1985～2016年中國省域煤炭生產和 煤炭消費重心時空演變研究

黃珺嫦，張二超，汪 松,2

(1.河南農業大學資源與環境學院，河南 鄭州 450002； 2.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101)

我國是能源生產和需求大國，也是煤炭生產和煤炭消費大國。近年來，隨著社會經濟的迅速發展，我國對煤炭資源的生產和需求也在不斷增加。從世界范圍來看，2016年全世界煤炭生產35.564億t油當量，中國煤炭生產16.857億t油當量，占全世界煤炭生產總量的47.40%；2016年全世界煤炭消費37.32億t油當量，中國煤炭消費18.876億t油當量，占全世界煤炭消費的50.58%。從能源結構看，2016年中國煤炭生產占能源總量生產的76.7%，煤炭消費占能源消費的66.7%。由此可以看出，煤炭資源在中國能源生產與消費仍然占據著絕對重要的位置[1]。當前我國煤炭生產基地主要分布在北方的晉陜蒙寧新地區，而煤炭消費主要在東部沿海地區[2]，總體呈現出“生產北多南少、消費東多西少”的煤炭生產消費格局。煤炭生產中心和經濟中心不匹配的問題，造成了我國區域經濟發展不平衡的問題。因此，研究煤炭生產和煤炭消費的變化規律，對解決我國經濟發展不均衡的問題有著十分重要的作用。

黃賢金等[3]運用重心模型從一次能源消費的角度研究人均產生的碳排放變化的區域差異；任志遠等[4]從我國能源生產、能源消費和GDP重心角度進行測定，探析我國能源生產、能源消費和經濟發展省域差異的動態變化及相互關系；王培宏等[5]從原煤生產和煤炭消費角度，通過構建Panel-Data模型，來探析地區性煤炭消費的差異影響。趙冠偉等[6]利用重心模型研究能源足跡的區域差異及變化，研究表明能源重心呈現逐步向西南方向移動。梁中等[7]利用重心模型研究省域碳壓力重心在經濟重心相對穩定的狀態下，持續保持向西北方向移動的趨勢。孫旭東等[8]建立重心模型來研究中美煤炭生產和煤炭消費重心的演變軌跡。

通過總結前人的研究，主要有以下特征：從國家宏觀視角分析能源與碳排放較多，從省域視角分析煤炭生產和煤炭消費的較少；利用重心模型分析重心遷移軌跡的較多，分析重心耦合態勢的較少。本研究基于1985～2016年我國煤炭生產和煤炭消費數據，運用變異系數法對全國各省(區、市)的煤炭生產和煤炭消費變化情況進行分析，利用重心模型、重心耦合度模型，剖析煤炭生產重心和煤炭消費重心移動軌跡和空間分布態勢，以期探究各省(區、市)煤炭生產和煤炭消費規律。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

研究數據主要來源于《中國能源統計年鑒》(1986～2017年)及各省(區、市)統計年鑒(1986～1995年)的煤炭生產和煤炭消費數據(鑒于缺少西藏、香港、澳門、臺灣地區的能源數據，天津和上海無煤炭生產數據，故將就近合并到北京和江蘇，共28個地區，特此說明)[9]。地理數據選用國家基礎地理信息系統2015版。

1.2 研究方法

1.2.1 變異系數法

煤炭生產和煤炭消費可以較好地反映能源的持續供給度和經濟發展質量，本研究運用變異系數法來反映各地區時間煤炭生產和煤炭消費的變動情況[10]。變異系數(D)表示標準差與平均值之比，計算公式為式(1)。

(1)

1.2.2 重心模型

“重心”的概念來自于物理學，經過長時間發展，1874年美國學者弗沃爾克把“重心模型”運用到人口問題研究中，之后重心模型在其他領域的運用更加廣泛。利用重心模型來研究煤炭生產和煤炭消費的變化規律，重心移動軌跡代表了各地區煤炭生產和煤炭消費的空間變化規律[11-13]。煤炭生產和煤炭消費重心的測算方法：假定一個宏觀區域由n個微觀區域i組成，區域i的重心坐標為(x_i，y_i)，區域n的重心坐標C為(X，Y)，M為煤炭生產和煤炭消費量[10,14-15]，計算公式為式(2)。

(2)

經過重心坐標測算出區域重心移動的距離di，i、j代表不同年份，(x_i，y_i)、(x_j，y_j)分別代表第i年和第j年重心的重心地理坐標，k為常數，一般取值111.11 km2[16]。公式為式(3)。

(3)

1.2.3 重心耦合模型

采用煤炭生產和煤炭消費在空間分布上的重疊性及其變動軌跡的一致性為指標分別從靜態和動態的角度考察兩個重心空間耦合的態勢[17]。空間重疊性用煤炭生產重心和煤炭消費重心之間的距離表示，距離越近則重疊性越高，計算公式為式(4)。

(4)

變動一致性是指重心坐標移動軌跡的一致性，通過煤炭生產重心和煤炭消費重心與上一個時間節點發生位移的交角θ[0，180°]來表征，θ值越大變動越不一致性，利用θ的余弦值表示變動一致性指數C[-1，1]，C值越小，變動越不一致，C值為1時，則變動完全相同，C值為-1則變動完全相反。Δx和Δy為煤炭生產與消費重心與上一時間點經緯度的變化量，依據余弦定理，見式(5)。

(5)

2 實證分析

2.1 各省(區、市)煤炭生產和煤炭消費變異分析

觀察圖1可以發現，1985～2016年各省(區、市)煤炭生產變異系數和煤炭消費變異系數均差異明顯。各省(區、市)煤炭生產變異系數和煤炭消費變異系數曲線整體走向趨同，說明各省(區、市)煤炭生產量變化和煤炭消費量變化具有一致性。

海南、內蒙古、陜西三個省(區)的煤炭生產變異系數和煤炭消費變異系數均為最高。煤炭生產方面，海南1999年前有少量的煤炭生產量，之后停止了煤炭開采，因此煤炭生產變化較大。內蒙古和陜西由于煤炭儲藏量較大，近年來逐漸加大開采量，因此煤炭生產變化較大；煤炭消費方面，海南1990～2016年煤炭消費量持續增長，因此煤炭消費變化較大；內蒙古和陜西近年來也新建和擴建了大批高耗煤企業，同時為提高煤炭利潤附加值，煤炭生產企業與電力企業采取煤電聯營模式，使得當地煤炭消費量持續增長，因此煤炭消費變化也較大。

蘇滬、遼寧、河北三個省(市)的煤炭生產變異系數和煤炭消費變異系數均為最低，這三個省(市)煤炭生產和煤炭消費均相對穩定，因此煤炭生產變化和煤炭消費變化均較小。

圖1 1985～2016年各省(區、市)變異系數曲線

2.2 我國煤炭生產和煤炭消費時空演變過程

本研究以省級行政單位為基本統計單元，運用重心模型來計算我國1985～2016年32個時間點的煤炭生產中心和煤炭消費中心，并繪制出我國煤炭生產和煤炭消費重心遷移軌跡圖(圖2～4)，計算煤炭生產重心和煤炭消費重心偏移距離(圖5)。

圖2 1985～2016年我國煤炭生產和煤炭消費重心遷移

圖3 1985～2016年我國煤炭生產重心演變軌跡

2.2.1 煤炭生產重心演變軌跡分析

從圖2和圖3可知，煤炭生產重心移動總體可分為兩個階段。

1) 1985～2005年：煤炭生產重心從開始的不規則運動逐漸向西南移動。21年間煤炭生產重心經向移動1.30°，緯向移動0.08 °，累計移動了615.81 km。從煤炭生產重心偏移距離看(圖5)，2000年達到偏移最大值77.97 km。

圖4 1985～2016年我國煤炭消費重心演變軌跡

圖5 1985～2016年我國煤炭生產和 煤炭消費重心偏移距離

20世紀80年代，隨著改革開放政策的實施，各個行業發展趨于活躍，1985年政府提出“國家集體個人一齊上，大中小煤炭一起搞”的方針，其結果是我國煤礦數量迅速增加，產業集中度極低，尤其是1993年國家放開煤炭價格和改革訂貨制度，煤炭生產量隨之大幅增長，到1997年我國煤炭市場已經供大于求，而1998年亞洲金融危機使得我國煤炭需求大幅下降，受內外部環境的共同影響，我國煤炭生產量逐漸降低，到2000年到達最低點，期間我國絕大多數煤炭企業陷入困境；2000年之后我國經濟加快增長，煤炭生產量也大幅增加，國家加大對西南地區的煤炭開發，重慶、四川、貴州和云南4省(市)2005年煤炭總生產量比2000年增長了230%，遠遠高于同時期全國101%的平均增長率。

2) 2006～2016年：煤炭生產重心穩步向西北移動。11年間煤炭生產重心經向移動0.6°，緯向移動0.95°，累計移動了262.19 km。

煤炭生產重心向西北轉移是因為內蒙古、陜西和寧夏煤炭資源的大幅度開采，2016年三省(區)煤炭生產總量比2006年增長93 948.23 t，占同時期全國煤炭增長總量的89.26%，這是因為國家推進了煤炭資源整合，培育發展大型煤炭企業集團，組織開展了14個大型煤炭基地，而絕大部分煤炭生產基地都分布在西北地區。

2.2.2 煤炭消費重心演變軌跡分析

從圖2和圖4可知，1985～2016年煤炭消費重心變化幅度遠小于煤炭生產中心，整體呈現向西、南移動的趨勢，其中經向移動1.24°，緯向移動0.62°，累計移動了186.96 km。從煤炭消費重心偏移距離看(圖5)，2013年達到偏移最大值48.26 km。

其中2002年前煤炭消費重心較為波動，這主要是由經濟發展的波動性引起的，尤其是1998年亞洲金融危機后，各地區煤炭需求下降，煤炭消費量呈現不規則變化；2013年后煤炭消費重心整體向西、南移動。煤炭消費重心向西移動是隨著2000年西部大開發戰略的實施，高耗煤產業逐漸由東部向西部轉移，因此西部煤炭消費量大大增加；煤炭消費重心向南移動是因為廣東、浙江、蘇滬等南方省(區、市)經濟發展較快，能源消耗增多，而我國煤炭資源占到一次能源消費的2/3以上，因此南方煤炭消費增長量大于北方，從而使得煤炭消費重心向南移動。

2.2.3 煤炭生產和煤炭消費空間耦合特征

從靜態來看(圖6)，1985～2012年煤炭生產重心和煤炭消費重心距離越來越遠，表明它們之間的重疊性越來越低，也就是煤炭生產重心和煤炭消費重心越來越分散；2012～2016年煤炭生產重心和煤炭消費重心的距離越來越近，表明它們之間的重疊性越來越高，兩個重心趨向一致。這主要是因為2012年以后我國經濟由高速增長向中高速增長，從而帶動煤炭產業轉型，煤炭的生產與消費開始趨于一致。

圖6 1985～2016年我國煤炭生產重心和 煤炭消費重心重疊性曲線

從動態來看(圖7)，我國煤炭生產重心和煤炭消費重心重疊性呈現持續波動趨勢，具體可以分為兩個階段：第一階段自1985～2002波動較大，在-1～1之間來回震蕩，說明煤炭生產與煤炭消費在相反方向與相同方向波動；第二階段自2003～2016穩定在0.5～1之間，說明煤炭生產和煤炭消費變動性趨向一致，呈現相同方向變化。

圖7 1985～2016年我國煤炭生產重心和 煤炭消費重心變動一致性曲線

3 討論與結論

利用變異系數法、重心模型、重心耦合模型對我國煤炭生產和煤炭消費重心、重心移動軌跡以及空間耦合態勢進行測算和剖析，結果顯示我國煤炭生產和煤炭消費的重心、移動軌跡以及空間耦合態勢整體受社會經濟發展以及國家宏觀政策影響，呈現出不同的特征。

1) 從省域煤炭生產變異曲線和煤炭消費變異曲線來看，海南、內蒙古、陜西變化最大，蘇滬、遼寧和河北變化最小，這與煤炭資源儲量、經濟發展形勢等均有著密切的關系。東部地區作為能源調入區應繼續調整能源消費結構，降低煤炭消費比重、提高核能、太陽能消費比重；西部地區作為我國煤炭和電力供應區，應充分有效利用煤炭，將資源優勢轉化為經濟優勢。

2) 從煤炭生產和煤炭消費的重心移動軌跡來看，我國煤炭生產重心的移動軌跡為不規則運動-西南-西北移動，煤炭消費重心呈現向西、南移動的趨勢。西部地區作為我國的能源儲量和開發基地，應該充分利用好國家宏觀政策，抓住機遇加快產業結構調整，加快經濟的發展，縮小東西部之間的經濟差距；但要切實做好生態型經濟發展，探索適合自身可持續開發模式，緊跟社會經濟發展形勢。

3) 從煤炭生產和煤炭消費重心重疊性和變動一致性來看，煤炭生產和煤炭消費的重心重疊性先分散后集聚的過程，煤炭生產和煤炭消費的變動一致性近年來呈現相同趨勢變化。說明各省份煤炭生產和煤炭消費近年來變化較為趨同，中西部地區不僅煤炭開發有了較大的發展，社會經濟方面也取得了長足進步，但是由于煤炭資源是有限的，中西部地區應該提前布局清潔能源產業。