丁永霞1,彭守璋

(1.陜西師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院,陜西 西安 710119;2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊凌 712100)

目前,全球家庭的能源消費(fèi)約占終端總用能的35%,在我國(guó)的比例則為10.6%,成為僅次于工業(yè)用能的第二大能耗部門(mén)[1]。過(guò)去20年,我國(guó)家庭能源消費(fèi)的年增長(zhǎng)速率達(dá)到8%[2],隨著快速城市化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,家庭能源消費(fèi)將加速增長(zhǎng)[3]。然而,我國(guó)家庭的能源消耗主要依賴(lài)于化石燃料，這加劇了全球變暖和環(huán)境污染等問(wèn)題,對(duì)可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重挑戰(zhàn)[4]。

家庭能源消費(fèi)的數(shù)量、結(jié)構(gòu)及方式是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和社會(huì)生活方式的反映[5]。眾多因素影響著家庭能源消費(fèi)的數(shù)量、結(jié)構(gòu)和模式，如提高人均收入可促使家庭商品能源逐漸替代生物質(zhì)能[6,7],并產(chǎn)生新的終端用能方式[8,9],進(jìn)而顯著提高現(xiàn)代商品能源消費(fèi)[10,11]。然而,城市化對(duì)家庭能源消費(fèi)的作用方向是不一致的。有研究認(rèn)為，農(nóng)村地區(qū)的用電家庭遷移到城市后,會(huì)增加已有電器的使用時(shí)間并添置新的電器,由此帶來(lái)家庭能源消費(fèi)增長(zhǎng)[12]。也有研究認(rèn)為，城市人口高度聚集能提高公共基礎(chǔ)設(shè)施的利用效率,進(jìn)而減少家庭能源消費(fèi)[13]。此外,溫度變化對(duì)家庭能源消費(fèi)的影響主要體現(xiàn)在冬季采暖能耗和夏季制冷能耗兩個(gè)方面。自20世紀(jì)80年代以來(lái),氣候變暖顯著減少了我國(guó)北方地區(qū)家庭冬季采暖能耗[14],但同時(shí)也導(dǎo)致家庭的電力消費(fèi)呈凈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)[15]。

縱觀已有研究,對(duì)我國(guó)家庭能源消費(fèi)的研究主要集中在一些典型區(qū)域,如東北地區(qū)[11,16]、黃土丘陵區(qū)[17,18]、高原農(nóng)牧地區(qū)[19-21]。為了全面認(rèn)識(shí)家庭能源消費(fèi)的空間分布特征,需要在全國(guó)尺度上進(jìn)行深入研究。此外,電力作為主要能源消費(fèi)品種,具有清潔性、高效性和便捷性等特征,并對(duì)其他能源類(lèi)型具有較強(qiáng)的替代性,其消費(fèi)量與人們生活質(zhì)量改善、福利增加和生活方式改變密切相關(guān)[22]。本文以我國(guó)省級(jí)行政區(qū)為單元,利用1997—2016年的面板數(shù)據(jù),分析了家庭能源消費(fèi)的空間分布特征及其影響因素,為分區(qū)制定能源管理策略提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究方法

首先,使用ArcMap軟件對(duì)2016年我國(guó)30個(gè)省區(qū)(不包括香港和澳門(mén)特別行政區(qū)、臺(tái)灣地區(qū)和西藏自治區(qū),下同)的家庭能源消費(fèi)總量、人均能源消費(fèi)量、煤炭消費(fèi)比重、電力消費(fèi)比重進(jìn)行可視化分析,以研判家庭能源消費(fèi)的空間分布特征。其次,使用空間自相關(guān)分析家庭能源消費(fèi)的空間分布情況,所用的指數(shù)為Moran′s I。采用全局空間自相關(guān)分析家庭能源消費(fèi)的空間關(guān)聯(lián)和差異程度,并采用局部空間自相關(guān)觀測(cè)具體的地區(qū)分布狀況。第三,基于1997—2016年面板數(shù)據(jù),分別構(gòu)建家庭能源消費(fèi)和家庭電力消費(fèi)關(guān)于其影響因素的數(shù)學(xué)關(guān)系式,探討相關(guān)因素對(duì)家庭能源消費(fèi)的影響。計(jì)算公式為:

(1)

式中,Y為被解釋變量;X是解釋變量;α為截距項(xiàng);β為解釋變量的回歸系數(shù);u為隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng);下標(biāo)i為30個(gè)省級(jí)行政區(qū),i=1,2,…,30;t為20年的時(shí)間序列數(shù)據(jù),t=1,2,…,20;j為第j個(gè)解釋變量,j=1,2,…,6;h為第h個(gè)被解釋變量,h=1,2;ln為對(duì)原始數(shù)據(jù)取自然對(duì)數(shù),以消除時(shí)間序列變量的不穩(wěn)定性和可能存在的異方差現(xiàn)象。

在指標(biāo)選取時(shí),參考相關(guān)文獻(xiàn)[23],選取5項(xiàng)指標(biāo)作為解釋變量(表1)。研究發(fā)現(xiàn),城市化對(duì)能源消費(fèi)的影響具有階段性特征。即在城市化發(fā)展的不同階段,對(duì)能源消費(fèi)的影響程度和作用方向不同[24],因此本文將城市化的平方項(xiàng)作為一個(gè)解釋變量納入方程。

表1 各指標(biāo)說(shuō)明

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文采用的數(shù)據(jù)類(lèi)型為平衡面板數(shù)據(jù),范圍涵蓋1997—2016年我國(guó)30個(gè)省級(jí)行政區(qū)。其中,家庭能源消費(fèi)數(shù)據(jù)來(lái)自1998—2017年的《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》中的地區(qū)能源平衡表,相關(guān)人口數(shù)據(jù)、收入數(shù)據(jù)、能源價(jià)格均來(lái)自1998—2017年的《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》。各省年均溫度來(lái)自國(guó)家氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)。計(jì)算前,根據(jù)各類(lèi)能源的折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù),將各能源品種的單位統(tǒng)一折算為標(biāo)準(zhǔn)煤。為消除價(jià)格變動(dòng)的影響,將各年的人均GDP、能源價(jià)格折算為以2000年為基期的可比價(jià)格。

2 結(jié)果及分析

2.1 家庭能源消費(fèi)的空間分布特征

以2016年我國(guó)30個(gè)省區(qū)的家庭能源消費(fèi)數(shù)據(jù)為例,分析空間分布狀況,見(jiàn)圖1。

注:a為總量；b為人均量；c為煤炭比重；d為電力比重。

圖1 2016年家庭能源消費(fèi)的空間分布

從總量上看,我國(guó)家庭能源消費(fèi)總體呈現(xiàn)出以京津冀為中心,向四周擴(kuò)散的態(tài)勢(shì)(圖1a),其中河北、山東和廣東3省的家庭能源消費(fèi)總量占全國(guó)家庭總能耗量的20.86%。從圖1b可見(jiàn),我國(guó)家庭人均用能呈現(xiàn)出北高南低的分布格局,其中人均能耗最高的內(nèi)蒙古達(dá)到577.7kg標(biāo)準(zhǔn)煤,人均能耗最低的廣西僅為138.6kg標(biāo)準(zhǔn)煤,兩者差距了439kg標(biāo)準(zhǔn)煤。從圖1c可見(jiàn),我國(guó)家庭煤炭消費(fèi)比重呈現(xiàn)西高東低的態(tài)勢(shì),貴州、河北、山西、甘肅的煤炭比重超過(guò)40%,而江浙滬、兩廣和川渝地區(qū)的比重不到5%。從圖1d可見(jiàn),家庭電力消費(fèi)比重呈現(xiàn)南高北低的態(tài)勢(shì),南方大部分省份的家庭電力消費(fèi)比重在30%以上,即家庭用能約1/3依賴(lài)于電力,其中福建高達(dá)63%;北方大部分省份的電力消費(fèi)比重則不到20%,其中新疆僅為7%。

無(wú)論是消費(fèi)水平還是消費(fèi)結(jié)構(gòu),我國(guó)家庭能源消費(fèi)均表現(xiàn)出明顯的空間差異,這是由于各地區(qū)在資源稟賦條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、氣候條件等方面的差異所導(dǎo)致的。人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)往往是終端能源消費(fèi)較高的區(qū)域,占全國(guó)人口2/3的東中部區(qū)域是家庭能源消費(fèi)較多的區(qū)域。高緯度、高海拔地區(qū)冬季溫度低,居民需消耗更多的燃料進(jìn)行取暖;低緯度、低海拔地區(qū),相對(duì)需要更多的降溫用能使電力消費(fèi)比重更高。相比東部地區(qū),中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展普遍滯后,從而制約了該地區(qū)能源消費(fèi)轉(zhuǎn)型步伐,表現(xiàn)出以煤炭為主導(dǎo)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)特征。

2.2 家庭能源消費(fèi)的空間相關(guān)性

本文對(duì)1997—2016年30個(gè)省份的家庭人均能源消費(fèi)和人均電力消費(fèi)進(jìn)行空間自相關(guān)分析,結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 家庭能源消費(fèi)全局自相關(guān)Moran′s I及檢驗(yàn)值

注:Z(I)>2.58表示通過(guò)90%的顯著性水平檢驗(yàn)。

表2可見(jiàn),1997—2016年所有年份的Moran′s I值為正,且均在90%的置信水平上通過(guò)顯著性檢驗(yàn),說(shuō)明家庭能源消費(fèi)存在著空間正相關(guān)。即某地區(qū)家庭能源消費(fèi)的集聚水平與其鄰近地區(qū)具有相同的變化趨勢(shì),家庭能源消費(fèi)相似的地區(qū)在地理位置上鄰近,家庭能源消費(fèi)的空間集聚狀況在時(shí)間上的變化較為穩(wěn)定。

圖2 2016年家庭人均用能和人均用電的Moran散點(diǎn)圖

全局空間自相關(guān)反映了家庭能源消費(fèi)的平均聚集程度。2016年家庭人均能源消費(fèi)和人均電力消費(fèi)的Moran′s I散點(diǎn)圖見(jiàn)圖2a、圖2b。根據(jù)人均能源消費(fèi)狀況,位于HH象限有9個(gè)省份,分布在東北、華北、西北地區(qū);位于LL象限的有15個(gè)省份,分布在西南、華南、中部地區(qū);位于LH象限的有4個(gè)省份,包括陜西、甘肅、寧夏、吉林;位于HL象限的有上海、重慶2個(gè)直轄市。根據(jù)人均電力消費(fèi)狀況,位于HH象限的有7個(gè)省份,位于LL象限的有16個(gè)省份,位于LH象限的有5個(gè)省份,位于HL象限的有2個(gè)省份。

家庭人均能源消費(fèi)和人均電力消費(fèi)的LISA集聚圖見(jiàn)圖3a和圖3b。圖3a和圖3b主要顯示了家庭能源消費(fèi)的局部聚集狀況。根據(jù)人均能源消費(fèi)狀況,京津冀是“高—高”熱點(diǎn)的集聚區(qū),華中地區(qū)、廣東等是“低—低”的冷點(diǎn)集聚區(qū),吉林為“低—高”的異質(zhì)點(diǎn)。根據(jù)人均電力消費(fèi)狀況,除了寧夏外,廣大西部省份屬于“低—低”的冷點(diǎn)集聚區(qū),江浙閩屬于“高—高”的熱點(diǎn)集聚區(qū),江西屬于“低—高”的異質(zhì)點(diǎn),可見(jiàn)當(dāng)前我國(guó)家庭能源消費(fèi)的區(qū)域一體化態(tài)勢(shì)十分明顯。

注:a為人均用能量；b為人均用電量。

圖3 2016年家庭能源消費(fèi)空間集聚圖

2.3 家庭能源消費(fèi)的影響因素分析

本文基于1997—2016年的面板數(shù)據(jù),通過(guò)構(gòu)建面板數(shù)據(jù)模型,進(jìn)一步考察了各因素對(duì)我國(guó)家庭能源消費(fèi)總量及家庭電力消費(fèi)總量的影響。根據(jù)混合估計(jì)、固定效應(yīng)和隨機(jī)效應(yīng)模型的估計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。F檢驗(yàn)和Hausman檢驗(yàn)的結(jié)果顯示,無(wú)論是家庭總能源消費(fèi)還是家庭電力消費(fèi),固定效應(yīng)模型更加有效,因此本文解釋將依據(jù)基于固定效應(yīng)模型的回歸結(jié)果。

根據(jù)家庭能源消費(fèi)狀況,人均收入每提高1%，將促使家庭能源消費(fèi)增加0.83%;總?cè)丝诿吭黾?%,家庭能源消費(fèi)將增長(zhǎng)0.422%。城市化變量平方項(xiàng)的系數(shù)為正,顯示出對(duì)家庭能源消費(fèi)的影響呈“U”形非線性關(guān)系。能源價(jià)格每上漲1%,家庭能源消費(fèi)將減少0.436%;地區(qū)年均溫度每升高1%,家庭能源消費(fèi)將減少0.323%。

從以上結(jié)果可見(jiàn),人均收入和人口數(shù)量增長(zhǎng)對(duì)家庭能源消費(fèi)均起到正向的促進(jìn)作用,是影響家庭能源消費(fèi)的主要驅(qū)動(dòng)因子,而能源價(jià)格和地區(qū)溫度則對(duì)家庭能源消費(fèi)具有負(fù)向影響。對(duì)城市化而言,在城市化發(fā)展水平較低的階段,隨著廣大農(nóng)村人口向城市地區(qū)集聚，產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng),城市化進(jìn)程減少了家庭的能源消費(fèi);在城市化發(fā)展水平較高階段,隨著人們生活方式和消費(fèi)模式的轉(zhuǎn)變,城市化進(jìn)程則增加了家庭的能源消費(fèi)。

表3 面板數(shù)據(jù)模型估計(jì)結(jié)果

注:*為p<0.1，**為p<0.05，***為p<0.01。

根據(jù)家庭電力消費(fèi)狀況,人口總量每增加1%，將促使家庭電力消費(fèi)增加1.054%;人均收入每提高1%，將促使家庭電力消費(fèi)增長(zhǎng)0.84%。能源價(jià)格和年均溫度的回歸系數(shù)沒(méi)有通過(guò)90%的顯著性水平檢驗(yàn),說(shuō)明這兩個(gè)變量對(duì)家庭電力消費(fèi)的影響不明顯,反映出目前能源價(jià)格對(duì)我國(guó)家庭電力消費(fèi)的調(diào)節(jié)作用有限;城市化對(duì)家庭電力能源消費(fèi)的影響呈倒“U”型非線性關(guān)系,即在城市化水平較低的階段,城市化進(jìn)程增加了家庭電力消費(fèi)量,而在城市化水平較高階段,城市化進(jìn)程減少了家庭電力消費(fèi)量,這反映出在城市化進(jìn)程中我國(guó)家庭能源消費(fèi)趨向清潔化、高效化轉(zhuǎn)變[25]。

3 結(jié)論

根據(jù)以上分析,得到以下結(jié)論:①我國(guó)家庭能源消費(fèi)的空間分布差異顯著?？傮w上,我國(guó)家庭用能總量以京津冀為中心向四周遞減,人均用能呈現(xiàn)“北高南低”的趨勢(shì),煤炭消費(fèi)比重呈現(xiàn)“西高東低”的態(tài)勢(shì),家庭電力消費(fèi)比重呈現(xiàn)“南高北低”的態(tài)勢(shì)。②1997—2016年我國(guó)人均家庭能源消費(fèi)具有顯著的空間正相關(guān)關(guān)系,人均家庭能源消費(fèi)的熱點(diǎn)主要分布在京津冀地區(qū),而冷點(diǎn)主要分布在廣東、華中地區(qū)；人均電力消費(fèi)的熱點(diǎn)位于江浙閩地區(qū),冷點(diǎn)分布在西部地區(qū)。③對(duì)家庭能源消費(fèi)總量而言,收入水平和人口規(guī)模是主要驅(qū)動(dòng)因子,人均收入每提高1%，將導(dǎo)致0.83%的家庭能源消耗增加；總?cè)丝诿吭黾?%，將促使家庭能源消費(fèi)增長(zhǎng)0.422%。城市化對(duì)家庭能源消費(fèi)的影響存在“U”型的非線性關(guān)系。能源成本提高后,家庭能源消費(fèi)的數(shù)量出現(xiàn)明顯下降,即能源價(jià)格上漲1%，可減少家庭能源消費(fèi)0.436%;地區(qū)溫度升高1%，將使家庭能源消費(fèi)減少0.323%。④對(duì)家庭電力消費(fèi)而言,人口總量每增加1%，可導(dǎo)致家庭電力消費(fèi)總量增加1.054%；人均收入每提高1%，將促使家庭電力消費(fèi)增長(zhǎng)0.84%,能源價(jià)格、地區(qū)溫度兩個(gè)變量對(duì)家庭電力消費(fèi)的影響不明顯,城市化對(duì)家庭電力能源消費(fèi)的影響存在倒“U”型非線性關(guān)系。