中國農村居民生活電力消費的時空變化分析

李媛媛，牛叔文，黨 蕾，強文麗

（蘭州大學 資源環境學院，甘肅 蘭州730000）

電力作為一種終端能源，被廣泛應用于社會生產和生活的各個方面［1］，現代社會的每一方面都與電力的使用須臾不離。電力消費的增長通常與人民生活條件的改善［2］、社會福利的增加［1］和生活方式的改變［3］密切相關。在聯合國的千年發展目標中，電力消費雖然未列入其中，但其他目標的實現都需要電力的使用做保證。因此，生活用電量作為衡量居民生活質量的一個重要指標，具有評價家庭生活質量狀況的功能。電力不同于其他形式的能源，其優點不僅在于清潔、方便，還在于它的廣泛替代性。例如，煤炭和作物秸稈能用來炊事與取暖，煤油和蠟燭用于照明，用途相對單一，但電力可用于照明、炊事、取暖、交通、驅動家用電器和生產的每一個方面，能夠替代其他燃料產生動力、熱量、光照等功能［4］，這是其他能源難以替代的。當然，電力是一種二次能源，需要通過技術手段由其他燃料轉換過來。同時，電力不便于儲存，且大量貯存的成本高。另外，用戶要依賴電網來供電，沒有電網覆蓋的地方用不上電。

2000 年以來，隨著我國的工業化、城鎮化水平快速推進，電力消費呈穩定增長的趨勢。2017 年，我國全社會用電量為64821 億kW·h，城鄉居民生活用電量為9072 億kW·h。隨著我國農村居民收入的大幅提升，農村消費品特別是耐用品市場迅速擴大，電力需求旺盛，農村居民生活用電呈快速增長的勢頭。我國農村居民的人均生活用電量已從2000 年的89.30kW·h增加至2017 年的619.99kW·h，18 年來增長了5.94 倍。同時，生活消費用電量占全社會用電量的百分比由2000 年的10.78%增長到2017 年的14.0%，用電支出在家庭消費支出中的比重也逐年上升［5］。電力占能源消費總量的百分比也日趨增加，從基本需求照明、炊事、取暖到發展型需求學習娛樂、衛生清潔、健康服務到出行，電力用途逐步多樣化，給人們提供了各種便利。

電力消費使生活環境更加清潔化。傳統的固體燃料在使用時會產生大量的煙塵，導致室內環境污染和居民的健康風險，特別是對婦女和兒童的健康損害。電力使用可大幅降低室內外的空氣污染［6］和對居民健康的影響，減少醫藥成本、節約勞動力［1］、提高家務勞動的效率［7］。因此，對家庭生活用電的研究一直受到國內外學者和政策制定者的廣泛關注。有 研 究 主 要 探 究 影 響 電 力 消 費 的 因 素［1，6，8，9］、電力消費的彈性［7］、農村與城鎮居民電力消費的差異［10］等方向，另有研究證明家庭人均生活用電量與人均收入、氣溫和居民受教育年限呈顯著正相關，與電價和每戶人口呈顯著負相關。其中，人均收入和每戶人口對居民生活用電的影響最大［11，12］。Niu S、Jia Y、Ye L等發現家電途徑的多樣性、家電購買價格對人均用電量也同樣有顯著的影響［6］；陳洪濤、岳書敬、朱雨婷指出中國居民用電消費存在回彈效應［13］。一些研究也注意到了電力消費的地區差異。我國農村地區的人均生活用電量存在東部遠高于中西部的兩極分化趨勢［14］。趙雪雁、陳歡歡、馬艷艷等發現農村能源貧困一直保持著“中部高、東西部低”的馬鞍型分布格局［15］；張妮妮、徐衛軍認為我國各地區間的人均用電不平衡主要是由各地區農村地區人均用電的不平衡導致的［1］。

但以往的研究對農村家庭電力消費的空間特征、變化過程及經濟地理因素的影響缺乏考慮，忽略了空間維度的影響。我國幅員遼闊，存在很大的地理差異，能源和礦產資源主要分布在西部和北部地區，人口和工業生產則集中于東部和南部地區，存在著空間上的非耦合性，巨大的地域差異和社會經濟發展的不平衡性導致家庭電力消費的空間非均衡性［16］。從空間上分析農村電力消費特征與演變趨勢對于供需管理和電網布局具有現實意義，基于此，本文以2000—2017 年為研究期，選擇2000 年、2008年、2017 年作為主要的時間節點，以我國30 個省、直轄市、自治區（因數據收集統計等原因，未包含西藏自治區、香港和澳門特別行政區、臺灣地區）為基本單元，使用熵權TOPSIS法測算電力消費水平綜合指數及子系統指數，結合Theil指數分析我國及八大地帶農村居民生活電力消費水平及其區域差異的時序演變特征，并利用空間探索性數據分析了我國農村居民生活電力消費的時空演變特征，以期為政府制定有效的電力政策提供科學依據和參考，從而為優化電力空間布局、電力輸送和促進省、區電力協同與合作發展。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本文中反映農村居民電力消費水平的各指標數據均來源于2001—2018 年各省市區的統計年鑒，以及《中國能源統計年鑒》《中國電力統計年鑒》《中國人口與就業統計年鑒》《中國人口統計年鑒》《中國物價年鑒》《中國價格及城鎮居民家庭收支調查統計年鑒》。

由于在一定時期內，物價上漲會使得相同的貨幣所能購買到的生活消費品和社會服務的數量與基期相比過去相應的減少，造成貨幣貶值和通貨膨脹［16］，所以需要對這些變量進行調整，剔除通貨膨脹對人均可支配收入、人均消費支出的影響，以2000年為基期的消費價格指數進行調整。當個別數據缺失時，使用插值法處理。

1.2 研究方法

熵權TOPSIS 法：TOPSIS 法（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）被稱為優劣解距離法，以現有的數據對個體進行評價排序的一種方法。但傳統TOPSIS法主要采用主觀性賦值，難以保證評價結果的客觀性。本文采用基于熵理論進行賦權的熵權TOPSIS法，可解決評估結果有效性問題［17］。這是一種較為客觀的方法，能夠對我國農村居民生活電力消費水平和各子系統進行綜合測度。

基于影響農村居民生活電力消費水平的因素，同時兼顧數據可得性和評價體系層次性，構建包括經濟社會、電器使用、替代能源、自然環境4 個子系統12 個指標的測度體系（表1）。首先采用極值標準化法對各項指標進行歸一化處理，然后再利用熵值法［18］確定指標權重，最后采用加權求和法計算不同省區的居民生活電力消費指數［15］。計算公式為：

式中，D表示i省區農村居民的電力消費水平；yij表示i省區農村的第j項指標的標準化值；wij表示第j項指標的權重。D 值越大，農村居民的電力消費水平越高；D值越小，則農村居民的電力消費水平越低。

表1 電力消費水平評價指標體系及權重系數

Theil指數：Theil 指數是衡量區域差異的重要指標之一。Theil指數越小，電力消費水平的區域差異越小，反之亦反［19］。根據地理區位，將30 個省份劃分為八大地帶［2］（表2），計算八大地帶內及地帶間的電力消費水平差異，以考察它們對國家層面差異的影響和貢獻［20］。計算公式為：

式中，TWR表示八大地帶內差異；TBR表示八大地帶間的差異；nj（j ＝1，2…8）表示我國八大地區的省區數，見表2；Ti表示i 省區的電力消費與國家平均水平的比值；Tj表示各大區電力消費與國家平均水平的比值。

表2 我國八大地區基本情況

ESDA空間探索性分析：ESDA（Exploratory Spatial Data Analysis）空間探索性分析著重于通過描述性和可視化的空間分布技術，識別與區分地理數據特征，進而觀察非典型的位置，從中發現空間關聯、聚類或熱點區模式，全局空間自相關和局部空間自相關是其中兩項重要內容［17，21，22］。使用全局自相關模型描述我國30 個省份居民生活電力消費水平的整體分布狀況，以衡量電力消費水平在統計上是否存在集聚或分散現象。常用的檢驗統計量有Moran′s I 指數［23，24］，計算公式為：

2 結果及分析

2.1 時序變化特征

整體時序變化特征：本文計算結果顯示（圖1），2000—2017 年中國農村居民生活電力消費水平變化呈現出兩個特點：一是電力消費水平整體呈波動上升的趨勢。農村居民電力消費指數從0.058 上升為0.245，增長了3.22 倍。2000—2007 年增速較快，增幅為9.04%；2008—2017 年增速有所下降，增幅為7.58%。究其原因，進入21 世紀后我國開始進行電力體制改革，擴大電網的覆蓋面，極大地激發了發電行業發展的活力，隨著收入的增長，各種家電的使用在農村日益普及，再加上政府積極鼓勵和引導農村居民使用電力等商品性能源，因此用于生活的電力消費快速增長。二是在省域尺度上，電力消費水平的增幅也呈階梯式遞增。東部地區、北部地區和南部沿海地區電力消費一直高于全國平均水平，而長江中游地區、黃河中游地區、西南地區、西北地區和東北地區則低于全國平均水平。整體來看，長江中游電力消費增幅最快，主要是該地區基數較低，在2010 年后增長較快。東北地區、西北地區電力消費增速最慢，主要是這兩個地區經濟發展相對較慢，用電需求潛力尚未發揮出來。沿海地區依托有利的地理位置與政策優勢，收入高、支付電費的能力高，消費了較多的電力，增速也較快?？傮w來看，2000—2017年間中國農村居民電力消費水平一直保持著“沿海高，內陸低”和“東高中、平西低”的階梯式分布格局。

圖1 2000—2017 年我國農村居民生活電力消費水平變化趨勢

圖2 2000—2017 年影響我國農村居民生活電力消費因素的變化趨勢

2.2 區域差異

子系統時序變化特征：從時間序列觀察各子系統的變化，自然環境的得分最大，不僅是各地的溫度差異對電力消費的直接影響外，還有收入等因素也表現出的地帶性分異，但是這個因素在年際間的影響是平穩的。也就是說，地理位置的固定性使它在各區中差異保持穩定。18 年來，家用電器的使用從較低的上升到較高的得分，2017年時經濟社會快接近于自然環境，家用電器的使用與經濟社會保持相似的增長趨勢，反映了家用電器的使用與經濟社會息息相關。隨著人均收入的提高，家用電器的種類和數量均在快速增加，逐漸成為電力消費量上升的核心動力。社會經濟方面雖然是最基本的動因，但在年際間的增量相對穩定。替代能源的得分一直處于較低水平，因為化石燃料與電力存在互補性和相互替代性，另一方面它也替代生物質，使用量有所增加。

2000—2017 年我國省際間居民電力消費水平差異波動較大，電力消費水平的Theil指數均呈先增后減的倒“V”型變化趨勢（圖3a）。我國Theil 指數由2000年的0.145 增長到2007 年的0.292 再減少到2017年0.128，減幅為0.677%。地帶間差異大于地帶內差異，因此地帶間差異才是引起國家平均總體差異的主要原因。各個地區內差異演變情況雖然存在較大差別，但是總體趨勢趨于減小。從圖3b 可知，長江中游地區、黃河中游地區、東北地區和西南地區差異波動較平穩，降幅分別為4.63%、4.89%、0.76%和3.69%；而北部地區、東部地區和南部沿海地區變化較大，呈先波動上升再迅速下降的趨勢。到2017 年，所有地區的Theil 指數都降到0.013 以下，表明各地區的差異都趨于穩定和減小。沿海地區發展水平高于內陸地區，電力消費水平高，電力資源利用效率也較高，區域差異大。即電力消費多的地區，Theil指數越大，區域間差異越大。

總之，中國北部沿海和黃河中游農村居民生活電力消費的區域內部差異收斂最為顯著。沿海地區的Theil 指數在2000 年明顯高于其他地區，到2017年時與各地區差異變小了，表明各地區之間的差異都趨于減小。

圖3 我國農村居民生活電力消費的區域差異

2.3 空間分布變化

為了更直觀地反映我國農村居民生活電力消費的空間分布特征，本文選擇2000 年、2008 年、2017 年3個時間節點的電力消費水平，并利用ArcGIS10.2軟件，采用自然斷點法將30 個省區依次劃分為低值區、中低值區、中值區、高值區4 種類型。

2000—2017 年我國農村居民生活電力消費水平空間分布發生了較大變化（圖4），主要表現為：①2000—2008 年，40%的省區轉向高等級，各等級省區之間的轉移路徑都是遞次轉移。②2008—2017 年，83.33%的省區向高等級轉移，該時期電力消費水平快速提高。各等級省區之間的轉移路徑比較復雜，但轉移路徑依然以逐次轉移為主，其中60%的省區向高等級遞次轉移，僅有23.33%省區跨越式向高等級轉移。18 年來，所有省區農村生活電力水平均得到了大幅提升。東部沿海地區和京津地區從中低值區轉為高值區，其他省區基本從低值為主轉為以中低值和中值區為主。但整體上看，“東—中—西”階梯式遞減的總體特征并沒有改變，東西部地區差異依然顯著。

圖4 2000—2017 年我國農村居民生活電力消費水平的空間分布

整體而言，我國農村居民電力消費水平形成了“中東部高、西部低”的分布格局，這基本與我國經濟發展格局是相吻合的。此外，西部地區面積遼闊、煤炭資源儲量豐富，東北地區作為老工業基地，固體商品能源相對豐富，這些地區的農村生活用能主要以煤炭和薪柴為主［15］，因此農村電力消費水平低。而中東部地區具有較完善的電網，電力更易獲取，密集的人口使建設的成本相對降低，并且中部地區和東部地區經濟較發達，因此這些區域的電力消費水平較高［4］。

2.4 時空格局變化

本文運用GeoDas 軟件對我國農村居民生活電力消費水平進行了全局空間自相關分析，計算結果見表3。從表3 可見，2000—2017 年農村居民電力消費Moran′s I 指數均為正，總體呈上升態勢，增幅為0.1764，并伴有小幅波動，各年份均通過了5%水平下的顯著性檢驗。說明各省區農村電力消費水平間存在正的空間自相關性，彼此之間空間依賴性和集聚強度在不斷增強。即農村居民電力消費程度呈現出高值區與高值區鄰近，低值區與低值區鄰近的集聚狀態，這體現出電力消費在一定程度上的空間“趨同”效應。

表3 2000—2017 年我國農村居民生活電力消費全局自相關Moran′s I指數及檢驗值

全局Moran′s I 指數及檢驗值僅能顯示我國農村居民電力消費在整體上呈現顯著的空間相關性，而不能體現局部的空間信息。為了進一步凸顯電力消費的局部關聯特征，揭示具體省區間的空間關聯格局，本文繪制了我國農村居民生活電力消費冷熱點演變趨勢圖（圖5）。

從圖5 可見，農村居民生活電力消費的熱點、次熱點區域呈擴張態勢，次冷點區縮小。研究期內電力消費水平的冷熱點區自東向西大致呈現“熱點—次熱—次冷—冷點—次冷”的帶狀特征，并且表現為“東熱西冷”的分布狀態，滬—皖為穩定的熱點區域，青—甘—川—云—貴—渝—遼為穩定的冷點區域。熱點區域由零星面狀分布向東部沿海和長江中游省區擴張，次熱點和次冷點區域整體略有縮小，冷點區域基本保持不變。

2000—2017 年我國農村居民生活電力消費水平熱點區呈擴張的態勢，表明高消費水平省區的集聚趨勢增強；次冷點區域呈縮小的趨勢，低消費水平省區的空間關聯趨于減弱，電力消費自低水平省區向高水平過渡。電力消費水平空間集聚強度在不斷增強，整體提升。穩定性省區占總數的比重達60%，說明我國農村居民生活電力消費水平分布具有一定的空間鎖定或路徑依賴特征，形成了一定的穩定性分布格局。東部沿海地區和長江中游地區形成了一定規模的穩定性熱點，而西北地區和西南地區形成了穩定性冷點，這種“東高西低”的格局與地勢的走向正好相反。

圖5 2000—2017 年我國農村居民生活電力消費冷熱點演變趨勢

3 結論與建議

3.1 結論

本文采用熵權TOPSIS 方法對2000—2017 年我國農村居民生活電力消費水平和其子系統進行了綜合評價，進而使用Theil指數、ESDA空間探索性分析法等探究了區域差異及其時空演變特征。主要結論如下：

2000—2017 年我國農村居民電力消費水平整體呈上升趨勢，東部地區、北部地區和南部沿海地區電力消費水平一直高于全國平均水平，其他地區則低于全國平均水平。自然環境和經濟社會對電力消費的影響明顯，電力消費水平一直保持著“東高中平西低”的階梯式分布格局。

18年間，我國農村居民電力消費水平差異波動較大，呈先增后減的倒“V”型變化趨勢，Theil 指數減幅為0.677%。電力消費多的地區，Theil 系數越大，區域間差異越大。各個地區內差異演變情況存在著較大的差別，北部沿海地區和黃河中游地區電力消費的區域差異收斂最為顯著，東部地區和南部沿海地區地帶內差異一直高于內陸地區。

東部沿海和京津地區的電力消費水平，從中低值區轉為高值區，其他省區基本從低值轉為以中低值和中值區為主。電力發展水平整體快速提升，但“東部—中部—西部”階梯式遞減的總體特征并未改變，且東西部地區差異依然顯著，這基本與我國經濟發展格局相吻合。

研究時期中我國農村居民生活電力消費的熱點區域呈擴張態勢，次冷點區域縮小，電力消費自低水平省區向高水平過渡，穩定性省區占總數的比重達60%。東部沿海地區和長江中游地區形成了一定規模的穩定性熱點，而西北地區和西南地區形成了穩定性冷點，這種“東高西低”的格局與地勢的走向正好相反。

3.2 政策建議

首先，收入狀況是影響居民生活、電力消費水平的重要因素。居民家庭對電能的使用必須借助電器設備完成，人們不僅要支付電費，還必須購買電器，家用電器往往比電費支出量更大且要一次性支出［6］。因此，刺激居民家庭電力消費，更重要的是增加他們的收入水平［11］。同時，要通過供給側結構改革，擴大居民在基本生活需求方面的電力使用，繼續實施家電下鄉、節能電器的補助、對貧困家庭給予電價優惠等相關政策措施，通過增加電力消費提高居民的生活質量。

其次，我國農村居民生活電力消費水平總體上趨于上升，但東部地區的電力消費水平遠高于中西部地區。東部地區經濟發展水平比中西部地區高，而北煤南運、西電東輸是我國能源流動的基本格局，為高效利用資源，發揮電力消費對改善人民生活的促進作用，在中西部地區要加大對電網基礎設施建設的投入，提升電網運行的穩定性［27］。一方面，要推廣應用智能電網、分布式獨立電網等技術，進一步降低電價，開發富電地區居民的消費潛力；另一方面，要繼續加強遠距離、大容量的超高壓輸電線路的建設，促進西部地區清潔電力（水電、風電和光電）的外送，讓資源優勢轉化為經濟優勢，以推進全國能源系統的轉型，協調能源發展與區域經濟社會發展的關系［28］。

第三，農村居民生活電力消費區域差異較大，要針對各地實際情況，實施不同的用電政策和措施。通過階梯電價鼓勵農村家庭錯峰用電，對北方冬季取暖、南方夏季降溫等民生用電予以電價補助等，特別是“煤改電”或用富裕的風光電取暖的應予以政策支持。同時，對農村小水電、戶用光伏、風力發電裝置給予技術支持和政策引導，形成“自發自用、余量上網”的模式，農戶將多余的電量賣給國家電網，以增加他們的收入。

第四，電力發展受到諸多因素的綜合影響，但由于數據的可獲取性等問題的存在，本研究還不夠深入，只是在省級層面討論了電力消費的空間差異及其變化趨勢。未來，需要在更小的空間尺度上刻畫居民電力消費水平分異，以揭示相關影響因子，分析電力消費水平的提高對居室環境、居民健康和社會福祉的貢獻。