我国城市化对能源消费的影响机制研究

邵洲洲，陈卫民（南开大学 人口与发展研究所，天津300071）

我国城市化对能源消费的影响机制研究

邵洲洲，陈卫民
（南开大学 人口与发展研究所，天津300071）

能源作为推进城市化发展不可或缺的生活、生产资料，平衡能源供需矛盾，才能稳步推进城市化进程。本文采用理论分析和实证检验相结合的方法，进行城市化影响能源消费的传导机制分析。城市化发展过程一方面通过产业集聚形成经济规模效应、结构效应和技术效应影响生产能源消费需求；另一方面通过人口聚集形成人口规模效应、收入效应和消费效应影响生活能源消费。本文基于2005-2012年各个省份的面板数据，首先建立各个中间传导变量与生产、生活能源消费的回归模型，然后度量各个变量与城市化率之间的相关性。最终结果显示城市化通过扩大经济规模、增加城镇人口、促进收入水平上升和降低恩格尔系数来增加能源消费量，同时通过降低单位产值能耗和第二产业比重、提高第三产业比重来减少能源消费量。

能源消费；城市化；影响机制

一、引言

我国能源消费的总量基数已经很大，2010年我国超越美国成为世界第一大能源消费国，从2002年到2012年，我国的能源消费占全世界的比重从11.2%攀升至21.9%。能源消费按消费主体分为城市能源消费和农村能源消费，其中城市能源消费占主要部分，我国城市能源消费比重为75%，预计2030年将达到83%（PacioneM2009）［1］。能源消费需求量随城镇化建设的推进会不断上升，根据国务院发展研究中心的数据，城镇化率每提高1%，能源消费至少会增长6000万吨标准煤。我国已经成为国际上能源消费总量和增量都是最大的国家，而我国所处的城市化经济发展阶段的能源需求特征使得减少能源消费需求的绝对数量相对困难，快速的城市化进程会造成已有的能源供需矛盾将更加突出。因此为实现“十二五”规划中的城市化建设目标，有必要探讨城市化进程对能源消费的影响机制，才能通过建设新型城市化增加能源利用效率，从而缓解能源供需不平衡的矛盾。

关于我国城市化与能源消费之间的相互关系，Lei Shen（2005）的分析结果显示我国的城市化水平与能源消费、供给都存在较强的相关性，其中煤炭、石油、天然气的消费需求量与城市化的相关系数分别高达70.87%、80.24%和89.69%［2］。刘耀彬（2007）、周国富（2011）、王晓岭（2012）、张优智（2013）采用相关分析、协整检验和格兰杰因果检验研究我国城市化与能源消费之间的动态相关性，结果一致表明我国城市化与能源消费存在长期均衡关系和单向格兰杰因果关系，城市化水平的提高带动能源消费的增加。张欢（2011）进一步研究不同期限内城市化与能源消费的动态关系，研究结果显示短期内，城市化对能源需求增长起促进作用，中长期城市化水平提高对能源需求表现为集约和节约效应［3］。白积洋（2009）的研究显示城市化率每提高一个百分比，能源消费的自然对数就会增加约3.64个百分比［4］。Phetkeo Poumanyvong（2010）研究显示不同收入水平群体的能源消费受城市化的影响不同，城市化降低低收入群体的能源消费水平，而增加中高收入群体的能源消费［5］。

既然城市化与能源消费之间存在长期均衡关系，有必要分析在城市化发展进程中，城市化通过什么路径影响能源消费。Donald W.Jones（1991）用城市化进程中的产业结构、运输成本、城市基础设施建设和居民生活方式的改变来解释城市化对能源消费的影响［6］。贾江涛（2011）通过三条路径解释城市化对能源消费影响，即城乡居民在生活方式、能源消费结构等方面的差导致的直接影响路径；城市化进程对城市居民生活方式及消费结构转变的间接路径；最后是城市化通过对产业结构调整的间接路径［7］。藏超（2012）指出城市化水平提高促进经济增长和带来第三产业产值比重提高，同时降低第二产业的能源消费强度，我国快速城市化进程中，城市化的规模效应远远大于技术效应，产业结构效应不显著［8］。马珩（2012）研究表明GDP、工业增加值占GDP比重、城镇人口比重都会增加中国的能源消费，第三产业比重、技术进步和节能政策降低能源消费量［9］。部分学者采用结构分解的方法探讨城市化快速发展进程中能源消费变动影响因素，梁进社（2009）通过对1985—2006年中国能源消费量变化进行分解，结果表明规模增长效应是导致能源消费量增长的主要因素，技术进步是能源消费减少的关键因素，产业结构调整总体上没有起到减少能源消费的作用，反而向着增加的方向发展［10］。高振宇（2007）的研究同样显示产业效率效应促使单位能耗降低，结构效应起着提高单位能耗的作用［11］。李艳梅（2012）不仅进行生产能源需求增长的结构分解分析，造成生产能源消费增加的因素按影响程度大小依次是经济规模、产业结构和经济增长方式，促使能源消费减少的因素是节能技术；而且进一步对间接生活能源需求增长进行结构分解，分析结果表明消费总量、消费结构、城乡消费比、中间生产技术等变化是促使间接生活能源消费增加的原因，同样只有节能技术能减少间接生活能源消费［12］。张明慧（2012）指出恩格尔系数对能源消费具有显著的反向影响［13］。

综上所述，前人研究都是将城市化与经济增长、工业化、经济结构同时作为控制变量对能源消费回归，取城市化率的回归系数为城市化对能源消费的影响大小。这些处理方法没有考虑到城市化通过促进经济发展，改变居民生活方式，从而形成对能源消费的间接影响。鉴于此，本文将城市化对能源消费的影响机理进行系统地梳理，进行城市化影响能源消费的路径分析。在此基础上，采用全国各省面板数据构建考察城市化影响生产能源消费和生活能源消费机制的实证模型，检验各传导途径的作用大小。

二、城市化对能源消费的影响机制

城市化就是人口聚集的过程，人口的集中必然带来经济活动的转移，经济结构随着发生改变，由农业为主的传统产业结构向以工业和服务业为主的现代产业结构逐渐转变，产业结构的转变意味着生产方式的改变。农村人口向城镇的转移带来消费方式和闲暇方式向城市居民靠拢，生活方式发生改变。能源的消费需求来源于生产过程和日常生活，城市化主要就是通过转变生产方式和生活方式来改变能源需求的总量和结构。首先城市的聚集经济促使产业和人口往城市集中，然后产业聚集效应和人口聚集效应分别通过三条路径影响能源消费水平。其中产业聚集通过以下三个方面影响能源消费：

1.规模效应。经济发展有助于加快城市化进程，城市化能带来经济发展（Pacione，2009）。产业聚集带来技术、劳动力、资本以及产品市场等经济增长所需生产要素的集中，对该区域经济发展有集聚效益，推动经济增长。人口的集中提供了销售市场，促使产量增加，使得经济规模不断扩大，进而产生更多的能源消费需求。

2.结构效应。城市化的推进伴随着工业化带来的产业结构转型升级，产业结构由以第一产业为主转向二三产业逐渐崛起成为主导产业。因不同产业所需能源种类和总量不同，能源消费需求量和结构会随产业结构转型而发生改变。农业生产主要以人力、畜力为主，农民生活则依赖于薪柴、稻秆等生物质能，因此商品能源消费总量与消费结构层次水平都较低。第二产业相比农业能源强度大，尤其是工业部门对能源的依赖性更强。随着城市化继续推进，第三产业会快速发展，这会减缓工业能源消费增加导致总体能源消费水平上升的速度。第三产业主要是满足城市居民多样化和高层次的服务需求，提升居民消费层次，因此对能源消费的影响主要是结构影响，降低煤炭等低级能源的消费，而提高对电力、天然气等清洁能源的消费。

人口和经济活动的集中对运输业产生更多需求，资源需要通过长途运输供应给城市，集中生产的产品也需要长途运输到其他生产，使得城市物流业得以快速发展，从而大大增加化石能源的需求。城市化同样带来个人交通方式的改变，通勤距离增加使得个人交通机械化水平提高，从而产生更多的能源消费需求。Pacione（2009）的研究显示家庭能源消费中交通能源消费占25%-60%。

3.集聚效益。包括外部经济、创新效益和竞争效益。其中外部经济主要体现在：有助于获得上下游企业的配套产品和服务，可以减少搜索原材料成本和运输费用，使得生产成本下降；聚集在一起的企业对生产链分工细化，有助于提高劳动生产率。企业的集聚一方面有助于相互间沟通，带来知识技术外溢，另一方面会加剧竞争，这会给企业带来创新的压力，迫使企业降低成本。成本下降、劳动生产率上升、技术水平的提升都会降低生产的能源强度，有助于减少能源消耗。

人口聚集通过以下三个效应带来能源消费改变：

1.规模效应。城乡居民生活方式和生存环境的差异导致了城乡能源消费数量和结构差异。2000年之前我国城市居民的人均能源消费水平一直是农村人均能源消费量的3倍以上，随着社会主义新农村建设，农村居民生活水平提高，能源消费差异逐渐减少，至2010年城镇人均能源消费量依然是农村的1.5倍。传统生物质能是农村家庭用能的主要部分，如薪草、畜粪、秸秆，农民对商品能源的支付能力有限且可获得性不足。对比我国农村与城镇居民商品能源消费结构，城镇生活用能中煤炭消费量已降低至10%，天然气、热力、电力等清洁能源成为主体，农村以煤炭为主，而热力、天然气等清洁能源几乎没有应用。因此城市化进程中随着城市人口绝对数量和相对数量都增加，将导致能源消费需求增加。

人口往城市集中，一方面通过改变了城乡相对人口，直接影响能源消费，另一方面通过影响农业生产和消费而间接影响能源消费。农村人口比重下降，使得更少的人口进行农业生产来满足更多人口的农产品需求，会促使农业生产机械化，农产品运输成本上升，从而引起能源消费需求增加。

2.收入效应。能源阶梯理论指出一个家庭随着经济地位的提高而不断爬升能源阶梯，说明了收入是影响能源消费结构的主要因素，随着居民经济状况的改善家庭用能趋向更现代的商品能源。城市化有利于开拓市场，扩大需求，拉动经济增长，从而促进居民收入水平提高，收入增加会直接带动居民消费水平以及消费结构的升级，如增加电器设备的购买和使用，对能源的数量和质量提出了更高的要求，能源消费总量及结构就会变化。Malenbaum（1978）、Jones（1989）的实证研究均显示收入与能源强度存在倒U的关系，Bernardini and Galli（1993）指出收入增加使得消费结构从低能源消耗型转向高能源消耗型，随着收入达到某个临界值，不再是增加耐用品的消费量，而是用先进技术生产的新耐用品来替换原有的高能耗耐用品，因此能源强度会下降［14］。Perry Sadorsky（2009）收入对能源消费影响既有技术效应又有规模效应，一方面收入增加通过技术效应降低能源消耗，另一方面通过规模效应增加能源消费［15］。当收入增加，农村居民会增加能源消费支出，提高能源消费数量，而城镇居民会用于改变能源消费结构，提高能源消费质量（张馨2012）［16］。

3.消费效应。居民能源消费分为直接能源消耗和间接能源消耗，其中直接能耗指供暖系统、家用电器、交通工具等所用的能源，间接能耗指为提供居民消费的产品或服务在生产、运输和销售环节所消耗的能源。刘洪涛（2011）基于实物价值型能源投入产出序列表，计算出城乡居民的间接能源消费量，发现间接能源消费量远大于直接能源消费量，同期两者比值达2至3倍左右［17］。消费效应就是指为满足居民对住房、家电和交通工具等需求，供应商在生产、运输和销售环节所消耗的能源。随着城市化水平的提高，市场经济更加完善，需求对生产具有更明显的导向作用，因此居民消费结构的变动对相关行业的影响会很显著，最终形成对能源消费的间接影响。

综合以上分析，城市化通过中间传导变量：经济规模、经济结构、能源强度、人口规模、收入水平和消费结构影响能源消费总量，因此城市化对能源消费的影响程度与三组系数有关：中间变量对生产、生活能源消费的影响系数，城市化对中间变量的作用大小，生产、生活能源消费占总能源消费的比重。第四部分将基于该部分的理论来具体衡量城市化与能源消费的关联程度。

三、实证研究

基于以上的理论分析，城市化通过各个传导变量分别影响生产和生活能源消费，因此要衡量城市化水平变动对能源消费总量的影响，应该分三步来解决，首先计算各个影响因素对生产和生活能源消费的影响大小，然后衡量城市化与各个影响因素的相关性，最后根据前两步的结果计算城市化对生产和生活能源消费的影响，并最终折合成对能源消费总量的影响，如图1所示，城市化对能源消费总量的影响取决于系数1、系数2和系数3，下文将分别估计这三组系数。

（一）各个传导变量对能源消费的影响

1.计量模型

生活能源消费和生产能源消费的影响机制不同，本文将分别讨论城市化水平变动对生活和生产的能源消费影响。为确定各传导途径的作用大小，下面从产业集聚和人口集聚两个方面根据传导机制选取控制变量，分别建立影响因素与生产、生活能源消费的计量模型：

图1　城市化对能源消费的传导路径

式中，heit、peit分别为生活、生产能源消费总量（万吨标准煤）；

popit为城镇人口总量（万人），其系数反映人口聚集引起的规模效应大小。

wageit为城镇单位在岗职工平均工资水平（元），其系数反映收入效应的大小，由于收入水平和能源消费量都取了对数，该变量的系数可作为能源消费的收入弹性。

engit为城镇居民家庭恩格尔系数，用于衡量居民消费结构，间接反映家庭能源消费模式的变动和消费结构的转换，该变量系数衡量的是消费效应的大小。

gdpit为各地区生产总值（亿元），代表经济规模，其系数反映产业聚集产生的规模效应对能源消费的影响程度。

mauit和serit分别为第二产业产值比重和第二产业产值比重，用来反映产业结构，其系数反映结构效应的作用大小。

techit为单位工业增加值能源消耗，其系数为集聚效益对能源消费的影响程度。集聚效应通过节约生产成本、提高劳动生产率和升级生产技术水平降低企业的单位产值能耗，然而用单位地区产值能耗与作为被解释变量的地区产值能耗相关，产生内生性问题。考虑到我国的经济结构特征，工业产值对总生产总值贡献率高达40%以上，且工业能源消耗占总能源消耗的70%以上，因此工业的能耗强度变动对总产值的能耗强度具有决定性影响，用单位工业增加值能耗反映单位产值能耗最具有代表性。

其中，各个变量的下标i和t分别表示省份和年份，fi表示不可观测的地区特征效应，ut表示不可观测的时间特定效应，εit表示随机误差项。

为了消除可能存在的异方差和便于弹性分析，模型对除了比值变量，其他变量均取自然对数。

2.数据来源和统计描述

由于各省统计年鉴的统计口径不一致，工业能源消耗量数据的可获得性有限，本文只能选取2005—2012年我国24个省份作为研究样本。表1给出了所有变量的统计描述。

3.单位根检验

在应用面板数据模型进行回归分析前，首先要进行单位根检验，以判断各变量序列的稳定性，避免虚假回归。以下是采用LLC检验、IPS检验以及CH检验（ADF-Fisher）三种方法对各个变量的检验结果。

表1　各个变量的统计描述

表2　各个变量的单位根检验结果

结果显示，尽管第三产值比重、单位工业能耗和城市人口对数的IPS检验不能接受稳定性假设，但该三个变量的其他检验结果均接受稳定性假设，因此认为这些变量均稳定。最终结论是所有变量都稳定，因此直接回归不会造成虚假回归，不需要再进行协整检验。

4.模型回归结果

对这两个模型分别进行混合最小二乘回归、固定效应回归和随机效应回归，模型1的回归结果如表3。

研究结果显示城市人口总量、收入水平与生活能源消费量呈正相关性，而恩格尔系数与生活能源消费呈负相关性，结果与前面的经验分析一致。通过Hausman检验结果的P值可知，随机效应回归模型能够更好解释各个影响因素对生活能源消费的影响，城市人口、收入水平每提高1%，生活能源消费量将会增加0.9352%和0.4606%，而恩格尔系数每降低1个单位，生活能源消费量将会增加1.2012%，其中人口规模对生活能源消费的影响最明显。

表3　模型1的回归结果

模型2的回归结果如表4所示：

表4　模型2的回归结果

结果表明gdp、第二产业产值比重和单位工业增加值能耗与生产能源消费量之间存在正向相关性，而第三产值比重与生产能源消费量呈负向相关性。通过Hausman检验结果的P值可知，固定效应回归模型更好解释各个影响因素对生产能源消费的影响，当固定其他变量，变量gdp、第二产业产值比重和单位工业增加值能耗每提高1%，我国生产能源消费会分别增加0.6361%、0.6591%、0.1001%，第三产值比重变化对能源消费影响不显著，这是由于大部分省份服务业比重小且基本没有变化。其中影响最大的是经济规模，而单位产值能耗对生产能源消耗的影响作用最小。以上结果与张明慧（2012）、王晓玲（2012）、张黎娜（2013）等对各地区能源消费影响因素分析的研究结论基本是一致。

（二）城市化水平与各个传导变量相关性分析

表5　人口变量与城市化的相关性

表6　生产变量与城市化水平的相关性

进一步估计各传导变量与城市化水平的相关性。

鉴于2005—2012年期间我国人口总量变动很小，年均增长率只有0.5%，因此城市化率变动与城镇人口数之间的相关性取1，即假设城镇人口的变动来源于城乡人口结构变化，而人口总量变动对城镇人口数的影响很小，可忽略不计。表6显示，我国城市化水平提高促进经济增长，带来产业结构的调整，第二产业比重下降，第三产业比重上升，同时城市化的技术溢出效应有利于能源的集约消费和节能技术的应用推广，从而降低单位工业增加值能耗，提高能源利用效率。我国的城市化率与居民收入水平呈正相关性，说明我国城市化有利于收入水平的提高，从而改善居民的生活水平，降低居民消费恩格尔系数。

（三）城市化进程对能源消费的传导机制分析

要衡量城市化水平对能源消费总量的影响，还需要将生产、生活能源消费变动转变为能源消费总量的变动，需进一步衡量生产、生活能源消费的比重。根据全国能源消费数据显示，生产、生活能源消费比8.6，随着城市化的快速推进，使得居民的生活水平提高、生活节奏加快，促使生活能源消费水平上升明显，本文就取0.8为生产能源消费比重，0.2为生活能源消费比重。

最后将前文的回归结果结合，就可以得出城市化最终影响能源消费的作用大小。

表7　传导途径及绝对影响程度

如表7所示，表中系数1指模型1和模型2的相关系数，系数2指城市化对各个传导变量的作用大小，系数3指生产能源消费、生活能源消费占总能源消费的比重，最后一列就是将系数1、系数2和系数3相乘。结果显示，经济规模效应、人口规模效应、收入效应和消费结构效应是增加能源消费的动力。其中经济规模作用最大，当城市化水平增加1个单位，通过经济规模的扩张会引起能源消费增加0.899%。虽然人口规模对生活能源消费的影响显著，但由于生活能源消费占总能源消费的比例小，因此人口规模对总能源消费的影响没有经济规模的作用明显。收入水平和恩格尔系数对生活能源消费的影响显著，但因城市化对这些中间变量的改变很小，因此这些传导因素对总体能源消费的影响作用不大。我国的城市化对恩格尔系数的影响非常小，仅为0.012，这反映了我国经济发展对居民消费状况的改善作用有限。我国城市化发展促进第三产业发展，降低第二产业比重，本文第三部分已经指出第三产业能源强度比第二产业能源强度低，因此城市化的经济结构效应是有利于降低能源消费。以上结果显示第三产业比重增加对节能的作用很小，这主要是由于我国第三产业绝对规模依然偏小，且内部结构偏向于能耗较大的行业。我国的第三产业主要以交通运输、餐饮、旅行等传统服务业为主，而信息、金融等新兴服务业发展缓慢，因此我国现阶段第三产业的发展对节能的作用很有限。总体来看，中国的城市化会带来能源消费的增加，城市化加大能源消费量的主要推动力来自于经济增长以及城市人口的增加，城市化降低能源消费量主要是通过能源利用效率得到提高以及产业结构合理调整。能源效率的改善对能源强度的降低起到积极的推动作用，因此新型城市化应发展循环经济、建设低碳城市，进而不断促进能源强度的下降和能源利用综合效益的上升，降低对能源的依赖程度。

四、结论与政策建议

我国能源消费存在消费量大、利用效率低的问题，使得能源逐渐成为经济健康发展的制约因素。与已有的关于能源消费受城市化影响的研究不同，本文探讨了城市化进程对生活能源和生产能源消费的影响路径及作用机制，并运用我国各省的面板数据建立能源消费的影响模型，最终估计城市化对能源消费的影响程度。与现有研究相比，本文的研究考虑到生产、生活能源消费的差异性，分别讨论了不同能源消费的影响机制，研究结论有助于根据能源消费主体有针对性制定节能措施，从而更有效地提高能源利用效率。

本文的主要发现是：

1.城市化进程中的产业集聚对生产能源消费形成经济规模效应、结构效应和技术效应，以及人口集聚对生活能源消费形成人口规模效应、收入效应和消费效应。经济规模、结构效应中的第二产业比重与生产能源消费呈正相关，而结构效应中的第三产业比重以及单位产值能耗与生产能源消费呈负相关。城镇人口规模、收入水平与生活能源消费呈正相关，消费效应所指的恩格尔系数与生活能源消费呈负相关。

2.进一步实证研究我国城市化通过以上传导机制对能源消费影响方向和大小，研究结果表明我国城市化进程通过经济规模扩大、城镇人口增加、收入水平提高和恩格尔系数的下降形成能源消费增加的压力，城市化进程中的第二产业比重下降、第三产业比重上升、单位产值能耗减少形成能源消费降低的积极的推动力。传导机制中经济规模的绝对影响程度最大，而降低能耗的结构效应、技术效应的影响程度很小，因此随着我国城市化的快速推进，能源消费需求将不断增加。

“十二五”城市化目标的实现，要有相应的能源供应支撑，但日益紧张的世界能源形势，迫使我国从节能减排方面制定国家能源战略，要走低能耗可持续发展道路。我国的能源战略除了通过经济结构的合理调整、能源利用效率的提高来降低生产能源消费，还需要重视家庭生活能源消费，倡导绿色低能耗的生活方式，从而有利于控制生活能源消耗的增长。

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The Study on the Influence Mechanism of Urbanization on Energy Consumption

SHAO Zhou-zhou，CHEN Wei-min
（Population and development research institute of Nankai University，Tianjin，300071）

Energy is an integral part of living and productive resource in the process of urbanization.In order to steadily push forward the urbanization process，valid efforts should be made to maintain the balance between supply and demand of energy. This article adopts the method of combing theoretical analysis and empirical test to analyze the influence mechanism of urbanization on energy consumption.On the one hand urbanization process cast economic scale effect，structural effect and technical effect to influence the productive energy consumption through the industrial gathering.On the other hand urbanization process cast population scale effect，income effect and consumptive effect to impact the living energy consumption through the population gathering.Based on the panel data of each province from 2005 to 2012，this study first constructs two regression models concerning related variables with productive and living energy consumption，and then measures the relationship between the related variables and the urbanization rate.The final result shows that urbanization increases energy consumption by expanding economic scale，increasing urban population，raising income levels and reducing the Engel's coefficient.At the same time，urbanization reduces energy consumption via raising the proportion of the tertiary industry，reducing energy consumption per unit output value and the proportion of secondary industry.

Energy consumption；Urbanization；Influence mechanism

X24

A

1007-0672（2015）03-0006-07

2014-10-24

邵洲洲，女，江西九江人，南开大学人口与发展研究所博士生，研究方向：人口、资源环境经济学。陈卫民，男，安徽池州人，南开大学人口与发展研究所教授，研究方向：人口、资源环境经济学。