基于洛倫茲曲線的我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)的區(qū)域性非均衡研究

劉　偉，蔣　立，閆　強(qiáng)

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037;2.中國地質(zhì)科學(xué)院全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略研究中心,北京 100037；3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

能源作為人類社會進(jìn)步和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長的重要投入因素，中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源供需具有明顯的區(qū)域性，不同區(qū)域能源分布和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)都具有較大的差異[1]。我國的東部地區(qū)工業(yè)化程度較高，經(jīng)濟(jì)增速較快，能源消耗量巨大，然而這些區(qū)域的能源又相對稀缺，能源供需的矛盾比較突出；油氣資源非常豐富的西北地區(qū)和煤炭資源豐富的華北地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制，對能源的需求較少，這種能源資源分布上的不均衡性極大地增加了能源運(yùn)輸?shù)膲毫统杀尽Ｄ壳埃覈P(guān)于能源資源的研究主要集中在能源的可持續(xù)發(fā)展和能源資源流動，以及能源政策研究等方面，對于能源生產(chǎn)與消費(fèi)的研究則更多地是從國家層面分析供需格局，很少涉及能源生產(chǎn)與消費(fèi)的區(qū)域分布問題以及它們之間的匹配程度問題。

魏壽煜等[2]根據(jù)區(qū)域用水結(jié)構(gòu)及水資源空間分布與耕地、人口和第二產(chǎn)業(yè)分布的關(guān)系，以基尼系數(shù)和洛倫茲曲線為理論基礎(chǔ)構(gòu)建水資源空間匹配模型，并運(yùn)用該模型對重慶市水資源進(jìn)行實(shí)例分析。劉歡等[3]以我國的30個省(區(qū)、市)為例，選取其2005～2014年的水資源和能源資源數(shù)據(jù)，利用重心和標(biāo)準(zhǔn)差橢圓空間統(tǒng)計方法及洛倫茲曲線和基尼系數(shù)計算方法，量化分析區(qū)域水-能源資源的空間分布特征及匹配格局。侯華麗等[4]采用基尼系數(shù)和洛倫茲曲線相結(jié)合的方法，以礦種在省域空間的查明資源儲量作為指標(biāo)，對我國礦產(chǎn)資源空間分布的不均衡性進(jìn)行定量化的測度和比較，并提出將礦種的空間分布不均衡性作為礦產(chǎn)資源分類管理的空間要素。為了量化我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)的匹配程度，本文選取2015年煤炭、石油和天然氣的生產(chǎn)量與消費(fèi)量數(shù)據(jù)，以洛倫茲曲線和基尼系數(shù)為理論基礎(chǔ)，構(gòu)建了我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)的分布與匹配模型，并為其匹配程度提供了量化標(biāo)準(zhǔn)。

1　理論基礎(chǔ)

洛倫茲曲線是20世紀(jì)初由美國統(tǒng)計學(xué)家M.O.Lorentz提出的反應(yīng)一個國家或地區(qū)收入分配非均衡程度的曲線(圖1)。圖1中橫軸OH表示人口(按收入由低到高分組)的累積百分比，縱軸OM表示收入的累積百分比，弧線OL為洛倫茲曲線。洛倫茲曲線的彎曲程度有重要意義。一般來講，它反映了收入分配的不平等程度。彎曲程度越大，收入分配越不平等，反之亦然。特別是，如果所有收入都集中在一人手中，而其余人口均一無所獲時，收入分配達(dá)到完全不平等，洛倫茲曲線成為折線OHL。另一方面，若任一人口百分比均等于其收入百分比，從而人口累計百分比等于收入累計百分比，則收入分配是完全平等的，洛倫茲曲線成為通過原點(diǎn)的45度線OL[5]。

圖1　洛倫茲力曲線

將洛倫茲曲線與45度線之間的部分A叫做“不平等面積”，當(dāng)收入分配達(dá)到完全不平等時，洛倫茲曲線成為折線OHL，OHL與45度線之間的面積A+B叫做“完全不平等面積”。不平等面積與完全不平等面積之比，稱為基尼系數(shù)，是衡量一國貧富差距的標(biāo)準(zhǔn)。基尼系數(shù)G=A/(A+B)。顯然，基尼系數(shù)不會大于1，也不會小于零。當(dāng)A=0時，基尼系數(shù)為0，表示收入分配絕對平等；當(dāng)B=0時，基尼系數(shù)為1，表示收入分配絕對不平等。基尼系數(shù)是0～1之間的數(shù)值，基尼系數(shù)越大，不均等程度越高；基尼系數(shù)越小，收入分配越平等[6-8]。一般按照國際標(biāo)準(zhǔn)和慣例，基尼系數(shù)小于0.2為“絕對平均”，0.2～0.3為“相對平均”，0.3～0.4為“比較合理”，0.4～0.5為“差距過大”，在0.5以上為“高度不平均”，因此0.5為警戒線。

洛倫茲曲線和基尼系數(shù)是用于衡量收入分配非均衡程度的一種客觀指標(biāo)，但其實(shí)質(zhì)上可以用來研究資源分配的非均衡性[2]。我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)在地域空間上的分布也具有這種非均衡性，用洛倫茲曲線和基尼系數(shù)描述能源生產(chǎn)與消費(fèi)在地域空間匹配的非均衡性，能為能源生產(chǎn)與消費(fèi)的匹配程度提供一個合適的量化標(biāo)準(zhǔn)。

2　模型構(gòu)建及數(shù)據(jù)來源

2.1　構(gòu)建步驟

1) 將研究區(qū)域劃分為若干子區(qū)域(本文按行政區(qū)域劃分為31個省(區(qū)、市)(不含香港、澳門和臺灣地區(qū))，選取能源(石油、天然氣和煤炭)的消費(fèi)量作為基本匹配原象，能源的生產(chǎn)量作為匹配對象。

2) 以各行政區(qū)域內(nèi)的能源生產(chǎn)量作為要素匹配分級指標(biāo)，對全國各行政區(qū)域內(nèi)的能源生產(chǎn)量數(shù)據(jù)從高到低進(jìn)行排序。

3) 分別計算各行政區(qū)域內(nèi)石油、天然氣和煤炭的生產(chǎn)量占全國的比例，按生產(chǎn)量占全國的比例將所有子區(qū)域分為10組，再依次計算能源生產(chǎn)量占各區(qū)域比例的累計百分比。

4) 定義x軸為匹配原象(能源消費(fèi)量)的累計比率，y軸為匹配對象(能源生產(chǎn)量)的累計比率，分別繪制相應(yīng)的洛倫茲曲線。

5) 選擇基尼系數(shù)的計算方法，分別計算能源(石油、天然氣和煤炭)生產(chǎn)與消費(fèi)的基尼系數(shù)。本文選用的是多項(xiàng)式線性擬合的方法，先對畫出的曲線進(jìn)行多項(xiàng)式線性擬合，再利用微積分公式計算相應(yīng)區(qū)域的面積，最后得到基尼系數(shù)。

2.2　數(shù)據(jù)來源

考慮到能源數(shù)據(jù)的可獲得性，本文只選擇石油、天然氣和煤炭等常規(guī)化石能源，而不涉及太陽能、風(fēng)能、水能和核能等非常規(guī)能源。能源的生產(chǎn)量和消費(fèi)量數(shù)據(jù)包括石油、煤炭、天然氣的生產(chǎn)量和消費(fèi)量，以及總能源的生產(chǎn)量和消費(fèi)量。煤炭、石油和天然氣的生產(chǎn)與消費(fèi)數(shù)據(jù)采用的是《中國能源統(tǒng)計年鑒2016》的能源生產(chǎn)量與消費(fèi)量，總能源生產(chǎn)量與消費(fèi)量是將石油、煤炭和天然氣的生產(chǎn)量與消費(fèi)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)煤數(shù)據(jù)進(jìn)行相加得到的。2015年我國能源生產(chǎn)量與消費(fèi)量在各地區(qū)的占比情況見表1。

3　結(jié)果與分析

3.1　計算結(jié)果

依據(jù)基尼系數(shù)的內(nèi)涵，可以作如下假設(shè)：一定比例的能源消費(fèi)量需要相同比例的能源生產(chǎn)量與之相匹配，這樣的能源生產(chǎn)與消費(fèi)空間分布則可視為是均衡的。由此，分別構(gòu)建石油、天然氣、煤炭和總能源生產(chǎn)與消費(fèi)的空間洛倫茲曲線，并計算相應(yīng)的基尼系數(shù)。以能源消費(fèi)量的累積比率為x軸，能源生產(chǎn)量的累計比率為y軸，畫出相應(yīng)能源的洛倫茲曲線，并進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，擬合結(jié)果見圖2。

為了更準(zhǔn)確地描述洛倫茲曲線和精確地估計基尼系數(shù)，通過分析洛倫茲曲線的特性，設(shè)計出一條洛倫茲曲線方程，對洛倫茲曲線直接進(jìn)行擬合。經(jīng)過實(shí)例分析，擬合效果好，由洛倫茲曲線可推導(dǎo)出基尼系數(shù)的計算公式，計算結(jié)果精確度也很高。本文運(yùn)用多項(xiàng)式擬合的方法來計算基尼系數(shù)，計算結(jié)果見表2。

從表2能源生產(chǎn)與消費(fèi)的基尼系數(shù)可以看出，石油生產(chǎn)與消費(fèi)的基尼系數(shù)為0.4626，處于“差距過大”的范圍內(nèi)。這與我國石油的生產(chǎn)主要集中在西北地區(qū)和東北地區(qū)，消費(fèi)主要集中在華東地區(qū)的事實(shí)相一致。天然氣生產(chǎn)與消費(fèi)的基尼系數(shù)是0.4744，也處于“差距過大”的范圍內(nèi)，這是因?yàn)槲覈奶烊粴赓Y源主要存在于新疆和四川，而天然氣消費(fèi)在全國范圍內(nèi)則相對分散。煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)的基尼系數(shù)是0.5392，超過了國際標(biāo)準(zhǔn)中0.5的警戒線，處于“高度不平均”的范圍內(nèi)。從表1我國煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)的情況看，我國煤炭生產(chǎn)量的一半多都位于華北地區(qū)，消費(fèi)則集中在華東地區(qū)和華北地區(qū)，而且煤炭也是我國能源消費(fèi)的主要能源。2015年全國能源生產(chǎn)總量36.2億t標(biāo)準(zhǔn)煤。一次能源生產(chǎn)構(gòu)成中，原煤占72.1%，原油占8.5%，一次電力及其他能源占14.5%[9]。能源總量生產(chǎn)與消費(fèi)的基尼系數(shù)是0.4966，雖然還處于“差距過大”的范圍內(nèi)，但已非常接近0.5的警戒線，由于我國最主要的能源是煤炭，煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)的高度不平均也增加了能源總量生產(chǎn)與消費(fèi)的不均衡性。

表1　2015年中國能源生產(chǎn)量與消費(fèi)量的比例

注：數(shù)據(jù)不含香港、澳門和臺灣地區(qū)。

圖2　2015年能源生產(chǎn)與消費(fèi)的洛倫茲曲線

表2　2015年能源生產(chǎn)與消費(fèi)的基尼系數(shù)

能源種類基尼系數(shù)石油0.4626天然氣0.4744煤炭0.5392能源總量0.4966

3.2　不均衡性分析

據(jù)《中國能源統(tǒng)計年鑒2016》，2015年全國能源生產(chǎn)31.61億tce，消費(fèi)40.62億tce。能源的生產(chǎn)主要集中在山西、內(nèi)蒙古和陜西，共占全國能源生產(chǎn)的57.95%。這3個省(區(qū))也是我國煤炭資源最豐富的地區(qū)，由此可見，煤炭的生產(chǎn)和消費(fèi)在我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)中占有相當(dāng)大的比例。根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計年鑒2016》的數(shù)據(jù)，在2015年中國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭、石油、天然氣、水電、核電、風(fēng)能、太陽能和其他可再生能源占比分別為63.7%、18.6%、5.9%、8.5%、1.3%、0.3%和0.4%。相對而言，能源的消費(fèi)則相對分散，消費(fèi)較多的省(區(qū))有山東(4.26億tce)、山西(2.27億t)、內(nèi)蒙古(2.71億tce)、江蘇(2.71億tce)、河北(2.41億tce)、遼寧(2.23億tce)和廣東(2.08億tce)。

無論從每種能源或能源總體來看，其生產(chǎn)區(qū)和消費(fèi)區(qū)的分布都很不一致，有的省(市、區(qū))在全國能源生產(chǎn)中的比重甚至高于其資源的比重。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷快速增長，主要經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省(市、區(qū))的能源自給率不斷下降，而這些省(市、區(qū))又都是能源資源相對匱乏的地區(qū)。例如華東地區(qū)2015年的能源消費(fèi)占全國的29.81%，而該地區(qū)的能源生產(chǎn)只占全國的8.85%。中南地區(qū)和東北地區(qū)的能源消費(fèi)量也超過了其生產(chǎn)量，尤其是中南地區(qū)的武漢經(jīng)濟(jì)圈以及珠江三角洲地區(qū)能源缺口巨大，這部分能源缺口主要從華北地區(qū)靠長途運(yùn)輸解決。即使在能源富裕的東北地區(qū)與華北地區(qū)，主要消費(fèi)區(qū)為遼中南、京津唐，由于能源消耗量十分集中，也需要由黑龍江、山西、內(nèi)蒙古遠(yuǎn)途輸入能源。能源由北而南和由西而東的大量運(yùn)輸將是我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)長期存在的基本態(tài)勢。能源生產(chǎn)與消費(fèi)的這種不均衡性不僅僅與我國能源資源的自然稟賦有關(guān)，還與我國各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人口密度有關(guān)。隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，能源消費(fèi)將進(jìn)入低速增長期，能源的生產(chǎn)壓力將有所減弱。為了弱化我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)的不均衡性，保障能源安全，應(yīng)積極推動能源供應(yīng)多元化，著力優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，加快形成煤、油、氣、核、新能源和可再生能源協(xié)調(diào)發(fā)展的能源供應(yīng)體系。

4　結(jié)　論

本文以洛倫茲曲線和基尼系數(shù)為理論基礎(chǔ)構(gòu)建了我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)的分布與匹配模型，并為其匹配程度進(jìn)行了定量分析。結(jié)果表明：我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)在區(qū)域分布與匹配上存在嚴(yán)重的不均衡性，石油、天然氣生產(chǎn)與消費(fèi)的基尼系數(shù)處于“差距過大”的范圍，而且很接近0.5的警戒線，通過調(diào)整能源結(jié)構(gòu)與合理規(guī)劃，其匹配度有望進(jìn)一步提高，但距“相對平均”的范圍還有較大的差距。煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)的基尼系數(shù)處于“高度不平均”的水平，可以說是匹配度極差。我國煤炭資源主要分布在西部及北方，煤炭需求主要集中在東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，因此長期造成北煤南運(yùn)、西煤東運(yùn)的局面[10]。2014年以來，受到資源自然稟賦以及能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響，水電、風(fēng)電、核電等新能源利用程度不斷提升，替代了部分煤電，因此煤在電力部門的消費(fèi)程度逐漸下降[11]，進(jìn)而在能源消費(fèi)中的比例有所下降，但煤炭仍然是我國能源消費(fèi)中最主要的能源。一次能源總量生產(chǎn)與消費(fèi)的基尼系數(shù)是0.4966，雖然仍處于“差距過大”的范圍內(nèi)，但已非常接近0.5的警戒線，國內(nèi)能源生產(chǎn)與消費(fèi)的這種不均衡性已經(jīng)得到國家的足夠重視，本文提出的量化分析模型有助于定量分析不均衡程度，區(qū)分不同能源種類來分析不均衡性，具有一定的借鑒意義，為我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級提供參考。

能源資源是人類社會發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的動力源泉，現(xiàn)實(shí)的能源資源空間分布存在不均衡性，能源生產(chǎn)與消費(fèi)空間的錯位更是一種較為普遍的現(xiàn)象[12]。這種區(qū)域不均衡性不僅增加了能源運(yùn)輸?shù)某杀荆€制約了我國整體的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，嚴(yán)重危害我國能源安全。為保障國家的能源安全，在控制消費(fèi)總量的基礎(chǔ)上，還應(yīng)注意提高能源利用效率，徹底改變原先的粗放型能源消費(fèi)方式，加快智慧能源管理系統(tǒng)的建設(shè)，增強(qiáng)需求側(cè)響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)與消費(fèi)的智能互動。加快調(diào)整能源資源的開發(fā)布局，進(jìn)一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，持續(xù)推進(jìn)可再生能源發(fā)展是改變我國能源生產(chǎn)與消費(fèi)區(qū)域不均衡性的有力措施。