基于洛伦兹曲线的我国能源生产与消费的区域性非均衡研究

刘　伟，蒋　立，闫　强

(1.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037;2.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心,北京 100037；3.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083)

能源作为人类社会进步和发展的重要物质基础，是实现经济增长的重要投入因素，中国经济发展和能源供需具有明显的区域性，不同区域能源分布和经济结构都具有较大的差异[1]。我国的东部地区工业化程度较高，经济增速较快，能源消耗量巨大，然而这些区域的能源又相对稀缺，能源供需的矛盾比较突出；油气资源非常丰富的西北地区和煤炭资源丰富的华北地区由于经济发展的限制，对能源的需求较少，这种能源资源分布上的不均衡性极大地增加了能源运输的压力和成本。目前，我国关于能源资源的研究主要集中在能源的可持续发展和能源资源流动，以及能源政策研究等方面，对于能源生产与消费的研究则更多地是从国家层面分析供需格局，很少涉及能源生产与消费的区域分布问题以及它们之间的匹配程度问题。

魏寿煜等[2]根据区域用水结构及水资源空间分布与耕地、人口和第二产业分布的关系，以基尼系数和洛伦兹曲线为理论基础构建水资源空间匹配模型，并运用该模型对重庆市水资源进行实例分析。刘欢等[3]以我国的30个省(区、市)为例，选取其2005～2014年的水资源和能源资源数据，利用重心和标准差椭圆空间统计方法及洛伦兹曲线和基尼系数计算方法，量化分析区域水-能源资源的空间分布特征及匹配格局。侯华丽等[4]采用基尼系数和洛伦兹曲线相结合的方法，以矿种在省域空间的查明资源储量作为指标，对我国矿产资源空间分布的不均衡性进行定量化的测度和比较，并提出将矿种的空间分布不均衡性作为矿产资源分类管理的空间要素。为了量化我国能源生产与消费的匹配程度，本文选取2015年煤炭、石油和天然气的生产量与消费量数据，以洛伦兹曲线和基尼系数为理论基础，构建了我国能源生产与消费的分布与匹配模型，并为其匹配程度提供了量化标准。

1　理论基础

洛伦兹曲线是20世纪初由美国统计学家M.O.Lorentz提出的反应一个国家或地区收入分配非均衡程度的曲线(图1)。图1中横轴OH表示人口(按收入由低到高分组)的累积百分比，纵轴OM表示收入的累积百分比，弧线OL为洛伦兹曲线。洛伦兹曲线的弯曲程度有重要意义。一般来讲，它反映了收入分配的不平等程度。弯曲程度越大，收入分配越不平等，反之亦然。特别是，如果所有收入都集中在一人手中，而其余人口均一无所获时，收入分配达到完全不平等，洛伦兹曲线成为折线OHL。另一方面，若任一人口百分比均等于其收入百分比，从而人口累计百分比等于收入累计百分比，则收入分配是完全平等的，洛伦兹曲线成为通过原点的45度线OL[5]。

图1　洛伦兹力曲线

将洛伦兹曲线与45度线之间的部分A叫做“不平等面积”，当收入分配达到完全不平等时，洛伦兹曲线成为折线OHL，OHL与45度线之间的面积A+B叫做“完全不平等面积”。不平等面积与完全不平等面积之比，称为基尼系数，是衡量一国贫富差距的标准。基尼系数G=A/(A+B)。显然，基尼系数不会大于1，也不会小于零。当A=0时，基尼系数为0，表示收入分配绝对平等；当B=0时，基尼系数为1，表示收入分配绝对不平等。基尼系数是0～1之间的数值，基尼系数越大，不均等程度越高；基尼系数越小，收入分配越平等[6-8]。一般按照国际标准和惯例，基尼系数小于0.2为“绝对平均”，0.2～0.3为“相对平均”，0.3～0.4为“比较合理”，0.4～0.5为“差距过大”，在0.5以上为“高度不平均”，因此0.5为警戒线。

洛伦兹曲线和基尼系数是用于衡量收入分配非均衡程度的一种客观指标，但其实质上可以用来研究资源分配的非均衡性[2]。我国能源生产与消费在地域空间上的分布也具有这种非均衡性，用洛伦兹曲线和基尼系数描述能源生产与消费在地域空间匹配的非均衡性，能为能源生产与消费的匹配程度提供一个合适的量化标准。

2　模型构建及数据来源

2.1　构建步骤

1) 将研究区域划分为若干子区域(本文按行政区域划分为31个省(区、市)(不含香港、澳门和台湾地区)，选取能源(石油、天然气和煤炭)的消费量作为基本匹配原象，能源的生产量作为匹配对象。

2) 以各行政区域内的能源生产量作为要素匹配分级指标，对全国各行政区域内的能源生产量数据从高到低进行排序。

3) 分别计算各行政区域内石油、天然气和煤炭的生产量占全国的比例，按生产量占全国的比例将所有子区域分为10组，再依次计算能源生产量占各区域比例的累计百分比。

4) 定义x轴为匹配原象(能源消费量)的累计比率，y轴为匹配对象(能源生产量)的累计比率，分别绘制相应的洛伦兹曲线。

5) 选择基尼系数的计算方法，分别计算能源(石油、天然气和煤炭)生产与消费的基尼系数。本文选用的是多项式线性拟合的方法，先对画出的曲线进行多项式线性拟合，再利用微积分公式计算相应区域的面积，最后得到基尼系数。

2.2　数据来源

考虑到能源数据的可获得性，本文只选择石油、天然气和煤炭等常规化石能源，而不涉及太阳能、风能、水能和核能等非常规能源。能源的生产量和消费量数据包括石油、煤炭、天然气的生产量和消费量，以及总能源的生产量和消费量。煤炭、石油和天然气的生产与消费数据采用的是《中国能源统计年鉴2016》的能源生产量与消费量，总能源生产量与消费量是将石油、煤炭和天然气的生产量与消费量数据转化成标准煤数据进行相加得到的。2015年我国能源生产量与消费量在各地区的占比情况见表1。

3　结果与分析

3.1　计算结果

依据基尼系数的内涵，可以作如下假设：一定比例的能源消费量需要相同比例的能源生产量与之相匹配，这样的能源生产与消费空间分布则可视为是均衡的。由此，分别构建石油、天然气、煤炭和总能源生产与消费的空间洛伦兹曲线，并计算相应的基尼系数。以能源消费量的累积比率为x轴，能源生产量的累计比率为y轴，画出相应能源的洛伦兹曲线，并进行多项式拟合，拟合结果见图2。

为了更准确地描述洛伦兹曲线和精确地估计基尼系数，通过分析洛伦兹曲线的特性，设计出一条洛伦兹曲线方程，对洛伦兹曲线直接进行拟合。经过实例分析，拟合效果好，由洛伦兹曲线可推导出基尼系数的计算公式，计算结果精确度也很高。本文运用多项式拟合的方法来计算基尼系数，计算结果见表2。

从表2能源生产与消费的基尼系数可以看出，石油生产与消费的基尼系数为0.4626，处于“差距过大”的范围内。这与我国石油的生产主要集中在西北地区和东北地区，消费主要集中在华东地区的事实相一致。天然气生产与消费的基尼系数是0.4744，也处于“差距过大”的范围内，这是因为我国的天然气资源主要存在于新疆和四川，而天然气消费在全国范围内则相对分散。煤炭生产与消费的基尼系数是0.5392，超过了国际标准中0.5的警戒线，处于“高度不平均”的范围内。从表1我国煤炭生产与消费的情况看，我国煤炭生产量的一半多都位于华北地区，消费则集中在华东地区和华北地区，而且煤炭也是我国能源消费的主要能源。2015年全国能源生产总量36.2亿t标准煤。一次能源生产构成中，原煤占72.1%，原油占8.5%，一次电力及其他能源占14.5%[9]。能源总量生产与消费的基尼系数是0.4966，虽然还处于“差距过大”的范围内，但已非常接近0.5的警戒线，由于我国最主要的能源是煤炭，煤炭生产与消费的高度不平均也增加了能源总量生产与消费的不均衡性。

表1　2015年中国能源生产量与消费量的比例

注：数据不含香港、澳门和台湾地区。

图2　2015年能源生产与消费的洛伦兹曲线

表2　2015年能源生产与消费的基尼系数

能源种类基尼系数石油0.4626天然气0.4744煤炭0.5392能源总量0.4966

3.2　不均衡性分析

据《中国能源统计年鉴2016》，2015年全国能源生产31.61亿tce，消费40.62亿tce。能源的生产主要集中在山西、内蒙古和陕西，共占全国能源生产的57.95%。这3个省(区)也是我国煤炭资源最丰富的地区，由此可见，煤炭的生产和消费在我国能源生产与消费中占有相当大的比例。根据《BP世界能源统计年鉴2016》的数据，在2015年中国一次能源消费结构中，煤炭、石油、天然气、水电、核电、风能、太阳能和其他可再生能源占比分别为63.7%、18.6%、5.9%、8.5%、1.3%、0.3%和0.4%。相对而言，能源的消费则相对分散，消费较多的省(区)有山东(4.26亿tce)、山西(2.27亿t)、内蒙古(2.71亿tce)、江苏(2.71亿tce)、河北(2.41亿tce)、辽宁(2.23亿tce)和广东(2.08亿tce)。

无论从每种能源或能源总体来看，其生产区和消费区的分布都很不一致，有的省(市、区)在全国能源生产中的比重甚至高于其资源的比重。随着经济的不断快速增长，主要经济发达省(市、区)的能源自给率不断下降，而这些省(市、区)又都是能源资源相对匮乏的地区。例如华东地区2015年的能源消费占全国的29.81%，而该地区的能源生产只占全国的8.85%。中南地区和东北地区的能源消费量也超过了其生产量，尤其是中南地区的武汉经济圈以及珠江三角洲地区能源缺口巨大，这部分能源缺口主要从华北地区靠长途运输解决。即使在能源富裕的东北地区与华北地区，主要消费区为辽中南、京津唐，由于能源消耗量十分集中，也需要由黑龙江、山西、内蒙古远途输入能源。能源由北而南和由西而东的大量运输将是我国能源生产与消费长期存在的基本态势。能源生产与消费的这种不均衡性不仅仅与我国能源资源的自然禀赋有关，还与我国各地区的经济发展水平和人口密度有关。随着我国经济发展进入新常态，经济结构的不断优化，能源消费将进入低速增长期，能源的生产压力将有所减弱。为了弱化我国能源生产与消费的不均衡性，保障能源安全，应积极推动能源供应多元化，着力优化能源结构，加快形成煤、油、气、核、新能源和可再生能源协调发展的能源供应体系。

4　结　论

本文以洛伦兹曲线和基尼系数为理论基础构建了我国能源生产与消费的分布与匹配模型，并为其匹配程度进行了定量分析。结果表明：我国能源生产与消费在区域分布与匹配上存在严重的不均衡性，石油、天然气生产与消费的基尼系数处于“差距过大”的范围，而且很接近0.5的警戒线，通过调整能源结构与合理规划，其匹配度有望进一步提高，但距“相对平均”的范围还有较大的差距。煤炭生产与消费的基尼系数处于“高度不平均”的水平，可以说是匹配度极差。我国煤炭资源主要分布在西部及北方，煤炭需求主要集中在东部经济发达地区，因此长期造成北煤南运、西煤东运的局面[10]。2014年以来，受到资源自然禀赋以及能源消费结构调整的影响，水电、风电、核电等新能源利用程度不断提升，替代了部分煤电，因此煤在电力部门的消费程度逐渐下降[11]，进而在能源消费中的比例有所下降，但煤炭仍然是我国能源消费中最主要的能源。一次能源总量生产与消费的基尼系数是0.4966，虽然仍处于“差距过大”的范围内，但已非常接近0.5的警戒线，国内能源生产与消费的这种不均衡性已经得到国家的足够重视，本文提出的量化分析模型有助于定量分析不均衡程度，区分不同能源种类来分析不均衡性，具有一定的借鉴意义，为我国能源结构转型升级提供参考。

能源资源是人类社会发展和国民经济运行的动力源泉，现实的能源资源空间分布存在不均衡性，能源生产与消费空间的错位更是一种较为普遍的现象[12]。这种区域不均衡性不仅增加了能源运输的成本，还制约了我国整体的经济发展，严重危害我国能源安全。为保障国家的能源安全，在控制消费总量的基础上，还应注意提高能源利用效率，彻底改变原先的粗放型能源消费方式，加快智慧能源管理系统的建设，增强需求侧响应能力，实现能源生产与消费的智能互动。加快调整能源资源的开发布局，进一步优化能源结构，持续推进可再生能源发展是改变我国能源生产与消费区域不均衡性的有力措施。