能源消費不平等性研究

吳巧生 汪金偉

(中國地質大學(武漢)經濟管理學院，湖北 武漢 430074)

日益增長的能源消費是導致全球溫室氣體排放快速增加的主要原因，不管是發達國家還是發展中國家都會面臨具有公共品性質(非競爭性與非排他性)的全球變暖與氣候變化問題。正因如此，以《京都議定書》為基石的全球氣候變化政策框架在圍繞國家溫室氣體減排目標與行動方案方面經歷了一輪又一輪的國際談判與博弈。從全球氣候變化政策的國際討論來看，最終的目的是維護全球利益，但全球利益遠不能代表問題的全部，關鍵在于這種制度安排要促進國際合作的實現，使國家獲得因合作帶來的潛在收益。現實減排義務和成本的分擔是談判的焦點，其中公平性問題是關鍵。

通常認為，更多的能源利用是提高人們生活質量的一種方式，然而，在當前供應約束和氣候變化條件下這種方式不再可行。事實上，有關文獻已經指出較好的生活質量可以在非常低的能源消費水平上實現。基于能源供應緊張和持久的提高能源效率的必要性背景，聯合國發展計劃署(UNDP)發布的《2007/2008年度人類發展報告》就指出，當能源使用關系到人類發展的時候，通過轉變經濟發展重心來滿足人類基本能源需求，尋找能源和社會的協調發展是有可能實現的。通過使用按照國家來加權的人文發展指標，例如聯合國公布的人文發展指數(HDI)，有助于理解由全球能源消費造成的“人類發展極限”。基于人文發展的標準意味著利用有限的自然資源實現潛在的發展水平是社會每一個成員的基本權利。因此，以人文發展指數為標準來分析能源消費的不平等性，具有重要的應用前景。

本文采用聯合國開發計劃署的人文發展指數和國際能源署的能源消費數據，選取129個國家，并根據HDI指標分為高等、中等和低等三組(分別記為HHD，MHD和 LHD)，基于分析收入不平等的標準性工具，例如洛倫茲曲線、基尼系數和Theil指數來測度國家之間能源消費的不平等性。

1 文獻綜述

經驗性的證據表明，能源消費的增長正在導致包括CO2在內的溫室氣體排放量急劇上升。一旦出現市場失靈，無論溫室氣體在哪里排放都會在全球范圍內迅速擴散［1］。當今，就像自然界的不平衡關系一樣，大部分從化石能源衍生出來的能源都被發達國家或地區消費掉，這樣的一種能源系統已經導致非常嚴重的社會關系不平等。然而，能源消費的不平等性一直以來僅僅受到非常有限的關注，部分學者在能源消費領域嘗試應用洛倫茲曲線和基尼系數初步探討了能源消費的不平等性問題。最新文獻大多致力于氣候變化的研究，有一些嘗試使用傳統的研究收入分配分析工具來測度隨時間不同國家之間CO2排放的不平等及其變化趨勢。

本文的目的是采用分析收入不平等的標準性工具，例如洛倫茲曲線、基尼系數和Theil指數來測度國家之間能源消費的不平等性。洛倫茲曲線是一個能夠很好地估計能源消費分布的工具，利用洛倫茲曲線分析能源經濟問題的好處是它能夠同時對國家之間和國內的能源消費分布進行分析和比較［2］;基尼系數的優勢在于它容易計算和解釋說明［3］;而Theil指數的優勢在于它能夠很方便地將一系列因子乘積分解成加法形式［4］。

2 不平等性的測度方法

2.1 洛倫茲曲線與基尼系數

洛倫茲曲線和基尼系數能夠直觀地、可視化地描述世界能源消費的不平等性。然而一個基尼系數可以對應多條洛倫茲曲線，所以這兩種方法必須同時使用［2］。在傳統的經濟學中，洛倫茲曲線表示所有家庭的累計總收入與累計家庭的比值，在計算的時候首先將家庭按照收入高低升序排列。其數學表達形式如下:

其中:p表示累計人口的總收入小于或等于某個收入水平x的累積人口占總人口的比例，y表示屬于p累計總收入。

任何洛倫茲曲線都必需有下列性質，

并且定義p的取值范圍為［0，1］。

運用洛倫茲曲線研究全球能源消費的不平等性需要用國家代替家庭進行排序，并且在排序標準上一般采用人均能源消費量來代替原來的收入變量。此時，洛倫茲曲線的橫坐標軸表示人口的累計百分比，縱坐標軸表示的是能源消費的累計百分比。事實上，洛倫茲曲線上將國家排序的標準取決于坐標軸上的變量，在構建洛倫茲曲線的時候也可以用全球累計GDP來代替累計人口(橫軸)［5］。

實際數據的洛倫茲曲線及其與對角線對稱線所圍成區域的面積就是基尼系數，它的計算公式如下:

其中:Pi表示國家i的人口占總人口的比例，Ei表示的是國家i的能源消費量占世界能源消費總量的比例。這樣計算的基尼系數衡量的是世界人均能源消費的不平等程度。基尼系數等于零時的含義與洛倫茲曲線中對角線的含義一樣，表示世界人均能源消費絕對平等;基尼系數等于1表示世界人均能源消費的絕對不平等，即全球能源被一個國家所消費。此時，洛倫茲曲線與縱軸重合。

2.2 Theil指數

Theil提出了一種度量不平等性的方法，即收入的算術平均值與幾何平均值之比的自然對數［6］。當這種方法用來衡量不同發展水平國家的人均能源消費的不平等性問題時，它的表達式可以寫成如下形式:

采用RH，RM，RL分別表示高、中、低三種不同的發展水平。Pg和Eg分別表示Rg組的人口比例和能源消費比例，計算公式分別為Pg=∑iPi和Eg=∑iEi，i?Rg。分組后公式(4)可以按組變換為如下形式:

此時JR衡量的是不同組之間的不平等性:

式(6)衡量Rg組里面各個國家的不平等性。因此，總的不平等性在數學形式上表現為組間和組內兩個不平等值的和，其計算公式為:

3 基于洛倫茲曲線和基尼系數的能源消費不平等性分析

按照2009年UNDP人類發展報告，基于HDI指數的大小可以將129個國家劃分成三個層次:當HDI≥0.85時，稱為高發展水平國家(下文用HHD表示)，0.6≤HDI＜0.85稱為中等發展水平國家(用MHD 表示)，HDI＜0.6稱為低發展水平國家(用LHD表示)。在2007年，129個國家中有47個國家分在HHD組，60個在MHD組，其余22個在LHD組。

由于排序標準不同，可以能夠建立不同的洛倫茲曲線，并且洛倫茲曲線中橫軸的變量是決定排序標準的因素。據此，我們根據不同的平等判別準則可以生成不同的洛倫茲曲線。

基于所有的國家應該擁有同樣的權利利用能源促進社會與經濟這樣一個基本原理，首先建立以人均能源消費平等為標準的洛倫茲曲線。這種標準下，縱軸表示的是累計的人均能源消費比例，橫軸為累計人口比例。基于一國生產與消費本國能源產品的國家主權角度，第二個排序標準是各國的能源生產量。在這種標準下，縱軸的變量是累計人均能源產量比例，橫軸是累計人口比例。第三個標準是關于經濟活動平等的，即GDP越大，能源消費就越大。據此，按照能源強度標準進行排序，縱軸表示累計能源消耗比例，橫軸表示累計GDP比例。最后一個是基于人文發展水平的標準。在這種標準下，縱軸表示累計能源消耗比例，橫軸是按照HDI排序的累計人口比例。根據傳統的福利經濟學理論，每個人都應該享有發展的權利，包括基本的生存需求和基于自然資源的非物質服務的社會、經濟、政治權力。因此，人文發展的概念是很重要的，因為它不僅是關心當前的狀態，而且關注人類潛在生活水平的實現。基于人文發展的標準意味著利用有限的自然資源實現潛在的發展水平是社會的每一個成員的基本權利。

表1 1998－2007不同標準下基尼系數值Tab.1 Gini coefficient sorted by different equity criterion from 1998 to 2007

根據Giannini Pereira等人的研究，實際數據的洛倫茲曲線越遠離對角線，即曲線的弧度越明顯，上面四種標準下的不平等性就越嚴重［7］。圖1給出了1998年和2007年四種標準下的洛倫茲曲線，直觀上四種標準下不平等程度由高而低的順序依次是:能源消費標準、HDI標準、能源生產標準、經濟活動標準。

洛倫茲曲線能夠直觀描述不平等性，而基尼系數能更好地量化不平等程度并且展示其隨時間變化趨勢。表1給出了1998－2007年的基尼系數，其數值大小展現了明顯的下降趨勢。然而，以能源強度為標準的基尼系數都是最小的，以人均能源產量為標準的基尼系數其次，最大的和次大的分別是以能源消費和HDI指數為排序標準的基尼系數。

圖1 四種標準下1998和2007年的洛倫茲曲線Fig.1 Lorenz curve in 1998 and 2007

上述分析結果同時表明，基于能源強度的基尼系數是一直下降的，而基于能源消費和能源生產的基尼系數有一個共同的變化特征:即1998－1999年下降，2000年上升，然后再一直下降。基于HDI指數的基尼系數在1998－2002年中有波動，隨后就一直下降。這個分析結果與Jacmart等［8］、Banerjee ＆ Yakovenko［9］的研究結論相似。Jacmart等搜集128個國家數據，計算得出1975年的人均能源消費基尼系數是0.11，表明當年60%的人口僅僅消耗了10%的能源。Banerjee＆Yakovenko計算的人均能源消費基尼系數1990年為0.56，2005年為0.51，并認為基尼系數逐漸縮小的一個原因是全球化。

4 能源消費不平等性的分解

根據Padilla和Serrano的研究，Theil指數能夠幫助找到總的不平等程度中組間和組內的比重［10］。我們重點關注以HDI指數為標準的能源消費不平等性分析。利用Theil指數來分解以HDI指數為標準的基尼系數，分別計算HHD、MHD和LHD這三組的組間和組內的不平等程度。1998－2007年按HDI分組的全球能源消費不平等性指數分解結果如表2、圖2。

圖2 1998－2007年的Theil不平等性指數演化過程Fig.2 Evolution of Theil’s inequality from 1998 to 2007

從表2、圖2可以看出，世界能源消費不平等性更多的由組間不平等構成，組間不平等是世界能源消費不平等的主要“貢獻者”，其所占比例從1998年的75.4%變化到2007的59.9%，組內國家之間的這種不平等對世界能源消費不平等的“貢獻”要低得多。這表明，組間的不平等性更大，并且隨時間逐漸下降。對比HHD，MHD和LHD三組發現，MHD組每年的組內不平等程度最大;從1998到2003年，HHD的組內不平等程度要大于LHD的，但是在2004年到2007年，則是LHD的組內不平等程度要大于HHD的。盡管組間的不平等程度是逐年降低的，但是組內的不平等程度是逐年增加的。這表明，隨著時間的推移，以HDI指數排序的處于同一人文發展水平階段的國家之間能源消費的不平等程度越來越大。

5 不平等性分解的進一步分析:中美對比

美國和中國作為能源消費量最大的國家，分別屬于高人文發展水平和中等人文發展水平的代表國。

類似于前面的分析，我們將HHD(MHD)看成整體，其中美國(中國)作為一組，組內的其余國家作為一組。那么，(5)式就可以改寫成J=JR+，其中J為HHD(MHD)總的不平等程度，JR為組間的不平等程度就是組內的不平等程度。計算結果如表3、4，圖3、4所示，其中表3和圖3是美國的，表4和圖4是中國的。

在HHD組內總的不平等性呈現上升趨勢，而組間的的不平等程度則是穩定在0.05附近，那么HHD內總不平等程度的不斷上升就應該是組內不平等程度的不斷增加造成的。在此處的HHD組內，兩組的平均差異程度就等于不包含美國的HHD總差異乘以HHD各組內的人口比例。很顯然，在能源消費不平等性方面，最大能源消費國的美國與HHD內的其它國家具有簡單兼容性。

表2 1998－2007年按HDI分組的全球能源消費不平等性分解結果Tab.2 International energy consumption inequality by groups of HDI from 1998 to 2007

表3 HHD國家的能源消費不平等程度Tab.3 Inequality of energy consumption among the HHD nations

圖3 1998－2007年HHD國家的不平等程度Fig.3 Inequality in the MHD nations from 1998 to 2007

在MHD組，組間的不平等程度顯著的低于組內的平均水平，并且總體上呈現下降的趨勢，在2004年，由于印度從LHD組進入到MHD組，就使得MHD組間的差異出現了歷史最小。與HHD組不同，在MHD組中組內的不平等是主要的“貢獻者”。中國作為MHD組中最大的能源消費國，中國的能源消費變化明顯地影響了中等人文發展水平國家能源消費不平等的變化過程。

6 結論

能源資源的分布可能是導致社會、環境和經濟不平等的顯著因素。洛倫茲曲線、基尼系數和Theil指數的綜合使用能夠評價各個國家內和國家之間的能源利用分布，這加深了我們對人類活動與能源系統之間關系的理解。這些方法提供了不同國家或地區能源管理演化的重要視野，同時使得新技術、政府政策等影響因素變得可視化。

表4 MHD國家的能源消費不平等程度Tab.4 Inequality of energy consumption among the MHD nations

圖4 1998－2007年MHD國家的不平等程度Fig.4 Inequality in the MHD nations from 1998 to 2007

作為阻止人類與氣候系統沖突的必要因素，減少能源消費和碳排放在經濟政策爭論中正在成為非常突出的應對沖突的對策。在能源消費量持續增長和各種能源產品價格大幅波動這一環境下，所有國家都有責任減少能源消耗并且對未來更低能耗和更高效率的社會進步與經濟增長抱有希望。UNDP的人類發展報告中指出了人文發展的主要目標是為了創造一個能夠讓人們享受長壽、健康和充滿創造力的生活環境。毫無疑問，以HDI指數為基礎的人文發展分析框架是以滿足人類基本需求為目標的公平假設。因此，以HDI為標準來分析能源消費不平等性是很有必要的。人文發展水平的提高依賴于能源消費的不斷增長。但人文發展不僅僅與能源消費有關，不斷提高的人文發展水平不等于能源消費的不斷增長，一個明確的可能性是，能源消費增長是促進人文發展的一個必要條件。

目前，全球面臨的一個重要問題是，如何制定解決成本與收益分配的能源政策。本文認為，能源消費具有明顯而且重要的社會屬性，并且基于聯合國的HDI指數，分析了以HDI為標準排序的能源消費平等性問題。

論文驗證了收入不平等分析工具經過適當的調整后能夠很好地用來分析能源消費的不平等性問題。據此，我們選取了洛倫茲曲線、基尼系數和Theil指數分析了世界能源消費的不平等性。相比較于洛倫茲曲線和基尼系數而言，Theil指數的優勢在于它簡便的加法分解，有利于解釋能源消費不平等的演化。

在不同的平等標準下，不同的度量方法給出了相似卻不完全相同的結果。在1998－2007年間能源消費不平等程度呈現一個穩定的下降趨勢。與此同時，HHD、MHD和LHD三組國家的能源消費不平等程度存在一定差異。此外，在能源消費不平等性方面，最大能源消費國——美國與HHD內的其它國家具有簡單兼容性;中國的行為則影響了MHD組的能源消費不平等的變化，這暗示中國在節能減排方面應該充當領導角色。

References)

［1］Sinn H W.Public Policies against Global Warming［R］.NBER Working Paper No.W13454，CESifo(Center for Economic Studies and Ifo Institute for Economic Research)/NBER(National Bureau of Economic Research)，2007.

［2］Jacobson A，Milman A D，Kammen D M.Letting the(energy)Gini out of the Bottle:Lorenz Curves of Cumulative Electricity Consumption and Gini Coefficients as Metrics of Energy Distribution and Equity［J］.Energy Policy，2005，33(14):1825－ 1832.

［3］Rosas-Flores J A，Galvez D M.What Goes up:Recent Trends in Mexican Residential Energy Use［J］.Energy，2010，35(6):2596－2602.

［4］Cowell F A.Measuring Income Inequality(2nd ed.) ［M］.Harvester Wheatsheaf，Hemel Hempstead，1995.

［5］Groot L. Carbon Lorenz Curves［J］. Resource and Energy Economics，2010，32(1):45－64.

［6］Theil H.The Development of International Inequality 1960－1985［J］.Journal of Econometrics，1989，42(1):145－155.

［7］Giannini P M，Vasconcelos F M A，Fidelis D S N.The Challenge of Energy Poverty:Brazilian Case Study［J］.Energy Policy，2011，39(1):167－175.

［8］Jacmart M C，Arditi M，Arditi I. The World Distribution of Commercial Energy Consumption［J］.Energy Policy，1979，7(3):199－207.

［9］Banerjee A，Yakovenko V M.Universal Patterns on Inequality［J］.New Journal of Physics，2010，12(7):1－26.

［10］Padilla E，Serrano A.Inequality in CO2Emissions across Countries and Its Relationship with Income Inequality:A Distributive Approach［J］.Energy Policy，2006，34(14):1762－1772.