源消費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項指標均反映在我國城市能源消費水平的空間總差異方面,地帶內(nèi)部差異是構(gòu)成消費水平空間差異的主要原因,它對總差異的貢獻份額均超過了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,兩項指標的西部內(nèi)部差異對總差異的貢獻率分別為57.42%,98.96%,都超過了地帶間差異。以上分析說明了我國30個省會城市的能源消費水平的差異主要是由地帶內(nèi)部差異引起的,即在我國各區(qū)域內(nèi)部的城市之間能源消費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),它對總體差異的貢獻度均超過了50%。

西部地區(qū)人均綜合能耗值平均值為3.574 tce/人,最低的兩個城市分別為南寧市0.65 tce/人、重慶市0.97 tce/人,還未達平均水平的一半;與此同時,最高的兩個城市銀川、西寧的相應(yīng)指標值則分別達到了9.1tce/人、8.4 tce/人,超過了平均水平的一倍以上,與最低的兩個城市在指標值上相差百倍,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),但僅為個別城市,如中部地區(qū)的太原市11.83 tce/人、長沙市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個極高人均能耗水平城市,以南寧為代表的4個極低能耗水平城市,而水平居中的僅有兩個城市貴陽和昆明。兩極分化的情況導(dǎo)致了西部地區(qū)內(nèi)部消費水平的極大不均衡。

2.2 我國省會城市能源消費結(jié)構(gòu)的空間差異測度

受我國國情多方面因素影響,煤炭仍然是我國能源消費的主體,煤炭消費量在城市能源消費總量中的比重平均達到了54.34%。近年來,其它能源品種如油品、電力、天然氣在我國特別是城市地區(qū)的能源消費中比重日漸上升,而煤炭、油品、電力、天然氣這4種能源消費量之和基本占到了我國城市能源消費總量的94%以上,其各自所占比重也基本能代表我國能源消費結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀。基于此,本文僅對這4種能源品種的空間消費差異性進行分析,計算案例城市2005年4種能源的消費量各自占能源消費總量比重,再利用公式(1)、(2)依次對我國城市能源消費結(jié)構(gòu)的空間差異性進行測度。

如圖1所示,從總差異來看,各能源所占比重的Theil指數(shù)值從大到小排序為天然氣0.60、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更加均衡。煤炭作為我國傳統(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)過程和家庭生活不可缺少的一種能源,在我國是僅次于煤炭而廣泛使用的能源,國家電網(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)差異仍是造成我國城市能源消費結(jié)構(gòu)空間差異的主要原因,各能源的地帶內(nèi)差異對總差異的貢獻率均超過了80%(見圖2)。進一步分析可知,4種類型能源的消費情況均在東部地區(qū)各城市之間相差最大,從另一個角度來看,可以說東部地區(qū)的能源消費結(jié)構(gòu)較西部、中部地區(qū)更加呈現(xiàn)出一種無序化與多樣化的特點。東部特別是沿海地區(qū)是我國經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū),經(jīng)濟處于高速發(fā)展的階段,它們更有能力擺脫我國資源稟賦的“束縛”,對能源的選擇體現(xiàn)出需求導(dǎo)向性的特點,對能源品種的選擇也更加多元化,因而城市個體之間的能源結(jié)構(gòu)相互差異較大。

2.3 我國省會城市能源消費效率的空間差異測度

單位GDP能耗是目前評定我國“節(jié)能減排”工作的重要指標。

同樣,計算我國30個省會城市2005年萬元GDP能耗的Theil指數(shù)值并進行區(qū)域分解,結(jié)果如表2所示,同我國城市能源消費水平、結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的空間分異性特點一致,能源消費效率的主要空間差異也存在于地帶內(nèi)部,對總差異的貢獻率為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,即東部、西部地區(qū)內(nèi)部差距較大,中部最小。如果將我國西部、中部、東部目前所處發(fā)展的發(fā)展階段看作時間序列上的三個階段來說的話,東中西內(nèi)部差異在空間序列上呈現(xiàn)出“V”型變化趨勢也在一定程度上符合了一些學(xué)者所提出的我國經(jīng)濟增長呈“U”型收斂的結(jié)論,即我國經(jīng)濟發(fā)展地域差異也經(jīng)歷了先縮小而又擴大的收斂過程[13-14],原因就在于兩個地區(qū)均處于較為劇烈的“轉(zhuǎn)型期”,這也許同樣是引起兩個地區(qū)能源消費效率空間差異性顯著的主要原因。

表2 我國省會城市能源消費效率空間差異情況

3 結(jié)論與討論

(1)目前,我國城市之間能源消費在各個方面均存在較大差異,因而實行有差異的分類分區(qū)管理將是我國開展各類能源工作的關(guān)鍵,然而這種分區(qū)管理不能再以我國傳統(tǒng)的三大區(qū)域的分類為基礎(chǔ)進行開展,因為區(qū)域內(nèi)部差異占主導(dǎo)地位是目前我國能源消費空間分異現(xiàn)狀的一個顯著特點,這一點在三類指標上均有體現(xiàn),特別是消費水平和結(jié)構(gòu)兩類指標上,地帶內(nèi)部差異對總差異的貢獻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展上,需要按照能源消費的特點,重新進行區(qū)域劃分,但如何選取合適的指標以及方法進行區(qū)劃是有待解決的問題。

(2)根據(jù)三類指標的總體Theil指數(shù)值,可以看出大陸30個省會城市基本上呈現(xiàn)出能源消費效率總差異最大,消費水平的總差異次之,而消費結(jié)構(gòu)總差異最小。能源效率是我國目前考核“節(jié)能減排”工作的主要指標,這一巨大差異說明我們在節(jié)能減排策略實施上,對于節(jié)能目標的制定不能“一刀切”,要對節(jié)能目標進行合理的分解;同時,我們也應(yīng)對城市間能源消費水平和結(jié)構(gòu)指標的差異加以考慮,不能單純的將能源效率的提高,萬元GDP能耗的下降作為工作的唯一目標,要以節(jié)能工作為契機,實現(xiàn)區(qū)域能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整,同時也不能忽略區(qū)域人民所享受的能源福利,提高全民能源水平,從而實施高效、經(jīng)濟、以人為本的節(jié)能策略,降低節(jié)能減排的相對成本。

(3)區(qū)域內(nèi)部差異是我國能源消費的主要原因,但總的說來,東部是城市能源消費結(jié)構(gòu)、效率空間差異最大而能源消費水平差異最小的區(qū)域;西部地區(qū)是能源消費水平最不均衡,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)了各個地帶的發(fā)展的階段性特點,能源消費是與城市發(fā)展水平、特點緊密相關(guān)的,對于發(fā)展水平、模式處于轉(zhuǎn)型期的區(qū)域來說,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)的同時逐漸縮小個體差距,這樣才能實現(xiàn)區(qū)域的整體發(fā)展。

(編輯:李 琪)

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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,碩士生,主要研究方向為城市能源系統(tǒng)分析。

通訊作用:張力小,博士,講師,主要研究方向為資源核算與代謝。

＊國家科技支撐課題(編號:2007BAC28B03);國家自然科學(xué)基金項目(編號:40901293);國家863項目(編號:2007AA06A40405與2007AA06A40406)資助。