京津冀城市群能源供需與城市化的關(guān)系模式

王 朝,李偉峰,海 霞,周偉奇,韓立建,錢(qián)雨果

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100085 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049

能源是人類賴以生存和發(fā)展的自然資源,是國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和社會(huì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。在城市生態(tài)學(xué)中,能源則是城市作為社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,是城市內(nèi)部生產(chǎn)、生活活動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源,關(guān)系著城市命脈,被稱為城市的血液[1-2]。城市對(duì)能源的高度依賴性也決定了能源在城市化進(jìn)程中的重要地位。我國(guó)進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn),城市對(duì)能源的需求急劇增加,而能源供應(yīng)能力遠(yuǎn)不及需求的增長(zhǎng)速度,能源供需矛盾日益凸顯[3-4]。同時(shí),能源過(guò)量的消費(fèi)給城市帶來(lái)碳排放、空氣污染等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

目前,城市群成為我國(guó)重要的城鎮(zhèn)化發(fā)展形式[5],組團(tuán)式的城市連接形式為同一區(qū)域內(nèi)的城市間創(chuàng)造了更多交流與合作機(jī)會(huì),同時(shí)也對(duì)各個(gè)城市提出了新的挑戰(zhàn)[6]。我國(guó)已經(jīng)發(fā)展了珠三角、長(zhǎng)三角、京津冀等大城市群。在眾多城市群中,京津冀城市群的發(fā)展備受關(guān)注。而在京津冀一體化背景下,京津冀距離成長(zhǎng)為世界級(jí)城市群的目標(biāo)仍然有很大的差距[7],特別是在能源方面。京津冀城市各自制定能源規(guī)劃,缺少統(tǒng)籌協(xié)作,體現(xiàn)了目前城市群存在著的“大而散”、“大而不強(qiáng)”的問(wèn)題[8- 9]。2017年11月份,京津冀能源協(xié)同發(fā)展策略——“八大協(xié)同”的提出,城市間由分散轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)作的關(guān)系,有助于充分發(fā)揮城市群的“協(xié)同效應(yīng)”[10- 11]。而要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),還需要對(duì)京津冀的能源供需及其與城市化的關(guān)系有充分的認(rèn)識(shí)。

國(guó)際上,針對(duì)能源供需與城市化主要展開(kāi)了以下3類研究:一是城市化發(fā)展對(duì)能源的影響,城市化進(jìn)程的推進(jìn)增加了對(duì)能源的需求量,而達(dá)到一定城市化水平則有利于改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)[12- 14]。如Navamuel等[15]研究表明城市擴(kuò)張?jiān)黾映鞘心茉措娏π枨?Fan等[16]研究表明城市化進(jìn)程有助于改善居民能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),Liu等[17]和Tanaka[18]等研究表明產(chǎn)業(yè)聚集效應(yīng)可有助于提高能源效率;Quan[19]等和周埔等[20]則均研究了城市化效應(yīng)的區(qū)域差異,結(jié)果表明對(duì)于低收入水平的區(qū)域,城市化將加劇能源和碳排放強(qiáng)度,而對(duì)于高收入水平的區(qū)域,城市化將減少能源和碳排放強(qiáng)度。二是能源供需對(duì)城市化的影響,Shen[21]研究指出能源供應(yīng)對(duì)城市化影響重大,長(zhǎng)期資源短缺限制城市化發(fā)展。三是能源與城市化的雙向作用關(guān)系,Shahbaz等[22]和謝利平[23]采用協(xié)整分析和Granger因果檢驗(yàn)對(duì)能源消費(fèi)與城市化的關(guān)系進(jìn)行了評(píng)價(jià),證明了二者從長(zhǎng)期上看存在相互作用關(guān)系。

我國(guó)也在國(guó)家和區(qū)域尺度展開(kāi)了能源供需的相關(guān)研究:國(guó)家尺度上,李艷梅[24]圍繞城市化進(jìn)程中的能源需求及保障展開(kāi)研究,徐安[25]的研究圍繞城市化與能源消費(fèi)關(guān)系展開(kāi),張新春[26]圍繞外部能源利用與我國(guó)區(qū)域能源供需平衡展開(kāi)研究,劉金朋[27]圍繞能源供需格局展開(kāi)研究等;區(qū)域尺度上,有單獨(dú)圍繞煤炭資源展開(kāi)的供需研究,也有能源總體供應(yīng)的研究,常昊[28]針對(duì)四川省煤炭資源的供需平衡展開(kāi)研究,姬春旭[29]圍繞河北省煤炭資源供需展開(kāi),金波[30]圍繞北京市能源供應(yīng)保障展開(kāi)研究。然而針對(duì)城市群尺度的研究還比較少,且目前研究大多僅在省級(jí)尺度展開(kāi),對(duì)能源供應(yīng)的關(guān)注也不足,如Zhang等[31]的研究對(duì)京津冀3個(gè)區(qū)域2002—2007年各部門(mén)的間接能耗進(jìn)行了估計(jì)。為真正實(shí)現(xiàn)城市群的“協(xié)同效應(yīng)”以突出城市群的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),研究更要求著眼于城市群地級(jí)市系統(tǒng)角度。

本研究通過(guò)刻畫(huà)京津冀各地級(jí)市城市化進(jìn)程中能源供需時(shí)空差異特征,進(jìn)而與多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)刻畫(huà)的城市化水平展開(kāi)關(guān)系探究,對(duì)認(rèn)清當(dāng)前能源與城市化發(fā)展動(dòng)態(tài)具有參考意義,為下一步城市群內(nèi)能源協(xié)作規(guī)劃及政策制定提供科學(xué)依據(jù),推動(dòng)城市群協(xié)同效應(yīng)的發(fā)揮,進(jìn)而減緩區(qū)域能源供需矛盾問(wèn)題。

1 研究區(qū)概況

京津冀城市群包括北京、天津兩個(gè)直轄市和河北省內(nèi)11個(gè)地級(jí)市,研究定位于地級(jí)市尺度的分析,研究對(duì)象確立為13個(gè)市。2015年,京津冀城市群能源生產(chǎn)總量占全國(guó)能源生產(chǎn)量的3.89%,能源消費(fèi)總量卻占到了全國(guó)消費(fèi)量的11.07%。因而,相比全國(guó)平均水平,京津冀城市群總體能源生產(chǎn)不足而消費(fèi)偏高。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究方法

2.1.1 能源供需指標(biāo)及其測(cè)度

能源供需包括能源供應(yīng)與需求,通常認(rèn)為,能源供應(yīng)量包括能源的生產(chǎn)量和進(jìn)口量,能源的需求量包括能源的國(guó)內(nèi)需求和出口量[32]。從能源保障安全的角度,能源的供應(yīng)與需求首先立足于本地生產(chǎn)和消費(fèi)的能源[32]。根據(jù)京津冀目前的能源生產(chǎn)情況,優(yōu)先考慮本地生產(chǎn)滿足能源需求,再考慮外部能源對(duì)城市群內(nèi)需求的補(bǔ)給[32]。此外,研究認(rèn)為目前京津冀的能源消費(fèi)滿足了城市化發(fā)展需求才取得了現(xiàn)有的城市化成果。因此,本研究中涉及的地級(jí)市能源供應(yīng)量和需求量定義為本地能源生產(chǎn)量和消費(fèi)量,“能源供需”特指能源的供應(yīng)量與需求量。

北京、天津市作為直轄市,其歷年能源生產(chǎn)量和消費(fèi)量數(shù)據(jù)可以通過(guò)《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》中能源平衡表(標(biāo)準(zhǔn)量)直接獲得,而河北省各地級(jí)市能源生產(chǎn)、消費(fèi)總量數(shù)據(jù)無(wú)法直接獲得,因此研究在基于理論和文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上,估算地級(jí)市相關(guān)數(shù)據(jù)。

(1)能源生產(chǎn)量的估算

能源生產(chǎn)量根據(jù)《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》解釋,指一定時(shí)期內(nèi)該地區(qū)一次能源生產(chǎn)量的總和,包括原煤、原油、天然氣、水電、核能及其他動(dòng)力能發(fā)電量,不包括低熱值燃料生產(chǎn)量、生物質(zhì)能、太陽(yáng)能等的利用和由一次能源加工轉(zhuǎn)換而成的二次能源生產(chǎn)量。

為了綜合反映能源生產(chǎn)總量情況,研究采用我國(guó)現(xiàn)行的實(shí)物量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量的標(biāo)準(zhǔn)煤?jiǎn)挝贿M(jìn)行換算。各地級(jí)市的能源生產(chǎn)量,以主要工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量中的一次能源,即原煤、原油、天然氣、水電、風(fēng)電的生產(chǎn)量由實(shí)物量換算為標(biāo)準(zhǔn)量后求和獲得,并以河北省省級(jí)尺度數(shù)據(jù)驗(yàn)證,誤差范圍不超過(guò)1%,研究認(rèn)為所采用的能源生產(chǎn)量換算方法具有一定的科學(xué)性[33]。

(2)能源消費(fèi)量的估算

能源消費(fèi)量指一定時(shí)期內(nèi)該地區(qū)物質(zhì)生產(chǎn)部門(mén)、非物質(zhì)生產(chǎn)部門(mén)和生活消費(fèi)的各種能源的總和,包括原煤和原油及其制品、天然氣、電力,不包括低熱值燃料、生物質(zhì)能和太陽(yáng)能等的利用。

基于河北省各地級(jí)市生活消費(fèi)的數(shù)據(jù)和能源平衡表的不可獲得性,研究采用各地級(jí)市單位GDP能耗乘當(dāng)年GDP估算當(dāng)年能源消費(fèi)量[34]。對(duì)于缺少數(shù)據(jù)的年份,通過(guò)其他年份的工業(yè)綜合能源消費(fèi)量占比推算能源消費(fèi)量數(shù)據(jù)。

2.1.2 城市化水平綜合指標(biāo)體系及其測(cè)度

研究針對(duì)京津冀整體城市化水平特點(diǎn),本著指標(biāo)選擇的科學(xué)性原則,區(qū)別不同指標(biāo)的影響差異,從人口、社會(huì)、土地和經(jīng)濟(jì)4個(gè)方面綜合測(cè)度京津冀城市群的城鎮(zhèn)化水平,并利用熵權(quán)法為每個(gè)指標(biāo)賦權(quán)重[35],如表1所示。

表1 京津冀城市群城鎮(zhèn)化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1.3 統(tǒng)計(jì)方法

(1)能源供需特征分析方法——ward系統(tǒng)聚類法

研究對(duì)城市群內(nèi)部城市按能源供應(yīng)量、需求量進(jìn)行聚類分析,選用ward系統(tǒng)聚類分析方法。Ward法是一種可用于區(qū)域劃分的聚類方法[36- 37],以歐式距離的平方作為兩個(gè)類列之間的距離,強(qiáng)調(diào)同類城市的內(nèi)部差異小,而不同類之間的差異大。研究通過(guò)對(duì)京津冀地級(jí)市重新分類,歸納總結(jié)不同類型城市的能源供需特征。

Ward系統(tǒng)聚類算法的基本原理為以歐式距離作為兩類之間的距離,先將集合中每個(gè)樣本自成一類,再進(jìn)行類別合并時(shí),計(jì)算類重心間方差,將離差平方和增加的幅度最小的兩類首先合并,再依次將所有類別逐級(jí)合并。

(2)能源供需與城市化分析方法——z-score標(biāo)準(zhǔn)化方法

研究在城市群能源供需模式和城市化模式的總結(jié)上采用z-score標(biāo)準(zhǔn)化方法[38],具體公式表示為:

(1)

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究以2001—2015年快速城市化階段為例,分析京津冀城市群各地級(jí)市能源供給、需求與城市化的關(guān)系模式。研究涉及數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》(2002—2016)、《河北省經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》(2002—2016)、京津冀地區(qū)各地級(jí)市統(tǒng)計(jì)年鑒(2002—2016)。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 京津冀城市群能源供需特征識(shí)別

對(duì)2001—2015年間的京津冀城市群各地級(jí)市能源生產(chǎn)量和消費(fèi)量數(shù)據(jù),利用SPSS 17.0軟件,根據(jù)數(shù)值高低水平進(jìn)行ward系統(tǒng)聚類分析分3類,分別為能源高產(chǎn)型城市、能源中產(chǎn)型城市、能源低產(chǎn)型城市,能源高耗型城市、能源中耗型城市、能源低耗型城市,分析結(jié)果如下。

3.1.1 城市群能源供應(yīng)特征

(1)高產(chǎn)型城市:天津、唐山、邯鄲

如圖1所示,天津市2001—2015年平均能源生產(chǎn)量為3550.45萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,為京津冀城市群能源生產(chǎn)量最高的城市,整體處于上升的變化趨勢(shì),2010年取得局部產(chǎn)量的峰值;唐山市平均能源生產(chǎn)量為2532.43萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,其能源生產(chǎn)量在2008—2011年呈明顯上升趨勢(shì),到2012年產(chǎn)量則回落并逐漸趨于平穩(wěn),其中在2011年達(dá)到最高值;邯鄲市生產(chǎn)量整體趨于平穩(wěn)變化,局部略有上升并在2005、2010年出現(xiàn)兩個(gè)峰值。綜合來(lái)講,高產(chǎn)型城市整體平均能源生產(chǎn)量約2544.13萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,呈現(xiàn)總體上升、近年來(lái)趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)。

(2)中產(chǎn)型城市:北京、滄州、邢臺(tái)、張家口

如圖2所示,北京市能源生產(chǎn)量先在2001—2006年經(jīng)歷了一個(gè)先上升后下降的變化,2006年后呈較緩慢回升的趨勢(shì),年平均能源生產(chǎn)量約為552.38萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,其中在2004年產(chǎn)量達(dá)到最大值;滄州市能源生產(chǎn)量變化呈平穩(wěn)上升趨勢(shì);邢臺(tái)市能源生產(chǎn)量整體趨于波動(dòng)變化,局部呈現(xiàn)明顯的上升或下降變化,其中以2003—2004年上升變化最為明顯;張家口市能源生產(chǎn)量呈顯著上升趨勢(shì),但在2009年及2013年有較大幅度跌落。綜上所述,中產(chǎn)型城市平均能源生產(chǎn)量約731.32萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,整體呈現(xiàn)趨于上升的變化趨勢(shì)。

圖1 京津冀能源高產(chǎn)型城市生產(chǎn)量變化 Fig.1 The production change of high-production city in Beijing-Tianjin-Hebei region

圖2 京津冀能源中產(chǎn)型城市生產(chǎn)量變化 Fig.2 The production change of moderate-production city in Beijing-Tianjin-Hebei region

(3)低產(chǎn)型城市:石家莊、秦皇島、保定、承德、廊坊、衡水

如圖3所示,承德市能源生產(chǎn)量變化波動(dòng)較大,在2003—2007年維持在較高水平,后呈下降趨勢(shì)到2011年跌落至產(chǎn)量最低點(diǎn);石家莊市能源生產(chǎn)整體產(chǎn)量不高且局部變化劇烈,個(gè)別年份呈明顯上升趨勢(shì),如2004年、2009年為兩個(gè)年際變化的波峰;秦皇島市能源生產(chǎn)總量趨于平穩(wěn),個(gè)別年份表現(xiàn)為低谷,如2009年產(chǎn)量走低;保定市能源生產(chǎn)總量整體在京津冀城市群處于低水平,變化較平穩(wěn);廊坊市、衡水市在此期間無(wú)能源生產(chǎn)達(dá)到統(tǒng)計(jì)要求規(guī)模?？傮w上,能源低產(chǎn)型城市能源生產(chǎn)量平均約46.47萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,整體生產(chǎn)不穩(wěn)定,變化的波動(dòng)性較大。

3.1.2 城市群能源消費(fèi)量特征

京津冀城市群各地級(jí)市的能源消費(fèi)量總體均處于上升趨勢(shì),但在總消費(fèi)量水平和局部年際變化趨勢(shì)上存在差異,分析結(jié)果如下。

(1)高耗型城市:北京、天津、唐山

如圖4所示的3個(gè)城市,即京津唐地區(qū)是城市群的高能耗區(qū)域,其中北京市能源消費(fèi)量增速最低,變化相對(duì)平穩(wěn);而天津市能源消費(fèi)量在2010年以前低于北京市,但其增速明顯高于北京市,并于2010年后超過(guò)北京市能源消費(fèi)量,保持快速增長(zhǎng)到2014年后增速放緩;相比之下,唐山市能源消費(fèi)量偏高,變化波動(dòng)較大而不穩(wěn)定,以2006—2009年增速最快,2013年后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。綜合以上,高耗型城市平均消費(fèi)量約6055.54萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,整體呈上升趨勢(shì),近年來(lái)趨于平穩(wěn)變化。

圖3 京津冀能源低產(chǎn)型城市產(chǎn)量變化 Fig.3 The production change of low-production city in Beijing-Tianjin-Hebei region

圖4 京津冀能源高耗型城市消費(fèi)量變化 Fig.4 The consumption change of high-consumption city in Beijing-Tianjin-Hebei region

(2)中耗型城市:石家莊、邯鄲

如圖5所示,石家莊市和邯鄲市能源消費(fèi)量相近,且變化趨勢(shì)相似,消費(fèi)量在前期均保持穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì),在2010年后呈現(xiàn)出消費(fèi)量增速放緩或逐漸下降的趨勢(shì)。中耗型城市平均消費(fèi)量約3729.3萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,變化趨勢(shì)與高耗型城市類似,呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定、再減少的變化趨勢(shì)。

(3)低耗型城市:滄州、邢臺(tái)、秦皇島、保定、張家口、承德、廊坊、衡水

如圖6所示,滄州、邢臺(tái)、秦皇島、保定、張家口、承德、廊坊、衡水市的能源消費(fèi)量增長(zhǎng)特征相近,即前期呈明顯的上升趨勢(shì),其中滄州市、保定市、廊坊市和衡水市均在2011—2013年間顯著增長(zhǎng),2013年后能源消費(fèi)量呈增長(zhǎng)放緩或下降趨勢(shì),與河北省2013年后能源消費(fèi)量趨與平穩(wěn)的變化趨勢(shì)一致;而張家口市在2010年后消費(fèi)量明顯下降。低耗型城市能源消費(fèi)量平均約為1305.05萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,整體呈增長(zhǎng)的趨勢(shì),前期穩(wěn)定增長(zhǎng)而后期變化不穩(wěn)定。

3.1.3 城市群能源供需對(duì)比

綜合城市群能源供應(yīng)量、需求量及其變化特征分析,表明城市群高、中、低水平城市的能源供應(yīng)量與需求量顯著不平衡,分別對(duì)應(yīng)不同水平的供不應(yīng)求。高耗型城市平均能源消費(fèi)高出高產(chǎn)型城市的平均能源生產(chǎn)3511.41萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,中耗型城市能源消費(fèi)比能源中產(chǎn)型城市能源生產(chǎn)高出2997.98萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,低耗型城市能源消費(fèi)量高于低產(chǎn)型城市能源生產(chǎn)量1258.58萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。

圖5 京津冀能源中耗型城市消費(fèi)量變化 Fig.5 The consumption change of moderate-consumption city in Beijing-Tianjin-Hebei region

圖6 京津冀能源低耗型城市消費(fèi)量變化 Fig.6 The consumption change of low-consumption city in Beijing-Tianjin-Hebei region

圖7 京津冀能源供應(yīng)比需求變化 Fig.7 The change of the ratio of enenrgy supply to demand in Beijing-Tianjin-Hebei region

以能源供需比值表示城市供需差異,也反映了能源供給滿足城市自身需求的能力,取平均值后排序如圖7所示。可以看出各個(gè)城市均表現(xiàn)為供不應(yīng)求,以天津市能源自身供給能力為最高,其生產(chǎn)量卻不到自身消費(fèi)量的65%;同時(shí),城市間供需比存在差異,以保定、廊坊、衡水市能源自給能力為最弱,均不足2%。在這樣的能源供需水平差異大、分布不均的背景下,城市能源供需對(duì)其城市化產(chǎn)生的效應(yīng)也不同。

3.2 京津冀城市群能源供需與城市化水平的關(guān)系模式

3.2.1 京津冀城市群能源供需模式

在分析各城市能源供需現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,研究面向京津冀城市群對(duì)象,更強(qiáng)調(diào)的是城市在城市群內(nèi)的相對(duì)水平。因此,在對(duì)各城市能源生產(chǎn)量和消費(fèi)量采用z-score標(biāo)準(zhǔn)化方法處理數(shù)據(jù),取標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)的正負(fù)號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)水平進(jìn)行劃分[35]。根據(jù)數(shù)據(jù)正負(fù)號(hào)對(duì)應(yīng)落在正態(tài)分布曲線的左右兩側(cè)的情況,以正號(hào)表示相對(duì)高的數(shù)值水平,以負(fù)號(hào)表示相對(duì)低的數(shù)值水平,結(jié)果如表2所示。研究定義能源生產(chǎn)、消費(fèi)量標(biāo)準(zhǔn)化后符號(hào)全取正為“高供需型”,以正負(fù)號(hào)均存在為“中供需型”,以全取負(fù)為“低供需型”,以此表示各城市能源供需模式。

表2 京津冀城市群能源供需模式

注:數(shù)據(jù)來(lái)源于2001—2015年京津冀城市群各地級(jí)市能源供需量均值

就供需模式現(xiàn)實(shí)意義而言,能源“高供需型”城市占據(jù)城市群的能源高生產(chǎn)量、高消費(fèi)量,如天津市、唐山市能源產(chǎn)量豐富且都是以重工業(yè)為主的城市[39];能源“中供需型”城市表示城市能源生產(chǎn)量與消費(fèi)量高低混合,供需量處于中間狀態(tài),如北京市能源生產(chǎn)量低而消費(fèi)量偏高;能源“低供需型”城市表示能源低生產(chǎn)低消費(fèi)的城市,如廊坊和衡水市幾乎完全依賴外部供給能源以滿足需求,同時(shí)能源消費(fèi)量也偏低。

3.2.2 京津冀城市群城市化模式

基于城鎮(zhèn)化綜合指標(biāo)體系,數(shù)據(jù)分析方法同以上能源供需模式,指標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)z-score標(biāo)準(zhǔn)化方法處理,以正、負(fù)號(hào)劃分高、低水平表示各城市的相對(duì)城市化水平。各城市分析結(jié)果如表3所示,以符號(hào)全部取正為“高水平型”、以正負(fù)均存在為“中水平型”、以全取負(fù)為“低水平型”,以此劃分3種城市化模式。其中,“高水平型”城市表示其城市化水平較高,代表城市有北京、天津市,兩城市作為京津冀城市群的發(fā)展中心,經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人口、土地城市化水平都處于城市群頂層[40];“中水平型”城市城市化水平發(fā)展不均衡,如邯鄲市在經(jīng)濟(jì)城市化上的水平較高,而社會(huì)、人口、土地方面的城市化水平發(fā)展還有所欠缺[41-43];“低水平型”城市各方面城市化均處于群內(nèi)落后水平。

表3 京津冀城市群城市化模式

注:數(shù)據(jù)來(lái)源于2001—2015年京津冀城市群各地級(jí)市城市化指標(biāo)體系數(shù)據(jù)均值

3.2.3 京津冀城市群能源供需與城市化的關(guān)系模式

隨著城市化水平的提升,往往認(rèn)為一個(gè)城市的能源生產(chǎn)量隨著其技術(shù)水平的提高而提高,能源消費(fèi)量隨著其發(fā)展需求的升高而升高,即城市能源的高供應(yīng)、需求與其城市化的高水平一致。基于前面對(duì)兩大類模式的總結(jié),對(duì)每個(gè)城市相應(yīng)的能源供需模式與城市化模式比較,來(lái)分析一個(gè)城市所屬的兩種模式是否一致。結(jié)果如表4所示,可以看出京津冀各城市所屬的能源供需模式與城市化模式不完全一致:對(duì)于高供需型城市,其中天津市的城市化模式屬于高水平型,與其能源的高供需模式一致,但唐山、邯鄲市屬于中水平型模式而不一致;對(duì)于中供需型城市,只有石家莊市屬于中水平型城市化模式,與其能源供需模式一致,而北京市和邢臺(tái)市分別屬于高水平型、低水平型城市化模式,與其能源供需模式不一致;對(duì)于低供需型模式的城市,秦皇島市、保定市、張家口市、承德市、衡水市的城市化模式與能源供需模式一致,但滄州市和廊坊市屬于中水平型城市化模式,與其能源供需模式不一致。

對(duì)于能源供需模式與城市化模式關(guān)系不一致的城市,兩種模式有相對(duì)的高低之分。其中,城市化模式相對(duì)高的城市,說(shuō)明城市能源的開(kāi)發(fā)利用效率較高,發(fā)展達(dá)到了相對(duì)領(lǐng)先的城市化水平,本研究將這一類城市總結(jié)為屬于“先進(jìn)型”關(guān)系模式,主要包括北京市、滄州市和廊坊市;能源供需模式相對(duì)高的城市,其城市化水平相對(duì)滯后,分析認(rèn)為城市的發(fā)展方式相對(duì)粗放、落后,能源開(kāi)發(fā)利用效率偏低,將此類城市的關(guān)系模式總結(jié)為“滯后型”關(guān)系模式,包括唐山市、邯鄲市和邢臺(tái)市。將其他城市定義為“一致型”關(guān)系模式的城市。不同城市的能源供需量對(duì)其城市化產(chǎn)生了不同的效應(yīng),二者的關(guān)系反映了城市能源開(kāi)發(fā)利用效率的高低。為提高京津冀城市群整體的能源開(kāi)發(fā)利用效率,滯后型城市需要重點(diǎn)提升。

表4 京津冀城市群能源供需與城市化關(guān)系模式

4 結(jié)論與討論

城市發(fā)展過(guò)程中,往往認(rèn)為能源供需隨城市化水平提升而持續(xù)增長(zhǎng),而實(shí)際變化趨勢(shì)并非如此。在城市群發(fā)展趨勢(shì)下,不同的城市能源供需量對(duì)城市化產(chǎn)生的效應(yīng)不同。本研究對(duì)京津冀各地級(jí)市能源生產(chǎn)量、消費(fèi)量估算后,通過(guò)ward聚類分析劃分高、中、低三類水平特征,分析表明每種類型對(duì)應(yīng)的變化趨勢(shì)并不是持續(xù)增加,同時(shí)存在波動(dòng)變化或平緩變化的特征[44-45]。三類水平下的供應(yīng)與需求的變化特征不相匹配、均值大小不相匹配,反映了京津冀時(shí)間上和空間上能源供需間的差異。針對(duì)京津冀供應(yīng)不足、需求過(guò)高的能源供需特點(diǎn),以供應(yīng)與需求量的比值表征能源供需間差異,也反映了城市本地能源生產(chǎn)滿足需求的能力。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)多指標(biāo)綜合分析方法,建立能源供需總量水平與城市化水平的關(guān)系模式,即根據(jù)能源供需總量水平與城市化水平的相對(duì)比較,劃分了一致型、先進(jìn)型和滯后型的關(guān)系模式。研究通過(guò)分析得到以下結(jié)論:

(1)京津冀城市群不同城市能源的供求特征及變化存在明顯的時(shí)空差異。一方面,從能源供給特征來(lái)看,平均能源生產(chǎn)量較高的城市(天津市)能源產(chǎn)量由上升轉(zhuǎn)變?yōu)槠骄徸兓厔?shì),而低產(chǎn)城市(石家莊市)呈不穩(wěn)定的變化趨勢(shì),兩類城市平均能源產(chǎn)量相差2497.66萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤;另一方面,從能源需求特征來(lái)看,北京、天津市等能源高耗城市能源消費(fèi)近年來(lái)趨于下降趨勢(shì),而低耗型城市(滄州市)近年來(lái)呈波動(dòng)變化,二者平均差值為4752.49萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。

(2)基于能源供需比值,京津冀城市群所有城市的供需關(guān)系均表現(xiàn)為供不應(yīng)求,且不同城市能源供需缺口差異明顯。其中,天津市能源供給能力最強(qiáng),但其生產(chǎn)量卻不及自身消費(fèi)的65%,而供給能力相對(duì)最弱的城市保定市,其能源需求幾乎完全依賴外部能源供給。

(3)城市能源供需與城市化水平之間關(guān)系不相一致。研究對(duì)能源供需模式與城市化模式不一致的城市,劃分了先進(jìn)型和滯后型關(guān)系模式。對(duì)于先進(jìn)型的城市,主要有北京市、滄州市和廊坊市,城市化水平相對(duì)領(lǐng)先,分析認(rèn)為其能源開(kāi)發(fā)利用相對(duì)集約;而屬于滯后型的城市,主要包括唐山市、邯鄲市和邢臺(tái)市,城市化水平偏低,分析認(rèn)為城市能源開(kāi)發(fā)利用效率低、發(fā)展方式相對(duì)粗放,是城市群能源效率提升的重點(diǎn)。

根據(jù)研究結(jié)果,在能源調(diào)配上,建議能源供需量水平差異顯著的兩類城市之間加強(qiáng)能源互補(bǔ)合作;在區(qū)域規(guī)劃上,建議促進(jìn)能源供需與城市化為先進(jìn)型關(guān)系的城市帶動(dòng)滯后型關(guān)系的城市,即北京、滄州和廊坊市帶動(dòng)唐山、邯鄲、邢臺(tái)市向能源集約型發(fā)展方式邁進(jìn),提高后者的能源開(kāi)發(fā)利用效率,從而有助于推動(dòng)群內(nèi)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),充分發(fā)揮城市群的協(xié)同效應(yīng)。

研究旨在識(shí)別京津冀能源供需特征和探究能源供需與城市化水平的互動(dòng)關(guān)系,為未來(lái)京津冀地級(jí)市城市能源規(guī)劃合作提供可靠依據(jù)。但研究也存在一些問(wèn)題,如由于能源供需數(shù)據(jù)不可直接獲得,估算能耗以單位GDP能耗乘GDP的方法不夠精準(zhǔn),估算出的數(shù)據(jù)與真實(shí)情況具有一定差異。此外,在城市間能源規(guī)劃合作的建議上,具體方案實(shí)施過(guò)程中,不能只考慮能源單一要素,還需要綜合其他方面要素的考量,如水資源、礦產(chǎn)資源等自然資源的城市間協(xié)作關(guān)系,為城市群發(fā)展提供科學(xué)系統(tǒng)的理論指導(dǎo)。