基于Theil指数的城市能源消费空间差异测度分析＊

梁 竞 张力小

(北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室,北京 100875)

基于Theil指数的城市能源消费空间差异测度分析＊

梁 竞 张力小

(北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室,北京 100875)

本文以中国大陆30个省会城市(缺拉萨数据)2005年能源消费系统为研究对象,从能源消费水平、结构与效率三个方面入手,运用Theil指数方法,对我国城市能源消费的空间总差异进行测度,并基于东、中、西三大地带将三类指标的总差异分解为地带间差异和地带内差异。结果表明:我国城市能源消费在强度、结构与效率等方面均存在较大差异,总体来看能源效率的空间差异最为显著;而从三类指标总差异的分解结果来看,地带内差异是我国能源消费城际差异的主要构成部分。

城市能源系统;空间差异;Theil指数;节能减排

在我国,二元经济结构很大程度上决定了城市是能源消费的主体[1-6]。城市能源系统在我国能源系统中扮演着极为重要的角色。因此,本文拟采用Theil指数法,以我国大陆30个省会城市2005年城市能源消费系统为研究对象,从能源消费水平、结构、强度三个方面系统对我国城市能源消费的空间差异进行测度分析,以期为城市能源的分区与分类管理提供支持和依据。

1 研究对象及方法

1.1 城市能源消费系统

本文选择了我国大陆30个省会城市作为案例城市(缺拉萨数据)进行分析探讨。研究中的城市能源消费是指我国建制市市辖区区域所消耗的能源。

反映城市能源消费系统状态的指标体系类目繁多,但总的来说主要包括三方面,即能源消费的水平、结构及效率。本研究从这三个方面出发,分别选取人均综合能源消费量、人均生活能源消费量、各种能源消耗量占城市能源消耗总量的比例及万元GDP能耗三类指标对我国30个省会城市的能源消费现状进行描述,在此基础上对我国城市能源消费的三个特征进行空间差异的定量化测度分析。1.2 数据来源及处理

目前,我国城市能源统计系统尚不健全。为了使数据具有可比性,研究主要考虑了各城市2005年市辖区生产和生活消耗的能源之和,其中生产能源消费指各市市辖区规模上工业企业能源消费量,城市居民生活能源消费未包括交通用能。能源品种则主要包含了煤炭、油品(包括煤油、柴油、汽油、燃料油、液化石油气)、电力及天然气。相关数据首先统一折算为吨标准煤(tce)后,再进行城市能源消费总量、分品种能源消费量占总量的百分比、城市万元GDP能耗等相关指标的计算。

1.3 空间差异测度方法

Theil指数最初是用于分析国家之间的收入差距,其值越大,说明国家间的收入差距越大,该指数也能根据其思想通过一定的变形式应用于对其它方面的区域差异测度上,如对区域间能源消耗强度差异的衡量[7-10],人均CO2排放的不平等度量[11-12]上。本文将采用这种方法对我国省会城市能源消费的空间差异进行量化测度分析。

Theil指数的计算公式为:

其中,I代表进行测度的指标,本文中则分别指能源消费水平、结构及能源消耗效率,Ii代表i城市相应指标,I代表指标平均值,yi代表i城市的GDP占全部30个城市GDP的比重,T(I)即各指标的Theil指数值,它的值越大,就表示各城市之间能源消费状况差异越大。

对Theil指数进行一阶分解,就可以将全国总体差异按照不同地带进行分解。本文将按照传统的东、中、西三大地带的划分方法,将30个省会城市分为东部地区城市(北京、天津、沈阳、石家庄、济南、南京、上海、杭州、福州、广州、海口)、中部地区城市(呼和浩特、银川、太原、郑州、武汉、南昌、长沙、合肥、合尔滨、长春)、西部地区城市(乌鲁木齐、西宁、兰州、西安、成都、重庆、贵阳、昆明、南宁)三类,在此基础上,将能源消费的全国总体差异分解为东中西三大地带间的差异和三大地带内各城市之间的差异,计算公式为:

其中,TB(I)表示各地带间指标I的差异,TW(I)表示地带内各城市指标I之间的差距,yi则表示相应地第i区域GDP占总GDP的比重,yij表示i区域j城市GDP占区域GDP总量的比重,Ii则表示i区域所评价指标的平均值,Iij表示i区域j城市所评价指标的值。TB(I),TW(I)之和即为总差异T(I)。

2 结果与分析

2.1 我国省会城市能源消费水平的空间差异测度

国家或区域的能源消费水平反映了当地人民的生活质量,本文分别选择人均综合耗能和人均生活耗能两项指标作为反映我国城市能源消费水平的指标,利用Theil指数对30个省会城市能源消费水平的空间总差异进行测度以及东、中、西三大地带的分解,计算结果如表1所示。

表1 我国省会城市能源消费水平的空间差异情况

分析表1可知,人均综合耗能和人均生活耗能2项指标均反映在我国城市能源消费水平的空间总差异方面,地带内部差异是构成消费水平空间差异的主要原因,它对总差异的贡献份额均超过了70%;而三大地带内部的空间差异情况则基本为西部 ＞中部 ＞东部,两项指标的西部内部差异对总差异的贡献率分别为57.42%,98.96%,都超过了地带间差异。以上分析说明了我国30个省会城市的能源消费水平的差异主要是由地带内部差异引起的,即在我国各区域内部的城市之间能源消费水平仍然有巨大的空间差异,其中差异最为明显即Theil指数值最大的为西部地区,它对总体差异的贡献度均超过了50%。

西部地区人均综合能耗值平均值为3.574 tce/人,最低的两个城市分别为南宁市0.65 tce/人、重庆市0.97 tce/人,还未达平均水平的一半;与此同时,最高的两个城市银川、西宁的相应指标值则分别达到了9.1tce/人、8.4 tce/人,超过了平均水平的一倍以上,与最低的两个城市在指标值上相差百倍,如此大的悬殊情况也同样存在于人均生活耗能上。虽然这样的“极端”情况也存在于中部、东部地区,但仅为个别城市,如中部地区的太原市11.83 tce/人、长沙市0.95 tce/人和东部地区的海口市0.43 tce/人,这些城市是拉大城市间水平差距的原因。但这样的情况在西部更加普遍和明显,西部地区基本可以分为以乌鲁木齐为代表的4个极高人均能耗水平城市,以南宁为代表的4个极低能耗水平城市,而水平居中的仅有两个城市贵阳和昆明。两极分化的情况导致了西部地区内部消费水平的极大不均衡。

2.2 我国省会城市能源消费结构的空间差异测度

受我国国情多方面因素影响,煤炭仍然是我国能源消费的主体,煤炭消费量在城市能源消费总量中的比重平均达到了54.34%。近年来,其它能源品种如油品、电力、天然气在我国特别是城市地区的能源消费中比重日渐上升,而煤炭、油品、电力、天然气这4种能源消费量之和基本占到了我国城市能源消费总量的94%以上,其各自所占比重也基本能代表我国能源消费结构的现状。基于此,本文仅对这4种能源品种的空间消费差异性进行分析,计算案例城市2005年4种能源的消费量各自占能源消费总量比重,再利用公式(1)、(2)依次对我国城市能源消费结构的空间差异性进行测度。

如图1所示,从总差异来看,各能源所占比重的Theil指数值从大到小排序为天然气0.60、油品0.46、电力0.24、煤炭0.14,反映了在这些城市中,煤炭与电力的使用情况较油品和天然气相对更加均衡。煤炭作为我国传统的基础性能源,在发电、供气等方面发挥着不可替代的作用,因而在全国各城市的能源结构中都占有较高的比重;电力作为现代工业过程和家庭生活不可缺少的一种能源,在我国是仅次于煤炭而广泛使用的能源,国家电网的覆盖输送,也在很大程度上降低了其使用的区域限制。虽然天然气作为一种清洁、高效的优质能源已成为世界三大支柱能源之一,但目前在我国能源结构中所占比例仍非常低,平均不到3%,它的使用受到了国内天然气管网建设尚不完善的影响。在一些在管线能够到达的城市,如北京、重庆、成都等,天然气在生产生活都得到非常广泛的使用,而对于一些天然气管网尚未铺设至的城市(2005年),如太原、昆明等,天然气的推广使用依旧十分缓慢,使用量基本为零,这使得城市与城市之间差距非常大。

其次,地带内差异仍是造成我国城市能源消费结构空间差异的主要原因,各能源的地带内差异对总差异的贡献率均超过了80%(见图2)。进一步分析可知,4种类型能源的消费情况均在东部地区各城市之间相差最大,从另一个角度来看,可以说东部地区的能源消费结构较西部、中部地区更加呈现出一种无序化与多样化的特点。东部特别是沿海地区是我国经济最发达的地区,经济处于高速发展的阶段,它们更有能力摆脱我国资源禀赋的“束缚”,对能源的选择体现出需求导向性的特点,对能源品种的选择也更加多元化,因而城市个体之间的能源结构相互差异较大。

2.3 我国省会城市能源消费效率的空间差异测度

单位GDP能耗是目前评定我国“节能减排”工作的重要指标。

同样,计算我国30个省会城市2005年万元GDP能耗的Theil指数值并进行区域分解,结果如表2所示,同我国城市能源消费水平、结构所体现的空间分异性特点一致,能源消费效率的主要空间差异也存在于地带内部,对总差异的贡献率为58.9%,且三大区域内部差异从西至东呈现出“V”型变化趋势,即东部、西部地区内部差距较大,中部最小。如果将我国西部、中部、东部目前所处发展的发展阶段看作时间序列上的三个阶段来说的话,东中西内部差异在空间序列上呈现出“V”型变化趋势也在一定程度上符合了一些学者所提出的我国经济增长呈“U”型收敛的结论,即我国经济发展地域差异也经历了先缩小而又扩大的收敛过程[13-14],原因就在于两个地区均处于较为剧烈的“转型期”,这也许同样是引起两个地区能源消费效率空间差异性显著的主要原因。

表2 我国省会城市能源消费效率空间差异情况

3 结论与讨论

(1)目前,我国城市之间能源消费在各个方面均存在较大差异,因而实行有差异的分类分区管理将是我国开展各类能源工作的关键,然而这种分区管理不能再以我国传统的三大区域的分类为基础进行开展,因为区域内部差异占主导地位是目前我国能源消费空间分异现状的一个显著特点,这一点在三类指标上均有体现,特别是消费水平和结构两类指标上,地带内部差异对总差异的贡献率都非常明显的高于地带间差异。因而在能源管理工作的开展上,需要按照能源消费的特点,重新进行区域划分,但如何选取合适的指标以及方法进行区划是有待解决的问题。

(2)根据三类指标的总体Theil指数值,可以看出大陆30个省会城市基本上呈现出能源消费效率总差异最大,消费水平的总差异次之,而消费结构总差异最小。能源效率是我国目前考核“节能减排”工作的主要指标,这一巨大差异说明我们在节能减排策略实施上,对于节能目标的制定不能“一刀切”,要对节能目标进行合理的分解;同时,我们也应对城市间能源消费水平和结构指标的差异加以考虑,不能单纯的将能源效率的提高,万元GDP能耗的下降作为工作的唯一目标,要以节能工作为契机,实现区域能源结构的优化调整,同时也不能忽略区域人民所享受的能源福利,提高全民能源水平,从而实施高效、经济、以人为本的节能策略,降低节能减排的相对成本。

(3)区域内部差异是我国能源消费的主要原因,但总的说来,东部是城市能源消费结构、效率空间差异最大而能源消费水平差异最小的区域;西部地区是能源消费水平最不均衡,能源效率空间差异较大的地区,中部地区内部则能源消费结构、效率差异最小的地区。这些特性都在一定程度上体现了各个地带的发展的阶段性特点,能源消费是与城市发展水平、特点紧密相关的,对于发展水平、模式处于转型期的区域来说,其内部的城市更易呈现出较大的空间不均衡性,这类区域的调整方向应该是在优化能源系统的同时逐渐缩小个体差距,这样才能实现区域的整体发展。

(编辑:李 琪)

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AbstractThis paper proposes the use of Theil index to measure urban energy utilization spatial difference of urban energy systems associated with 30 capital cities(the Lhasa was excluded due to lack of data)of Chinese mainland in 2005 from the perspectives of consumption level,consumption structure and consumption efficiency and the inequalities are decomposed into within-group and betweengroup componentswith respect to East,Middle andWest Zones,through which we can achieve a comprehensive qualitative analysis on the urban energy consumption inequalities.The results shows that there is notable inter-urban disparity of energy consumption with regard to energy consumption level,energy structure and energy efficiency,amongwhich energy efficiencypossesses the highest inequality among the 30 cities considered in this study.As a result of the decomposition,within-group inequalities are currently the main contributor to whole inequality values.

Key wordsurban energy systems;spatial inequality;Theil index;energy saving and pollutant reductions

TheM easure and Analysis on the Spatial Inequality of Urban Energy Consumption in China Based on Theil Index

L IANG Jing ZHANG L i-xiao
(State KeyLaboratory ofWater Environment Simulation,School of Environment,BeijingNor malUniversity,Beijing 100875,China)

F206

A

1002-2104(2010)03专-0085-04

2010-03-16

梁竞,硕士生,主要研究方向为城市能源系统分析。

通讯作用:张力小,博士,讲师,主要研究方向为资源核算与代谢。

＊国家科技支撑课题(编号:2007BAC28B03);国家自然科学基金项目(编号:40901293);国家863项目(编号:2007AA06A40405与2007AA06A40406)资助。