基于STIRPAT模型的中國典型城市群居民生活用電比較

李 琳，成金華，孫 涵

(1．中國地質大學(武漢)經濟管理學院，湖北 武漢430074;2．中國地質大學(武漢)資源環境經濟研究中心，湖北武漢430074)

一、引言

中國城鎮化過程的迅速推進促進了能源消費的增長和模式的轉化，城鎮居民生活能源消費問題也成為中國城鎮化進程中面臨的重要問題。自2001年起，中國以用電為主導的生活能源消費結構正式替代了以煤炭為主導的生活能源消費結構。電力因其直接使用便捷、價格經濟和清潔衛生等特點，得到了國家政策的支持，成為城鎮居民生活能源首選。［1］據《2017—2018年度全國電力供需形勢分析預測報告》，隨著中國城鎮化率以及居民電氣化水平逐步提高，居民家庭用電量也在穩步增加，2017年，中國居民生活用電量較2016年增長了7.8%，城鎮居民人均生活用電量以5%左右的速度增長。［2-3］

京津冀城市群、長江三角洲城市群和珠江三角洲城市群(以下簡稱京津冀、長三角和珠三角)是中國經濟發展速度最快、大中城市最聚集、人均可支配收入最高、生活服務最完善、技術進步最顯著的三大典型城市群。2015年，三大城市群的平均城市化率高達72.00%①城市化率由“城鎮化率=城鎮人口(萬人)/年末常住總人口(萬人)”計算得出。其中京津冀城市化率為73.49%，長三角城市化率為73.81%，珠三角城市化率為68.71%。，遠高于全國城市化率(57.35%);GDP總量占全國的40.65%，平均實際GDP增速為7.77%，各省市增速均高于全國實際 GDP增速(6.9%)。然而，受城市化進程、產業結構、居民收入水平等因素的影響，城市群經常出現用電超負荷問題，電網建設還不完善。因此，分析中國城市群城鎮居民生活用電規律和差異性，對于如何保障中國城鎮電力供應安全和完善電網建設具有十分重要的現實意義。

城鎮居民生活用電量的變化是多因素共同作用的結果，人口規模、收入水平、技術進步等經濟社會因素是影響城鎮居民生活用電的重要因素。［4］首先，人口城鎮化是居民生活能源消費增加的重要因素之一。［5］相楠等發現城鎮居民生活用電量會隨著城市化水平提高而逐漸增加［6］，任正委等研究了浙江省居民生活，認為區域人口城鎮化水平的提高是驅動居民生活用電逐漸增加的重要動力。［5］其次，收入因素與居民電力消費有著高度的相關性［7］。陳晶、肖勇、沈勇等在對上海市居民生活用電的研究中認為，居民收入因素對生活用電量的影響顯著性很高，未來居民生活水平的提高必然伴隨著居民收入的持續上漲，可能帶來居民生活用電量一定程度的增加［4，8-9］;相楠等認為北京、廣州、杭州等市居民收入水平的差異是造成用電量不同的重要原因［6］;Ach'o等分析了結構效應與強度效應對居民生活電力消費的影響［10］;朱凱等認為用電強度上升在影響居民生活用電量上升中的權重最大［11］。綜上所述，國內諸多學者主要關注經濟社會發展因素，如人口數量、城鎮化、居民收入、能源消費強度等對居民生活用電量的影響，而忽視了其他如技術進步、產業結構等因素的影響，且研究對象主要集中在單一的城市或地區，缺乏考慮地區間城鎮居民用電消費差異的比較研究。

因此，本文選取京津冀、長三角和珠三角三個典型城市群的城鎮居民生活用電為研究對象，結合經濟社會發展因素，從城鎮居民生活用電現狀和影響因素出發，將能源強度和產業結構因素納入模型，分析三大典型城市群城鎮居民生活用電趨勢和規律，比較經濟發展水平相近的城鎮地區的居民生活用電影響因素貢獻度差異，擬為優化居民生活能源消費結構和完善城市群用電市場提出建議。

二、典型城市群城鎮居民用電及經濟社會影響因素趨勢分析

隨著城鎮經濟社會發展，京津冀、長三角和珠三角城市群的居民生活用電量逐漸上升，用電量差距越來越大。京津冀、長三角和珠三角城市群的居民生活用電量及變化率見圖1。

由圖1可知，2002—2015年，京津冀城市群的城鎮居民用電處于平穩上升態勢，年均增幅在11.86%;長三角城鎮居民生活用電總量各個時期在三大城市群中均為最高，城鎮居民生活用電處于快速上漲的階段，平均增幅為16.36%，大于京津冀城市群的平均增速;珠三角在2008年金融危機時期有明顯用電下降，降幅達15.35%。2006年后，京津冀和長三角城市群城鎮居民生活用電量的增加基本維持在年增長率15%之內，而珠三角變化率相對明顯，特別是在2007—2009年金融危機時期，變化率波動幅度高達67.7%。

圖1 京津冀、長三角和珠三角三大城市群城鎮居民生活用電總量及變化率

城鎮居民生活用電量的變化與地區生產總值、人口數量、能源消費強度和產業結構密切相關。京津冀、長三角和珠三角城市群城鎮居民生活用電量與地區生產總值見圖2。

由圖2可知，京津冀、長三角和珠三角城市群的地區生產總值與城鎮居民生活用電量趨勢基本一致。下面對三大典型城市群的城鎮人口規模、居民收入水平、能源消費強度和產業結構等因素與城鎮居民生活用電量進行分析:

2002—2015年，京津冀、長三角、珠三角三大城市群城鎮人口逐漸增加，其中，長三角城市群城鎮人口數量在三大城市群中最大。2015年，長三角城市群城鎮人口總數達11 117萬人，遠多于京津冀城市群(6966 萬人)和珠三角城市群(7454 萬人)。［12］三大城市群城鎮居民人均生活用電量見圖3，與圖1比較可看出，引入人口因素的指標之間差距明顯縮小，城鎮居民生活用電量與城鎮人口數量之間存在密切關系。

2002—2015年，京津冀、長三角和珠三角城市群的城鎮居民人均可支配收入基本呈現平穩增長態勢，年平均變化率分別為 10.57%、11.35%和9.19%。長三角城市群城鎮居民人均可支配收入一直位于三大城市群之首，尤其是2013年起，長三角城市群城鎮居民人均可支配收入年平均增速8.63%，明顯高于京津冀城市群(4.96%)和珠三角城市群(4.79%)。

圖2 京津冀、長三角和珠三角三大城市群城鎮居民生活用電總量與地區生產總值

圖3 京津冀、長三角和珠三角三大城市群城鎮居民人均生活用電量

三大城市群能源消費強度在2002—2015年基本平穩，沒有明顯的上升或下降趨勢。京津冀城市群在能源消費強度上遠高于長三角和珠三角城市群，平均0.373噸標準煤/萬元，主要原因是，煤炭消費構成其生活能源消費結構的很大一部分，特別是冬季供暖的直接能耗抬高了京津冀的能源消費強度;長三角和珠三角的能源消費強度一直在0.15噸標準煤/萬元上下浮動，實現了較為平穩的技術革新和能源消費結構優化。

目前，中國處于產業結構高度化階段［13］，總體上，三大城市群第三產業占GDP比重變化都相對平穩。2004—2007年，三大城市群第三產業在GDP中所占比重緩慢上升，但均在50%以下;2008年，因金融危機的沖擊，第三產業發展速度降低，GDP占比有所下降;2009年起，第三產業發展形成新的崛起，京津冀城市群中各個城鎮的第三產業平均占比邁進50%以上，長三角和珠三角城市群緊跟其后;至2015年，京津冀城市群第三產業占GDP比重為60.02%，長三角城市群第三產業占 GDP比重為57.68%，珠三角城市群第三產業占 GDP比重為53.62%。

綜上，2002—2015年，京津冀、長三角和珠三角城市群的人口數量、居民收入水平與產業結構三個因素的發展趨勢與城鎮居民生活用電量走勢基本相同，可初步判斷三者與城鎮居民生活用電有密切聯系;能源消費強度波動幅度不大，與城鎮居民生活用電的關系暫時難以判斷。因此，本文將在第三、第四部分實證分析各影響因素與城鎮居民生活用電的相關關系。

三、模型、指標與數據

(一)模型構建

本文選取隨機可拓展STIRPAT模型(stochastic impacts by regression on population，affluence and technology)分析三大典型城市群城鎮居民生活用電影響因素。STIRPAT模型基本公式如下:

式中:I為城鎮居民生活用電量;P為人口因素;A為財富因素;T為技術因素;α為模型系數;ε為誤差項;b、c、d為影響因素的指數。

York R等將Ehrlich P R的IPAT模型和Waggoner P E的ImPACT模型的恒等式轉化成一個包含多個自變量的隨機回歸的非線性STIRPAT模型，用于揭示人口、財富和技術三個重要的經濟社會因素對研究對象的影響程度［14-16］。目前，STIRPAT模型在能源消費的驅動因素研究中應用廣泛且較為成熟。王立猛、李琦、姜磊等探索了人口數量、富裕度和技術因素對能源消費總量的驅動作用。［17-19］本文應分析需要，拓展STIRPAT模型自變量，將技術因素(T)分解成能源消費強度T1和產業結構T2，式(2)為擴展后的模型公式:

在模型處理過程中，將指數形式的模型轉化為線性模型，即轉化為對數形式，進行模型的多元線性擬合。

式(2)和式(3)中，b、c、d、e為方程的回歸系數，反映自變量對因變量的影響程度，表示當P、A、T1、T2任一自變量變化1%，則會導致 I相應地發生b%、c%、d%、e%的變化。

(二)指標選取

上述構建的模型涉及一個因變量和四個自變量，分別代表城鎮居民生活用電量、人口、財富、能源消費強度和產業結構，所選取的代表性指標如表1所示。

表1 STIRPAT模型變量選擇

城鎮居民生活用電量，折算單位為噸標準煤，為模型中唯一被解釋變量。

城鎮人口數量是三大典型城市群城鎮化水平的重要體現。城鎮化進程的加快直接導致城鎮人口數量的增加以及居民能源的消費特征的變化。城市化水平越高，城市經濟越發達，電氣化水平就越高，居民生活用電需求量也會越大。［20］因此本文選取城鎮人口數為人口因素的指標。

城鎮居民人均可支配收入既可以宏觀地反映經濟發展水平，又可以微觀地體現居民的生活質量。陳迅和CAYLA J等發現收入與居民能源消費量之間存在正相關關系，認為居民收入對能源消費量影響的主要原因在于收入水平對居民生活能源消費中設備購買的束縛。收入對電能消費有影響顯著，收入水平越高，相應的電能消費也越多。［21-22］因此，本文選取城鎮居民人均可支配收入為財富因素的代表性指標。

技術因素T是實現城鎮居民用電效率提高的重要保障。在STIRPAT模型的原型IPAT模型形成初期，技術因素T通常以公式T=I/(PA)來表示，學者們也將研究的重點放在技術因素T的測算上。從某種程度上看，T所代表的不僅是狹義的技術進步因素，還包含了其他很多模型中不包含的除人口和財富之外的因素，比如制度和價值觀等，這些因素都會被視為模型的主要驅動因素。于是，Dietz和Rosa提出，技術因素應該被能源效率(或能源強度)、產業結構等可觀測或測量的指標來直接體現。［23］在STIRPAT模型的實證分析應用中，諸多學者采用了能源消費強度與產業結構兩個指標代表技術驅動因素。［24-25］能源消費強度直接反映經濟增長中能源的利用效率，其是經濟增長內在技術變化的重要體現。［26］中國目前屬于工業化中期階段，還存在能源消費強度較高、能源利用效率較低的問題，雖然每一次技術的革新與進步都會帶來能源消費效率的提高，但在這一過程中與技術進步相吻合的能源強度下降過程卻十分緩慢［27］，甚至會在一定條件下出現能源消費量增加的現象。就產業結構指標而言，2010年之后，第三產業能源消費量占總能源消費量的比重有所增加。聶國卿認為，產業結構重心的規律性轉移是技術進步的結果，第一、第二產業生產率的提高使得勞動力向第三產業轉移。［28］因此，本文將能源消費強度T1與產業結構T2作為技術因素的兩個代表性指標。

(三)數據來源

本文選取2002—2015年的樣本，基本數據來源于《中國統計年鑒》《中國城市統計年鑒》《中國能源統計年鑒》、各城市統計年鑒以及中國宏觀經濟數據庫。依據《2016年中國城市群發展指數報告》中對京津冀、長三角和珠三角城市群所屬行政單位區域劃分，京津冀城市群包括北京市、天津市、河北省(石家莊、唐山、保定、秦皇島、廊坊、滄州、承德、張家口)，長三角城市群包括上海市、江蘇省(南京、蘇州、無錫、南通、泰州、揚州、鎮江、常州)、浙江省(杭州、湖州、嘉興、寧波、舟山、紹興)，珠三角城市群包括廣東省(廣州、深圳、珠海、惠州、東莞、肇慶、佛山、中山、江門)。

四、結果分析

在建立STIRPAT模型過程中，模型線性回歸結果與方差膨脹因子(VIF)見表2。由表2可知，當VIF大于10時，自變量之間存在較為嚴重的多重共線性。主要原因可以解釋為:人口因素與財富因素趨勢高度相關，能源消費強度有可能會隨著產業結構調整而下降［29］，人均收入水平的提高某種程度上促進了產業結構的轉移(依據配第－克拉克定理)，以及樣本量的限制等。

表2 模型線性回歸結果與方差膨脹因子

存在多重共線性時，模型結果與實際情況不盡相符。為消除模型的多重共線性，本文采用嶺回歸方法進行回歸數據有偏估計。京津冀、長三角和珠三角城市群模型嶺跡見圖4。由圖4可得，京津冀城市群模型嶺回歸中，當參數k=0.2時，模型回歸系數趨于穩定;長三角城市群模型嶺回歸中，參數k=0.12時，回歸系數趨于穩定;珠三角城市群模型嶺回歸中，參數k=0.08時，回歸系數趨于穩定。

在特定的估計參數回歸下，三大城市群城鎮居民生活用電STIRPAT模型回歸結果見表3。

表3 三大城市群STIRPAT模型回歸結果

回歸結果中，人口規模與三大城市群居民用電呈現顯著的正相關關系。從嶺回歸系數看，人口規模平均每增加1%，京津冀、長三角和珠三角城市群城鎮居民用電量分別增加 0.230%、0.303%、0.323%。由于三大城市群位于中國經濟發達的東部地區，就業機會較多，基礎設施相對完善，因此自各地區的勞動力人口大量轉移至這些地區。由于能源產品屬于生活必需品，人口規模的快速增長使得城市群的各項生活消費規模擴大，致使城鎮居民電力消費總量不斷增長。

圖4 京津冀、長三角和珠三角三大城市群STIRPAT模型嶺跡

可支配收入與三大城市群居民用電呈現顯著的正相關關系。從模型結果看，城鎮居民可支配收入平均每增加1%，京津冀、長三角和珠三角城市群城鎮居民用電量分別增加0.234%、0.224%、0.364%，其中，珠三角城市群城鎮居民用電量對可支配收入的變化最敏感。隨著三大城市群的人均可支配收入不斷增長，城鎮居民的消費能力進一步增強，在改善生活水平的基礎上，進一步偏向使用更加高效、便捷和清潔的電力能源，從而刺激了城鎮電力消費規模的增長。

能耗強度與長三角城市群居民生活用電呈現顯著的正相關關系。能耗強度每增加1%，長三角城市群城鎮居民生活電力消費量增加0.222%。這表明，珠三角城市群能源技術水平仍處在較低的水平，低效率的能源技術使得城鎮居民生活電力消費總量快速增長。但是，能耗強度對京津冀城市群和珠三角城市群城鎮居民生活用電量的影響不顯著，說明能源強度并非是影響城鎮居民生活電力消費的重要因素。主要原因可能在于，京津冀、珠三角地區較為顯著地改善和推廣了電力節能標準和技術，提升了電力能源消費效率，使得城鎮居民生活用電未呈現快速增加的趨勢。

產業結構與三大城市群居民生活用電量呈現顯著的正相關關系。第三產業產值比重平均每增加1%，京津冀、長三角和珠三角城市群城鎮居民用電量分別增加0.280%、0.270%、0.288%。第三產業中較多行業屬于生活消費類服務業，城鎮居民生活消費增加使得生活用電增加，同時這些行業的發展也受到城市人口規模，城鎮居民可支配收入和城鎮化水平的影響，故而第三產業的發展在一定程度上促進了三大城市群城鎮居民生活用電的增加。

根據模型結果和上述分析發現，三大城市群因不同影響因素的作用，呈現出不同的居民生活用電模式。產業結構對京津冀城市群城鎮生活用電更明顯，呈現出“產業結構主導型”城鎮居民用電模式;人口因素對長三角城市群城鎮居民生活用電更重要，呈現出明顯的“人口主導型”城鎮居民用電模式;可支配收入對珠三角城市群城鎮居民生活用電的影響更突出，呈現出“收入主導型”城鎮居民用電模式。

五、結論與建議

本文在分析中國京津冀、長三角和珠三角城市群城鎮居民生活電力消費趨勢的基礎上，運用STIRPAT模型分析了三大城市群城鎮居民生活電力消費的影響因素，認為京津冀城市群城鎮居民用電呈現“產業結構主導型”模式，長三角城市群城鎮居民用電呈現“人口主導型”模式，珠三角城市群城鎮居民用電呈現“收入主導型”模式。依據三大城市群各有特色的城鎮居民生活用電模式，為推動城鎮居民生活能源消費結構優化，促進各城市群，提出如下建議:

首先，構建“一城一策”的能源消費模式，從三大城市群城鎮居民生活用電模式的主導因素入手，采取有針對性的優化措施。例如，京津冀城市群第三產業發展迅速，服務業用電需求會逐漸增加，在電力使用高峰期會出現“電荒”等問題。因此，保障居民生活電力的供應，應從電力消費和生產兩個方面共同引導，實現資源節約、生態友好的高質量發展。

其次，倡導樹立綠色發展理念，通過教育引導和政策宣講，注重轉變城鎮居民的生活能源消費觀念。長三角城市群居民生活用電對人口因素的變化尤其敏感，珠三角城市群居民用電模式呈現“高收入高用電”的特征，這都與城鎮居民的生活能源消費方式和價值觀密不可分。因此，通過教育的方式轉變居民對能源的價值觀念，引導和鼓勵居民優化生活能源消費方式，有助于在滿足城市群居民生活需求的基礎上，促進生活消費模式向的高效、節能的方向轉變。

同時，推動健全能源裝備標準，增強能源科技創新能力。能源消費強度所代表的技術因素在三大城市群城鎮居民生活用電模式中有著不可忽視的作用。推動技術先進的節能電器產品在城鎮居民生活中的廣泛運用，對實現高質量發展的全民共享有著重要的積極作用。