中国省会城市能源消费的空间分布特征分析，本文主要内容关键词为：省会论文,中国论文,特征论文,能源消费论文,城市论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文章编号：1007-7588(2009)12-2086-07
修订日期：2009-10-30
1 引言
城市是我国能源消费的主体[1，2]，城市能源系统在我国能源系统中扮演着极为重要的角色。但是，我国地域辽阔，区域自然禀赋条件、发展模式与发展水平差异较大，能源消费状况受各种自然和社会经济条件影响必然呈现一定的地域性差异，而任何忽视了这些差异的政策制定和实施都会导致一些城市无法高效开展能源管理工作，致使节能减排等很多目标难以达成。因此，系统考察我国城市能源消费的空间分布特征就显得极为重要，只有掌握了各种类型的城市和地区能源消费现状和空间分布特点，才能因地制宜地实施有差异性的能源管理政策。目前，国内外对能源消费的研究多侧重于能源消费与经济发展的相互关系上[3～5]，或者是将研究尺度限定在了国家或区域等较大空间范围上，如对我国能源消费强度的省际差异性的分析[6～8]。但以典型城市个体为研究对象，系统分析能源消费状况在空间上的差异性尚未见报道。本文将以我国大陆30个省会城市2005年能源消费系统为研究对象，从能源消费的规模、结构和效率3个方面探讨我国典型城市能源消费的区域性差异及其分布特点，并通过对相关指标的横向比较和聚类分析，探索其分布总体特点和规律，为城市能源的分区、分类管理提供决策依据。
2 研究范围和数据
2.1 研究范围
2005年我国城市数量已达661个[9]，为了尽可能全面、真实地反映我国不同地域、不同特点、不同类型的城市能源消费空间特性，本研究选择我国大陆30个省会城市作为案例城市(拉萨缺数据)，它们在地域上覆盖全国，并且城市发展规模、程度以及城市主体功能各异，在一定程度上它们能够代表我国各种类型的城市。
需要说明的是，在我国城市的概念可有不同的界定，即“建成区”(城镇非农业活动的建设地段)、“市辖区”(包括城区和郊区)和“全市”(包括市辖区、下辖的县和县级市)。在以往有关城市的研究中，学者们很少对所研究城市的数据统计口径进行明确的说明，在一定程度上造成了研究结果的差异较大，也缺乏可比较性[10]。为反映具有现代城市功能主体的城市地区的能源消费特点，并在此基础上对其空间分布特征进行归纳总结。本文考虑，“建成区”最为接近，但其并不是我国现有城市有关数据的统计口径；“全市”则包含了大量的市辖县，它不完全是城市功能的主体，且其数量变动很大，不利于进行各个城市之间的比较；而“市辖区”基本上反映了城市各个主要方面，体现了城市的各项主要功能，能够比较正确地反映城市的作用和发展特点，且其界限相对稳定、数据可得，能够进行横向对比[11]。因此本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，这是对我国现阶段有关城市的各种概念及统计口径综合考虑而确定的。
2.2 数据来源与处理
由于各城市能源消费的统计数据参差不齐，只有北京，上海，天津，重庆，广州和济南的统计资料可提供能反映当地能源生产和使用状况及其在各部门间流通状况的能源平衡表[12]，其它省会城市仅能提供当地规模以上工业企业分品种能源消费情况以及城市生活用电、燃气以及热力数据。为使数据具有可比性，本研究主要考虑了市辖区生产和生活消耗的能源之和即城市能源消费总量，其中生产能源消费指各市市辖区规模以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；能源品种则分为煤炭、油类(包括煤油、柴油、汽油、燃料油)、电力及其它(煤气、液化石油气、天然气及热力)。相关数据首先根据中国能源统计年鉴提供的“各种能源折标煤参考系数”表[13]由实物量统一折算为吨标准煤(tce)后，再进行城市能源消费总量、分品种消费量、城市能源消费结构以及城市万元GDP能耗等相关指标的计算。
3 结果和分析
在收集和整理30个案例城市的能源数据的基础上，基于能源消费规模、结构和效率3类指标，通过对每种指标的单独分析，将分别展示我国城市能源消费规模、结构和效率的个体差异与空间分布特点；利用SPSS的聚类分析功能可以将3类指标综合起来，对我国城市按照其能源消费情况进行聚类整合，从总体上体现我国城市能源消费空间分布特点和差异性规律。
3.1 消费规模的空间分布特点
如图1所示，我国典型城市能源消费总量的区域差异性十分明显，2005年能源消费总量最高的为上海市，达5657×
tce，而总量最小的海口市仅为63×tce。如果将这些城市按照其能源消费总量大致分为高、中、低3组并在空间上表示出来(图2)，可以看出我国城市能源消费总量按照从高到低在空间上则呈现从东部向西部逐渐过渡的特点，与我国东、中、西三大地带经济梯度表现出了很好的相关性，消费总量最高的城市多集中京津唐、长三角和珠三角等经济发达地区。从图2中还可以看出，个别城市如太原和重庆，虽然处在中西部地区，但其能源消费总量却仅次于天津分别达3083×tce和2525×tce，高于沈阳、济南等东部城市。
图1 城市能源消费总量及人均能耗
Fig.1 Total energy consumption and per capita energy consumption of case cities
图2 城市能源消费总量的空间分布
Fig.2 Spatial distribution of total consumption fo case cities
当然，能源消费总量受城市规模(辖区规模、人口规模与经济规模等)、产业结构以及能源结构等多方面的影响[14]。因此，相对于消费总量来说，人均能源消费量更能体现城市的能源消费水平与居民所享受的能源福利[15]。如图1所示，城市人均能源消费的空间分布特点与能源消费总量并不一致，人均能耗高的城市基本上均为我国中西部资源丰富的城市，其中居于前五位的城市分别是太原、银川、西宁、乌鲁木齐和呼和浩特，人均能源消费量在11.8～6.4tce，远远高于30个城市的平均水平3.6tce。
进一步将人均能耗与人均GDP进行对比分析，如图3所示，呼和浩特、太原等5个人均能耗高的城市均位于Ⅰ、Ⅱ象限区，属高能耗类型，显示出经济呈粗放式发展，特别是位于第Ⅱ象限的4个城市，产业结构多以资源采掘和加工为主，能源利用效率较为低下，同时也预示着这些城市存在较大的节能潜力。总体而言，我国大部分城市都集中在第Ⅲ象限，即城市处于发展过程中，人均能耗和人均GDP水平都不高，随着城市化进程的进一步加快，这些城市对能源的需求将急剧增加，这些城市在发展过程应避免向Ⅰ、Ⅱ象限的转移，而应向第Ⅳ象限逐渐过渡，实现能源的合理高效使用。
图3 人均能耗及人均GDP
Fig.3 Per capita energy consumption and Per capita GDP in case cities
3.2 消费结构的空间分布特点
图4反映了中国城市能源消费结构的空间分布，可以看出，大部分城市能源仍然呈现以煤为主体的能源结构，30个城市中有接近一半的城市煤炭比例超过60％，其中有6个城市煤炭比例高于了70％，而仅有5个城市煤炭比例低于40％；电力是我国城市能源消费结构中的第二大能源，30个城市电力所占比例平均达27％，超过1/3的城市用电比例达到30％以上；油类在我国城市能源消费中所占比重较低，平均仅为3％(因为交通能源数据缺少，因而油类比例可能比实际情况低)；天然气、煤气、热力、液化石油气在我国城市能源消费结构中比例仍然很低，其之和平均仅达13％，而接近一半的城市不达10％。
图4 能源消费结构的空间分布
Fig.4 Spatial distribution of energy consumption pattern of case cities
(1)煤炭。煤炭在我国城市能源消费结构中所占比重呈现北多南少，西多东少，与我国煤炭资源在空间上的分布基本一致。在30个城市中煤炭比重达到70％的有6个城市，分别是太原、呼和浩特、石家庄、济南、昆明和郑州，基本上都处于我国的中北部地区，且无一例外地都位于我国大型煤炭基地；而我国东南沿海地区煤炭所占的比例平均低于50％，这些城市也多为我国经济发达地区，能源结构较为多元化，对煤炭的依存度相对较小。
(2)电力。电力在我国城市消费能源结构中呈现东南、西南部城市较高，东北地区和中西部城市特别是其中煤炭比重较大的城市较低，并且电力和煤炭所占比重在空间分布上呈现出相逆的趋势，如图5所示，随着用电比例的下降，用煤比例呈上升趋势，并且在一些煤炭主导型城市中更加明显，如石家庄、呼和浩特和太原。
(3)油类。油类产品在我国城市能源结构所占的比重都很低，最高的广州市也仅为15％，大部分城市不超过10％。但仍可以看出在京津地区、东部沿海经济发达城市和一些南方城市如武汉、长沙、广州等以及乌鲁木齐市用油明显较多，明显受到我国油田分布的影响。但经济因素也起到了较为明显的作用，一些位于重要产油基地的城市的能源结构中油类产品的比重却很低，它们仍然选择了占价格优势的煤炭资源。
总体上来说，我国城市能源消费结构的空间分布在一定程度上受到区域资源禀赋分布的影响，东南沿海城市以及我国北方经济较为发达的城市能源消费结构呈现多元化特点，而中西部地区则对煤炭依赖较重，能源结构也相对单一。
3.3 能源利用效率的空间分布特点
有关能源效率的研究一直是能源领域的热点之一[16～19]，它最重要的作用是用来评价某一国家或地区的综合竞争力、能源安全以及环境贡献等。能源效率是通过一系列指标进行表征和衡量的，而其中最常用于国家和地区、部门或行业评价的指标是单位产值能耗，也称为能源消耗强度，一般用单位GDP的能源消耗量来表示，能源消耗强度越小，则能源经济效率越高，反之则越低[20]。万元GDP能耗也是评定我国“节能减排”工作的重要指标。
从表1中可以看出，2005年我国城市能源利用效率的城际差异十分显著，能源利用效率最高的海口、南昌、上海、福州以及北京等前10个城市万元GDP能耗平均仅为0.51 tce，而能源利用效率较低的贵阳、乌鲁木齐、太原、银川、兰州与西宁等后10个城市万元GDP能耗平均达2.62 tce。海口市能源利用效率最高，达到0.21 tce/×元，是能源利用效率最低的西宁市的25倍。位于同一区域的城市能源效率也可能相差较大，如同处京津冀地区的石家庄市万元GDP能耗为1.8 tce，是天津市的2倍。在空间上，能源利用效率水平较高的城市主要位于东南沿海地区，能源利用水平较低的城市集中于我国的西北地区；而能源效率水平居中的城市在空间上比较分散，主要是东北和中部地区城市。
3.4 能源消费的空间聚类分析
在上述分析的基础上，利用SPSS13.0软件对中国省会城市能源消费系统进行系统聚类分析，聚类方法采用分层聚类的离差平方和，距离测度方法选择组间连接的欧几里得距离法，选取的指标为城市能源消费总量、人均能耗、城市能源用煤比例、用油比例、用电比例及其它能源比例以及万元GDP能耗。由于城市能源消费的各个指标之间存在一定关联性，如城市用煤和用电比例呈现出负相关关系(图5)，为避免在聚类中出现高度相关的因子，则首先利用SPSS13.0软件中的因子分析法提取反映城市能源消费概况的4个公共因子，继而采用对30个城市的公共因子进行聚类，图6给出了聚类分析的合并过程。根据距离系数的大小，可将所有城市划分为4类，即图6中所示的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。
图5 能源结构用煤比例和用电比例关系
Fig.5 The relation between the percentage of coal in energy consumption and that of electricity in case cities
图6所示，Ⅰ类包括海口、南京、银川等11个城市，其特点是多位于能源资源并不十分丰富的南方地区，消费总量及人均能源消费量的值均偏低，城市能源结构中用电的比例很高，能效水平则居中；Ⅱ类包括长春、哈尔滨、成都、沈阳等12个城市，其特点是基本上位于我国资源丰富的西、北部城市，消费总量水平居中但是人均能耗值偏高，城市用煤比例极大、用油比例很小，相对不合理的消费结构也导致了能效水平较低；Ⅲ类包括北京、南京、天津、石家庄、重庆、广州6个城市，可以看出它们均为我国东部经济发达的城市，城市能源消费总量和人均能耗都较高，城市能源结构多元化，各种类型能源使用比较均衡，因而城市用能效率较高；Ⅳ类仅有上海市，在全部省会城市中其用能总量最大，城市能源结构中煤的比例很小，电的比例很高，且单位GDP能耗很低。
图6 聚类分析
Fig.6 Dendrogram of clustering analysis
4 结论与讨论
通过对2005年我国大陆30个省会城市能源消费的规模、结构和效率等指标的考察发现：
(1)我国城市能源消费的各项指标均呈现显著的空间差异性，能源消费总量表现出与我国三大经济带相关的东部、中部、西部依次递减的趋势，而人均能耗则表现出西部地区省会城市偏高的特点。能源结构中煤炭所占比例受各地资源禀赋影响非常显著，在30个省会城市的能源结构中，用煤大市皆是或处于我国重要的产煤基地，电力所占比例在空间上的分布与煤炭表现出一定的负相关，而油类产品在沿海经济发达的城市中所占比例相对较高。能源消费效率的空间分布明显表现出西部、中部富煤地区能效低下，而沿海发达地区能效较高的特点。
(2)城际之间能源消费的空间差异性特点使我们需要重新审视当前的能源管理政策，这种空间差异性使分区管理显得十分重要，也使得我国节能减排目标的分解不能一刀切，也不能简单的分解到省域或区域。实行有差异化的区域能源管理政策将是降低节能减排成本、提高节能减排效率以及城市能源系统有效性建设的关键之一。
(3)本研究通过初步的分析发现经济因素依然是影响我国城市能源消费强度、结构和能源效率的非常重要的因素，但资源禀赋、地方产业结构以及能源政策也都会对当地能源消费系统产生影响，同时，对每个指标不同因子的影响程度也都因地而异，这将是本研究下一步进行的工作。由于影响当地能源消费的主要因素可能不同，则在制定节能措施时，既要考虑一般性影响因素，也要考虑每种类型城市特殊影响因素。
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