周德群,趙斯琪,周婧穎,劉欣穎,丁 浩

(1.南京航空航天大學 經(jīng)濟與管理學院,江蘇 南京 210016;2.南京航空航天大學 能源軟科學中心,江蘇 南京 210016;3.南京航空航天大學 數(shù)學學院,江蘇 南京 210016)

一、引言

貧困問題是人類面臨的共同挑戰(zhàn),消除貧困是可持續(xù)發(fā)展議程的首要目標。[1]作為最大的發(fā)展中國家,中國始終把脫貧攻堅擺在治國理政的突出位置。2020年底,消除絕對貧困的艱巨任務已順利完成,但相對貧困仍是經(jīng)濟社會發(fā)展進程中長期存在的社會問題。[2]能源不僅是經(jīng)濟發(fā)展的動力,也是扶貧的重要支撐,能源貧困已經(jīng)成為貧困問題的重要組成部分。

能源貧困作為一種典型的貧困現(xiàn)象,已成為能源領域的熱點問題。根據(jù)國際能源署(IEA)對能源貧困的定義,認為能源貧困就是一個國家缺乏電力、清潔燃料和能源設施,以及家庭對常規(guī)燃料的高度依賴。[3]2019年,全球約7.7億人無法獲得電力(占世界人口的10%),約26億人無法獲得清潔燃料(占世界人口的34%)。[4]隨著新冠肺炎疫情的爆發(fā),能源貧困問題也日漸嚴峻。[5]能源貧困在制約可持續(xù)發(fā)展的同時,也阻礙了中國的現(xiàn)代化進程。2015年,中國全面完成無電地區(qū)電力建設工程,為4 000萬無電人口提供了用電保障,標志著中國已徹底告別初級階段的能源貧困。[6]然而,“人人有電用”僅解決了絕對能源貧困問題,用能水平低、用能結構差、用能能力弱等現(xiàn)象所反映的相對能源貧困問題仍廣泛存在。

本研究以“現(xiàn)代化”“能源”“貧困”等為主題,對二十大報告進行檢索和詞頻分析,挖掘出其中的關鍵詞,如圖1所示。由圖1可知,更深層次的相對能源貧困問題,是關系人口規(guī)模巨大、關系全體人民共同富裕、關系人與自然和諧共生、關系物質(zhì)文明和精神文明相協(xié)調(diào)的重大問題。在“力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰,2060年前實現(xiàn)碳中和”發(fā)展目標的倒逼下,中國相對能源貧困問題亟需解決。

圖1 二十大報告中現(xiàn)代化、能源、貧困等主題關鍵詞

本研究旨在對中國省級相對能源貧困進行統(tǒng)計測度,評估2010—2021年中國各省相對能源貧困現(xiàn)狀,識別相對能源貧困時空演化趨勢,提供相對能源貧困監(jiān)測預警工具,為相對能源貧困治理提供科學支持和政策建議。在具體研究過程中,擬解決兩個主要問題。(1)相對能源貧困多維測度。相對貧困治理應是涉及經(jīng)濟、政治、文化、社會、生態(tài)各領域的重大系統(tǒng)工程,相對貧困標準也應是多維的。[7]在相對能源貧困測度方法選擇方面,將采用多維指標測算相對能源貧困指數(shù)。(2)相對能源貧困分區(qū)分級預警。由于中國各省各區(qū)域在經(jīng)濟、資源、技術等方面存在巨大差異,相對能源貧困的分區(qū)分級將涉及區(qū)域間的公平與效率問題。因此,在相對能源貧困預警標準制定方面,將基于數(shù)據(jù)特征進行分區(qū)分級預警。

二、文獻綜述

能源貧困是可持續(xù)發(fā)展管理與宏觀政策研究的重要領域之一,受到學術界、各國政府和國際組織的高度關注。[8]隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,能源貧困的內(nèi)涵也在不斷豐富,現(xiàn)有能源貧困定義多種多樣。能源貧困的概念起源于20世紀90年代英國的燃料貧困治理。[9]基于能源可獲得性,Boardman[10]將能源貧困定義為家庭無力支付足夠的能源服務,Hills[11]則認為能源貧困對應于“低家庭收入高能源成本”。在能源轉型的推動下,能源產(chǎn)品或服務的清潔性開始受到重視。IEA(2002)將能源貧困定義為一個國家缺乏電力、清潔燃料和能源設施,以及家庭對常規(guī)燃料的高度依賴[3];Wang等[12]認為能源貧困的定義因國家發(fā)展水平而異,提出能源貧困對于發(fā)展中國家而言是缺乏獲得現(xiàn)代能源服務的機會,而對于發(fā)達國家而言則是由于能源成本高、家庭收入低和能源使用效率低等原因對家庭造成負面影響。

相對貧困標準應是多維的,必須構建多維指標體系對能源貧困進行綜合測度。[13]IEA(2010)構建了能源發(fā)展指數(shù)(EDI),并對發(fā)展中國家在現(xiàn)代能源獲取方面的進展進行了排名;[14]Banerjee等[15]綜合能源需求、可再生資源占比、電力獲取、電能消耗4個維度構建了一個新的、包容的、多維的能源貧困指標體系;Kocak等[16]在此基礎上增設了清潔燃料和烹飪技術獲取方面的指標?；谥袊鴩?由能源服務可用性(ESA)、能耗清潔度(ECC)、能源管理完整性(EMC)、家庭能源可承受性和能效(EAE)所構成的能源貧困測度指標體系被廣泛應用。[17-18]對于能源貧困標準的衡量,目前主流的有能源貧困線法和低收入高成本法,前者將能源消費占家庭收入的比例高于10%的家庭定義為能源貧困家庭[19-20];后者為避免高收入、能源消耗過多的家庭被誤認為能源貧困家庭,在前者基礎上增加了最低收入標準[21]。

綜合上述研究可知,目前相對能源貧困測度研究尚存在三方面不足。(1)在樣本選擇方面,相關研究主要集中在家庭層面,省級能源貧困測度研究較少。由于中國區(qū)域間發(fā)展不平衡,能源貧困的省間差異較為突出,省級能源貧困的測度能夠為宏觀政策設計提供指導,有助于提高政策設計的公平性與效率。(2)在測度方法方面,指標體系構建及權重設置存在較大的主觀性。指標主要集中在絕對能源貧困測度方面,測度相對能源貧困的指標較少。(3)在評價標準方面,10%的能源貧困線閾值無法體現(xiàn)相對能源貧困中對現(xiàn)代清潔能源的要求和區(qū)域的異質(zhì)性特征。在能源貧困的預測與動態(tài)監(jiān)測方面存在一定的研究空白,尤其是考慮區(qū)域異質(zhì)性的差異化預警策略研究不足。

三、多維相對能源貧困測度指標體系

(一)指標體系構建

根據(jù)IEA對于能源貧困的定義,本研究從能源服務的可獲得性、可負擔性、可靠性和可持續(xù)性4個維度出發(fā),構建中國省級相對能源貧困測度指標體系,并將這4個維度指標作為一級指標。從系統(tǒng)論角度出發(fā),將經(jīng)濟發(fā)展、能源生產(chǎn)、能源供應等12個指標設為二級指標。結合國內(nèi)外能源貧困現(xiàn)狀及相關研究,共選取32項三級指標。最終,構建了中國省級相對能源貧困測度指標體系,如表1所示。

表1 中國省級相對能源貧困測度指標體系

(二)指標說明

可獲得性反映的是能源產(chǎn)品和服務的供給能夠滿足一定需求水平。本研究以地區(qū)生產(chǎn)總值、地區(qū)經(jīng)濟增速和地區(qū)第二產(chǎn)業(yè)占比來衡量該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展狀況,以天然氣產(chǎn)量和電力產(chǎn)量來反映地區(qū)能源生產(chǎn)狀況,以天然氣供氣量及管道長度反映地區(qū)能源供應狀況。[16]其中,第二產(chǎn)業(yè)占比為正向指標,即第二產(chǎn)業(yè)占比越高,該地區(qū)相對能源貧困程度越高。

可負擔性反映的是能源產(chǎn)品和服務能夠被需求側支付的程度。本研究以城鎮(zhèn)化率、城鎮(zhèn)低收入家庭占比、農(nóng)村低收入家庭占比反映社會結構特征,以城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民人均可支配收入反映收入水平,以能源消費總量、天然氣消費量、電力消費量、全社會用電量和農(nóng)村用電量反映能源消費,以天然氣用氣人口、城鎮(zhèn)用氣普及率、城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民平均每百戶年末空調(diào)擁有量反映能源普及情況。[17]其中,城鎮(zhèn)和農(nóng)村低收入家庭占比為正向指標,即低收入家庭越多,相對能源貧困程度越高。

可靠性反映的是能源產(chǎn)品和服務的安全與穩(wěn)定,以電力產(chǎn)品和服務為主。本研究分別從供電可靠率和居民平均每戶停電時間角度,測度供電質(zhì)量和安全事故發(fā)生率。[22]其中,居民平均每戶停電時間均為正向指標,即停電時間越長、故障率或事故率越高,相對能源貧困程度越高。

可持續(xù)性反映的是能源產(chǎn)品和服務的可持續(xù),側重清潔和環(huán)境友好。本研究以能耗強度、可再生能源裝機容量和清潔能源發(fā)電占比反映能源結構,以環(huán)保財政支出占比和污水日處理能力反映環(huán)境保護,以廢水、廢氣排放量反映污染排放。[23]其中,能耗強度為創(chuàng)造單位GDP所消耗的能量,為正向指標;廢水、廢氣排放量均為正向指標,不利于減緩相對能源貧困。

四、中國省級相對能源貧困測度

(一)數(shù)據(jù)來源及預處理

本研究所使用的數(shù)據(jù)為中國2010—2021年的省級面板數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)主要來源于《中國統(tǒng)計年鑒》《中國能源統(tǒng)計年鑒》和《中國電力年鑒》的年度數(shù)據(jù),國家能源局、中國電力企業(yè)聯(lián)合會等平臺的統(tǒng)計數(shù)據(jù),以及相關文獻資料中的公開數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)可獲得性原因,未將港澳臺地區(qū)納入測度范圍。

對于缺失數(shù)據(jù),本研究采用外推插值法進行補全,通過R語言實現(xiàn)。采用SPSS軟件對面板數(shù)據(jù)進行描述統(tǒng)計,結果如表2所示。為了減少由于量綱不同而帶來的誤差,在數(shù)據(jù)分析前使用極差歸一法將數(shù)據(jù)標準化。

表2 數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計

對于正向指標:

對于逆向指標:

(二)中國省級相對能源貧困測度結果分析

本研究采用均權法對32項三級指標進行賦權,通過均權綜合評價得到2010—2021年中國各省相對能源貧困指數(shù),如表3所示。

表3 2010—2021年中國各省相對能源貧困指數(shù)

從相對能源貧困時間演化看,2010—2021年間全國平均相對能源貧困指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢,如圖2所示。2019年前,全國平均相對能源貧困指數(shù)穩(wěn)步下降,這一時期中國正著力擺脫絕對能源貧困,脫貧成果顯著。2019—2020年,全國平均相對能源貧困指數(shù)下降速度減緩,脫貧攻堅進入關鍵時期。2021年起,全國平均相對能源貧困指數(shù)快速下降,在消除絕對貧困后,減貧重點轉向相對能源貧困治理,在新的政策方向上,亟需建立解決相對能源貧困問題的長效機制,以推動減貧戰(zhàn)略和工作體系平穩(wěn)轉型。

圖2 2010—2021年間全國平均相對能源貧困指數(shù)變化

從相對能源貧困空間分布來看,相對能源貧困指數(shù)呈現(xiàn)“西高東低,北高南低”的特征,如圖3所示。除西藏地區(qū)外,其他30個省份的相對能源貧困指數(shù)均呈現(xiàn)不同程度的降低。以上海、江蘇、浙江、山東為主的東部地區(qū)相對能源貧困程度較低,一方面,該地區(qū)經(jīng)濟基礎強大,貧困基數(shù)小;另一方面,該地區(qū)能源轉型水平領先,清潔化程度高。北方地區(qū)作為傳統(tǒng)工業(yè)基地,能源消耗量大,能源結構偏煤,且北方居民冬季取暖需求高,以燃煤燃氣為主的生產(chǎn)生活方式難以轉變,因此相對能源貧困程度較高。

圖3 中國各省相對能源貧困空間分布

進一步分析相對能源貧困在可獲得性、可負擔性、可靠性和可持續(xù)性方面的特征,有助于識別相對能源貧困成因,探索相對能源貧困治理方向。如圖4—圖7所示,對比各個省份在相對能源貧困4個二級指標方面的表現(xiàn),可以看出:能源可獲得性方面的省間差距最為突出,江蘇、四川、廣東、北京和山東表現(xiàn)較好;而能源可靠性方面的省間差距較不明顯,西藏地區(qū)的可靠性得分落后于其他省份。對比2010年和2021年各省份在各維度的表現(xiàn),可以看出:受自身經(jīng)濟基礎影響,東南沿海地區(qū)和四川在能源可獲得性及可負擔性方面的提升較大;四川、云南、內(nèi)蒙古、新疆等可再生能源資源豐富的地區(qū),在可再生能源裝機、清潔能源發(fā)電和能耗結構方面有明顯轉變,因此這些地區(qū)的可持續(xù)性得分有較大改善。

圖4 中國各省能源可獲得性水平

圖5 中國各省能源可負擔性水平

圖7 中國各省能源可持續(xù)性水平

五、中國省級相對能源貧困預警

(一)基于k-means算法的相對能源貧困分級

k-means聚類算法是一種無監(jiān)督機器學習方法,以文本相似度為基礎進行數(shù)據(jù)特征挖掘,使得相同類別樣本之間的相似度高,不同類別之間的樣本相似度低,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)特征的分割、提取和描述。[24]

本研究基于均權綜合評價得到31個省份2010—2021年的相對能源貧困指數(shù),使用k-means算法進行聚類分析。首先,聚類前需要指定生成的簇族數(shù)量。從圖8的碎石圖結果可以看出,當簇族數(shù)量為4時,折線由陡峭變得平穩(wěn),特征根值較大且變化較顯著,累計方差解釋貢獻率較大。因此,本研究將聚類簇族數(shù)量設為4,即根據(jù)相對能源貧困指數(shù)將31個省份分為4類。

圖8 碎石圖

使用Python語言進行k-means聚類分析,對2010—2021年各省相對能源貧困排名進行聚類,最終得到了如圖9所示的相對能源貧困分級預警結果,各個預警等級所涉及的區(qū)域則如表4所示。其中,綠色預警區(qū)域包括北京、河北、上海、江蘇、浙江、山東、廣東和四川,共8個省份;藍色預警區(qū)域包括天津、遼寧、安徽、福建、河南、湖北、湖南、重慶和陜西,共9個省份;黃色預警區(qū)域包括山西、內(nèi)蒙古、江西、廣西、海南、云南和新疆,共7個省份;紅色預警區(qū)域包括吉林、黑龍江、貴州、西藏、甘肅、青海和寧夏,共7個省份。

表4 相對能源貧困預警結果

圖9 k-means聚類結果

(二)中國省級相對能源貧困預警結果分析

基于聚類結果,本文繪制了中國省級相對能源貧困分區(qū)分級預警地圖,如圖10所示(港澳臺地區(qū)因數(shù)據(jù)獲取問題未納入分析范圍,在圖中未進行標注)。從圖中可以看出,相對能源貧困等級最低的綠色預警區(qū)域集中在東南沿海地區(qū),相對能源貧困等級較低的藍色預警區(qū)域以中部地區(qū)為主,相對能源貧困等級較高的黃色和紅色預警區(qū)域基本分布在東北、西北和西南地區(qū)。從地理分布來看,相對能源貧困總體呈現(xiàn)“西高東低,北高南低”的特征。

圖10 相對能源貧困預警地圖

分區(qū)域來看,各等級的預警區(qū)域在相對能源貧困時間演化方面呈現(xiàn)不同的趨勢。在綠色預警區(qū)域,相對能源貧困指數(shù)在0.27—0.57之間波動性下降,但省間差距較大,江蘇和廣東的相對能源貧困水平顯著低于同區(qū)域內(nèi)其他省份,如圖11(a)所示。在藍色和黃色預警區(qū)域,相對能源貧困指數(shù)分別在0.44—0.58和0.49—0.66之間呈現(xiàn)下降趨勢,但省間差距明顯縮小,不存在相對能源貧困治理明顯領先的省份,如圖11(b)和(c)所示。在紅色預警區(qū)域,相對能源貧困指數(shù)在0.57—0.70之間分布,除西藏地區(qū)外,其他6個省份的相對能源貧困均有減緩趨勢,西藏地區(qū)的相對能源貧困治理成效尚不顯著,如圖11(d)所示。

圖11 預警區(qū)域相對能源貧困指數(shù)變化

紅色預警區(qū)域是相對能源貧困治理的重點區(qū)域。對于紅色預警區(qū)域內(nèi)的省份,分析其相對能源貧困薄弱環(huán)節(jié),將有助于精準識別各省份相對能源貧困成因,明確各省份相對能源貧困治理方向。紅色預警區(qū)域內(nèi)各省份的可獲得性、可負擔性、可靠性和可持續(xù)性4個維度水平變化趨勢如圖12所示。相對能源貧困程度最高的西藏地區(qū),其能源可獲得性和可靠性的相對落后是導致其相對能源貧困指數(shù)不降反升的主要原因,該地區(qū)雖已全面完成電力工程建設,但供電質(zhì)量有待提升。吉林和青海,其能源可獲得性限制了相對能源貧困的改善,這主要受經(jīng)濟發(fā)展和能源生產(chǎn)制約。甘肅,其能源可負擔性是該地區(qū)相對能源貧困的主要成因,該地區(qū)城鎮(zhèn)化水平較低,城鄉(xiāng)收入和能源消費差距較大。寧夏、黑龍江和貴州,其相對能源貧困主要表現(xiàn)在可持續(xù)性方面,該地區(qū)用能結構較差,環(huán)境治理能力較弱。

圖12 紅色預警區(qū)域各維度水平變化

六、結論與建議

基于上述分析,本研究得到了以下三方面結論:(1)在相對能源貧困時間演化方面,2010—2021年間全國平均相對能源貧困指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢,總體上經(jīng)歷了“穩(wěn)步下降—降速減緩—快速下降”的過程,體現(xiàn)了絕對能源貧困治理時期、脫貧攻堅關鍵時期和相對能源貧困治理轉型時期的不同能源貧困特征;(2)在相對能源貧困空間分布方面,相對能源貧困指數(shù)呈現(xiàn)“西高東低,北高南低”的特征,經(jīng)濟基礎較好、能源轉型領先的東南沿海地區(qū)和中部地區(qū)的相對能源貧困程度明顯低于西北、東北和西南地區(qū);(3)吉林、黑龍江、貴州、西藏、甘肅、青海和寧夏7個省份為相對能源貧困紅色預警區(qū)域,紅色預警區(qū)域內(nèi)各省份相對能源貧困薄弱環(huán)節(jié)存在差異,西藏地區(qū)在可獲得性和可靠性方面表現(xiàn)較差,吉林和青海受可獲得性方面制約,甘肅受可負擔性影響,寧夏、黑龍江和貴州可持續(xù)性不足是相對能源貧困主要成因。

結合上述結論,本研究提出以下三點促進相對能源貧困治理、推動能源轉型的對策建議。

(1)構建相對能源貧困治理過渡保障機制。2020年底,脫貧攻堅任務完成,相對能源貧困成為能源領域貧困的主要表現(xiàn)形式。在政策方向由絕對能源貧困治理向相對能源貧困治理轉變的過渡階段,相對能源貧困指數(shù)呈現(xiàn)降速減緩趨勢。能源貧困治理的重點和難點從顯性的絕對能源貧困轉向更加隱蔽的相對能源貧困,治理難度和治理要求顯著提高,減貧政策應在鞏固脫貧攻堅成果的基礎上進行轉型和調(diào)整。在貧困治理任務和政策的轉型過渡期,亟需構建相對能源貧困問題的長效治理機制,推動減貧戰(zhàn)略和工作體系平穩(wěn)轉型。

(2)建立相對能源貧困區(qū)域一體化削減體系。由于區(qū)域間發(fā)展水平和用能水平差異的存在,中國省級相對能源貧困指數(shù)呈現(xiàn)“西高東低,北高南低”的特征。在相對能源貧困治理領先的東部和南方地區(qū),應率先建立區(qū)域一體化減貧體系。在相對能源貧困治理相對落后的西部和北方地區(qū),分省份、分階段推進區(qū)域一體化減貧體系建設。在全國范圍內(nèi)削減相對能源貧困,需要各省充分發(fā)揮各自在經(jīng)濟、技術和資源等方面的優(yōu)勢,加強在碳市場和綠證市場上的區(qū)域協(xié)同,進一步縮小差距,實現(xiàn)共享共治。

(3)完善相對能源貧困動態(tài)分區(qū)分級階段性預警標準。精準識別相對能源貧困區(qū)域和相對能源貧困薄弱環(huán)節(jié),這是相對能源貧困治理面臨的挑戰(zhàn)。目前,10%的能源貧困線閾值無法體現(xiàn)相對能源貧困中對現(xiàn)代清潔能源的要求和區(qū)域的異質(zhì)性特征。因此,應充分考慮相對能源貧困內(nèi)涵的動態(tài)發(fā)展,結合相對能源貧困在空間上的異質(zhì)性和時間上的動態(tài)性,建立分區(qū)分級預警標準,合理設定相對能源貧困線,以精準識別貧困發(fā)生狀況。