上海市城镇化发展对城市能源结构的影响

张珺婷 黄菊文 朱昊辰 李光明

上海同济大学

上海市城镇化发展对城市能源结构的影响

张珺婷 黄菊文 朱昊辰 李光明

上海同济大学

上海市非农业人口占总人口比重在2014年底达到90.3%，城镇化发展迅速。随着人们生活水平提高和消费模式改变，伴随城镇化发展产生变化的是城市产业结构、交通运输系统以及能源结构。如何系统优化城市能源结构，降低因城镇化发展造成的附加成本，使城市能源结构与城镇化发展达到同步化，是我国在经济发展快速上升期必须要面对和解决的问题之一。

城镇化发展；城市能源结构；能源消费；系统优化

21世纪以来，我国进入高速发展的城镇化浪潮。30年前，上海市非农业人口占总人口的比重仅为63.8%，2000年时达到74.6%，截至2014年底达到90.3%[1,2]。随着城市人口数量的大幅提升，上海市城镇化的速度也越发加快，城镇化率的提高同时意味着产业结构、经济增长方式和居民消费水平等诸多方面的变化，进而大幅提高能源消耗[3]，给城市发展带来压力；同时，城镇化带来的新的研究技术提高了能源利用效率，使城镇化对能源消耗强度有正负两方面效应[4]。

面对全球气候变化和环境资源约束，《上海市城市总体规划（2016-2040）草案》[5]指出，上海致力于在2040年建设成为高密度超大城市的可持续发展的典型城市。为实现这一发展目标，上海市新型城镇化建设必须在资源和能源消耗约束前提下，实现城镇化的稳健、快速和可持续发展。由于城镇化与能源消费之间存在着密切的逻辑关系[6]，因此，了解城镇化发展对城市能源结构带来的影响极为重要。目前针对上海市城镇化的研究多偏重于城市建设发展[7,8]、城镇化与经济发展关系[9]、城镇化的可持续发展[10]等角度，其他城市能源消费相关研究多集中于国家能源消费总体状态，但对于单一城市的消费空间组织结构，特别是在城镇化高速发展阶段，城镇能源的消费规模、结构了解较少[11]。本文结合上海市统计年鉴中2000-2014年的相关数据，对上海市城镇化发展带来的城市能源消费变化特征、影响原因进行分析和研究，并从系统的角度提出优化城市能源结构的相关对策。

1 上海市城市能源消费变化特征

1.1 消费品生产从初加工向复杂加工转换

随着城镇化进程的发展，人们的消费品逐渐从初加工产品向复杂加工产品转换，消费水平也逐渐提升。从上海市居民家庭人均消费支出构成统计结果[12]可以看出，农村居民家庭食品大多来自初加工或未加工食品，如粮食、稻谷、蔬菜水果、肉禽、奶及奶制品、水产品等等，主要消费集中在粮食、稻谷和蔬菜方面；娱乐消费品主要有卷烟和酒。城市居民家庭食品大多经过多次加工，如食用植物油、鲜蔬菜瓜果、大米、精肉、糕点、乳品和酸奶、海鲜等等，主要消费为鲜蔬菜瓜果、大米和乳制品；其他消费中具有较大消费量的是啤酒和服装。其一方面是城市人民消费品种类增多、消费水平有所提高，另一方面复杂的加工程序也意味着增加的运输、能源、人力和资源消耗。尽管城镇化发展不会改变单一消费品的人均用量，但却增加了其人均成本，带来的是对生活环境中资源和人力劳动力的消耗。

1.2 城市能源消费大于平均能源消费

中国典型的城乡二元化结构导致城乡经济发展极不平衡，研究结果表明，城镇地区消费了全国总能源的70%以上，并以北京、上海、广州、深圳等特大城市尤为明显[13]。图1为主要年份上海市居民能源消耗数据。从图1（a）中可以看出，在2000年、2010年和2013年所代表的城镇化发展的各个阶段，上海市人均用电和燃气消耗均高于平均水平。在城市能源供给系统中，除大型的供电网络外，整个城市的给水、排水系统也十分庞大和复杂，管道煤气的供给要依靠庞大的管网运送系统，提升了能源利用的成本。相比之下，农村居民家庭多以小范围为单位进行能源供给，小型村落可依靠发电机供电；“依山傍水”的居民可“就地取材”，就近利用湖水、河水，或钻井取水等等，能源利用成本低。在上海市城市居民家庭的主要消费品中，能源消费也占据了一席之地，如水电、管道煤气等等，其中以电力消费最多。

1.3 城市能源消费分布转变

城市能源消费是城市能源结构在末端的具体表现。在图1（b）中可以看到，上海市电力和天然气的人均消耗量自2000年后一直呈上升趋势，而煤炭和煤气的消耗量则逐渐减少，液化石油气消耗量基本持平；这意味着上海市能源消耗类型正在由以煤炭、煤气、液化石油气为主的结构向电力和天然气主导的结构发生转化。

图1 主要年份上海市居民能源消耗数据对比[12,14]

城镇化发展所带来的城市能源消费分布变化是复杂而多面的，据统计信息显示，1990年上海市能源消耗总量不到2014年消耗量的1/6，表明在城镇化发展初级阶段，由于大量基础设施、建筑和交通工具的使用，城镇化将成为能源消费与气候变化的重要因素[3]；而在2010年后进入大规模城镇化阶段，尽管人均能源消耗总量持续增加，但上海市能源消费总量增长幅度基本维持在5%以内。2014年，上海市人均能源消耗量开始下降，对清洁能源和可再生能源利用技术的发展推动了城市能源消费结构的转变，表明随着城镇化发展逐渐趋于平衡，城镇化所产生的集聚效应提高了能源利用效率，同时也促使人们对于节能减排的意识也逐渐加强。

2 上海市城镇化发展对能源结构产生影响的原因分析

2.1 产业结构改变造成终端能耗变化

2012年，在上海市生产总值（GDP）20101.33亿元中按可比价格计算，第三产业增加值占上海市生产总值的比重首次达到60%，2014年该比重达到64.8%。城镇化发展带来了人们对服务行业的需求，旅游、餐饮、健身等项目在人们的日常生活拥有越来越大的比重；信息化产业的快速发展使电子产品的更新速度日新月异，终端应用将互联网的覆盖范围进一步扩大；基础设施建设的日益完备也是城市产业结构发展的推动力之一。

随着产业结构发生改变，城市能源终端消费量相应发生变化。如图2所示，20世纪80年代，上海市第三产业的终端能耗约占第二产业终端能耗的10%；而截至2014年，这个数字已超过60%，且第二产业能源终端消费量呈现下降趋势。这意味着上海市第二产业的结构变化和第三产业的蓬勃发展，同样需要能源供应的大力支持；尤其是城市发展第三产业大多集中在高层建筑方面，对电力供应提高了要求。

与此同时，上海市城镇化发展促进了人们生活和消费水平的提高，第三产业也带来了人们生活消费的终端能耗。建立于物流、信息、能源供给系统之上的第三产业大幅提高了生活消费成本，但由于生活消费的终端能耗在总能源终端消耗量中所占的比重保持在10%左右，与产业能源消耗相比，对整体能源结构的影响可忽略不计。

2.2 城市公共交通体系和新能源交通方式发展

上海市目前的主要交通运输方式有轨道交通、地面交通和轮渡。轨道交通近年来得到大力发展，已逐渐成为上海市民出行的主要工具。在上海市城市公共交通“十二五”建设期间，对轨道交通的线网建设和衔接配套进行了完善，建设项目16项，线路长度约385 km。客运枢纽是连结轨道交通和地面交通的重要结点，随着城镇化建设进一步推动，上海市城市交通网络的规范和完备为交通运输便捷和节能两方面提供了有力的保障。

图3展示了上海市主要年份公共交通载客量变化。自2000年起，上海市轨道交通客运量逐年升高，2014年轨道交通客运量达28.27亿人次；与之相反的是轮渡载客量的下降，2014年轮渡船数为2000年的一半，载客量减少约2/3，并有继续下降的趋势。上海公交运输情况与2000年基本持平，有小幅下降趋势；出租车载客量基本持平。公共交通载客量的变化趋势表明由于城镇化建设推动人口进一步集中，适合远距离运输的轮渡运输量逐渐下降，取而代之的是日益发达的轨道交通、城乡公路网络、高速公路等。

图2 1980～2014年上海市能源终端消费量分布情况[14]

图3 2000-2014年上海市公共交通载客量示意图（亿次）[15]

截至2014年，上海市个人民用车辆总计224.75万辆，较2010年下降27.4%。其中摩托车41.27万辆，较2010年减少68.0%。农村逐渐城市化的过程中，摩托车数量的大幅减少导致了车辆总数的下降。城市交通运输的配置很大程度上影响了能源结构的发展，随着人们环保意识和科学技术的提高，新能源交通方式正逐渐被人们接受，城市交通运输能源消耗正在发生着巨大的改变。2014年，上海市新能源汽车销量达10 644辆，约合2013年全年销售量的20倍[16]，在开放本地市场、免费新能源汽车牌照及购车补贴等多项政策支持下，上海市新能源汽车产业发展环境不断优化，已成为我国新能源汽车市场份额最大的地区。随着传统城市交通方式的革新，绿色交通也将成为未来城市可持续发展采取的主流交通方式。

3 系统优化城市能源结构对策思考

随着城镇化水平的提高，传统城市发展模式已无法满足上海市作为特大城市的发展需求[17]。在新型城镇化建设与探索过程中，城市能源结构的优化和革新是上海市未来发展要面临的巨大挑战。结合《上海市城市总体规划（2016-2040）草案》提出的“可持续发展新模式”[5]，针对上海市未来城市能源结构优化对策从系统角度提出以下思考。

3.1 促进城市集约发展，建设智慧城市

构建“主城区-新城-新市镇-乡村”的城乡体系，推动上海市城市集约型多功能社区建设，形成“网络化、多中心、组团式、集约型”的城市空间布局，推进城乡一体，引领区域协同，提高城市能源利用效率。信息化技术和大数据技术能为智慧城市统筹管理提供高效的系统调控平台[18]，通过借助先进信息化技术，搭建城市物联网平台，推动智慧城市的建设与运行；实现上海市智能化运行和管理，统筹城市发展战略数据库；搭建城乡建设和管理数据资源中心，实现跨行业、跨部门数据互联互通、资源共享。

3.2 推动加快城市智能电网建设，开发利用新能源

城市发展对电力需求的增大使城市电力开发亟不可待。然而大范围的高强度供电不仅要求如何利用技术改进实现供电总量的提升，同时要求建设具有负荷大、可操作性强、安全性高、传输距离远、传输速度快等特征的智能电网。作为城市能源结构发展成熟的范例之一，德国能源转型始于1991年颁布的《电力入网法》，借助法律手段推动可再生能源市场和城市能源结构转型[19]。通过加强智能电网建设和扩大电网互联范围，能够有效提高城市供电系统的整体灵活性，建立可靠、清洁、经济的能源供应系统。

降低电力成本和提高其可持续利用性需要通过开发新能源，如加快风电开发，稳步推进太阳能利用，因地制宜发展生物质能、地热能、海洋能和氢能等。《上海市城市总体规划（2016-2040）草案》指出，至2040年，上海市可再生能源占一次能源供应的比重应达到20%。与此同时，分布式能源将是未来城市能源的发展趋势[19]，借助区域能源枢纽的集成应用，发展上海市分布式能源供应，使区域资源利用的效率和效益最大化。

3.3 合理优化产业结构，降低产业能耗

上海市产业结构变动与各产业能源利用效率的提高可促使能源强度下降。随着第三产业对上海市经济增长的贡献不断增加，与之相伴的是建筑业、零售业、餐饮业等服务行业能源消费需求的迅速增长。在推动第三产业发展、优化产业结构的同时，应在相关服务领域引入先进的节能减排技术，推行绿色消费理念，推广信息化技术在服务行业的应用，降低产业能耗。

3.4 引导绿色交通出行，搭建智能交通系统

城市交通能耗与城市经济发展水平密切相关，提高公共交通服务水平是上海市未来城市建设目标之一。《上海市城市总体规划（2016-2040）草案》指出，至2040年公共交通占全方式出行的比重达50%以上，绿色交通出行比重达到85%（公共交通、非机动车、步行、清洁能源小汽车）。与此同时，通过构建基于物联网技术的智能交通系统（ITS）[20]，整体优化城市交通运输体系，有利于在城市层面上改善交通拥挤、尾气污染，提高交通工具利用效率，从而改善能源分配和利用结构。日本目前有五个机构致力于并负责与ITS有关的活动，包括建设省、警视厅、国际贸易和工业省、运输省以及邮电省。相比之下，我国的智能交通系统建设尚处于起步阶段，需要在城镇化进程中逐渐推进和发展。

4 结语

城镇化发展对城市能源结构影响，从短期来看是双面的：一方面技术发展和人们生活水平的提高为城市能源系统提供了更优质高效服务，另一方面增加了能源系统的整体负荷和因技术加工带来的附加成本。上海市城镇化发展带来的能源消费变化推动了城市产业结构和消费结构，进而推动了城市能源结构变化。从长远看，随着城市城镇化发展到较为成熟的阶段，其能源结构也会相应的达到平衡阶段。在新型城镇化建设与探索过程中，应通过促进城市集约发展、优化能源结构、降低产业能耗、引导绿色交通出行等寻求上海市能源结构未来可持续发展的新模式。

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Shanghai Urbanization Development Impact on Urban Energy Structure

Zhang Junting, Huang Juwen, Zhu Haochen, Li Guangming
Shanghai Tongji University

Shanghai non-agricultural population accounts for the proportion of total population over 90.3% in 2015, which means urbanization development is booming. With improvement of people’s living standards and changes of consumption patterns, urban industrial structure, transportation system and energy structure is changing with urbanization development. How to systematically optimize urban energy structure, reduce additional cost from urbanization development in order to synchronize urban energy structure and urbanization development, which is one of problems confronting us during Chinese rapid economic development period.

Urbanization, Urban Energy Structure, Energy Consumption, Systematic Optimization

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.01.002