基于熵權(quán)TOPSIS法的我國(guó)區(qū)域能源安全評(píng)價(jià)研究

孫貴艷,王 勝

(1.重慶社會(huì)科學(xué)院 重慶 400020;2.西南大學(xué) 重慶 400715)

1 引言

我國(guó)提出，推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命,構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。一般而論,能源安全作為能源體系的狀態(tài),直接影響到國(guó)家或地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展與社會(huì)穩(wěn)定,成為全世界關(guān)注的重要議題[1]。我國(guó)“缺油、少氣、富煤”的資源稟賦,經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的能源消費(fèi)總量的剛性增長(zhǎng),以及國(guó)際能源價(jià)格走低的發(fā)展態(tài)勢(shì)等,導(dǎo)致我國(guó)以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)沒(méi)有得到明顯改善。我國(guó)原油、天然氣的對(duì)外依存度較高,2017年分別達(dá)

到67.4%、39%。同時(shí),由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求、能源資源空間分布、生態(tài)環(huán)境要求之間的空間不匹配,棄風(fēng)、棄光、棄水電現(xiàn)象仍較嚴(yán)重,導(dǎo)致我國(guó)供應(yīng)不足與粗放式利用矛盾明顯。鑒于此,對(duì)我國(guó)不同省市的能源安全狀況進(jìn)行研究,有利于把握我國(guó)各區(qū)域的能源安全形勢(shì),促進(jìn)國(guó)家與地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

能源安全的提出與20世紀(jì)70年代后期的石油危機(jī)是緊密相關(guān)的。隨著全球化進(jìn)程的加快,能源需求、價(jià)格調(diào)整和環(huán)境問(wèn)題日益突出,能源安全的重要性和內(nèi)涵都在發(fā)生變化,擴(kuò)展為涵蓋能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境等多維度的概念[2,3]。如亞太能源研究中心[4,5]對(duì)能源安全概述為：保證能源資源可持續(xù)供應(yīng)和能源價(jià)格維持在合理的水平,不對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生不利影響的經(jīng)濟(jì)能力,不會(huì)受到可利用性、可獲得性、可接受性、可承受性等方面的影響。隨著能源安全涉及維度的不斷延伸,學(xué)者們提出了一系列能源安全的度量標(biāo)準(zhǔn)：Von Hippel[6]從環(huán)境、技術(shù)、需求管理和社會(huì)文化政治4個(gè)方面建立了亞洲各國(guó)的能源安全評(píng)價(jià)框架;Vivoda[7]在Von Hippel研究的基礎(chǔ)上,增加了人類(lèi)安全、國(guó)際關(guān)系、政策3個(gè)因素,但未在國(guó)家或地區(qū)進(jìn)行實(shí)證分析;Sovacool[8]認(rèn)為Vivoda研究的涵蓋維度不夠全面,部分指標(biāo)不具有普適性,因此在對(duì)64個(gè)國(guó)際權(quán)威能源機(jī)構(gòu)進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化訪談的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了由可利用性、依存度、多樣性等20個(gè)維度、200個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的指標(biāo)體系。同年,Sovacool、Mukherjee[9]又進(jìn)一步歸納出300個(gè)單一指標(biāo)與52個(gè)復(fù)雜指標(biāo)的能源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)。除學(xué)者們的研究外,國(guó)際上的能源研究機(jī)構(gòu)和部門(mén)也進(jìn)行了相關(guān)研究,如英國(guó)能源安全聯(lián)合研究小組[10]圍繞英國(guó)的天然氣、電力供應(yīng)安全,從能源供需預(yù)測(cè)、市場(chǎng)信號(hào)、市場(chǎng)響應(yīng)3個(gè)維度構(gòu)建了能源安全評(píng)價(jià)體系。

在關(guān)注國(guó)家層面的能源安全外,學(xué)者們也加強(qiáng)了對(duì)區(qū)域?qū)用娴哪茉窗踩难芯?如劉立濤等[11]從可獲得性、經(jīng)濟(jì)效率、社會(huì)福利、環(huán)境保護(hù)4個(gè)維度構(gòu)建了區(qū)域能源安全評(píng)價(jià)體系;Zhang等[12]從可用性和多樣性、可承受性和公平性、技術(shù)和效率、環(huán)境可持續(xù)性、管理和創(chuàng)新5個(gè)維度對(duì)我國(guó)不同省市的能源安全狀況進(jìn)行了分析;孫涵等[13]從能源供應(yīng)、使用、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境安全4個(gè)方面對(duì)我國(guó)區(qū)域能源安全保障水平進(jìn)行了研究?？傮w來(lái)說(shuō),早期的能源安全強(qiáng)調(diào)能源供應(yīng)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)價(jià)格合理,多是從影響供應(yīng)穩(wěn)定的政治、資源稟賦、運(yùn)輸?shù)纫蛩?以及影響經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的價(jià)格因素角度構(gòu)建能源安全指標(biāo)體系。隨著能源安全內(nèi)涵的豐富,近幾年增加了能源使用安全、環(huán)境安全等方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)。不容忽視的是,國(guó)家層面的能源安全研究成果較豐富,而區(qū)域?qū)用娴哪茉窗踩u(píng)價(jià)研究偏少,且評(píng)價(jià)指標(biāo)多側(cè)重能源供應(yīng)側(cè)、能源使用,以及存在重指標(biāo)構(gòu)建、輕使用等問(wèn)題。鑒于此,考慮到能源的供應(yīng)側(cè)、需求側(cè)、使用情況,本文從區(qū)域能源供應(yīng)、能源需求、能源使用3個(gè)維度構(gòu)建了區(qū)域能源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系?？紤]到熵權(quán)TOPSIS法具有獲得權(quán)重客觀真實(shí)、模型計(jì)算簡(jiǎn)單、可進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治龅葍?yōu)點(diǎn),所以本文采用熵權(quán)TOPSIS法對(duì)我國(guó)不同省市的能源安全水平進(jìn)行分析,以便為制定能源環(huán)境方面的政策提供參考。

2 研究方法

2.1 熵權(quán)TOPSIS法

TOPSIS法是一種基于評(píng)價(jià)對(duì)象與理想化目標(biāo)的距離進(jìn)行排序的評(píng)價(jià)方法[14]。為了有效消除評(píng)價(jià)的內(nèi)外部環(huán)境發(fā)生變化產(chǎn)生的影響,在此運(yùn)用熵值法來(lái)確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重,使評(píng)價(jià)結(jié)果更具有可比性。考慮到各指標(biāo)的量綱、數(shù)量級(jí)、指標(biāo)的正負(fù)取向有差異,采用極差法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)處理,計(jì)算公式為:

正向指標(biāo):

(1)

負(fù)向指標(biāo):

(2)

在能源安全指標(biāo)體系的測(cè)度中,權(quán)重的確立是非常重要的內(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(biāo)提供的信息來(lái)決定權(quán)重。在此采用客觀賦值法中的熵值法,根據(jù)熵值大小,即各指標(biāo)的變異程度,確定權(quán)重。

計(jì)算第i個(gè)地區(qū)第j項(xiàng)指標(biāo)值的比重:

(3)

計(jì)算信息熵:

(4)

計(jì)算信息熵冗余度:

dj=1-ej

(5)

確定指標(biāo)的權(quán)重:

(6)

最后得到單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)得分:

(7)

確定正理想解和負(fù)理想解:

(8)

(9)

各評(píng)價(jià)對(duì)象到正理想解和負(fù)理想解的歐式距離,計(jì)算公式為:

(10)

(11)

各評(píng)價(jià)對(duì)策與最優(yōu)解的相對(duì)接近度Ci:

(12)

2.2 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

參考相關(guān)學(xué)者的研究成果[15,16],將接近度劃分為5個(gè)評(píng)判等級(jí),見(jiàn)表1。

表1 區(qū)域能源安全評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

3 區(qū)域能源安全評(píng)價(jià)

3.1 區(qū)域能源安全評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

借鑒已有的研究成果,按照全面性、普適性、可比性等原則,從區(qū)域能源供應(yīng)安全、能源需求安全、能源使用安全3個(gè)維度來(lái)構(gòu)建區(qū)域能源安全評(píng)價(jià)體系。考慮到能源供應(yīng)安全可能會(huì)受到資源稟賦、資源可獲得性、技術(shù)和管理水平等影響,因此選擇從資源稟賦、可獲得程度、技術(shù)發(fā)展、能源管理4個(gè)方面來(lái)度量,主要選擇能源總儲(chǔ)量、能源生產(chǎn)多元化指數(shù)、對(duì)外依存度、市場(chǎng)流動(dòng)性、地質(zhì)勘查投入強(qiáng)度、能源工業(yè)投資等指標(biāo)。能源需求安全則從經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、普惠程度兩方面來(lái)度量,主要選擇人均GDP增速、人口增長(zhǎng)率、城鎮(zhèn)化率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消費(fèi)彈性系數(shù)、農(nóng)村人均用電量、能源價(jià)格等指標(biāo)。能源使用安全從消費(fèi)結(jié)構(gòu)、利用效率、環(huán)境影響、環(huán)境保護(hù)4個(gè)方面來(lái)度量,主要選擇多元化指數(shù)、非化石能源消費(fèi)比例、單位GDP能耗、人均碳耗、人均廢水排放量、廢氣排放強(qiáng)度、節(jié)能環(huán)保投入強(qiáng)度等指標(biāo),具體的指標(biāo)體系見(jiàn)表2。

表2 區(qū)域能源安全評(píng)價(jià)體系及權(quán)重

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

本文根據(jù)上述構(gòu)建的區(qū)域能源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,同時(shí)借助2017年的《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》及各省、自治區(qū)、直轄市的統(tǒng)計(jì)年鑒,利用熵權(quán)TOPSIS法對(duì)我國(guó)的區(qū)域能源安全狀況進(jìn)行了分析,結(jié)果見(jiàn)表3(因數(shù)據(jù)缺失，未包括香港特別行政區(qū)、澳門(mén)特別行政區(qū)、臺(tái)灣地區(qū)、西藏自治區(qū))。

表3 我國(guó)區(qū)域能源安全水平

從表3可見(jiàn):①我國(guó)的區(qū)域能源安全程度普遍較低。我國(guó)大部分省市的能源安全值在0.3以下,約1/2的省市的能源安全值處在0.2以下。其中,上海、山西、青海、新疆、海南、寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古、北京、黑龍江的能源安全值高于全國(guó)的平均水平。特別是上海、山西、青海、新疆的能源安全值在0.3以上。就C值來(lái)看,上海、山西處于臨界安全狀態(tài),寧夏、新疆、青海、內(nèi)蒙古、海南、甘肅、北京處于較不安全狀態(tài),其他地區(qū)都處于不安全狀態(tài)。②在能源供應(yīng)安全方面,新疆、山西的能源供應(yīng)安全狀況相對(duì)較好。就我國(guó)的三大區(qū)域而論,能源供應(yīng)安全的平均值為西部地區(qū)>中部地區(qū)>東部地區(qū),呈現(xiàn)“西高東低”的變化態(tài)勢(shì)。對(duì)我國(guó)區(qū)域內(nèi)不同省市能源安全的差異狀況而論,通過(guò)變異系數(shù)分析可知,中部地區(qū)>西部地區(qū)>東部地區(qū),這表明我國(guó)中部地區(qū)內(nèi)不同地區(qū)間的供應(yīng)安全差異性較大。對(duì)我國(guó)東部地區(qū)而言,海南的能源供應(yīng)安全值最高,主要是由于海南以旅游業(yè)為主,能源消費(fèi)量處于全國(guó)最低水平,山東的能源供應(yīng)狀況居第二。分析發(fā)現(xiàn),雖然山東的能源消費(fèi)量居全國(guó)第一,但其能源基礎(chǔ)儲(chǔ)量相對(duì)較大,能源工業(yè)投資居全國(guó)首位;浙江省的能源供應(yīng)安全值最低?？傮w來(lái)說(shuō),我國(guó)東部地區(qū)總體上能源基礎(chǔ)儲(chǔ)量較少,導(dǎo)致對(duì)外的能源依賴(lài)程度較高,地質(zhì)勘查投入與能源工業(yè)投資相對(duì)偏低。對(duì)我國(guó)中部地區(qū)而言,山西的能源供應(yīng)狀況最好,這是由于山西能源基礎(chǔ)儲(chǔ)量豐富,占到全國(guó)基礎(chǔ)儲(chǔ)量的34.91%,可滿足本地區(qū)的能源消費(fèi)需求,因此能源對(duì)外依存度較低。同時(shí),山西的能源開(kāi)發(fā)利用也導(dǎo)致了該省能源投資量居全國(guó)前列;黑龍江、吉林作為我國(guó)的老工業(yè)基地,石油、煤炭、天然氣較豐富,因此能源生產(chǎn)的多樣化水平較高。但隨著不間斷地開(kāi)采引起儲(chǔ)量減少,為尋找新的能源儲(chǔ)量基地的地質(zhì)勘查投入強(qiáng)度有所加大。此外,我國(guó)其他省市的能源供應(yīng)安全水平都較低。對(duì)我國(guó)西部地區(qū)而言,能源供應(yīng)安全水平普遍相對(duì)較高,特別是新疆、寧夏、內(nèi)蒙古、青海、陜西等西北地區(qū)的能源供應(yīng)安全值都在0.1以上。其中,除青海的能源基礎(chǔ)儲(chǔ)量與能源消費(fèi)量偏少、地質(zhì)勘查投入相對(duì)較大外,其他地區(qū)均是由于能源儲(chǔ)量非常豐富,主要是原因這些地區(qū)的地質(zhì)勘查投入強(qiáng)度較大和能源工業(yè)投資較高。我國(guó)西南地區(qū)的省市雖有一定的能源儲(chǔ)量,但受地質(zhì)環(huán)境的影響,開(kāi)發(fā)難度較大,能源工業(yè)投資相對(duì)較少。③在能源需求安全方面,我國(guó)東部地區(qū)的水平普遍較高,省市間的差異性較大。上海的能源需求安全居全國(guó)首位,山東的能源需求安全居全國(guó)倒數(shù)第二。其中,雖然上海的城鎮(zhèn)化水平是全國(guó)最高的,達(dá)到87.9%,但農(nóng)村人均用電量也居全國(guó)首位,達(dá)到33576.94kW·h,工業(yè)占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重偏低,僅26.81%。其次是海南、遼寧、北京等,其中海南主要是由于工業(yè)占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重是全國(guó)最低的,僅為11.90%,北京的工業(yè)占比也只有15.69%,遼寧則主要是由于人口呈現(xiàn)增長(zhǎng)。我國(guó)中部地區(qū)省市間的能源需求安全差異性較小,其中黑龍江的能源需求安全水平最高,究其原因是黑龍江的人口增長(zhǎng)率呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng),人均GDP增速也偏低,加上以裝備、石化、能源、食品等傳統(tǒng)工業(yè)為主,工業(yè)占比偏高。我國(guó)西部地區(qū)省市的能源需求安全值差異較小,其中甘肅的能源安全最高,主要是由于甘肅的城鎮(zhèn)化水平較低,僅為44.69%,工業(yè)占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重也只有24.41%,同時(shí)能源消費(fèi)呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。內(nèi)蒙古的能源需求安全水平是我國(guó)西部最低的。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),雖然內(nèi)蒙古人口增長(zhǎng)率僅有0.36%,居西部倒數(shù)第一,農(nóng)村人均用電量也僅此于居西部首位的新疆,達(dá)726.98kW·h,但其城鎮(zhèn)化水平是西部地區(qū)最高的,達(dá)到61.19%,工業(yè)占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重達(dá)到39.90%,居西部首位。④在能源使用安全方面,我國(guó)東部地區(qū)普遍較低,且省市間的差異性較小,其中北京的能源使用安全水平最高,居全國(guó)第二,這主要是由于北京的非化石能源消費(fèi)比重較高,節(jié)能環(huán)保投入較大,以及能源消費(fèi)多樣化水平與能源消費(fèi)利用效率較高。其次是海南,究其原因是工業(yè)企業(yè)較少,人均廢水排放量與人均碳排放量偏少,以及節(jié)能環(huán)保支出強(qiáng)度較高。總體來(lái)說(shuō),我國(guó)東部地區(qū)風(fēng)能、水能等非化石能源消費(fèi)比重、人均廢水排放量、能源利用效率都高于中西部地區(qū),且注重節(jié)能環(huán)保的投入來(lái)改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境。我國(guó)中部地區(qū)的能源使用安全水平偏低,其中山西最低,主要是因?yàn)橐悦禾肯M(fèi)為主,導(dǎo)致廢氣、碳排放量較高和能源利用效率偏低。此外,我國(guó)其他省市間存在較小的差異性?？傮w來(lái)說(shuō),相比于東部地區(qū),受產(chǎn)業(yè)承接的影響,我國(guó)中部地區(qū)廢水、廢氣、碳排放量偏高,節(jié)能環(huán)保的投入力度偏低,同時(shí)受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的限制,人口增長(zhǎng)緩慢,所以能源使用安全狀況稍微好于東部地區(qū)。我國(guó)西部地區(qū)能源使用安全水平總體較高,其中青海最高,這主要是由于青海實(shí)施“以電代煤、以電代油、以電代糞”等工程,光伏、風(fēng)電等非化石能源消費(fèi)比重居全國(guó)第一,廢水、廢氣、碳排放量等偏低,以及節(jié)能環(huán)保支出強(qiáng)度較大造成的。內(nèi)蒙古、寧夏的能源使用偏低,主要是由以煤炭為主,棄電現(xiàn)象較嚴(yán)重,廢水、廢氣、碳排放量偏高,以及能源利用效率低造成的。此外,貴州、陜西主要是受能源資源稟賦的影響。重慶、四川、廣西、云南的水資源及西北地區(qū)甘肅、新疆的光伏、風(fēng)電雖然都很豐富,但由于本地消納困難,棄風(fēng)、棄水、棄光電現(xiàn)象非常嚴(yán)重。總體來(lái)說(shuō),我國(guó)西部地區(qū)水、光、風(fēng)等資源豐富,加上重工業(yè)企業(yè)較少,能源消費(fèi)量少于中東部地區(qū),廢水、廢氣、碳排放量低等,使西部地區(qū)的能源使用安全水平明顯高于中東部地區(qū)。

4 結(jié)論與建議

在從能源供應(yīng)、需求、使用三個(gè)維度構(gòu)建區(qū)域能源安全評(píng)價(jià)模型的基礎(chǔ)上,本文主要運(yùn)用熵權(quán)TOPSIS法對(duì)我國(guó)區(qū)域的能源安全狀況進(jìn)行了實(shí)證研究。結(jié)果顯示,我國(guó)的能源安全普遍較低。其中,上海、山西、青海、新疆、海南、寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古、北京、黑龍江的能源安全值高于全國(guó)平均水平,且呈現(xiàn)西北向東南逐漸降低的趨勢(shì)。此外,除上海、山西處于臨界安全狀態(tài)外,寧夏、新疆、青海、內(nèi)蒙古、海南、甘肅、北京處于較不安全狀態(tài),我國(guó)其他地區(qū)都處于不安全狀態(tài)。

就能源供應(yīng)、需求、使用三個(gè)維度的全國(guó)狀況而論,山西與新疆的能源供應(yīng)安全水平、上海的能源需求安全水平、青海與北京的能源使用安全水平較高。對(duì)我國(guó)三大區(qū)域而言,西部地區(qū)能源供應(yīng)安全水平、東部地區(qū)能源需求安全水平、西部地區(qū)能源使用安全水平相對(duì)較高。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),受能源基礎(chǔ)儲(chǔ)量相對(duì)豐富、地質(zhì)勘查投入相對(duì)較高和能源消費(fèi)量、污染排放量偏少等原因,我國(guó)西部地區(qū)能源安全水平明顯好于中東部地區(qū)。

基于以上研究,本文提出以下建議:①在能源供應(yīng)方面,加大航空物探、遙感等技術(shù)的利用,持續(xù)優(yōu)化礦產(chǎn)勘查結(jié)構(gòu);各地區(qū)應(yīng)因地制宜地推進(jìn)水能、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源的開(kāi)發(fā)與利用,提高能源供應(yīng)的多樣化,優(yōu)化能源供給結(jié)構(gòu)。②在能源需求方面,繼續(xù)實(shí)施農(nóng)村電網(wǎng)升級(jí)改造工程,提高我國(guó)特別是中西部地區(qū)農(nóng)村的人均用電量。同時(shí),緊抓“中國(guó)制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等發(fā)展機(jī)遇,大力推進(jìn)信息化與工業(yè)化的深度融合,并通過(guò)加大智能化、自動(dòng)化等來(lái)改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，培育壯大電子信息、新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。③在能源使用方面,持續(xù)優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),改變我國(guó)西部地區(qū)能源粗放式利用方式,完善可再生能源的開(kāi)發(fā)利用機(jī)制,增強(qiáng)水電、光電、風(fēng)電的能源消納能力;工業(yè)生產(chǎn)中選擇環(huán)保原料,從源頭控制工業(yè)的碳排放量,嚴(yán)格監(jiān)管污染源的達(dá)標(biāo)排放,對(duì)產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣等進(jìn)行循環(huán)利用;加大新技術(shù)、新設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)與引進(jìn),提高能源利用效率。