中國礦業區域城鎮化進程中能源消費的研究

關雪凌，周敏

（中國礦業大學管理學院，江蘇徐州221116）

中國礦業區域城鎮化進程中能源消費的研究

關雪凌，周敏

（中國礦業大學管理學院，江蘇徐州221116）

摘要：礦業城市在中國的一次能源供給和工藝原材料提供方面起到重要的作用，在國家的經濟發展和能源體系中扮演著不可或缺的角色。和中國的其他地區一樣，礦業區域正經歷著城鎮化大潮。選用STIRPAT模型，研究2005—2011年礦業區域城鎮化和其他因素對能源消費及其引起的碳排放的影響，發現城鎮化是影響能源消費的重要因素。

關鍵詞：城鎮化；能源消費；STIRPAT模型；礦業區域；碳排放；低碳經濟；礦產資源；一次能源；工業原材料

一、引言

中國是全球少數礦產資源種類齊備且儲量豐富的國家之一。已發現的171種礦產資源中包括原油、天然氣、煤等能源礦產，鐵、礦、鋁等金屬礦產，以及石墨、磷、硫等非金屬礦產。這些礦產資源提供了中國近90%的一次能源和近80%的工業原材料，在國家的經濟和社會發展中起著不可替代的作用[1]。

中國的礦產資源分布廣泛但所在區域相對集中。煤炭主要集中于山西、陜西、內蒙古、吉林等省份；陸地石油主要分布在新疆、黑龍江、陜西、山東、四川等省份；鐵和銅主要分布在遼寧、河北、江西、云南、甘肅和安徽等省份。結合主要礦產資源的地區分布，本文按照國家計委宏觀經濟委員會給出的界定方法，根據各省采礦業從業人數占全部從業人數的比重劃定了省級的礦業區域。

與中國其他地區一樣，礦業區域正處在強勁的城鎮化進程中。城鎮化是實現經濟增長和工業化的重要因素，加快城鎮化已成為我國確保經濟持續發展的優先國策，中國目前正處于城鎮化快速發育時期。據預測，到2025年中國95%的國內生產總值將由城鎮經濟產生[2]；到2025年城市化率將快速攀升至65.4%，城市人口將增至9.1億[3]。城鎮化不僅意味著勞動力從農村向城鎮的轉移，更意味著經濟活動和生活方式的改變。這些變化對能源消費以及碳排放產生著巨大的影響。一方面，城鎮化帶動的基礎設施建設、交通運輸增長以及家庭消費增長可能引起能源消費及相應環境排放的增加；另一方面，城鎮化帶來的先進生產方式可能帶來規模經濟效應，而減少能源消費，進一步減少負面環境影響。近年來，很多國外學者對城鎮化與能源消費及其產生的環境影響間的關系作出了研究。一些學者發現城鎮化導致能源消費增加，產生更多排放［Cole和Neumayer（2004）[4]；Jones（1991）[5]；York（2007）[6]；Holtedahl和Joutz（2004）[7]］。相反的，另外一些學者認為城鎮化和城鎮密度改進了公共基礎設施的效率，進而降低了能源消費、減少了排放［Chen等（2008）[8]；Liddle （2004）[9]］。還有學者認為二者之間的關系在不同國家會有不同的反映：Poumanyvong和Kaneko（2010）[10]發現城鎮化對能源消費的影響在經濟水平不同的地區有所不同；Liu（2009）[11]發現城鎮化對能源消費有正向影響，但影響的重要性遞減，他將這種減少歸結于產業和技術結構的改進以及對資源更為高效的利用。

國內的學者也進行了不少相應研究：張曉平（2005）[12]在分析20世紀90年代以來中國能源消費時空特征的基礎上，認為城市化是影響我國能源消費總量增長和能源消費區域差異的主要因素之一。鄭云鶴（2006）[13]通過建立中國能源消費與工業化、城市化與市場化之間的回歸模型，指出目前工業化與城市化進程會導致能源消耗的增加，為市場進程的推進則會導致能源消耗的降低。劉耀彬（2007）[14]在向量自回歸模型的基礎上，運用Granger因果關系和協整分析，分析了我國1978—2005年城市化與能源消費之間的關系，并利用因素分解模型定量測算出城市化對中國能源消費的貢獻份額。

二、城鎮化對能源消費及碳排放影響的模型

（一）STIRPAT模型

STIRPAT模型由等式I=PAT演化而來。IPAT模型由Ehrlich和Holdren（1971）[15]在20世紀70年代的初期最早提出，用于描述人口增長對環境的影響，式中I表示環境影響、P代表人口規模、A代表富裕程度、T代表技術水平。此模型是研究環境影響的影響因素和人口效應的有效工具，但該模型只適用于分析單位彈性的影響因素，局限性較大。Dietz和Rosa（1994）[16]對IPAT模型改進為隨機模型——STRIPAT模型，克服了上述缺陷。模型的表達形式如式（1）：

改進后的模型保留了原IPAT等式的乘法框架，加入了常數項a，隨機干擾項e和人口規模、富裕程度、技術水平對環境影響的彈性系數b、c、d，使模型適用于影響因素非單位彈性的情況，大大拓展了模型的適用范圍。取對數后，模型如式（2）：

碳排放是測度影響環境的最常用的指標，而碳排放主要來源于一次能源消費，因此STRIPAT模型常用于分析不同因素對能源消費及其產生的碳排放的影響。Fan等（2006）[17]、Martinez-Zarzoso和Maruotti（2011）[18]等許多學者采用此模型分析城鎮化等人口因素、經濟發展情況等變量對能源消費及其相應碳排放的影響。不同的學者在研究過程中對模型中的變量做出了不同的界定：盧祖丹（2011）[19]將人口因素分解為總人口數和城鎮化水平，Shi（2003）[20]用制造業產出占GDP的比重表示技術水平；Bongaarts證明在不同的經濟結構下技術水平應取不同的變量；一些學者，尤其是研究中國問題時直接用能源強度表示技術水平；同時，產業結構也常用于描述技術水平。

本文將STIRPAT模型擴展如下：將人口規模P分解為總人口（P）和城鎮化率（R），用人均GDP表示富裕程度A，技術水平T分解為能源強度（T）和產業結構（IS）。各變量含義見表1。

表1　各變量含義

根據式（2）和表1，本文的模型形式如式（3）：

式（3）中，i表示不同的省份；t表示年份；b1、b2、c、d1和d2分別表示P、R、A、T和IS；e是隨機誤差項；a是常數項。根據彈性的定義，系數表示各因素對碳排放的影響程度。

（二）碳排放的計算

CO2排放量可以通過一次能源消費量乘以各自碳排放系數并加總求得，計算公式如式（4）：

式（4）中，CE表示CO2的排放量，單位為萬噸；i是能源種類；Ei是第i種能源轉化為標準煤的量，單位為萬噸標準煤；Fi是第i種能源的碳排放系數；22/6是碳和CO2的轉換系數。本文選擇了三種一次能源——煤、石油和天然氣，對應的碳排放系數分別為0.7329，0.565和0.445[21]。

（三）數據

2011年底，全國采掘業（主要是煤炭、石油天然氣等金屬及非金屬礦物采選）從業人數占全部就業人數的比例為4.18%。參考國家計委宏觀經濟課題組（2002）[22]對中國資源型城市界定的方法，采掘業從業人數占全部從業人員比重超過6%的省份在本文中被劃為礦業區域。另外，河北、遼寧、吉林和甘肅4個省份由于其采礦業在全省中地位重要，盡管其采掘業從業人數占全部從業人員比重在5%～6%之間，仍把這4個省份列入礦業區域。因此，河北、山西、內蒙古、遼寧、黑龍江、吉林、河南、山東、安徽、貴州、陜西、甘肅、寧夏、云南和新疆總計15個省份在本文中被界定為礦業區域。

選取2005—2011年15個省份的數據進行研究，樣本總計105個。其中2005—2009年及2011年各省份總人口、城鎮化率來源于《中國統計年鑒》（2006—2012年）；2010年各省城鎮化率來源于各省統計年鑒及第六次人口普查報告；2005—2011年GDP來自于《中國統計年鑒》（2006—2012年）；2005—2011年能源消耗總量來源于《中國能源年鑒》；各省碳排放量根據《中國能源年鑒》中各省份能源消費平衡表中給出的數據計算得出。由于2010年部分省份城鎮化率數據的缺失，文中采用了非平衡面板模型。

三、礦業區域城鎮化對能源消費影響的實證分析

根據STIRPAT模型，對礦業區域城鎮化進程中的環境影響進行實證研究。表2列出了根據式（2）計算出的2005—2011年中國礦業區域CO2排放的影響因素。模型整體通過了顯著性檢驗，但lnR（城鎮化水平）沒有通過t檢驗，即對環境因素的影響不顯著。然而，由于多重共線性的存在這并不意味此區域城鎮化率對CO2排放的影響不顯著。城鎮化率與代表富裕程度的人均GDP高度相關，因本文重點研究城鎮化進程中的環境影響，故去除變量人均GDP[23]。

刪除變量lnA（富裕程度——人均GDP）后，模型修正為如式（5）形式：

對修正模型式（5）進行估計，結果如表3。

在修正模型中，模型整體回歸效果好，各變量的回歸結果均在1%水平上顯著。在中國礦業區域，人口總量、城鎮化水平和產業結構對能源消費影響為正，即人口增加、城鎮化水平提高、第二產業比重增加時能源消費增加；技術水平對能源消費影響為負，即在技術水平提高1%時能源消費減少0.42%。總人口的變化對環境影響最大，影響率達到1.81，表明能源消費相關的碳排放在人口總量增加1%時增加1.81%。在中國礦業區域碳排放量的增長速度遠大于人口總量的增長速度。人口規模在其他條件不變的情況下必然會引起能源消費的增加，然而人口不應被簡單地視為環境惡化的罪魁禍首，不能過高地或簡單地評價人口絕對數量對碳排放的影響。與人口總數增加同步推進的城鎮化及其帶來的生活水平提高及生活方式改變在對能源消費方面的影響應受到密切關注。

城鎮化水平、產業結構對碳排放影響為正向，彈性系數分別為0.92和0.65，表示在城鎮化水平提高1%時提高0.92%，在第二產業比重提高增加1%時增加0.62%。說明在中國礦業區域，城鎮化和工業化的推進都導致了能源消費增加，較工業化而言，城鎮化進程引致的碳排放及環境污染更為嚴重。在礦業區域，城鎮化帶動的基礎設施建設、居民消費增加的能源拉動作用大于生產方式改進帶來的抑制作用，可見目前中國礦業區域的城鎮化仍處在粗放、非集約的階段。

健康的城鎮化應該促進包括能源在內的各類資源發揮集聚作用，即能源消費的集約效率提高。據王家庭（2010）[24]對資源集約效率的定義，能源集約效率（IE，Intensive Efficiency）可以表述為目標能源消耗（Target Energy Consumption）與實際能源消耗的比值（Actual Energy Consumption）的比值，見式（6）：

采用CRS假設下基于投入法的DEA模型，以2011年各省份能源消費為投入變量，GDP為產出要素，對比礦業地區和其他地區的能源集約效率，結果如表4?？梢钥闯觯袊V業地區的平均能源集約效率為0.402，明顯低于非礦業地區的0.642，且各礦業地區的能源集約效率普遍較低。說明在城鎮化過程中，礦業地區在能源使用方面未能有效發揮集聚效應。

表2　據原始模型得出的估算結果

表3　據修正模型得出的估算結果

表4　各地區能源集約效率

四、結論及政策建議

（一）結論

礦業地區在中國所占人口比重不足50%，而其排放的CO2已經超過全國的60%。在2005—2011年，礦業區域碳排放年均增長率為8.71%，比全國平均水平高出0.2%，在碳排放的總量和增長速度上都高于全國平均水平。然而，礦業地區的城鎮化水平和年均增長率分別為46.97%和2.93%，均低于全國水平的51.27%和2.98%。在中國城鎮化整體推進的背景下，礦業區域將會經歷更為強勁的城鎮化過程，在此過程中面臨的能源、環境約束將更為嚴峻。

在礦業區域中，城鎮化水平是影響區域能源消費及其產生的碳排放的第二大影響因素。城鎮化過程中農業人口向城市聚集，生活方式的改變和生活水平的提高導致居民能源消費的提高；城鎮的建設帶動大量基礎設施建設和交通網絡的擴展，導致能源消費的增加；產業結構由農業向二、三產業轉化也導致能源消費的增長。但伴隨城鎮化的技術水平提高和集約效應仍未充分發揮作用。目前，從整體角度看來，城鎮化引致了礦業區域更大的能源消費量和碳排放量，對區域環境產生了消極影響。

（二）政策建議

1.質量與速度并重。與其他發展中國家相對于經濟發展水平來說的“過度城鎮化”現象不同，中國被普遍認為是“低城鎮化”國家，礦業區域的城鎮化水平更是低于全國整體。而加快新型城鎮化是“十二五”期間我國政府協調發展、擴大內需和推進城鄉一體化的一項重大戰略，也是新一輪經濟增長的重要動力。對礦業區域而言，較低的城鎮化水平意味著更大的發展空間和潛力。

全面推進礦業區域城鎮化的發展，既要有量的擴張，更要注重質的提高。要從產業結構、基礎設施、市場構架、生活環境和城鎮管理等各個方面，全方位提升礦業區域城鎮化的水平。同時要改善現有的城鄉二元結構，構建新型的城鄉關系。根據礦業區域自身特點合理確定城市開發邊界，發揮城鎮在生產、消費各環節應有的集聚效應，以有序的發展取代盲目擴張。

2.選擇低碳節能路徑。礦業區域應通過合理的總體規劃，建立全面合理的引導與評估體系，增強現有城鎮的環境容量和生態承載力，改進城市能源系統效率。在城市發展方面，貫徹低碳發展的思路，通過政策引導和市場激勵影響企業和居民的能源消費行為：鼓勵企業進行低碳技術開發、購置節能設備和推行低碳管理實踐；積極推動公共交通網絡建設，倡導綠色出行；合理引導和鼓勵居民采用低碳生活模式，使用節能環保產品。

同時，礦業區域還需著力改善能源結構。受到能源賦存條件以及資金和技術的限制，礦業區域，尤其是煤炭型礦業區域很難盡快改變以煤為主的能源消費格局。積極增加油氣比重，下大力氣開發新能源和可再生能源，逐步減少煤炭在能源消費中的比重，是礦業區域乃至全國改善能源結構的長期任務和目標。對水能、太陽能、生物質能等可再生能源，政府應該在財稅政策等方面大力扶植，以應對目前成本和技術問題的制約，提高利用范圍和利用能力。此外，在加強能源結構調整、增加清潔能源消費量的同時，礦業區域必須根據自身能源特點，加速發展煤炭清潔利用技術，實現煤炭的清潔、高效利用，減少碳排放。

3.優化產業結構。礦業區域中高耗能高排放的產業比重高。目前，包括石油加工、煉焦及核燃料加工業，化學原料及化學制品制造業，非金屬礦物制品業，黑色金屬冶煉及壓延加工業，有色金屬冶煉及壓延加工業，電力、熱力的生產和供應業在內的六大產業耗能占全國能耗的51%；而且這些產業也是煤炭和石油等高碳能源使用最為集中的產業，六大產業占我國煤炭消費總量的82%，綜合起來看，六行業碳排放量占排放總量的比重超過50%（2010）[25]。這些高能耗高排放產業在礦業區域內尤為集中，甚至是區域內的支柱產業。

逐漸限制高能耗產業的發展，由“高耗能、高排放、高污染”的經濟增長方式轉變為“低耗能、低排放、低污染”的模式，積極加強與各類科研院所和企業的低碳技術交流和項目合作，積極推動原有高耗能產業的清潔化發展。同時，支持新型服務業的發展，實現由“制造經濟”向“服務經濟”的轉變，推動礦業區域盡快擺脫對高耗能、高排放產業的依賴，形成以服務經濟為主的產業結構。

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責任編輯、校對：武玲玲

中圖分類號：F291.1

文獻標識碼：A

文章編號：1007-2101（2015）01-0052-05

收稿日期：2014-01-28

基金項目：中央高校基本科研基金項目（2013XK01）

作者簡介：關雪凌（1983-），女，河北張家口人，中國礦業大學管理學院博士研究生，研究方向為能源經濟與管理；周敏（1962-），男，四川威遠人，中國礦業大學管理學院教授，博士生導師，研究方向為能源經濟、產業組織與政策。

Study of Energy Consumption in Mining Areas of China in the Process of Urbanization

Gang Xueling，Zhou Min
（School of Management, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China）

Abstract：Providing a large proportion of primary energy and industrial raw material, mining areas are playing important role in economic development and energy system in China. Like other parts of China, mining areas are in the process of urbanization. Adopting STIRPAT model, this paper studies the influence of urbanization and other factors on the energy consumption and carbon emission in mining areas during the period from the year 2005 to 2011, and finds that urbanization is an important factor of energy consumption.

Key words:urbanization; energy consumption; STIRPAT model; mining area; carbon emission; low carbon economy; mineral resources; non-renewable sources of energy; industrial raw material