中国现代城镇化发育的能源消费

摘要: 城镇是现代社会财富积累的中心。矿物燃料为主的一次能源不仅是现代人类社会发展的基本动力来源,也是现代城镇化发育的基本动力来源。随着城镇化发育不断走向成熟,城镇的生存和发展对能源消费的依赖日趋强烈。这种消费需求不仅体现在总量增长方面,而且更体现在质量提高方面。世界和中国的实践均证明了这一点。所不同者,在产业发展政策和能源消费政策的作用下,中国现代城镇化发育的能源消费表现出明显的不尽人意:第一,能源消费总量增长迅速,甚至进入21世纪以来也是如此;第二,能源消费结构演进缓慢、特别是进入国家城镇化快速发育阶段后的表现更是如此;第三,能源产出效率提高有限,甚至出现一定程度的倒退。如此能源消费特征,对中国城镇化的持续发育构成了巨大挑战,因此,建议加快城镇产业结构调整、推进能源消费结构演进和提高城镇能源消费质量。

关键词 :现代城镇化;能源消费总量;能源消费结构;能源产出效率

矿物燃料为主的一次能源不仅是现代人类社会发展的基本动力来源,而且也是现代城镇化发育的基本动力来源[1-5]。总体而言,随着现代城镇财富积累功能的不断加强,国家和地区城镇化对一次能源消费的依赖性表现得愈加强烈[6-8]。各国的实践表明,现代城镇化发育对能源的这种依存状态不仅体现在消费总量的增长方面,而且更体现在消费质量的提高方面[9-12]。目前,人们对国家或区域能源消费总体状态的研究投入了极大精力,但对于其消费空间组织结构,特别是在城镇化高速发展阶段,城镇能源的消费规模、结构及其演进特征知之甚少。这就是本文所要阐述的中心所在。

1 能源消费需求变化

应当说,从城镇化的诞生之日起,就产生了能源消费的需求。所不同者,古代与现代城镇化的能源消费需求有着天壤之别。

在古代时期,由于城镇功能的单一性强与整体发育水平低,可再生薪柴的供应就足以满足城镇的日常能源消费需求。更为重要的是,长期以来古代城镇的能源消费需求主要集中在生活方面。由此产生的能源供应则主要集中在薪柴和其他可再生燃料。直到1830年,薪柴依然占据全球城镇能源消费的70%。与此同时,煤炭的消费则主要集中在个别欧洲国家,如英国的煤炭消费占全球比重的近80%[6,7]。

作为工业化的先导国家,英国城镇化的整体发育水平在1840年超过50%。以此为起点,全球城镇化的发育开始进入现代时期。与古代时期相比,随着城镇职能的多元化发育,现代城镇成为整个社会财富积累的中心,因此,国家现代城镇化的衡量标准不仅取决于城镇人口集聚的规模,而且更取决与城镇经济产出的状态,即人口城镇化+经济城镇化。据此,现代城镇化的计算公式为:

UIy=nEU,EP

其中UI为国家或地区城镇化的整体发育水平;EU为经济城镇化发育水平;EP为人口城镇化发育水平。从此,全球的能源消费需求发生了根本性变化[13]。

在现代城镇化发育阶段,随着财富积累能力的迅速扩张和人口急剧膨胀,城镇的能源消费呈现出快速增长态势。尽管地球上的能源资源几乎无处不在,但是真正能够承担起现代城镇化发育能源需求快速增长的重担却只能落在矿物燃料的肩上。从此,全球能源消费开始进入矿物燃料主导时代。数据分析显示,1840-2005年期间,全球城镇化的整体发育水平从10.54%上升到60.89%,增幅约为4.8倍。相应地,一次能源消费总量则从0.34亿t煤当量上升至150.5亿t煤当量,增幅则约在436倍。在此阶段中,全球城市化水平的扩张和一次能源消费的增长二者关系达到了极高的程度(R2=0.9818)。更为重要的是,在总量增长的同时,一次能源消费结构发生了重大变化。20世纪60年代以来,作为现代燃料矿种的石油和天然气便开始占居了全球一次能源消费的主导地位。

遗憾的是,由于现代城镇化发育初始阶段 (1840-1960年)能源消费结构的单一,导致了这一阶段社会财富积累的能源利用效益低下。分析结果表明,全球单位社会产出的能源消耗从1840年的45.1t标煤/万美元上升到了1960年的470.1t标煤/万美元,期间的增幅为9.4倍。

进入现代城镇化发育成熟阶段后(1961-2005年),随着能源消费结构的多元化和油气资源主导地位的确定,全球一次能源消费总量的增长开始呈现出减缓趋势。数据分析显示,1961-2005年期间,全球一次能源消费总量增长了只有1.6倍强,年递增速率为2.2%,不足城市化初始阶段的65%。其结果,全球城市化成熟阶段的单位社会产出能耗情况发生明显逆转,呈现出了大幅下降态势。2005年全球单位社会产出的能耗为45.1t标煤/万美元,仅相当于1960年时的77.7%。图1中现代城镇化不同发育时期单位产出的能耗比较恰恰说明了这一点。

张雷等:中国现代城镇化发育的能源消费

中国人口•资源与环境 2010年 第1期2 中国实证分析

综观中国现代城镇化的发育历程,其能源消费及保障与世界其他国家有着基本相同的特征。这种特征既体现于消费总量的增长和结构的演进方面,而且也体现在供应保障的空间格局变化方面。

2.1 现代城镇化发育

中国现代城镇化发育始于20世纪50年代。此后,其整体发育水平有了明显提高[14,15]。

数据分析显示,在现代城镇化初始发育阶段(1952-1980年),由于发展政策带有明显的倾斜,即强调城镇的生产集聚功能提高,因此,尽管经济城镇化的发育水平得到了快速的提升,但是受到人口城镇化发育缓慢的影响,全国城镇化的整体发育水平只有28.7%(图2)。

进入20世纪80年代以后,随着国家发展政策的开放和更多地关注城镇的社会经济主导作用发挥,经济城镇化和人口城镇化两者发育的巨大差异开始有所收敛。其结果,在经济和人口的双轮驱动下,全国城镇化的整体发育开始步入快速成长阶段。到2005年,全国城镇化的整体发育水平达到了60.0%,与世界平均水平持平(图3)。

2.2 能源消费增长

2.2.1 总量增长

总体而言,中国现代城镇化发育的一次能源消费大体

第一,初始发育阶段(1952-1980年)。 在现代化之初,由于中国城镇职能的传统色彩强烈(集聚生活和集聚消费),其一次能源消费水平低下。1952年城镇的一次能源消费不足1 500万t标煤,仅占全国一次能源消费总量的30.5%。此后,随着大规模工业化建设的展开,各地城镇的现代职能得到明显增强,特别是集聚生产方面。其结果,全国城镇一次能源的消费水平也有了快速提升。到1980年,城镇一次能源消费已经超过了3亿t标煤,约占全国消费总量的53.6%(图4)。换言之,在初始发育时期,全国城镇一次能源的消费需求以每年1 100多万t的速度增长。

第二,快速发育阶段(1981-2005年)。改革开放以来,中国城镇的经济产出职能得到进一步的强化。在市场经济、特别是外向经济发展的刺激下,中国城镇的一次能源消费需求呈现出更为强烈的增长势头。数据分析表明,到2005年,全国城镇一次能源消费已经达到了17.8亿t标煤,约占全国消费总量的79.6%(表1)。以此计算,在这一期间全国城镇一次能源的消费需求以每年增长5 800多万t,是初始发育期的5.3倍。

图4 中国城镇化能源消费总量增长, 1952-2005年

Fig.4 Energy use for China's cities, 1952-2005

2.2.2 结构演进

同样地,中国城镇化的一次能源消费也经历了2个基本阶段:

第一,初始发育阶段。 为了确保生产职能的转变,这一阶段全国城镇的能源消费主要集中在满足工业生产发展的所需。特别是在20世纪60年代中期以后,随着石油化学工业的快速发展,全国城镇一次能源消费的结构演进明显加快。1980年,中国城镇一次能源消费结构中煤炭比重为51.2%,与1952年时相比,降幅超过42个百分点(图5)。受此影响,1980年中国城镇一次能源消费的结构演进系数达到了2.12,为1952年时的2倍;

第二,快速发育阶段。

遗憾的是,在中国城镇能源消费总量快速增长的同时,其结构却未出现同步演进。实际上,受国内能源政策摇摆和国际能源市场动荡的共同影响,此阶段上的中国城镇能源消费结构演进反而出现了明显倒退。数据分析显示,2005年中国城镇一次能源消费结

构中煤炭比重为63.3%,比1980年时上升12.1个百分点(图5)。相应地,2005年中国城镇一次能源消费的结构演进系数为1.58,比1980年时下降了0.54。

2.3 产出效率提高

在现代城镇化进程中,中国城镇的能源产出效率的提高也经历了两个基本阶段。

第一, 波动发展阶段 (1952-1980年)。

20世纪50年代初期,由于传统集聚职能(主要集中在生活和消费)尚为开始,城镇对矿物燃料的消费需求还很低下,以致当时全国城镇单位产出的能耗水平尚能达到12.7万t标煤(亿元,不变价,下同)的水平。

进入到现代化进程之后,由于资本与技术投入有限所造成的部门结构单一以及重工业发展优先的倾斜性产业发展政策,全国城镇的能源消费表现出异常强烈的需求增长。因此,尽管在将近30年的发展过程中中国城镇的经济产出能力得到了明显增强,但其单位产出的能耗也随之出现大幅上扬。1962年中国城镇单位产出的能耗达到了26.3万t标煤,比1952年时上升了1.07倍。经过了三年调整后,1965年中国城镇单位产出的能耗开始回落到17.6万t标煤。此后,因“时期”的政治干扰,城镇单位产出的能耗再次开始攀升。到1975年时全国城镇单位产出的能耗为21.7万t标煤,比1965年增长了23个多百分点。直至20世纪70年代末,全国城镇单位产出能耗的上升情况才开始发生改变(图6)。

第二,正常发展阶段 (1981-2005年)。

改革开放以来,随着资本与技术投入的增强、特别是相对协调发展政策的实施,最终扭转了城镇单位产出能耗居高不下的局面。

1990年,全国城镇单位产出的能耗为12.0万t标煤,比1980年时下降了约42%。2000年进一步降至到5.8万t标煤,与1990年相比,又有约52%的降幅。

很遗憾的是,这种能耗下降的趋势在21世纪初并未得以继续。2005年全国城镇单位产出的能耗为5.83万t标煤,反而比2000年时提高了1个多百分点。

2.4 原因分析

由于城镇产出状态完全取决于产业的构成特征,因此通过城镇产业结构演进与其产出能耗关联模型便成为分析中国城镇单位产出能耗变化原因的有力工具。

产业结构演进-单位能耗关联模型是一种有关国家或地区(如城镇地区)产业结构演进与单位GDP能耗变化的相关分析模型。其目的在于认识国家或地区产业结构演进的能耗效果及其变化趋势。其模型的数学表达方式为:

EEE=EE/ESD(1)

在式中,EE为地区单位产出能耗系数;ESD为地区产业结构多元化演进程度。其中

EE=EC/GDP(2)

其中,EC为一次能源消费总量;GDP为地区国内生产总值。

ESD=∑(P/P,S/P,T/P)(1∞)(3)

其中,P为第一产业产出,S 为第二产业产出,T为第三产业产出。产业结构多元化的值域可以从1到无穷大。

根据产业结构演进-单位能耗关联模型的分析结果,在中国现代城镇化进程中,尽管其产业结构演进与单位产出能耗两者的相关性并不很高(R2=0.6344,图7),但是依然能够表现出一种先升后降的基本趋势。

1949-2005考虑到发育时期和发展政策的不同效果,这里采用了产业结构演进-单位能耗关联模型的阶段分析方式。

分析的结果表明,在1952-1980年的现育初始阶段,由于长期的以重工业发展优先的政策和过多的政治干扰,全国城镇的产业结构演进与单位产出能耗两者关系的走向不仅具有明显的上升趋势,而且相关程度极其脆弱(R2=0.0999)。数据的分析显示,自1957年中国城镇GDP中的二产比重开始超过越三产之后,二产的主导地位便得到了空前的加强。尽管期间也曾出现一定波动,例如1962年全国城镇二产的比重也曾出现过短暂的下降。但是到了1980年,中国城镇GDP中的二产比重已经上升至656%,比1952年时增长了17.9个百分点。与此同时,中国城镇GDP中的三产比重仅有33.3%,比1952年时下降了16.2个百分点。换言之,二产发展对这一时期城镇产业结构演进的贡献度达到了78%。如果考虑到80%以上的城镇能源消费和85%以上的城镇二产产出为工业部门所有的事实,那么这一阶段城镇单位产出能耗上升还是具很强的产业结构演进基础。实际上,如果排除1959-1961年严重的三年自然灾害,这一时期全国城镇的产业结构演进与单位产出能耗的两者相关程度则可以超过0.92(R2=09236)。

进入20世纪80年代以来,由于实行了国家发展政策的全面调整,例如从“先生产,后生活”改变为“生产生活并重”和从“重工业发展优先”到“轻重工业并举”,特别是大规模的技术引进所产生的部门结构和产品结构快速进步,从而极大地提升了城镇经济的产出能力,并最终导致单位产出能耗的不断下降。数据的分析表明,1981-1995年期间,二产在全国城镇产业结构演进中的贡献度为54.5%,比现代城镇化初始阶段的1952-1980年下降了23.4个百分点。正如此,这一阶段全国城镇产业结构演进与单位产出能耗之间的关系开始呈现出曲线下滑的走势,而且两者的相关程度也超过了0.98。不幸的是,这种良好的发展势头并未被保持下去。到2005年,二产在全国城镇产业的比重较2000年提高了1个多百分点,从而演绎了单位能耗不降反升的憾事。

国际比较也许使我们更加明了中国城镇化进程中的能源投入产出效果。在这里我们选择了美国、英国、法国、德国和日本等5个发达国家、以及印度等发展中国为代表。

分析的结果表明,2006年上述发达国家的总体城镇化发育水平均超过了85%,除了美国外,其他发达国家当年单位GDP的产出能耗均低于2.0万t标煤(亿美元,当年价)的水平(图8),其中英国的不足1.4万t标煤。

至于印度,由于目前该国的总体城镇化发育水平尚不足40%,因此其单位GDP的产出能耗接近6.7万t标煤的水平。

同样作为发展中国家,中国2006年的总体城镇化发育水平超过了60%,但是,中国单位GDP的产出能耗超过了9.0万t标煤,数倍与发达国家和大约1.4倍于印度。

造成中国城镇单位产出能耗与发达国家、甚至发展中国家差距过大的原因主要有以下两个方面:

第一,结构演进的刚性特征明显。长期以来中国始终实行的工业、特别是重工业发展优先产业导向政策,造成了不断增强的第二产业产出能力极大地挤压了其他社会活动的能源消费增长空间。其结果,国家产业结构的演进近乎完全依赖二产、特别是制造业的发展来推进,从而使整个经济结构的演进具有明显刚性特征。如此产业结构发育所产生的一个必然结果就是:国家、特别是城镇单位GDP产出能耗的居高不下;

第二,能源消费结构落后。 与多数国家相同,中国城镇化的一次能源供应在相当长的时期内均建立在本国资

源基础之上。进入20世纪90年代中期以来,随着各地城镇消费需求的快速增长和国内资源供应的有限,石油等现代燃料矿种的进口规模不断上升。然而由于决策的失误和国家能源市场的动荡,自20世纪80年代中期以来中国的能源消费结构演进便开始止步不前,甚至出现一定程度的倒退。其结果,到2006年煤炭占据了中国一次能源消费的70%以上(图9)。进一步的分析则表明,中国一次能源消费结构的演进系数仅为1.4,不仅大大落后于发达国家(一般在4.0以上),就是与另一最大发展中国家印度的差距也有0.4。

3 结 论

随着职能的快速转变,现代城镇的能源消费也发生巨大变化。这种变化不仅体现在能源消费总量的快速增长方面,而且更体现在能源消费结构的急剧变化方面。

全球实践表明,在现代城镇化的初始发育阶段,以煤炭为主的城镇能源消费表现出总量增长快和产出效率低的基本特征。进入成熟发育阶段,以油气为主的城镇能源消费则表现出总量增长明显放缓和产出效率大幅提升的显著特征。

总体而言,中国现代城镇化发育的能源消费也有着与其他国家大体相同的历程。所不同者,在长期实施的倾斜发展政策和能源供给自给政策作用下,中国现代城镇化发育的能源消费远不如人意,其表现主要体现在:第一,能源消费总量增长迅速。甚至进入21世纪以来也是如此;第二,能源消费结构演进缓慢、特别是进入国家城镇化快速发育阶段后的表现更是如此;第三,能源产出效率提高有限,甚至出现一定程度的倒退。有鉴于此,建议未来中国城镇化发育的能源消费趋向:

第一, 加快城镇产业结构调整,从根本上改变城镇经济的整体产出机制;

第二, 逐步推进能源消费结构演进、提高城镇能源消费质量,以最大限度地提高能源产出效率和改善城镇环境质量。

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Energy Consumption for China's Modern Urbanization

ZHANG Lei1 HUANG Yuanxi1,2

(1 Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China;

2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Abstract Cities and touns are the essential centers for the agglomeration of social wealth in modern time. Primary energy, especially mineral fuel is the basic power of modern society and urbanization development. The more maturity of urbanization it is, the more dependency of energy supply for the development of a city it would be. In terms of the practice of the whole world, the needs of national urbanization for energy consumption are referred to not only the great quantities, but also a structural change. As China insisted in its own unique policies, such as “national industrialization first” and more relying on the domestic energy supply, for a long time, the basic characteristics of energy consumption in China's modern urbanization are rapid increase of energy consumption on one hand, slow evolution of energy consumption structure and limited improving of energyuse efficiency on the other. Undoubtedly, all these disadvantages above will be great challenges for China's future urbanization.

Key words modern urbanization;energy consumption;structural change of energy use; energy use efficiency