基于能源消耗的綜合運輸結構優化

丁曉萍,王建偉

(1.福建交通職業技術學院汽車運用與工程機械系,福建 福州 350007;2.長安大學區域與城市運輸經濟研究所,陜西 西安 710064)

基于能源消耗的綜合運輸結構優化

丁曉萍1,王建偉2

(1.福建交通職業技術學院汽車運用與工程機械系,福建 福州 350007;2.長安大學區域與城市運輸經濟研究所,陜西 西安 710064)

為充分考慮綜合運輸結構優化的過程中能源消耗的因素,在運用完全分解模型對影響綜合運輸能耗的因素進行因子貢獻率分析、利用SPSS軟件對GDP和運輸周轉量進行回歸分析的基礎上,采用情景分析法,通過設定不同的綜合運輸結構,構建了基于能源消耗的綜合運輸結構優化模型;以陜西省為研究對象對構建的模型進行了驗證,驗證了模型的可操作性和正確性,可為陜西省綜合運輸的發展方向提供借鑒。

綜合運輸結構;能源消耗;情景分析;結構優化

一、影響綜合運輸能源消耗的因素

影響綜合運輸能源消耗的因素歸納起來大致有以下幾個方面:

(1)社會經濟發展水平。社會經濟的快速發展會加快城市化進程,城市化程度越高,全社會的交通工具尤其是小汽車的擁有量越會顯著增長,從而進一步增加了運輸部門的能源需求量,但是從能源利用效率的角度來講,社會經濟發展水平越高,城市化的發展會使得人口分布相對集中,運輸市場較大,運輸承載率水平較高,使得能源利用效率較高;相反,如果社會經濟發展相對滯后,人口分布就會比較分散,運輸產品市場小,不足載和空載等現象會增加,從而使得能源利用效率較低,造成能源浪費。

(2)運輸周轉量。經濟的快速發展使得人們的收入水平和消費層次不斷提高,人們的出行不僅僅局限于必要出行,造成運輸周轉量快速增長。數據表明,全國旅客周轉量從2000年的12 261.1億人公里增長到2009年的24 834.9億人公里,全國貨物周轉量從2000年的44 321億噸公里增長到2009年的122 133億噸公里,分別增長102.6%和175.6%[3],運輸周轉量的快速增長使得綜合運輸能耗也迅速上升。

(3)綜合運輸結構。綜合運輸中各種運輸方式運輸量的增長會造成綜合運輸能耗的增長,各種運輸方式的比例結構不合理會使得能源利用效率降低,進一步增加綜合運輸的能耗。目前中國的綜合運輸結構現狀是:能源強度高的航空運輸承擔的旅客周轉量比例從2000年的7.9%上升到2009年的13.6%,公路運輸承擔的旅客周轉量比例從2000年的54.3%上升到2009年的54.4%,而能源強度較低的鐵路運輸和水路運輸承擔的旅客周轉量比例分別從2000年的37.0%和0.8%下降到2009年的31.7%和0.3%[2]。

(4)交通基礎設施及運輸能源強度。受自然環境的影響,不同區域的交通基礎設施的設計和布局都不一樣,地形復雜的地區對駕駛過程有較高的要求,這樣就會增加運輸過程的能耗。降低各種運輸方式的能源強度對降低綜合運輸的能源消耗有積極作用。隨著科學技術的發展,目前中國各種運輸方式的能源利用效率不斷提高,能源強度逐漸下降,但與發達國家相比還有一定的提升空間。

(5)運輸組織化程度。綜合運輸的能源消耗與運輸組織化程度有著明顯的聯系。運輸組織化程度高,有利于提高能源利用效率,達到節約能源的目的;相反,如果運輸組織化程度低,則不利于降低綜合運輸的能源消耗。提高各種運輸工具的實載率和里程利用率,促進各種運輸方式之間的有效銜接,減少空駛、無效運輸或低效運輸來提高運輸生產力,降低運輸成本,從而達到降低能耗和節能的目的。

(6)政策因素。國家制定的相關政策會對綜合運輸的能源消耗產生一定的影響。例如,國家的能源發展戰略和交通發展規劃等政策會指引運輸及其能源消耗發展的大方向,在運輸結構的調整方面,會大力倡導優先發展公共交通,對燃料效率標準的制定和燃油稅、車輛購置稅等相關稅費的收取會從一定程度上限制私人交通,通過一定的激勵政策鼓勵新能源的使用等。

二、基于能源消耗的綜合運輸結構優化模型構建

綜合運輸的能源消耗要受到多種因素的影響,但每種因素的影響程度各異。通過計算各種影響因素的因子貢獻率,定量分析每種因素尤其是綜合運輸結構對綜合運輸能源消耗的影響程度。在對未來的社會經濟和運輸周轉量的發展趨勢進行分析和預測的基礎上,對綜合運輸的各種運輸方式根據不同的社會經濟發展政策和發展目標設置不同的旅客和貨物運輸周轉量比例情景,討論不同情景下綜合運輸的能源消耗,確定最有利于節能的綜合運輸客運和貨運結構。

(一)模型建立的目標和假設

本文從綜合運輸的能源消耗出發,以降低綜合運輸的能源消耗總量為目標,將能源消耗和綜合運輸的結構優化結合起來,把能源消耗總量作為綜合運輸結構優劣的判定條件,使得綜合運輸在滿足社會運輸需求的前提下最大限度地節約能源。在建立模型時,限于部分數據可得性等原因,需要對模型做出如下假設:①在對運輸周轉量進行預測時,只考慮經濟發展水平(GDP)這一種因素,忽略其他因素對運輸周轉量的影響;②在對綜合運輸能源消耗總量變動進行因子貢獻率分析時,將交通基礎設施改善、運輸組織化程度提高等因素歸結為效率因素,由于其不便于量化,在量化分析時不予考慮;③政策因素主要是引導運輸結構優化;④資金約束不予考慮;⑤在進行情景設置時,由于主要考慮綜合運輸結構變化造成的能源消耗總量的變化,所以假定各種運輸方式能源強度沒有發生變化。

(二)模型準備

(1)綜合運輸結構對綜合運輸能耗影響的量化分析。為了研究影響綜合運輸能耗的3個主要因素(運輸服務總量、綜合運輸結構、運輸能源強度)對綜合運輸能耗總量變動的影響程度,筆者進行定量分析,根據完全分解模型理論和“ASIF等式”[4]:綜合運輸能源消耗量(E)等于運輸服務總量(VA)、綜合運輸結構(SV)、能源強度(EI)的乘積,可得到運輸服務總量(VA)、綜合運輸結構(SV)、能源強度(EI)3種影響因素的因子貢獻量VAc、SVc、EIc分別如式(1)、式(2)、式(3)所示:

式(1)、式(2)和式(3)中各種符號的含義如下:IVA、ISVi、IEIi分別代表運輸服務總量、各種運輸方式承擔的運輸周轉量比例、各種運輸方式能源強度基期的值;IΔVA、IΔSVi、IΔEIi分別代表運輸服務總量、各種運輸方式承擔的運輸周轉量比例、各種運輸方式能源強度在研究時間段內的變化量;i(i=1,2,3,4)代表各種運輸方式,分為鐵路、公路、水運、航空4種不同運輸方式。

其中,運輸服務量用運輸周轉量表示,綜合運輸結構用各種運輸方式分擔的運輸周轉量比例表示,能源強度用單位運輸周轉量的能源消耗表示。

(2)GDP和運輸周轉量預測。在對未來年份的運輸能耗進行預測分析時,首先要了解未來年份的運輸周轉量情況。大量的研究表明,一個地區的運輸周轉量與其GDP之間有著明顯的回歸關系,所以在對GDP進行時間序列分析的基礎上進行運輸周轉量與GDP的回歸分析得到預測期的運輸周轉量。本文運用回歸分析法進行運輸周轉量預測,主要有以下步驟:①確定回歸方程中的自變量和因變量,在本文中自變量x為GDP,因變量y為旅客(貨物)周轉量;②根據搜集到的歷史數據繪制旅客(貨物)周轉量與GDP的散點圖,依據散點圖的形狀確定幾種比較接近的數學模型,建立回歸方程;③對建立的回歸方程進行擬合優度檢驗、顯著性檢驗;④利用回歸方程進行旅客(貨物)周轉量的預測。

(三)模型建立——情景設置和結果分析

在對研究區域的經濟發展水平和所處發展階段、綜合運輸的發展趨勢進行分析的基礎上,分情景對研究區域未來經濟發展前景和各種運輸方式的運量比例結構進行預測分析。本文對研究區域的經濟發展情景分3種情況進行設定,即高增長情景、中增長情景和低增長情景[5]。在各種情景的設定中,首先設定研究區域在研究期間內的經濟增長目標,然后根據GDP和旅客(貨物)運輸周轉量的回歸分析結果得到研究區域在研究期間內的旅客(貨物)周轉量,最后結合各種運輸方式的發展趨勢,在每種經濟增長目標對應的情景下設定不同的綜合運輸客運和貨運結構,具體設定情況如表1所示。

表1 情景設定情況

在對每種經濟增長情景下的綜合客運和貨運結構進行設定之后,分別討論各種情景下不同綜合運輸結構所產生的能源消耗總量,從而在保證經濟合理增長水平的前提下,確定最有利于節能的綜合客運和貨運結構。

三、模型驗證

筆者以陜西省為例對上述模型進行了驗證,分析過程中的數據來源于2001～2010年陜西省統計年鑒。鑒于部分數據的可得性,對陜西省2002～2007年的綜合運輸能源消耗的變動量進行因子貢獻率分析,結果可以用圖1示意。

圖1 2002～2007年陜西省能耗因子貢獻率對比

由圖1中顯示的完全分解結果可以看出,在2002～2007年期間影響陜西省綜合運輸能耗的3個主要因素中,運輸服務量(VA)的影響最為明顯,綜合運輸結構(SV)和能源強度(EI)[6]造成的影響相對較小。究其原因,主要是就經濟來說陜西省屬于欠發達省份,運輸需求還處于快速上升階段,導致其成為綜合運輸能耗逐漸增加的主要推動力,另外目前陜西省的運輸周轉量中鐵路承擔了大部分比例,而能耗較高的航空運輸所占比例很小,所以綜合運輸結構對綜合運輸能耗的影響不太明顯。但是從2005年開始,綜合運輸結構造成的影響已經開始逐漸顯現。從長遠來看,隨著陜西省經濟水平的提高,運輸服務量趨于飽和,綜合運輸結構和能源強度的影響將越來越明顯,限于降低能源強度的技術潛力有限,所以未來綜合運輸結構將成為影響陜西省綜合運輸能源消耗的主要因素。

根據前面提到的回歸分析的步驟,利用SPSS軟件對陜西省“十二五”期間的GDP和運輸周轉量進行預測[7],預測結果如表2和表3所示。其中運輸周轉量的預測是結合下文要討論的3種經濟增長情景進行預測的。

表2 陜西省“十二五”期間GDP和人均GDP預測結果

表3 陜西省“十二五”末運輸周轉量預測結果

根據對陜西省2000～2009年各種運輸方式承擔比例情況的分析結果,預測未來陜西省綜合運輸的發展趨勢是:隨著鐵路運輸的增速放緩,鐵路運輸承擔的運輸周轉量比例呈下降趨勢,公路運輸和航空運輸呈快速發展趨勢,由于陜西省是內陸省份,水運承擔的運輸周轉量比例基本不會發生變化。陜西省“十二五”末綜合運輸客運(貨運)結構的情景設定及運輸能耗總量分別如表4和表5所示。

表4 陜西省“十二五”末綜合運輸客運能耗情況

表5 陜西省“十二五”末綜合運輸貨運能耗情況

由計算結果可以看出,經濟的快速發展使運輸周轉量快速上升,這必然會造成運輸能耗的增加,這是由于目前陜西省經濟還處于快速增長階段。不論客運還是貨運,一方面,在鐵路運輸完成的客貨周轉量增速放緩,公路運輸和航空運輸快速增長的趨勢下,經濟低增長情景下的綜合運輸結構產生的能源消耗較低,但是不能為了節能工作放緩經濟增長,這與目前陜西省經濟發展的趨勢是不相符的;另一方面,在每種經濟增長情景下,公路運輸增速快于航空運輸的綜合運輸結構產生的能源消耗要低于航空運輸增速快于公路運輸的綜合運輸結構產生的能源消耗。結合上述2個方面的分析,在目前鐵路增速放緩、公路和航空快速發展的大趨勢下,使經濟實現以中增長情景中的增速增長的同時,公路運輸增速快于航空運輸增速更有利于節能。

四、結 語

在分析影響綜合運輸能耗因素的基礎上,對運輸服務量、綜合運輸結構、運輸能源強度3個主要因素對能耗的影響程度進行了量化分析,并利用情景分析法構建了基于能源消耗的綜合運輸結構優化模型。對陜西省的實例應用結果表明,本文構建的綜合運輸結構優化模型以能耗為主要考慮因素,對經濟發展水平和綜合運輸結構的發展趨勢綜合考慮,使對綜合運輸結構的預測更加科學、客觀,也對陜西省未來綜合運輸的發展起到良好的參考作用。

鑒于數據的可得性,本文對綜合運輸結構優化的研究只限于4種運輸方式完成周轉量的比例,從微觀角度對各種運輸方式再根據運輸工具進行分類是下一步研究的重點。

[1] 王文勇.交通運輸的能源消耗[J].公路運輸文摘,2004,41(9):22.

[2] 中華人民共和國統計局.中國能源統計年鑒2010[M].北京:中國統計出版社,2011.

[3] 中華人民共和國統計局.中國統計年鑒2010[M].北京:中國統計出版社,2011.

[4] 張樹偉,姜克雋,劉德順.中國交通發展的能源消費與對策研究[J].中國軟科學,2006,21(5):58-62.

[5] 朱躍中.未來中國交通運輸部門能源發展與碳排放情景分析[J].中國工業經濟,2001,19(12):30-35.

[6] 毛保華,賈順平,孫啟鵬,等.不同交通方式能耗與排放因子及其可比性研究[R].北京:北京交通大學中國綜合交通研究中心,2009.

[7] 薛 薇.統計分析與SPSS的應用[M].北京:中國人民大學出版社,2001.

Optimization of comprehensive transport structure based on energy consumption

D ING Xiao-ping1,WANG Jian-wei2
(1.Shool of CarUse and EngineeringMachinery,Fujian Communication Technology College,Fuzhou 350007,Fujian,China;2.Institute of Regional and Urban Transportation Economics,Chang'an University,Xi'an 710064,Shaanxi,China)

In order to take full account of energy consumption in the process of optimization of the comprehensive transport structure,the contributionratio of factors influencing the comprehensive transport's energy consumption is analyzed using complete decomposition model,and the research on the relationship between GDP and transport turnover is conducted in regression model by SPSS.On that basis,the different comprehensive transport structure is set using scenario analysis and the optimization model of comprehensive transport structure based on energy consumption is built.The model is verified with Shaanxi Province as the research object.The result verifies the model's operability and veracity and provides reference for the direction of Shaanxi Province's comprehensive transport.

comprehensive transport structure;energy consumption;scenario analysis;structural optimization

U11

A

1671-6248(2011)02-0040-05

作為人類賴以生存的物質基礎和社會經濟發展的重要資源,能源對國民經濟和人類社會的發展具有不可替代的作用,其消費總量隨著經濟發展水平的快速提高而持續增長。交通運輸業作為國民經濟發展的基礎性和服務性產業,在運輸生產和服務過程中要消耗大量的能源[1]。2009年中國交通運輸業、倉儲和郵政業的能源消耗占到全社會能源消耗總量的7.7%[2],成為中國3個能源消耗大戶之一。能源問題的日益嚴峻要求社會經濟的發展尤其是交通運輸業的發展必須堅持高效、節能、可持續發展的原則。由于各種運輸方式的能源強度不同,因此,在對綜合運輸結構進行優化時,應把綜合運輸的能源消耗作為首要考慮因素,符合實現低碳運輸和可持續發展的要求。

2011-03-25

丁曉萍(1985-),女,山西壽陽人,講師。