基于熵權(quán)TOPSIS法的重慶能源安全研究

孫貴艷 王 勝 肖 磊

(1.重慶社會科學(xué)院，重慶市江北區(qū)，400020；2.西南大學(xué)，重慶市北碚區(qū)，400715；3.中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院西部分院，重慶市渝北區(qū)，401121)

能源是制約經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素，關(guān)系著國家安全和可持續(xù)發(fā)展，目前我國能源的核心問題就是能源安全。近年來，從河北陷入改氣困局，山東、陜西、河南等相繼出現(xiàn)供氣不足，再擴大到重慶、四川等進行限氣，引起全國范圍內(nèi)天然氣供應(yīng)緊張，說明區(qū)域能源安全對國家能源安全有著不容忽視的影響。因此，有必要深入研究保障區(qū)域能源安全的措施與對策，以此來確保國家持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。

國內(nèi)外學(xué)者和機構(gòu)對國家層面能源安全進行了大量研究，但關(guān)于區(qū)域能源安全的研究則相對較少，且主要集中在對區(qū)域能源安全的內(nèi)涵、區(qū)域能源安全評價、區(qū)域供給安全、區(qū)域能源安全預(yù)警等方面，如劉立濤等(2011)、胡健(2016)在區(qū)域能源安全內(nèi)涵進行界定基礎(chǔ)上，分別從能源供應(yīng)穩(wěn)定性與使用安全性、能源安全驅(qū)動力—壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)構(gòu)建了區(qū)域能源安全評價指標體系。孫涵等(2018)從能源供應(yīng)、使用、經(jīng)濟與環(huán)境安全構(gòu)建了區(qū)域能源安全評價指標，并運用熵權(quán)TOPSIS進行可實證研究。薛靜靜等(2015)從能源供給盈余缺口情況、能源供給現(xiàn)狀及存在的問題出發(fā)，構(gòu)建了區(qū)域能源供給安全綜合評價體系，并分別對能源生產(chǎn)大省陜西、能源消費大省廣東的能源安全狀況進行了實證分析。蘇飛等(2008)也利用對外依存度、能源消耗彈性指數(shù)、能源儲量比、能源生產(chǎn)彈性指數(shù)、運輸線路長度和人均GDP 6個指標構(gòu)建了區(qū)域能源安全供給性評價指標體系。此外，還有部分學(xué)者采用因子分析、熵權(quán)、主成分分析等方法對廣東、山西、江蘇、廣西等省份的能源安全形勢進行定量評估。鑒于區(qū)域能源安全的重要性及關(guān)于西南地區(qū)能源安全研究的缺乏，在構(gòu)建普適性區(qū)域能源安全評價指標體系的基礎(chǔ)上，以西南地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較為迅速的重慶市為例，探究其能源安全變化趨勢，以期為重慶制定能源戰(zhàn)略決策提供參考。

1 研究區(qū)概括與研究方法

1.1 重慶市能源現(xiàn)狀

作為西部大開發(fā)的重要戰(zhàn)略支點，重慶自直轄以來經(jīng)濟獲得高速發(fā)展，特別是金融危機后，在全國經(jīng)濟發(fā)展低迷的情勢下，重慶依然保持強勁的發(fā)展勢頭。在重慶經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，能源的消費量、能源缺口及能源對外依存度也在不斷升高，其中能源消費量由1997年的2030.13萬t標準煤增至2016年的8271.97萬t標準煤，能源供需缺口由2003年的73.09萬t標準煤上升至2016年的4158.61萬t標準煤。同時，能源結(jié)構(gòu)也在不斷調(diào)整，一次電力及其他能源所占的比重在1997-2016年間上升了5.68個百分點。習(xí)近平總書記對重慶提出了“兩點”“兩地”定位要求，而重慶面對難得的發(fā)展機遇，要推進高質(zhì)量發(fā)展，創(chuàng)造高品質(zhì)生活，保障能源這一經(jīng)濟社會發(fā)展基礎(chǔ)的供需、使用安全就顯得尤為重要。

1.2 研究方法

1.2.1 熵權(quán)TOPSIS法

TOPSIS法是一種基于評價對象與理想化目標的距離進行排序的評價方法。為了有效地消除評價的內(nèi)外部環(huán)境發(fā)生變化產(chǎn)生的影響，本文運用熵值法來確定各評價指標的客觀權(quán)重，以此使得評價結(jié)果具有可比性。

(1)考慮到各指標的量綱、數(shù)量級、指標的正負取向有差異，采用極差法對數(shù)據(jù)進行標準處理。

對于正向指標：

(1)

對于負向指標：

(2)

(2)在能源安全指標體系的測度中，權(quán)重的確立是重要的內(nèi)容。目前確定權(quán)重有主觀賦值法、客觀賦值法，其中客觀賦值法是根據(jù)各指標提供的信息來決定權(quán)重。本文采用客觀賦值法中的熵值法，根據(jù)熵值大小，也就是各指標的變異程度，確定權(quán)重。具體步驟：

(3)確定正理想解和負理想解：

(4)各評價對象到正理想解和負理想解的歐式距離，計算公式為：

(3)

(5)各評價對象與最優(yōu)解的相對接近度Ci:

(4)

xij——第i地區(qū)第j項評價指標值；

min(xj)、max(xj)——所有地區(qū)中第j項指標的最小值和最大值；

m——評價的地區(qū)數(shù)量；

n——指標數(shù)。

Ci∈[0，1]，Ci越接近1，該評價對象越接近最優(yōu)評價水平。

1.2.2 評判標準

參考相關(guān)學(xué)者的研究成果，結(jié)合重慶的實際情況，將接近度劃分為5個評判等級，見表1。

表1 重慶能源安全評判標準

1.2.3 灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是根據(jù)數(shù)據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密，曲線變化趨勢越接近，序列之間關(guān)聯(lián)度就越大，反之就越小?？紤]到灰色關(guān)聯(lián)分析對指標樣本數(shù)要求較低，且準確率相對較高，所以利用灰色關(guān)聯(lián)分析來探討各指標與重慶能源安全狀況的灰色關(guān)聯(lián)度。

(5)

(6)

式中：x0——能源安全值標準化值，為參考列；

xi——各指標標準化值，為比較數(shù)列；

εi(k)——第k時刻比較曲線與參考曲線相對差值，稱為xi對x0在k時刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)；

β——分辨系數(shù)，取值范圍為[0,1]，通常取0.5。

2 區(qū)域能源安全評價體系構(gòu)建

區(qū)域能源安全一般是指以一國次級地域空間(自治區(qū)、直轄市)為基本研究單元，在遵從國家能源安全目標、特定時間和一定技術(shù)經(jīng)濟條件(合理價格、經(jīng)濟技術(shù)可行)下，能夠持續(xù)、穩(wěn)定、高效、清潔地滿足地域內(nèi)經(jīng)濟增長、社會進步、居民需求、環(huán)境友好等能源需求，即通過區(qū)域能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和使用的安全性等，在總量和結(jié)構(gòu)上保障研究區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)生活正常能源所需，同時在能源供應(yīng)與消費過程中確保環(huán)境友好。影響區(qū)域能源安全的因素很多，如人口、經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源資源儲備、能源基礎(chǔ)設(shè)施等。因此，在考慮到區(qū)域能源安全的內(nèi)涵及影響因素的基礎(chǔ)上，從區(qū)域能源供應(yīng)安全、能源需求安全、能源使用安全三個方面來構(gòu)建區(qū)域能源安全評價體系，主要由目標層、維度層、度量層、指標層構(gòu)成，其中度量層由資源稟賦、可獲得程度、技術(shù)發(fā)展、能源管理、經(jīng)濟社會發(fā)展、普惠程度、消費結(jié)構(gòu)、利用效率、環(huán)境影響、環(huán)境保護組成。能源供應(yīng)方面，選擇能源總儲量、能源生產(chǎn)多元化指數(shù)、對外依存度、市場流動性、地質(zhì)勘查投入強度、能源工業(yè)投資等指標；能源需求方面，選擇人均GDP增速、人口增長率、城鎮(zhèn)化率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消費彈性系數(shù)、農(nóng)村人均用電量、能源價格等指標；能源使用方面，選擇消費多元化指數(shù)、非化石能源消費比例、單位GDP能耗、人均碳耗、人均廢水的排放量、廢氣排放強度、節(jié)能環(huán)保投入強度等指標。具體的區(qū)域能源安全評價體系與各指標的權(quán)重見表2。

3 研究結(jié)果

3.1 重慶能源安全整體分析

考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性和統(tǒng)一性，對重慶2006-2016年的能源安全狀況進行分析。2006-2016年重慶能源安全總體及各子系統(tǒng)安全變化趨勢見圖1。由圖1可知，2006-2016年重慶的能源綜合安全呈現(xiàn)曲折上升的趨勢，從2006年的0.4219上升至2016年的0.5698，其中2011年的能源綜合安全值最低，僅有0.3639。通過灰色關(guān)聯(lián)分析可知，重慶能源綜合安全與能源供應(yīng)、能源需求、能源使用的關(guān)聯(lián)度分別為0.598、0.826、0.477，說明重慶的能源綜合安全與能源需求安全的關(guān)系相對密切。

重慶能源綜合安全與各指標的關(guān)聯(lián)度見圖2。由圖2可知，關(guān)聯(lián)度較高的8個指標為：生產(chǎn)多樣性城鎮(zhèn)化率能源消費多樣性能源價格工業(yè)占GDP比重總儲量市場流動性節(jié)能環(huán)保支出強度，其中生產(chǎn)多樣性與重慶能源綜合安全的關(guān)聯(lián)程度最高，關(guān)聯(lián)度達到0.9362。

表2 重慶能源安全評價體系及權(quán)重

圖1 2006-2016年重慶能源安全總體 及各子系統(tǒng)安全變化趨勢

圖2 重慶能源綜合安全與各指標的關(guān)聯(lián)度

從安全等級標準看，能源狀況呈現(xiàn)臨界安全—較不安全—臨界安全，其中2007-2011年安全水平較低，處于較不安全狀況，尤其是2009-2011年安全形勢更是呈惡化態(tài)勢，這是由于在全國經(jīng)濟下行的態(tài)勢下，重慶經(jīng)濟依然保持快速增長，年均增速達到16.13%，導(dǎo)致了工業(yè)廢氣排放量的大幅度增加。2012年后，能源安全狀況有所好轉(zhuǎn)，處于臨界安全的狀態(tài)，由2011年的0.3639上升為2016年的0.5698，這得益于經(jīng)濟高速增長背后的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整等。

3.2 重慶能源安全子系統(tǒng)分析

3.2.1 能源供應(yīng)安全子系統(tǒng)

從能源供應(yīng)維度來看，重慶的能源供應(yīng)安全大體呈現(xiàn)先下降、后上升，然后再下降曲折變化的態(tài)勢。2006-2016年重慶能源安全總體及各子系統(tǒng)接近度(C值)的變化趨勢見圖3。從安全等級標準看，除2006年、2014年、2015年的能源供應(yīng)屬于臨界安全狀態(tài)，其余年份均處于較不安全狀態(tài)。采用灰色關(guān)聯(lián)分析重慶能源供應(yīng)安全值與各指標的關(guān)聯(lián)程度發(fā)現(xiàn)：市場流動性地質(zhì)勘查投入強度生產(chǎn)多樣性總儲量能源工業(yè)投資能源對外依存度。

圖3 2006-2016年重慶能源安全總體 及各子系統(tǒng)接近度(C值)的變化趨勢

能源供應(yīng)安全狀況的產(chǎn)生主要與重慶少煤缺油的資源稟賦、國際石油價格以及頁巖氣勘探開采有關(guān)，特別是2012年后，隨著首個商業(yè)開發(fā)的涪陵頁巖氣田獲得高產(chǎn)頁巖氣流，地質(zhì)勘查投入獲得大幅度提高，2015年達到最高的167008.66萬元，比2006年提高了2.3倍。受到石油儲量較低、國際石油價格走低及增加石油戰(zhàn)略儲備的國家戰(zhàn)略影響，石油的進口量與調(diào)入量都大幅度提高，這引起市場流動性、能源對外依存度的提高，相比于2006年，到2016年重慶的能源對外依存度提高了44.80個百分點。同時，石油、天然氣等消費比重的提高，導(dǎo)致重慶的能源生產(chǎn)多樣性由2006年的0.605上升至2016年的0.921。受到重慶經(jīng)濟增速放緩、有效需求不足、大宗商品價格持續(xù)下降等因素影響，重慶的地質(zhì)勘查投入、能源工業(yè)投資有不同程度的下降，導(dǎo)致2016年的能源供應(yīng)安全值、能源供應(yīng)安全接近度都有所下降。

3.2.2 能源需求安全子系統(tǒng)

從能源需求維度來看，重慶的能源需求安全總體呈現(xiàn)上升的態(tài)勢，特別是2011年后，呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢。除2007年、2009-2011年的能源需求屬于較不安全狀態(tài)，其余年份均處于臨界安全狀態(tài)。利用灰色關(guān)聯(lián)分析重慶能源需求安全值與各指標的關(guān)聯(lián)程度發(fā)現(xiàn)：城鎮(zhèn)化率能源價格工業(yè)占GDP比重人均GDP增速能源消費彈性系數(shù)農(nóng)村人均用電量常住人口增長率。

據(jù)統(tǒng)計，重慶的城鎮(zhèn)化率呈現(xiàn)穩(wěn)定上升的態(tài)勢，由2006年的46.7%上升至2016年的62.6%；工業(yè)占GDP比重則整體呈現(xiàn)下降的趨勢，由2006年的40.1%降至2016年的34.4%；人均GDP增速的變化趨勢跟經(jīng)濟增速變化趨勢類似，呈現(xiàn)先上升，遭受金融危機后下降的趨勢；通過農(nóng)網(wǎng)改造升級、實施光伏發(fā)電項目與“村村通動力電工程”等，農(nóng)村人均用電量得到提高，由2006年的307.54 kWh/人，增至2016年的690.31 kWh/人，這些因素的變化都在極大程度上影響了重慶能源消費量，同時也為該地區(qū)的能源需求安全變化做出了貢獻。

3.2.3 能源使用安全子系統(tǒng)

從能源使用維度來看，重慶的能源使用安全呈現(xiàn)曲折上升的態(tài)勢，特別是2013年后，呈現(xiàn)逐步上升的趨勢。除2011年、2013-2014年的能源使用屬于較不安全狀態(tài)，其余年份均處于臨界安全狀態(tài)。利用灰色關(guān)聯(lián)分析重慶能源使用安全值與各指標的關(guān)聯(lián)程度發(fā)現(xiàn)：非化石能源消費比重人均碳排放節(jié)能環(huán)保支出強度能源消費多樣性廢氣排放強度單位GDP能耗人均工業(yè)廢水排放量。

能源使用安全變化趨勢主要與能源消費種類增加，特別是非化石能源消費比重上升，能源利用效率提高、節(jié)能環(huán)保支出加大、碳排放量與工業(yè)廢氣排放量增加有關(guān)。重慶的能源消費多樣性呈現(xiàn)曲折上升的態(tài)勢，由2006年的1.015增至2016年的1.195。重慶的單位GDP能耗由2006年的1.06 t標準煤/萬元(以1997年為基年)降至2016年的0.63 t標準煤/萬元，能源利用效率顯著提高。節(jié)能環(huán)保支出也由2006年的27.19億元增至2016年的136.19億元。此外，隨著“藍天、碧水、寧靜、綠地、田園”五大環(huán)保行動的實施，工業(yè)廢水排放總量得到大幅度降低，由2006年的85866萬t降至2016年的25874萬t。但隨著火電以及鋼鐵、化工等傳統(tǒng)耗能行業(yè)的發(fā)展，重慶的工業(yè)廢氣排放整體呈現(xiàn)上升的趨勢，由2006年的5066.96億Nm3增至2016年的12161.24億Nm3。此外，隨著人口增多、城鎮(zhèn)化水平提高等，人均碳排放量由2006年的0.87 t增至2016年的1.52 t。研究表明雖然重慶生態(tài)保護與建設(shè)取得顯著成效，但要把重慶建成山清水秀美麗之地，任重道遠，還需要扎實推“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”之路。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)從重慶能源綜合安全狀況來看，2006-2016年間呈現(xiàn)曲折上升的趨勢，由臨界安全—較不安全—臨界安全，其中2007-2011年安全水平較低，處于較不安全狀況，2012年后，能源安全狀況有所好轉(zhuǎn)。研究表明隨著重慶對生態(tài)文明建設(shè)和生態(tài)環(huán)境保護工作重視程度的加強，在能源供應(yīng)、需求、使用等方面取得了較大的進展，但能源安全整體水平仍較低，尤其是要建設(shè)“兩地”，實現(xiàn)“兩高”，重慶還需要投入更多的關(guān)注與努力。

(2)從重慶能源安全各子系統(tǒng)來看，一是能源供應(yīng)安全大體呈現(xiàn)先下降、后上升，然后再下降曲折變化的態(tài)勢，除2006年、2014年、2015年外，均處于較不安全狀態(tài)。二是能源需求安全整體呈現(xiàn)上升的態(tài)勢，特別是2011年后呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。除2007年、2009-2011年外，均處于臨界安全狀態(tài)。三是能源使用安全狀態(tài)呈現(xiàn)曲折上升的態(tài)勢，特別是2013年后呈現(xiàn)逐步上升的趨勢。除2011年、2013-2014年外，均處于臨界安全狀態(tài)。

(3)由灰色關(guān)聯(lián)分析可知，一是能源消費與能源綜合安全關(guān)系比較密切；就指標來看，生產(chǎn)多樣性、城鎮(zhèn)化率、能源消費多樣性、能源價格、工業(yè)占GDP比重、總儲量、市場流動性、節(jié)能環(huán)保支出強度對能源綜合安全的影響較大。二是市場流動性、地質(zhì)勘查投入強度、生產(chǎn)多樣性、總儲量對能源供應(yīng)安全有較大關(guān)系。三是城鎮(zhèn)化率、能源價格、工業(yè)占GDP比重、人均GDP增速、能源消費彈性系數(shù)、農(nóng)村人均用電量都與能源需求安全有較大關(guān)系。四是非化石能源消費比重、人均碳排放、節(jié)能環(huán)保支出強度等與能源使用安全有較大關(guān)系。

4.2 討論

(1)基于上述研究，改善重慶能源安全狀況還需要關(guān)注以下方面：構(gòu)建積極、合理、有序的能源資源勘探機制，應(yīng)加快頁巖氣資源勘探開發(fā)技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，加強商業(yè)性礦產(chǎn)勘查工作；加強油品儲備和設(shè)施建設(shè)，完善石油儲備體系；大力開發(fā)新能源，優(yōu)化能源生產(chǎn)、消費結(jié)構(gòu)，提高非化石能源的消費比重；優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，鼓勵發(fā)展低能耗高附加值的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)與第三產(chǎn)業(yè)；繼續(xù)“集約、智能、綠色、低碳”的新型城鎮(zhèn)化等。

(2)研究主要著眼于市域尺度上的時間變化分析，而對縣域尺度的差異缺乏對比。鑒于數(shù)據(jù)的可獲取性與數(shù)據(jù)統(tǒng)計口徑的一致性，在時間尺度、指標選擇上難以全面地反映能源安全的綜合狀態(tài)。同時，區(qū)域能源安全是動態(tài)變化的概念，因此，為深入理解能源供應(yīng)、需求、使用變化的特征和狀況，需要持續(xù)地進行研究，并在研究區(qū)域、尺度、指標選取、評價方法等方面可做進一步的深入分析。