北京城市發(fā)展中的能源消耗影響因素分析

姚永玲

(中國人民大學經濟學院，北京100872)

北京城市發(fā)展中的能源消耗影響因素分析

姚永玲

(中國人民大學經濟學院，北京100872)

城市發(fā)展不僅是生產部門規(guī)模的擴大，更重要的是城市綜合服務功能的強化和第三產業(yè)的發(fā)展壯大，尤其是大城市人口的增加、居民生活條件的改善，都在能源消費中占居主要份額。本文綜合考慮城市經濟增長、人口規(guī)模擴大和空間擴張等三方面因素，選取北京市市轄區(qū)的統(tǒng)計數據，采用LMDI指標分解方法，將能源消耗分解為經濟規(guī)模、單位產值能耗、人均能耗、人口密度和能源空間支持系數等五項指標，分析各因素對城市能源消耗的貢獻。從經濟、人口和空間三個方面所體現的城市發(fā)展綜合來看，經濟因素對能源消耗的貢獻最大;人口因素所消耗的能源約占能源總消耗的一半;緊湊型空間可以在很大程度上減少能源消耗。結論認為，城市經濟增長和居民生活水平的提高依然是能源消耗的主要因素，技術進步也依然是城市節(jié)能減排的主要途徑;但是，緊湊型空間正在成為城市節(jié)能減排的有效途徑，低碳生產與生活方式對實現節(jié)能減排具有更大潛力。

城市發(fā)展;能源消耗;LMDI指標分解法

隨著城市的發(fā)展勢必會帶來更多的能源消耗。城市發(fā)展不僅是生產部門規(guī)模的擴大，更重要的是城市綜合服務功能的強化和第三產業(yè)的發(fā)展壯大，尤其是大城市人口的增加、居民生活條件的改善，都在能源消費中占居主要份額;事實上，很多大城市的服務業(yè)已經超過了工業(yè)成為城市經濟的主體。因此，城市發(fā)展在規(guī)模擴大和功能提升的過程中，能源消耗特征與生產部門有著明顯區(qū)別。但是通常的研究大都針對工業(yè)生產部門來討論能源消耗，顯然不能全面解釋城市能源消耗的影響因素。因此，城市能源消耗研究需要從生產領域轉向城市功能和自身發(fā)展方面，將城市發(fā)展中的經濟增長、人口規(guī)模擴大和空間擴張等因素納入其中，以適應城市節(jié)能減排的需要。這里的城市發(fā)展主要是從城市經濟增長、人口規(guī)模擴大和空間擴張等三個方面來探討，圍繞這三個方面所設計的綜合指標既能反映生產和消費，又能從經濟、福利和低碳城市等方面體現未來城市的發(fā)展理念。

1 文獻述評

工業(yè)化和經濟快速發(fā)展是引起能源消耗的主要原因，因此目前對于能源消耗(或碳排放)及其影響因素的研究主要集中在工業(yè)生產部門，針對經濟規(guī)模、工業(yè)內部產業(yè)結構、能源利用結構、能源效率(能源強度)和人口結構等因素展開討論?？傮w結論是:經濟規(guī)模和人口規(guī)模是能源消耗(碳排放)的主要影響因素，技術進步引起的能源強度(能源利用效率)可以減少能耗，產業(yè)結構調整對減少能源消耗的作用較弱［1－6］?？梢钥闯觯瑥纳a部門研究能源消耗可以容易得出直接和比較一致的結論，但是由于沒有考慮城市與腹地的區(qū)別，難以說明城市作為能源主要場所消費的真正原因。隨著城市的發(fā)展，生產部門能耗在城市綜合能耗中的份額越來越小，城市發(fā)展的經濟因素、人口因素和空間因素對能源消耗的影響遠比生產部門復雜，如何從城市綜合發(fā)展的角度探討能源消耗的影響因素，顯得越來越重要。

目前從城市發(fā)展的經濟增長、人口規(guī)模擴大和空間擴張等因素研究能源消耗的成果主要表現在三個方面。在從城市交通和土地利用角度研究城市能源消耗方面，紐曼和肯沃斯通過城市空間要素與小汽車能耗的關系研究認為，城市密度、土地利用程度是影響城市交通能源消耗的主要因素［7］。更多的學者利用實證方法以各自所在國家的城市為研究對象，對該結論進行了檢驗。結論認為，各城市的交通工具存在著巨大差別，以小汽車為前提的交通能源消耗研究，缺乏對包括公共交通能源消耗在內的能源消耗與城市空間和交通模式要素的全景分析［8］。戴維德通過建立集成居住密度、車輛使用與燃料消耗的聯(lián)合模型，認為居住密度上每平方英里減少1 000人，家庭就會增加1 200英里的車輛出行距離［9］。常世彥等通過MAED模型得出客運周轉量的增長是決定我國中長期城市間客運能耗增加的主要因素［10］。鄭思齊等對中國城市的研究也發(fā)現人口密度與出租車碳排放、公交車碳排放呈顯著負相關關系，平均每平方公里增加1 000人，會減少家庭出租車碳排放 0.424 t，減少公交車碳排放 0.837 t［11］;與此同時，城市蔓延將促使居民選擇更大而獨立的住宅，也大幅度提高了居住碳排放［12］?？梢?，由城市空間格局決定的交通出行需求和土地利用方式確實在很大程度上影響了能源消耗。但從這些研究中卻不能發(fā)現空間規(guī)模對能源消耗的綜合影響程度。

在城市經濟增長與生活碳排放的總體關系方面，由于對某種能源的使用存在社會乘數，以及富裕的城市建造了需要消耗更多能源的基礎設施，學者們在庫茲涅茨倒U型曲線的基礎上，得出了城市收入水平和碳排放之間存在顯著的正相關關系［13］。杜婷婷等通過三次曲線方程，模擬出了碳排放與人均GDP所呈現的N型曲線表明我國碳排放與經濟增長尚處于非平衡階段［14］?？梢钥闯?，這些研究沒有指出能源消耗在與經濟規(guī)模等其它正相關因素中，生活水平提高對增加能源消耗所占的份額。

在人口規(guī)模與城市能源消耗方面，格蘭瑟和坎恩發(fā)現，城市規(guī)模與碳排放有密切關系，其中城市的人口規(guī)模與碳排放存在一定的正相關。他們認為城市新增的外來人口在改善自身環(huán)境的同時也消耗掉了更多的資源，增加了生活碳排放。他們對美國66個大都市區(qū)的研究發(fā)現，隨著城市人口的不斷增加，新增人口的人均碳排放量要高于存量人口［15］。張明等通過LDMI分解方法，認為城市化水平是影響城市能源消耗的重要因素［16］?？梢钥闯?，其中暗含了城市人口規(guī)模因素。但是，如果考慮人口密度與人口規(guī)模的關系，以及人口密度與能源消耗的反向關系，這個結論有失偏頗。

由上可見，城市能源消耗不僅要考慮城市的人口規(guī)模、經濟增長和空間擴張的影響，還要將各因素結合起來綜合考慮，才能得出全面和具有比較性的結論。事實上，城市發(fā)展的各種要素總是交織在一起的，隨著城市發(fā)展中人口規(guī)模的擴大、經濟增長和空間擴張，每種因素的影響都與其它因素共同作用產生復合效應，有的相互抵消、有的相互強化，其作用結果在很大程度上都存在著交互性。亞歷山大等認為，經濟增長、人口規(guī)模的擴大和空間蔓延的影響總是相互的，它們的綜合影響最終決定城市能源消耗［17］。但是，上述這些研究都僅觀察了某一方面對能源消耗的影響，未能考慮這些因素之間相互作用的總和結果，在解釋城市發(fā)展對能源消耗影響時存在很大的片面性。本文通過對城市能源消費總量進行分解的方法，將能源消耗總指標分解為經濟規(guī)模、產值能耗率、人口密度、人均能耗和能源利用的空間效率等分指標，同時將城市增長的這些主要因素納入城市能源消耗模型，研究城市增長的各因素對能源消耗的綜合影響，以彌補這種缺陷。

2 北京市能源消耗與城市規(guī)模變化

北京市的能源總消費僅次于上海，位居全國第二。能源終端消耗除了煤炭外，以天然氣、液化石油氣、燃料氣、煤氣、電力、熱力、油品及地熱能、太陽能等可再生能源構成。1986－2000年，平均年增長率為2.6%，2000－2008年平均增速為5.3%。萬元GDP能耗由2000年的1.311 t標煤，下降到2008年的為0.541t標煤，萬元地區(qū)生產總

圖1 北京市1986－2008年市轄區(qū)人口、土地面積、GDP和能源用量年均增長速度變化Fig.1 Growth rate of population，area，GDP and energy consumption in Beijing city of 1986 －2008注:1993、1994年數據空缺。

3 方法與數據

在以指數分解法探究能源消耗(或者碳排放)影響因素的研究中，主要是將影響因素設定為技術水平、產業(yè)結構、能源強度和消費結構等方面。可以看出，技術進步、能源結構和能源消費強度等指標是能源利用的自身要素，可以反映生產能耗，卻不能解釋經濟、人口以及空間格局變化而引起的消費需求等間接因素對能耗的影響，因而不能反映城市發(fā)展的綜合特征。為了揭示城市發(fā)展中的城市經濟增長、人口規(guī)模和空間擴張，以及城市向低碳目標的發(fā)展方式等綜合要素對能源消耗的總體影響，需要從能源以外的城市增長角度尋找變量。

3.1 研究方法

鑒于上述原因，本文在采用分解分析方法來研究城市規(guī)模擴大的各因素對能源消耗的貢獻時，選擇的自變量將不局限于能源利用直接因素，而是通過城市發(fā)展過程中的關鍵要素同時體現生產和消費，將能源消耗分解為五個方面的因素:①經濟規(guī)模，用地區(qū)生產總值來表示，是能源消耗的主要因素，也是引起生產部門能源消耗的關鍵因素。②單位產值能耗，代表了人類對能源利用技術的進步，這個指標是能源利用強度(能源利用率)的反映，也與產業(yè)結構的作用方向一致，尤其是城市在發(fā)展過程中，經濟、人口和空間規(guī)模的擴大對技術的需求總是與產業(yè)結構升級聯(lián)系在一起，使城市在區(qū)域中的地位不斷提升，城市功能得到強化。單位產值能耗的降低可以在一定程度上抵消一部分經濟規(guī)模引起的能源消耗。③人均能耗，反映了人民生活水平提高對能源需求改變的趨勢，是能源需求的主要方面。世界經驗證明，人均收入的增加總是增加能源消耗。④人口密度，代表了人口規(guī)模與空間擴張的關系，在能源利用方面是一個具有雙刃劍性質的復雜因素，密度增大可以提高空間利用率減少距離因素引起的能源消耗;但一定面積上人口數量的增加卻可以通過人均能耗乘以人口規(guī)模數量增加能耗。⑤能源空間支持系數，是假設能源消耗不變，所能支持的城市面積，反映了特定城市發(fā)展水平下(包括經濟水平、人民生活水平、基礎設施水平)的能源利用特征，也反映了城市居民通過減少生態(tài)腳印選擇的低碳生活方式(包括交通行為和交通需求低碳化而減少的能耗)和城市產業(yè)結構調整的城市經濟增長方式，其值越大表明城市發(fā)展方式趨向低碳型;反之則是高耗能的，如果城市空間過度膨脹，還能引起交通需求上升，帶來巨大的交通能耗。作為城市發(fā)展的綜合指標，這五個方面與生產、消費，經濟、人口和空間等因素以及城市經發(fā)展、城市福利和低碳城市等方面的關系見圖2，它們將從不同層次上體現城市的綜合發(fā)展。?

圖2 能源消耗五項指標與城市綜合發(fā)展的關系Fig.2 Relationship between five indicators of energy consumption and city development

鑒于上述五項指標與能源消耗是間接與綜合影響的關系，因而需要選擇一個具有統(tǒng)一表達式的分解方法。對數平均D氏指數方法(logarithmic mean Divisia index，簡稱為LMDI)，可以滿足這種要求，而且有效解決了分解過程中的“剩余”和0值問題［9］。

如果用E為能源消耗總量，GDP為地區(qū)生產總值，P指總人口，A為市轄區(qū)面積;它們在式中的分解變量分別為:能源消費總量變化用ΔE來表示，地區(qū)生產總值GDP增長對能源消耗的貢獻用ΔEg來表示;單位產值能源消耗E/GDP變動對能源消耗的貢獻用ΔEeg來表示;人口密度P/A變化對能源消耗的貢獻用ΔEpa來表示;人均能源消耗E/P變化對能源消耗的貢獻用ΔEep來表示，能源空間支持系數A/E的變化對能源消耗的貢獻用ΔEae來表示。由于模型的結論是綜合影響結果，能源全部折算成標煤，故不作行業(yè)和能源種類區(qū)分。公式和加法分解表達式分別為:

3.2 數據

城市增長的各方面特征主要發(fā)生在城市轄區(qū)，而不應該包括郊區(qū)。因此，與其它研究不同，本文選擇的所有數據是自1985年以來，北京市市轄區(qū)范圍內的總人口、面積、地區(qū)生產總值作為城市增長要素數據，用電量、燃氣、石油液化氣(煤炭使用主要在郊區(qū)生產企業(yè)和平房居住區(qū)，這里以城區(qū)為研究對象，故不考慮煤炭成分)，以及公交和出租車年均用汽油(私人小汽車數據不可得，這里未考慮)等折算成標煤后加總量作為能源消耗數據，原始數據均來源于《中國城市統(tǒng)計年鑒》，一些缺失年份的數據用相關年份的《北京市統(tǒng)計年鑒》數據作必要的系數修正或插值進行補充。其中，公交車按照22 560 kg/輛年、出租車按照8 432 kg/輛年的汽油用量來計算。

4 結果分析

將1986年以后的每一年都作為前一年的t年，從而每一次都將 t作為1(由于1993和1994年數據空缺，故1992－1995年的t值為3)，通過對1985年以來每一年比上年各變量的變化量，經過計算得到表1的結果。

表1 各因素引起的能源消耗1985－2008年均變化總量和比例Tab.1 Volume and ratio change of city growth factors on energy consumption

由表1可以看出，在每年增加的78.52萬t標煤的能源消耗中，由于GDP增長帶來的能源消耗是130.32萬t標煤，由單位產值能耗降低而減少的能源消耗量是51.80萬t標煤，由人均能耗增加而帶造成了60.45萬t標煤的消耗，由人口密度增加而減少的能源消耗是22.18萬t標煤，由能源空間支持系數提高而減少的能源使用是38.26萬t。它們每年對北京市能源總消耗的貢獻分別是:地區(qū)生產能總值增長每年增加能耗165.96個百分點，單位產值能耗降低每年減少能耗65.96個百分點，人口密度增加每年減少能耗28.25個百分點，人均能耗增加每年提高能耗76.98個百分點，能源空間支持系數增加每年可節(jié)約能源48.73個百分點。

尤其重要的是，當考慮市轄區(qū)面積增加是由于行政區(qū)劃調整而在某些年份突然增加時，能源空間支持系數會出現奇異增加，這時得出的能源空間支持系數A/E的變化對能源消耗的貢獻ΔEae是奇異增加的。如1989－1990年，北京市一批縣改為市，使市轄區(qū)面積從1989年的2 735 km2在1990年突然增加到4 567 km2;2000－2001年，北京市的18個區(qū)縣行政單元中城區(qū)增加到16個，使市轄區(qū)面積一年內增加了93.60%，而能源消耗卻不能在一年內由如此快速增加，這兩個奇異值與能源空間利用率的實際不甚符合，故取消后重新計算得出的結果用表中的ΔEae*和 ΔEae*/ΔE表示。顯然，取消奇異值后，能源空間系數的提高對減少能源消耗影響更大，變?yōu)槊磕隃p少能耗73.35萬噸標煤，減少能源消耗的貢獻率達90.50%。這個貢獻率比能源利用技術進步的貢獻每年高出13.52個百分點，每年也比技術進步多節(jié)約能源13.90萬噸標準煤。

從生產和消費兩方面來考慮，經濟規(guī)模和單位產值能耗作為生產因素，包括了經濟規(guī)模、技術進步和產業(yè)結構等多種因素，其對能源消耗的貢獻為100，與能源總消耗完全相同;人均能耗、人口密度和能源空間支持系數作為消費因素，涵蓋了城市的綜合消費領域，其對能耗的貢獻為0。這說明，北京市的能源消耗最終仍由生產部門決定。

從經濟、人口和空間三個方面所體現的城市發(fā)展綜合因素來看，經濟規(guī)模、單位產值能耗和人均能耗作為經濟發(fā)展指標，既體現了城市經濟規(guī)模和經濟發(fā)展程度，又反映了經濟發(fā)展給居民帶來的城市福利，其對能源消耗的貢獻為176.98%;人口因素既與經濟指標交叉、又與空間因素相關，通過人均能耗和人口密度兩項指標對能源消耗的貢獻為48.73%，與能源空間支持系數相抵消;人口密度和能源空間支持系數作為空間因素，空間的緊湊程度體現了低碳城市理念，其對能源消耗的貢獻為－76.98%，可以減少能源消耗，并能抵消城市福利帶來的能源消耗增加量。

5 結論

由上可見，無論是生產還是消費，都是多種因素疊加的結果，單純從任何一方面得出的結論都有其片面性。而從經濟、人口和空間的綜合角度分解能源消耗因素，可以從經濟規(guī)模、技術進步、城市福利、人口和空間組合形成的低碳城市理念等多方面辨析出不同因素對能源消耗的貢獻程度，由此可以得出如下結論。

5.1 城市經濟增長和居民生活水平的提高依然是能源消

耗主要因素

能源利用與經濟總量的增加和收入水平的提高呈正相關關系，無論在發(fā)達國家還是發(fā)展中國家都是最大的現實問題。盡管人類從各個角度想方設法節(jié)能減排，但目前仍難以扭轉這個趨勢。因此，城市必須從技術、管理、社會、意識形態(tài)等非經濟領域方面尋找減少能源消耗的途徑。

5.2 技術進步依然是城市節(jié)能減排的主要途徑

一直以來，能源利用都是在經濟增長和技術進步之間進行博弈。從北京市20余年的數據來看，這一博弈仍然是當前能源消耗的主要陣地。因此，只有不斷地進行技術創(chuàng)新、提升產業(yè)結構，通過技術手段改變能源利用結構和提高能源利用率、加快經濟轉型，是城市節(jié)能減排的主要任務。

5.3 緊湊型空間是城市節(jié)能減排的有效途徑

在城市發(fā)展的各種要素中，所有要素都與城市空間息息相關。從城市發(fā)展的各種途徑增加人口密度，提倡精明增長，建設緊湊型城市可以通過基礎設施和交通方式與行為的改進，比較有效地減少能源消耗，其作用不可忽視。加之，緊湊型城市所需要的投資遠比能源利用技術進步所需投資少、周期短。因此，通過規(guī)劃、管理、建筑、交通、城市住房政策等多種增加城市人口密度的途徑是實現節(jié)能減排的有效方式。

5.4 低碳生產與生活方式對實現節(jié)能減排具有巨大潛力

低碳生產與生活方式是所有非經濟要素的綜合體現，但一直以來難以得到比較精確的解釋。本文的結論認為，低碳型的生活方式和生產方式對減少城市能源消耗的作用不但比技術進步和緊湊型城市的作用都大，甚至完全可以抵消人均能耗增加帶來的能源總消耗，而且投資省、各種物化消耗都低，并且隨著文明程度的提高正逐漸被人們所接受。因此，通過城市管理，在居民的意識形態(tài)、生存理念、生活細節(jié)等方面提倡低碳生活方式;在城市產業(yè)結構、企業(yè)能源消耗約束、經濟增長方式等方面提高能源利用率，在經濟發(fā)展的基礎上提升能源對城市空間的支持系數，在交通行為等方面引導低碳消費，是今后城市節(jié)能減排的重要途徑。

6 討論

節(jié)能減排在工業(yè)生產部門已經得到了普遍共識，其技術也日臻完善、目標日益明確。而低碳城市目前僅停留在理念層面，其影響因素、技術路線和實施方案都尚未得到一致共識，這在很大程度上影響了低碳城市目標的實現。本文試圖扭轉人們在生產領域對節(jié)能減排的重視而忽視消費領域的作用，欲通過辨析城市節(jié)能減排的影響因素，指出實現節(jié)能減排的具體途徑，為在消費領域進行節(jié)能減排提供依據。本文選擇的五項指標對能源消耗的認知體系進行了重新辨識，試圖針對現代大城市從生產功能走向服務功能的特點，重新認識城市節(jié)能減排的主要任務和今后的工作重點。尤其是我國大城市在快速城市化過程中，空間規(guī)模急劇擴大，城市蔓延已經成為引起各種城市病的根本原因之一，如何從理性角度認識城市福利，是未來城市必須考慮的問題。五項指標中的能源空間支持系數比較抽象，同時具有雙面性，不容易理解。但隨著研究的深入，這個指標還可以細化，并可以分解成更多的次級指標，以使低碳城市研究的內容更具體，目標和途徑更明確，從而為廣大市民所接受。

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Analysis of Beijing Urban Development Factors on Energy Consumption

YAO Yong-ling
(School of Economics，Renmin University of China，Beijing 100872，China)

City development includes not only the extention of production sectors，but also the strengthening of service function and tertiary industry，particularly，the increase of urban population and improvement of residents living conditions have taken the main proportion of energy consumption.Three kinds of factors of city economy，population and space are involved while statistic data in the urban area of Beijing are employed to do the analysis.With LMDI method，energy consumption factors may be decomposed into five indicators，which are gross domestic production，energy consumption per output，energy consumption per capita，population density and spatial sustainable coefficient.The aim of this paper is to find the contribution of each factor.Among the factors of economy，population and space，contribution of economic factor is the most important one;population factor contributes half to total energy consumption;while compacted spatial factor would greatly reduce energy consumption.The paper concludes that economic growth and rise of the living standard of residents are the main factors of energy consumption，and that technological progress in energy use is still the main approach to reducing energy consuming.However，compacted urban space is also an efficient way to reduce energy consumption，and low-carbon production and way of living have greater potential in realizing enery-saving and emission reduction.

city development;energy consumption;LMDI method

F127

A

1002－2104(2011)07－0040－06

10.3969/j.issn.1002－2104.2011.07.007

2010－10－25

姚永玲，博士，副教授，主要研究方向為城市經濟與城市空間演化。

國家自然科學基金項目(編號:41071111);中國人民大學科學研究基金(中央高校基本科研業(yè)務專項資金)項目(編號:10XNJ007)。

(編輯:田 紅)