1985～2016年中國(guó)省域煤炭生產(chǎn)和 煤炭消費(fèi)重心時(shí)空演變研究

黃珺嫦，張二超，汪 松,2

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002； 2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

我國(guó)是能源生產(chǎn)和需求大國(guó)，也是煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)大國(guó)。近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)對(duì)煤炭資源的生產(chǎn)和需求也在不斷增加。從世界范圍來看，2016年全世界煤炭生產(chǎn)35.564億t油當(dāng)量，中國(guó)煤炭生產(chǎn)16.857億t油當(dāng)量，占全世界煤炭生產(chǎn)總量的47.40%；2016年全世界煤炭消費(fèi)37.32億t油當(dāng)量，中國(guó)煤炭消費(fèi)18.876億t油當(dāng)量，占全世界煤炭消費(fèi)的50.58%。從能源結(jié)構(gòu)看，2016年中國(guó)煤炭生產(chǎn)占能源總量生產(chǎn)的76.7%，煤炭消費(fèi)占能源消費(fèi)的66.7%。由此可以看出，煤炭資源在中國(guó)能源生產(chǎn)與消費(fèi)仍然占據(jù)著絕對(duì)重要的位置[1]。當(dāng)前我國(guó)煤炭生產(chǎn)基地主要分布在北方的晉陜蒙寧新地區(qū)，而煤炭消費(fèi)主要在東部沿海地區(qū)[2]，總體呈現(xiàn)出“生產(chǎn)北多南少、消費(fèi)東多西少”的煤炭生產(chǎn)消費(fèi)格局。煤炭生產(chǎn)中心和經(jīng)濟(jì)中心不匹配的問題，造成了我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡的問題。因此，研究煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)的變化規(guī)律，對(duì)解決我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡的問題有著十分重要的作用。

黃賢金等[3]運(yùn)用重心模型從一次能源消費(fèi)的角度研究人均產(chǎn)生的碳排放變化的區(qū)域差異；任志遠(yuǎn)等[4]從我國(guó)能源生產(chǎn)、能源消費(fèi)和GDP重心角度進(jìn)行測(cè)定，探析我國(guó)能源生產(chǎn)、能源消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展省域差異的動(dòng)態(tài)變化及相互關(guān)系；王培宏等[5]從原煤生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)角度，通過構(gòu)建Panel-Data模型，來探析地區(qū)性煤炭消費(fèi)的差異影響。趙冠偉等[6]利用重心模型研究能源足跡的區(qū)域差異及變化，研究表明能源重心呈現(xiàn)逐步向西南方向移動(dòng)。梁中等[7]利用重心模型研究省域碳?jí)毫χ匦脑诮?jīng)濟(jì)重心相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下，持續(xù)保持向西北方向移動(dòng)的趨勢(shì)。孫旭東等[8]建立重心模型來研究中美煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)重心的演變軌跡。

通過總結(jié)前人的研究，主要有以下特征：從國(guó)家宏觀視角分析能源與碳排放較多，從省域視角分析煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)的較少；利用重心模型分析重心遷移軌跡的較多，分析重心耦合態(tài)勢(shì)的較少。本研究基于1985～2016年我國(guó)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)數(shù)據(jù)，運(yùn)用變異系數(shù)法對(duì)全國(guó)各省(區(qū)、市)的煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)變化情況進(jìn)行分析，利用重心模型、重心耦合度模型，剖析煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費(fèi)重心移動(dòng)軌跡和空間分布態(tài)勢(shì)，以期探究各省(區(qū)、市)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)規(guī)律。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來源于《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》(1986～2017年)及各省(區(qū)、市)統(tǒng)計(jì)年鑒(1986～1995年)的煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)數(shù)據(jù)(鑒于缺少西藏、香港、澳門、臺(tái)灣地區(qū)的能源數(shù)據(jù)，天津和上海無煤炭生產(chǎn)數(shù)據(jù)，故將就近合并到北京和江蘇，共28個(gè)地區(qū)，特此說明)[9]。地理數(shù)據(jù)選用國(guó)家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)2015版。

1.2 研究方法

1.2.1 變異系數(shù)法

煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)可以較好地反映能源的持續(xù)供給度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量，本研究運(yùn)用變異系數(shù)法來反映各地區(qū)時(shí)間煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)的變動(dòng)情況[10]。變異系數(shù)(D)表示標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比，計(jì)算公式為式(1)。

(1)

1.2.2 重心模型

“重心”的概念來自于物理學(xué)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展，1874年美國(guó)學(xué)者弗沃爾克把“重心模型”運(yùn)用到人口問題研究中，之后重心模型在其他領(lǐng)域的運(yùn)用更加廣泛。利用重心模型來研究煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)的變化規(guī)律，重心移動(dòng)軌跡代表了各地區(qū)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)的空間變化規(guī)律[11-13]。煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)重心的測(cè)算方法：假定一個(gè)宏觀區(qū)域由n個(gè)微觀區(qū)域i組成，區(qū)域i的重心坐標(biāo)為(x_i，y_i)，區(qū)域n的重心坐標(biāo)C為(X，Y)，M為煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)量[10,14-15]，計(jì)算公式為式(2)。

(2)

經(jīng)過重心坐標(biāo)測(cè)算出區(qū)域重心移動(dòng)的距離di，i、j代表不同年份，(x_i，y_i)、(x_j，y_j)分別代表第i年和第j年重心的重心地理坐標(biāo)，k為常數(shù)，一般取值111.11 km2[16]。公式為式(3)。

(3)

1.2.3 重心耦合模型

采用煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)在空間分布上的重疊性及其變動(dòng)軌跡的一致性為指標(biāo)分別從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的角度考察兩個(gè)重心空間耦合的態(tài)勢(shì)[17]?？臻g重疊性用煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費(fèi)重心之間的距離表示，距離越近則重疊性越高，計(jì)算公式為式(4)。

(4)

變動(dòng)一致性是指重心坐標(biāo)移動(dòng)軌跡的一致性，通過煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費(fèi)重心與上一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)發(fā)生位移的交角θ[0，180°]來表征，θ值越大變動(dòng)越不一致性，利用θ的余弦值表示變動(dòng)一致性指數(shù)C[-1，1]，C值越小，變動(dòng)越不一致，C值為1時(shí)，則變動(dòng)完全相同，C值為-1則變動(dòng)完全相反。Δx和Δy為煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)重心與上一時(shí)間點(diǎn)經(jīng)緯度的變化量，依據(jù)余弦定理，見式(5)。

(5)

2 實(shí)證分析

2.1 各省(區(qū)、市)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)變異分析

觀察圖1可以發(fā)現(xiàn)，1985～2016年各省(區(qū)、市)煤炭生產(chǎn)變異系數(shù)和煤炭消費(fèi)變異系數(shù)均差異明顯。各省(區(qū)、市)煤炭生產(chǎn)變異系數(shù)和煤炭消費(fèi)變異系數(shù)曲線整體走向趨同，說明各省(區(qū)、市)煤炭生產(chǎn)量變化和煤炭消費(fèi)量變化具有一致性。

海南、內(nèi)蒙古、陜西三個(gè)省(區(qū))的煤炭生產(chǎn)變異系數(shù)和煤炭消費(fèi)變異系數(shù)均為最高。煤炭生產(chǎn)方面，海南1999年前有少量的煤炭生產(chǎn)量，之后停止了煤炭開采，因此煤炭生產(chǎn)變化較大。內(nèi)蒙古和陜西由于煤炭?jī)?chǔ)藏量較大，近年來逐漸加大開采量，因此煤炭生產(chǎn)變化較大；煤炭消費(fèi)方面，海南1990～2016年煤炭消費(fèi)量持續(xù)增長(zhǎng)，因此煤炭消費(fèi)變化較大；內(nèi)蒙古和陜西近年來也新建和擴(kuò)建了大批高耗煤企業(yè)，同時(shí)為提高煤炭利潤(rùn)附加值，煤炭生產(chǎn)企業(yè)與電力企業(yè)采取煤電聯(lián)營(yíng)模式，使得當(dāng)?shù)孛禾肯M(fèi)量持續(xù)增長(zhǎng)，因此煤炭消費(fèi)變化也較大。

蘇滬、遼寧、河北三個(gè)省(市)的煤炭生產(chǎn)變異系數(shù)和煤炭消費(fèi)變異系數(shù)均為最低，這三個(gè)省(市)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)均相對(duì)穩(wěn)定，因此煤炭生產(chǎn)變化和煤炭消費(fèi)變化均較小。

圖1 1985～2016年各省(區(qū)、市)變異系數(shù)曲線

2.2 我國(guó)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)時(shí)空演變過程

本研究以省級(jí)行政單位為基本統(tǒng)計(jì)單元，運(yùn)用重心模型來計(jì)算我國(guó)1985～2016年32個(gè)時(shí)間點(diǎn)的煤炭生產(chǎn)中心和煤炭消費(fèi)中心，并繪制出我國(guó)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)重心遷移軌跡圖(圖2～4)，計(jì)算煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費(fèi)重心偏移距離(圖5)。

圖2 1985～2016年我國(guó)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)重心遷移

圖3 1985～2016年我國(guó)煤炭生產(chǎn)重心演變軌跡

2.2.1 煤炭生產(chǎn)重心演變軌跡分析

從圖2和圖3可知，煤炭生產(chǎn)重心移動(dòng)總體可分為兩個(gè)階段。

1) 1985～2005年：煤炭生產(chǎn)重心從開始的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)逐漸向西南移動(dòng)。21年間煤炭生產(chǎn)重心經(jīng)向移動(dòng)1.30°，緯向移動(dòng)0.08 °，累計(jì)移動(dòng)了615.81 km。從煤炭生產(chǎn)重心偏移距離看(圖5)，2000年達(dá)到偏移最大值77.97 km。

圖4 1985～2016年我國(guó)煤炭消費(fèi)重心演變軌跡

圖5 1985～2016年我國(guó)煤炭生產(chǎn)和 煤炭消費(fèi)重心偏移距離

20世紀(jì)80年代，隨著改革開放政策的實(shí)施，各個(gè)行業(yè)發(fā)展趨于活躍，1985年政府提出“國(guó)家集體個(gè)人一齊上，大中小煤炭一起搞”的方針，其結(jié)果是我國(guó)煤礦數(shù)量迅速增加，產(chǎn)業(yè)集中度極低，尤其是1993年國(guó)家放開煤炭?jī)r(jià)格和改革訂貨制度，煤炭生產(chǎn)量隨之大幅增長(zhǎng)，到1997年我國(guó)煤炭市場(chǎng)已經(jīng)供大于求，而1998年亞洲金融危機(jī)使得我國(guó)煤炭需求大幅下降，受內(nèi)外部環(huán)境的共同影響，我國(guó)煤炭生產(chǎn)量逐漸降低，到2000年到達(dá)最低點(diǎn)，期間我國(guó)絕大多數(shù)煤炭企業(yè)陷入困境；2000年之后我國(guó)經(jīng)濟(jì)加快增長(zhǎng)，煤炭生產(chǎn)量也大幅增加，國(guó)家加大對(duì)西南地區(qū)的煤炭開發(fā)，重慶、四川、貴州和云南4省(市)2005年煤炭總生產(chǎn)量比2000年增長(zhǎng)了230%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同時(shí)期全國(guó)101%的平均增長(zhǎng)率。

2) 2006～2016年：煤炭生產(chǎn)重心穩(wěn)步向西北移動(dòng)。11年間煤炭生產(chǎn)重心經(jīng)向移動(dòng)0.6°，緯向移動(dòng)0.95°，累計(jì)移動(dòng)了262.19 km。

煤炭生產(chǎn)重心向西北轉(zhuǎn)移是因?yàn)閮?nèi)蒙古、陜西和寧夏煤炭資源的大幅度開采，2016年三省(區(qū))煤炭生產(chǎn)總量比2006年增長(zhǎng)93 948.23 t，占同時(shí)期全國(guó)煤炭增長(zhǎng)總量的89.26%，這是因?yàn)閲?guó)家推進(jìn)了煤炭資源整合，培育發(fā)展大型煤炭企業(yè)集團(tuán)，組織開展了14個(gè)大型煤炭基地，而絕大部分煤炭生產(chǎn)基地都分布在西北地區(qū)。

2.2.2 煤炭消費(fèi)重心演變軌跡分析

從圖2和圖4可知，1985～2016年煤炭消費(fèi)重心變化幅度遠(yuǎn)小于煤炭生產(chǎn)中心，整體呈現(xiàn)向西、南移動(dòng)的趨勢(shì)，其中經(jīng)向移動(dòng)1.24°，緯向移動(dòng)0.62°，累計(jì)移動(dòng)了186.96 km。從煤炭消費(fèi)重心偏移距離看(圖5)，2013年達(dá)到偏移最大值48.26 km。

其中2002年前煤炭消費(fèi)重心較為波動(dòng)，這主要是由經(jīng)濟(jì)發(fā)展的波動(dòng)性引起的，尤其是1998年亞洲金融危機(jī)后，各地區(qū)煤炭需求下降，煤炭消費(fèi)量呈現(xiàn)不規(guī)則變化；2013年后煤炭消費(fèi)重心整體向西、南移動(dòng)。煤炭消費(fèi)重心向西移動(dòng)是隨著2000年西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，高耗煤產(chǎn)業(yè)逐漸由東部向西部轉(zhuǎn)移，因此西部煤炭消費(fèi)量大大增加；煤炭消費(fèi)重心向南移動(dòng)是因?yàn)閺V東、浙江、蘇滬等南方省(區(qū)、市)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，能源消耗增多，而我國(guó)煤炭資源占到一次能源消費(fèi)的2/3以上，因此南方煤炭消費(fèi)增長(zhǎng)量大于北方，從而使得煤炭消費(fèi)重心向南移動(dòng)。

2.2.3 煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)空間耦合特征

從靜態(tài)來看(圖6)，1985～2012年煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費(fèi)重心距離越來越遠(yuǎn)，表明它們之間的重疊性越來越低，也就是煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費(fèi)重心越來越分散；2012～2016年煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費(fèi)重心的距離越來越近，表明它們之間的重疊性越來越高，兩個(gè)重心趨向一致。這主要是因?yàn)?012年以后我國(guó)經(jīng)濟(jì)由高速增長(zhǎng)向中高速增長(zhǎng)，從而帶動(dòng)煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，煤炭的生產(chǎn)與消費(fèi)開始趨于一致。

圖6 1985～2016年我國(guó)煤炭生產(chǎn)重心和 煤炭消費(fèi)重心重疊性曲線

從動(dòng)態(tài)來看(圖7)，我國(guó)煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費(fèi)重心重疊性呈現(xiàn)持續(xù)波動(dòng)趨勢(shì)，具體可以分為兩個(gè)階段：第一階段自1985～2002波動(dòng)較大，在-1～1之間來回震蕩，說明煤炭生產(chǎn)與煤炭消費(fèi)在相反方向與相同方向波動(dòng)；第二階段自2003～2016穩(wěn)定在0.5～1之間，說明煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)變動(dòng)性趨向一致，呈現(xiàn)相同方向變化。

圖7 1985～2016年我國(guó)煤炭生產(chǎn)重心和 煤炭消費(fèi)重心變動(dòng)一致性曲線

3 討論與結(jié)論

利用變異系數(shù)法、重心模型、重心耦合模型對(duì)我國(guó)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)重心、重心移動(dòng)軌跡以及空間耦合態(tài)勢(shì)進(jìn)行測(cè)算和剖析，結(jié)果顯示我國(guó)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)的重心、移動(dòng)軌跡以及空間耦合態(tài)勢(shì)整體受社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及國(guó)家宏觀政策影響，呈現(xiàn)出不同的特征。

1) 從省域煤炭生產(chǎn)變異曲線和煤炭消費(fèi)變異曲線來看，海南、內(nèi)蒙古、陜西變化最大，蘇滬、遼寧和河北變化最小，這與煤炭資源儲(chǔ)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)等均有著密切的關(guān)系。東部地區(qū)作為能源調(diào)入?yún)^(qū)應(yīng)繼續(xù)調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，降低煤炭消費(fèi)比重、提高核能、太陽能消費(fèi)比重；西部地區(qū)作為我國(guó)煤炭和電力供應(yīng)區(qū)，應(yīng)充分有效利用煤炭，將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

2) 從煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)的重心移動(dòng)軌跡來看，我國(guó)煤炭生產(chǎn)重心的移動(dòng)軌跡為不規(guī)則運(yùn)動(dòng)-西南-西北移動(dòng)，煤炭消費(fèi)重心呈現(xiàn)向西、南移動(dòng)的趨勢(shì)。西部地區(qū)作為我國(guó)的能源儲(chǔ)量和開發(fā)基地，應(yīng)該充分利用好國(guó)家宏觀政策，抓住機(jī)遇加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，縮小東西部之間的經(jīng)濟(jì)差距；但要切實(shí)做好生態(tài)型經(jīng)濟(jì)發(fā)展，探索適合自身可持續(xù)開發(fā)模式，緊跟社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)。

3) 從煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)重心重疊性和變動(dòng)一致性來看，煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)的重心重疊性先分散后集聚的過程，煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)的變動(dòng)一致性近年來呈現(xiàn)相同趨勢(shì)變化。說明各省份煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)近年來變化較為趨同，中西部地區(qū)不僅煤炭開發(fā)有了較大的發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但是由于煤炭資源是有限的，中西部地區(qū)應(yīng)該提前布局清潔能源產(chǎn)業(yè)。