中国能源可持续发展区域差异及其因素分析

摘要: 该文在明晰中国能源可持续发展内涵的基础上,从能源足量、可持续、合理供给;能源与水、土地、森林等资源配套能力;国家可持续能源政策与地区规划的融合,减缓环境资源的损耗;环境可持续性四个目标出发,构建了区域能源可持续发展指标体系。从定量的角度刻画中国能源可持续发展的区域差异,解析影响中国能源可持续发展的主要因素。研究结果表明,可持续能源政策与环境的可持续性是制约能源可持续发展的关键环节;能源与森林、土地资源的配套能力是重要基础;能源供应能力是核心所在;从中国东、中、西部来看,西部地区是中国能源可持续性最强的地区,中部次之,东部能源可持续性最弱;从中国区域来看,能源可持续性沿海地区最弱,东北和长江中游地区次之,大西北、西南和黄河中游地区最强。本文作者最后认为多元化发展,提升能源供应能力;建立健全环境税收制度,增强环境可持续性;因地制宜,是促进中国区域能源可持续发展的必然选择。

关键词 :区域能源可持续发展;区域差异;影响因素

一些国外学者对中国经济增长过程中能源消费强度变动趋势及原因进行了研究。Jonathan & David认为20世纪90年代末,中国经济缓慢增长的同时能源消费量显著下降是众多因素共同作用的结果。例如,能源质量的快速提高,工业结构的转变,国有以及非国有厂家的关闭,能源利用效率的提升,天然气以及电力消费比重的增加等。并认为经济缓慢增长,产业结构调整,更广泛的经济体制改革以及一系列环境和能效政策的实施不仅带来目前能源消费量的下降,也将进一步促进长期能源消费量和温室气体排放量的减少[1]。Thomas却认为虽然中国低耗能产业在1997-2000年期间发展迅速,但是三年内单位GDP能耗下降近30%,让人难以置信,并由此推断,从1998年开始中国对于真实GDP增长的统计存在夸大成份[2]。面对国外学者的质疑,国内学者对中国能源消费强度变化及其主要影响因素进行了大量的分析和研究。史丹认为结构变动是影响我国能源消费的主要因素[3],对外开放对提高能源利用效率具有显著作用,产业结构及工业内部结构调整提高了能源投入产出率;经济体制改革对能源低效率的改进,是能源消费呈现出负增长的重要因素[4]。Zhang基于29个工业部门能源消费和附加值数据集,运用无残差分解法对结构与能源强度变动的相对重要性进行了验证,分析结果表明能源强度的下降是关键所在[5]。目前多数研究以中国总体能源为对象,对中国能源发展的地域差异往往关注不够。有鉴于此,本文以2007年中国各省区能源、社会经济和环境统计为数据源,综合全国各省(市、区)能源发展战略的研究报告、文献等调查数据,借助于SPSS统计分析、改进的熵值法以及GIS软件,对中国能源可持续发展(Sustainable Energy Development, SED)区域差异及其影响因素进行定量分析,在明晰中国能源可持续发展区域差异和主要影响因素的基础上,刻画2006年中国区域能源可持续发展程度,探讨与区域经济发展实践相结合的能源可持续发展措施将具有十分重要的应用价值。

1 中国能源可持续发展内涵

“可持续发展”究其本质,就是要统筹人与自然和谐发展,处理好经济建设、人口增长与资源利用、生态环境保护的关系,推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路[6]。具体到能源可持续发展,要求能源安全供给、经济竞争力和环境可持续性三者统筹兼顾,其中能源安全供给是能源可持续发展的核心内容;经济竞争力为可持续能源提供有力保障;环境可持续性是可持续能源的基本前提。

能源安全是可持续能源的核心内容。张雷认为国家能源安全概念是由两个有机部分组成即能源供应的稳定性(经济安全性)与能源使用的安全性。能源供应的稳定性是指满足国家生存与发展正常需求的能源供应保障的稳定程度。能源使用的安全性是指能源消费及使用不应对人类自身的生存与发展环境构成任何威胁[7]。确切的来说,张雷所阐述的是广义能源安全的概念,它是能源供给稳定、经济安全以及环境友好众多目标的集合。由于能源供需矛盾是导致能源危机产生的直接原因,因此,在本文中我们仅从狭义上把能源安全定义为一定地域和时间范围内,能源供应对于能源需求的保证程度。

经济竞争力为可持续能源提供有力保障。经济竞争力的提升可以从供给和需求两方面为可持续能源提供有力保障。从供给面出发,经济竞争力的提高有利于整体经济实力提高和科学技术进步,从而能够提供更多的资本和技术,调动更多社会资源投入到替代性能源、清洁能源以及节能技术的研发当中,从增强供给能力的角度来保障能源的可持续发展;从需求出发,经济竞争力的提升必将促进产业结构的转换升级,能源使用效率的提升和能源强度的下降。经济竞争力的提升,能够从“开源”与“节流”两方面保障能源的可持续利用。

环境可持续性是可持续能源的基本前提。环境是人类生存与发展的基础,发挥着提供物质资源和消纳废弃物的作用。环境可持续为可持续能源的实现提供物质上的保证和环境上的支撑,是能源可持续发展的基本前提。

有鉴于此,中国能源可持续发展需要从能源安全、经济竞争力以及环境可持续性三个角度入手,在充分认识三者之间作用机理的基础上,协调好三者之间的关系,促进三者共同发展(图1)。

沈镭等:中国能源可持续发展区域差异及其因素分析

中国人口•资源与环境 2010年 第1期2 中国区域能源可持续发展状态评价2.1 中国区域能源可持续发展指标体系构建

在综合考察与借鉴能源可持续发展研究成果的基础上[8-10],依据科学、系统、全面、客观、实用和可操作的指导思想,遵循能源安全供给、经济发展与环境可持续的原则构建了区域能源可持续发展指标体系。试图从定量的角度来分析中国能源可持续发展程度的区域性差异,明确目前影响我国区域能源可持续发展的关键性因素,在此基础上探讨与区域经济发展实践相结合的能源可持续发展

图1 中国能源可持续发展的路径选择

Fig. 1 The path choice of China's sustainable energy development (SED)

措施。具体来说,中国区域能源可持续发展指标体系由4个目标、9个度量层指标以及27个具体指标构成(表2)。四个目标分别为:目标1:能源足量、可持续、合理供给;目标2:能源与水、土地、森林等资源配套能力;目标3:国家可持续能源政策与地区规划的融合,减缓环境资源的损耗;目标4:环境可持续性。九个度量层指标分别为:储产比,产消比,水资源利用,土地利用,森林资源利用,能源与经济的协调,经济与环境的协调,“三废”排放,碳排放。

2.2 中国区域能源可持续发展的定量评价

2.2.1 区域能源可持续性因子分析

采用因子分析法对我国31个省市2006年区域能源可持续性进行综合评估。因子分析法最主要的特点是在具有复杂关系的多因素变量中,通过数据的标准化处理和数学变换,浓缩析取出公因素,并以之来描述和代替原始变量,以反映和解释原始变量之间的复杂关系[11,12]。因子分析法计算获得的特征值和方差贡献率如表1所示;旋转后的因子负载矩阵如表2所示;公因素综合得分及排序如图2所示。

由表1可知,前8个因子的特征值大于1且其累计贡献率为83.37%。说明这八个因子反映了原变量绝大多数信息。为了达到精简的目的,变量通过旋转后提取前8个特征根大于1的因子,分别为F1、F2……F8。

经过方差最大法正交旋转后,各因子的含义比较清晰。F1因子代表的是煤炭储产比、单位地区生产总值能耗与全国平均水平之比、单位地区生产总值电耗与全国平均水平之比等7项指标,这些指标绝大部分是为了减缓环境资源的损耗,用以衡量国家可持续能源政策与地区规划融合程度的能源政策因子与环境可持续指标,由此F1因子可以称为能源政策与环境调控因子。

由于工业固体废物处置率、电力产消比、天然气储产比与石油产消比、可再生能源占能源消费总量比重、单位地区生产总值工业污染投资比重分别在F4、F5、F6、F7、F8因子具有较大载荷。依据指标含义将F4、F5、F6、F7、F8因子分别命名为工业固体废弃物处置因子、电力供应能力因子、油气供应潜力因子、可再生能源因子、污染治理因子。

通过因子负荷矩阵,可以将F1、F2、F3、F4、F5……F8与原始指标值的关系用线性组合表示:xi=ai1fi+ai2f2+ai3f3+aimfm+uili=1,2,…27;1,2,…8。以旋转后各因子的方差贡献率为权重,得出各地区的可持续能源综合指数F(见图2),计算公式为:

2.2.2 区域能源可持续性熵值法评价

熵值法与因子分析法在确定指标权数时同属于客观赋权法,两者的区别在于:因子分析法从众多的变量中浓缩析取出少数几个公共因子,减少了评价指标维数,然后根据公共因子对总方差的解释力度确定权重;而熵值法是根据各项指标值的变异程度来确定指标权重,不能减少评价指标维数;因子分析中因子与变量是线性函数关系,而熵值法的综合评价结果与变量不是线性函数关系。由于因子分析法的普及面广,其评价结果具有一定权威性[13];而熵值法评价较为简单,具有一定的合理性。通过两种客观评价方法,从不同角度对区域能源可持续发展情况进行评价,能够更加全面、合理地揭示现阶段我国区域能源可持续发展信息。

因此,接下来运用熵值法对区域能源可持续性进行评估。在用熵值进行评价时,时常会遇到一些极端值,在本项目的指标中,选取了石油、天然气储产比与产销比。绝大部分省份的这些指标值为0。在熵值法确定权数的过程

利用非参数统计方法――等级相关法[15]来说明这两种评价方法评价结果的密切程度。等级相关是一种特殊的直线相关分析法。斯皮尔曼等级相关系数是把两个变量排序变为等级排序,然后计算相关系数。令斯皮尔曼等级相关系数为ρ,di为每一对样本的等级之差,然后用以下公式计算斯皮尔曼等级相关系数:

ρ=1-6∑ni=1d2in3-n其中,n为等级的项数。斯皮尔曼等级相关系数ρ=0.934,表明因子分析法与改进的熵值法评价结果高度相关。

2.2.4 中国区域能源可持续发展聚类分析

为了进一步研究能源可持续发展区域之间的差异,分别依据因子分析、改进的熵值分析评价结果,对31个省、市、自治区、直辖市能源可持续发展情况进行聚类分析。本文采用最常用分层聚类法,根据指标特征,选择平方欧式距离测度相似性,离差平方和法作聚类分析。

由于因子分析法与改进的熵值分析法均具有一定的合理性和有效性,为了使分析结果更加客观、科学,我们把基于因子分析的区域能源可持续度与基于改进的熵值评价法区域能源可持续度进行综合集成,运用聚类分析法,得到中国区域能源可持续度聚类结果,见表3。结果表明:

3 结论与启示

3.1 结论

3.1.1 中国区域能源可持续发展主要影响因素

根据总方差解释表(表1),在27个因子当中,前8个因子解释83.37%的总体方差,成为当前制约能源可持续发展的重要因素,其中,F1解释23.7%,F2、F3分别解释12%左右,F4、F5、F6分别解释8%左右,F7解释6.9%,F8解释5.4%,有鉴于此,可以得出以下结论:

3.1.1.1 可持续能源政策与环境可持续度是制约能源可持续发展的关键因子

能源政策与环境调控因子(F1)是所提取的8个主因子中,对总方差解释力度最大的因子。除此之外工业固体废弃物处置因子(F4)、污染治理因子(F8)对总方差的解释分别为8.5%、5.4%。国家可持续能源政策与地区规划的融合,减缓环境资源的损耗目标下的具体指标――单位地区生产总值能耗与全国平均水平之比、单位地区生产总值电耗与全国平均水平之比(在第一主因子上具有较大载荷),单位地区生产总值工业污染治理投资比(即污染治理因子,在第八主因子上具有较大载荷)均与可持续能源政策在本区域的执行情况有关。而环境可持续性目标下的具体指标――单位地区生产总值工业二氧化硫排放量、单位地区生产总值烟尘排放量以及单位地区生产总值工业粉尘排放量(在第一主因子上具有较大载荷),工业固体废弃物处置率(在第四主因子上具有较大载荷),均与环境可持续性密切相关。由此判断,现阶段,可持续能源政策与环境可持续度是制约能源可持续发展的关键环节。

3.1.1.2 能源与森林、土地资源的配套能力是能源可持续发展的重要基础

森林资源因子(F2)与土地因子(F3),对总方差的解释力度分别为12.3%、11.1%,二者分别在森林覆盖率、森林蓄积量占活立木总蓄积量,土地面积占全国比重和农用地占全国比重等与森林和土地资源相关的指标上具有较大载荷,而上述指标均隶属于目标2能源与水、土、森林等资源配套能力的范畴,据此,我们可以判断,能源与森林、土地资源的配套能力是能源可持续发展的重要基础。

3.1.1.3 能源供应能力是能源可持续发展的核心所在

电力供应能力因子(F5)、油气供应潜力因子(F6)、可再生能源供应因子(F7)均属于能源供应范畴,对总方差的解释力度分别为7.8%、7.6%和6.9%,三者对总方差的解释力度之和超过了20%。能源可持续发展首先必须保障能源安全,而能源安全的关键在于能源的可持续供应,因此,能源供应能力是能源可持续发展的核心所在。

3.1.2 中国能源可持续发展区域差异情况

3.1.2.1 中国东、中、西部地区能源可持续发展差异情况

根据中国东、中、西划分标准,按照因子分析法、熵值法评价结果来分别计算中国东、中、西部能源可持续发展差异情况。从中国东、中、西部能源可持续发展差异情况来看,两种方法评价结果显示:东部地区能源发展可持续度分别为-0.346,2.751;中部地区能源发展可持续度分别为0.078,3.064;西部地区能源发展可持续度分别为0.346,3.24。由此可以判断,西部地区是中国能源可持续性最强的地区,中部次之,东部能源可持续性最弱。

3.1.2.2 中国区域能源可持续发展差异情况

根据国务院发展研究中心划分的区域:南部沿海地区、东部沿海地区、北部沿海地区、东北地区、长江中游地区、黄河中游地区、西南地区和西北地区[16]。分别按照因子评价、熵值法评价结果,计算各个区域能源发展可持续性情况即中国区域能源可持续发展差异情况(见图4)。

无论是因子分析法还是改进的熵值法评价结果均表明:中国区域中能源可持续性最强的三大区域分别为大西北地区、西南地区和黄河中游地区;最弱的为东部沿海地区、北部沿海地区和南部沿海地区。除此之外,东北地区能源可持续性优于长江中游地区,居于第四的位置。总体来看,中国能源可持续性沿海最弱,东北和长江中游地区次之,大西北、西南和黄河中游地区最强。

3.2 启示

3.2.1 多元化发展,提升能源供应能力

能源的持续、稳定、安全供应是区域能源可持续发展的核心所在。能源供应能力的大小,直接关系到区域能源可持续度的高低。现阶段,我国能源供应能力主要由电力供应能力、油气供应潜力、可再生能源供应能力所决定,其中,电力供应能力最为关键,依次为油气供应潜力、可再生能源供应能力。提高能源供应能力需从以下方面入手:首先,针对电力供应能力来说, 目前我国电力工业已进入大机组、大电厂、大电网、超高压、自动化和信息化的阶段[17]。在充分考虑未来新产品、新技术、引入信息技术改造传统行业,引入竞争机制提升电力行业整体运行效率的基础上,促进以煤为主的发电能源逐步朝多元化的方向发展。大力推进水电、核电、风电、太阳能发电、生物质能发电等的发展,提升我国电力供应能力。其次,在开源节流,充分利用两种资源的基础上,大力发展生物乙醇和生物柴油技术,增强油气供应潜力。第三,完善价格体系,促进可再生能源快速发展。现阶段,除了小水电、太阳能热水器、以及沼气等为数不多的几项可再生能源利用技术已经市场化之外,绝大部分可再生能源技术尚停留在研发阶段。不仅如此,对于已经处于市场化阶段的可再生能源技术,在现有价格体系下(没考虑环境外部效应),与常规能源相比亦缺乏竞争优势,因此,完善价格体系,是助推可再生能源快速发展的必经途径。总之,现阶段要提升中国能源供应能力,需要多元化的发展思维。

3.2.2 建立健全环境税收制度,增强环境可持性

环境的可持续发展是能源可持续发展的前提和基础。本文评价结果表明,环境可持续是现阶段制约中国区域能源可持续发展的关键因素,而“三废”排放是影响环境可持续性的主要方面。理论和实践证明,在完善的环境税制下,征收环境税可以促使资源环境等外部成本“内部化”,能够有效改变生产者、消费者破坏环境、浪费资源的行为;激励资源节约、环境友好型产业的快速发展以及节约资源、保护环境良好社会风气的形成,环境税制是一种有效的环境经济政策。中国目前涉及环境保护方面的税种虽然占税收收入的总体比重呈逐年上升趋势,但这些税种大多并不直接以环境保护为目的,针对性不强,并且大多具有临时性、阶段性、缺乏系统性[18]。与此同时,我国环境形势日益严峻,节能减排面临挑战。有鉴于此,建立完善的环境税收制度,是当前扭转环境不断恶化,完成节能减排任务,实现环境可持续发展的必然选择。建立健全环境税收制度需从以下三个方面入手: 首先,明确环境税收制度的税收要素。如征税主体、纳税人、税率、减免税[19]等。其次,建立基于环境资源成本的合理价格形成机制。由于现行价格形成机制无法将环境资源等外部成本“内在化”,从而不能真实反映经济增长的资源环境代价。第三,不断完善环境税法,为环境税的执行提供法律依据,提高环境税收效率。

4.2.3 因地制宜,促进区域能源可持续发展

本文研究结果显示,目前,西部地区是中国能源可持续性最强的地区,中部次之,东部沿海地区能源可持续性最弱,中国能源可持续性区域差异显著。现阶段,由于各地区能源可持续性制约因素大体相似,但侧重点仍存在一定差异,因此,提升区域能源可持续度仍需因地制宜。对于东部地区而言,首先,需在现有基础上不断改进其能源利用效率,降低能耗水平,促进能源政策与区域规划的不断融合;其次,充分利用东部较为完善的市场制度、雄厚的经济基础以及居民的消费意识,率先开展环境税的试点工作,用经济手段调节市场主体的环境污染行为,增强环境的可持续性;第三,加快太阳能、海上风能以及地热能(东南沿海地带)等可再生能源的发展,改善东部能源消费结构,促进能源供给的持续、稳定、安全供给。中部地区,首先,加快小水电、风电和生物质能发电发展,增强中部电力供应能力;其次,大力推广农村户用沼气技术,加快生物乙醇和生物柴油的发展以弥补中部在油气方面的不足;第三,提升工业固体废弃物的处置率。西部地区进一步提升能源可持续度,首先,需提高能源利用效率。短期来看,能源可持续性在全国居于首位,但是其能源利用效率却远远落后于东部和中部地区。西部能源可持续度与能源利用效率倒置。其次,加大对环境污染治理的力度。

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Regional Differences and Influencing Factor for Sustainable Energy Development of China

SHEN Lei1 LIU Litao1,2

(1.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research(IGSNRR),CAS,Beijing 100101, China;2.China Graduate University of CAS,Beijing 100049, China)

Abstract On the basis of clarifying the connotation of sustainable energy development (SED), this article established a sustainability evaluation system for it in terms of four aspects, including the integrity of energy sustainable supply, the resources supporting capacity such as energy, water, land, forest resources, integration between national sustainable energy policy and regional planning, and environmental sustainability. By using our quantitative evaluation system, We analyzed regional differences and influencing factors of China's SED. Authors argued that sustainable energy policies and environmental sustainability are the key constraints to SED, and resources supporting capacity is an important basis for SED and energy supply capacity is the core factor of SED. In regard to regional differences of SED, the energy sustainability of western China is the strongest sustainable region, followed by the central and the eastern China. Energy sustainability of the coastal areas (including the eastern, northern and southern coastal areas) is the weakest, followed by that of the northeast and the middle reaches of the Yangtze River region. Energy sustainability of northwest, southwest areas and middle of the Yellow River region are the strongest areas. By establishing a SED index system and quantitatively evaluating sustainable energy development, authors found that diversifying development to enhance energy supply capacity, establishing and improving the environmental tax system, adopting appropriate measures to promote sustainable environment development are the best choices for China to promote sustainable energy development.

Key words sustainable energy development (SED); regional diffe rences; influencing factor