区域能源供给安全水平动态性评价

李品 张金锁

摘 要：能源供給是能源安全的核心，区域能源供给安全又是能源供给安全问题的主要内容。文中在综述国内外文献的基础上，结合中国区域能源供给安全的状况，从可用性、可支付性、环境可接受性和能源技术与效率4个维度构建了影响我国区域能源供给安全的指标体系，以2005—2017年我国能源富集区西北5省和东北3省8个省份的面板数据为研究样本，采用基于二次加权的“纵横向拉开档次法”动态模型对上述省份的能源供给安全进行评价。研究发现：以2010年为分界点，2010年以前西北和东北能源富集区能源供给安全水平不高，但是2010年以后均有较大提高。不同地区影响能源供给安全的主要因素也不一定完全相同，资源禀赋是保证能源供给安全的基础条件，但要真正实现供给安全还要取决于价格，环境，效率等其他因素。总体来看，能源资源丰富，多样化程度高，能源利用效率较高的地区，如宁夏省和辽宁省能源供给安全水平相对较高一些。但是，从安全等级来看，样本区间内各省份的能源供给安全水平均不高，均处于安全等级以下。

关键词：区域能源供给安全;动态评价;纵横向拉开档次法;二次加权;面板数据

中图分类号：X 915.4 文献标志码：A

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2019.0122文章编号：1672-9315（2019）01-0152-08

Dynamic evaluation on regional energy supply security

——Taking northwest and northeast China energy enrichment area as example

LI Pin1，3，ZHANG Jin suo2

（1.College of Safety Science and Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China;

2.School of Economics and Management，Yan’an University，Yan’an 716000，China;

3.Research Center for Energy Economy and Management，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China）

Abstract：Energy supply is the core issue of energy security.The security of regional energy supply is an important issue in energy security.This paper is based on the review of domestic and foreign literature，combined with the situation of regional energy supply security in China，and tried to construct the index system of regional energy supply security in four dimensions as availability，affordability，environmental acceptability，energy technology and efficiency.The panel data that were collected from eight provinces in northwest and northeast of China from 2005 to 2017 were used as the research sample.Using the dynamic model，this paper shows the dynamic evolution trend of the energy supply security in different provinces.Comparing the energy supply security situation and the main driving factors in different regions，we provide a new idea and method for the study of energy supply security in China.The study found that taking 2010 as the dividing point，the security level of energy supply in northwest and northeast areas are not high before 2010，but it has been greatly improved since 2010.The main factors affecting the security of energy supply are not necessarily the same in different regions.Resource endowment is the basic condition to ensure energy supply security，but it also depends on price，environment，efficiency and other factors to realize the security of supply.In general，regions with abundant energy resources，high degree of diversification and high energy utilization efficiency，such as Ningxia and Liaoning，have relatively higher levels of energy supply security.However，from the perspective of security level，energy supply security level in each province is not high，all of which are below the security level within the sample period.

Key words：regional energy supply security;dynamic evaluation;vertical and horizontal methods;twice weighted;panel data

0 引 言

“新常态”下，能源供给安全对于保障经济增长发挥着至关重要的作用，关系我国经济社会发展的全局。经过长期的发展，我国能源供给取得了巨大的成绩，形成了煤炭、石油、天然气、电力、新能源、可再生能源全面发展的能源供给体系，成为世界上最大的能源生产国。但是随着中国能源进入“新时代”，社会的主要矛盾已经发生变化，能源供给安全也面临越来越多的挑战，区域能源供给结构不均衡、部分能源领域产能过剩突出、供给环境负面影响大、能源供给价格体系不完善、供给技术水平低等问题已经成为制约我国区域能源供给安全实现经济社会生态可持续发展的瓶颈，区域能源供给安全问题成为能源安全的重要内容。习近平在中央财经领导小组第十二次会议上强调，在适度扩大总需求的同时，要增强优质和有效供给，减少无效供给，提高供给结构的灵活性和适应性，使之能更好的适应需求结构的变化，充分体现出我国政府对于能源供给的重视和决心。西北5省和东北3省都是中国的能源富集区，同时也是“一带一路”建设能源发展的重点地区。西部大开发战略的实施，大大提高了西北地区各省份的城市化率和工业化水平，有力推动了该地区的经济发展和社会进步，但是能源消耗的增加对该地区生态环境造成了很大损坏，给能源供给安全带来了极大的挑战。东北三省是我国重工业发展较早的地区，能源资源丰富，但由于近年来的不合理开采和产业结构调整等影响，该地区能源无法自给自足，能源供给日趋紧张。在新时代、新常态和能源供给侧结构性改革背景下，对能源富集区省份的能源供给安全水平进行评价，可以对该区域能源供给安全水平的演变趋势有一个深入了解，有助于今后各省份充分结合自身实际，发挥区域优势，适时调整能源安全战略，以提高本区域的能源供给安全水平。

从国内外研究现状来看，能源安全评价是近年来学者关注的热点问题，国内外学者基于不同的视角，采用不同的方法对该问题进行卓有成效的研究。首先，从定义来看，大多数学者们将能源供给作为能源安全研究的核心内容，其能源安全定义中最为常见的是以合理的价格获取充足的能源供给，支持这一定义有国际能源署（IEA）[1]和亚太能源研究中心 （Asia Pacific Energy Research Centre，APERC） [2]，且有很多学者依据该定义对能源安全问题进行研究（邹艳芬、吴初国、薛静静、Le Coq，Sovacool B K，Winzer C等等）[3-8]。第二，评价指标上，不同时期根据研究对象不同，学者们选择的评价指标体系是不同的。谷树忠和郭金栋运用PSR模型构建了能源安全测度指标体系[9-10]。薛静静从可获得、可支付、效率、技术研发 4个重要维度的13个指标对中国能源供给安全问题进行评估[11]。张艳利用DPSIR评價方法，分别从驱动力、压力、状态、影响和响应五个方面构建了评价指标集和能源安全综合评价模型，对广东省1998—2008年的能源安全进行了定量的评价[12]。陈兆荣在DPSIR框架内，以能源安全驱动力、能源安全压力、能源安全状态、能源安全影响和能源安全政策响应等因素构建能源安全评价指标体系，建立能源安全熵权可拓物元评价模型[13]。Geng根据中国能源供求形势，从能源资源的可用性、进口能源的可支付性、能源技术与能源效率以及能源资源储量4个维度构建出6个指标对中国的能源供给安全问题进行研究[14]。第三，评价方法上，近年来学者们的研究多以定量研究方法为主。吴初国采用加权综合模型对我国能源安全度进行评价，并提出相应的策略[15]。何贤杰采用综合评分法构建了我国石油安全度的综合评价模型。张金锁基于模糊隶属度函数评价方法对陕西省陕北、渭北、黄陇三个煤炭矿区煤炭资源安全绿色高效开发水平进行了综合评价[16]。Cohen采用多样性指数对OECD国家石油和天然气供应的风险进行评估[17]。王小琴利用香农-威纳多样性指数和Pielou均衡度指数，计算和分析了美国中国近5年来的能源供应及进口情况，进而对其能源安全进行了对比研究[18]。李品采用因子分析和岭回归方法对中国能源供给安全的影响因素进行详细剖析[19]。杨维新基于中国能源体系目前面临的体制风险、石油与电力等战略性能源风险，结合中国目前已采取的政策措施，提出了保障中国未来能源体系安全的针对性措施[20]。

综上所述，能源供给安全问题越来越受到学者们的重视，不同时期学者们基于不同的研究视角对该问题进行研究获得了丰硕的成果，研究的范围在逐步扩大，研究方法也日趋多样。但是还有以下两个方面的问题值得深入研究：第一，大多数学者们的研究仅限于对能源安全的静态评价，缺乏考虑时间因素，就无法反映出能源安全水平随着时间变化的动态发展趋势，而且静态评价方法仅限于对评价对象在过去某一时间的评价，是对过去工作的总结，无法对未来工作提供指导和改进方向。第二，大多学者针对能源安全进行评价，将能源供给视为能源安全的一个方面，实际上供给是能源安全的核心，很有必要对能源供给安全进行深入研究。鉴于此，本文以能源供给安全为主题，以我国西北5省和东北3省为研究对象，采用动态性评价方法，对我国区域能源供给安全问题进行评价，可以深入了解各省份能源供给安全随时间的动态演变趋势，对各级政府相关部门具有一定的决策参考价值。

1 评价方法与标准

1.1 评价方法

动态综合评价问题是一类很有现实意义和应用价值的多指标 （多属性）决策问题，评价结果更具科学性。目前关于动态综合评价问题的相关成果不多，郭亚军在这方面做出了开拓性的研究，提出了基于“纵横向”拉开档次法的动态综合评价原理及方法，并通过实例证明了该方法原理简单，过程透明，意义直观具有很强的应用价值，随后屈小娥和田时中等通过实例研究证明了这一点[21-22]。李品等采用该方法对中国“一带一路”省份能源供给安全进行了动态评价[23]，但是缺乏对地区的综合比较和科学的评价标准，样本的选取量偏少，很难反映各区域的最新的变化特征，数据的处理方法也有待进一步优化。借鉴前人的研究成果，结合本人在一带一路相关研究中存在的问题，本文基于我国西北5省和东北3省8个省份的面板数据，在“纵横向”拉开档次法的基础上，采用改进“二次加权”方法对我国省际能源供给安全水平进行动态综合评价，并提出了科学的评价标准。第一次加权是计算出n个省份Si（i=，…，n）在每一年tk（k=，…，T）的能源供给安全水平，由此来分析每一个省份在样本区间每一年的能源供给安全动态演变情况和比较分析n个省份在同一年的能源供给安全水平;第二次加权是在第一次加权的基础上，突出时间的作用，确定第tk时期的权重系数，再次综合加权获得被评价对象在研究时间段内的动态总评价值。取综合评价函数为

yi（tk）为省份Si在第k年的能源供给安全评价指数;Ri为省份Si在样本区间内的能源供给安全动态综合评价指数;wj（tk）为指标j在第K年的动态权重;

xij（tk）为省份Si的第j个指标在第K年归一化的指标值;

Vk表示二次权重即第K年的时间权重。

具体计算步骤如下

第一，对原始数据进行无量纲化处理。考虑到各指标的差异性，需要对原始数据进行归一化处理。Ang基于104项研究的调查发现，最大最小值法是最常用的归一化方法[24]，本文采用最大最小值法进行归一化。文中的指标可以分为两类：一是对ESSI有积极影响的指标，也就是正向指标;二是有负面影响的指标。对于积极指标，越大越好。负向指标越小越好。当指示为正向指标时，采用公式（3）进行归一化，当指标为负向指标时，采用公式（4）。

第二，确定指标j在第K年的动态权重wj（tk）.动态评价的核心与关键就是如何确定各个指标的动态权重。确定动态权重的原则是在最大可能地体现出各个被评价对象之间的差异。本研究我们要确定的是西北和东北能源富集区各省份S1，S2，…，Sn能源供给安全水平的差异，这种差异用yi（tk）的总离差平方和

来表示。由于对原始数据进行了标准化处理，有若限定wTw=1，取W为对称矩阵H的最大特征值λmax（H）所对应的特征向量时，e2取最大值，且max‖w=1‖{e2}=λmax（H）.

又有线性代数中的Frobenius定理知，当

H为正矩阵（hij>0）时，H的最大特征值所对应的（标准）特征向量是正的。如果所求的W中的某个分量是负的，那么W就可由下面的规划问题解出。即：选择W，使得

第三，将第二步求出的动态权重wj（tk）代入公式（2）得到每个省份Si在第K年的能源安全动态评价指数yi（tk）.

第四，求二次权重系数Vk

令时间权向量为

v=（v1，v2，…，vN）T

β=Nk=1

N-kN-1Vk（8）

时，由最小方差法确定的权重向量中没有零分量，否则有零分量。

式（8）中，β为时间度，当v=（1，0，…，0）T时，β=1;当v=（0，0，…，1）T时，β=0;当

v=（1N，1N，…，1N）T时，β=0.5.时间度的大小体现了评价者的时间偏好，即当β越接近0时，表明评价者越注重距评价时刻tk较近期的数据，体现了“厚今薄古”的思想;当β越接近1時，表明评价者越注重距评价时刻tk较远期的数据;当β= 0.5时，表明评价者对各个时间段的重视程度相同，因此本文取β= 0.5.

第五，计算动态综合评价指数Ri

将Vk代入式（1）求出每个省份Si在时间区间[t1，tT]内的动态综合评价值Ri.

1.2 评价标准

能源供给安全综合评价指数是用以综合反映一个国家或地区某一时期能源供给安全水平高低的无量纲化指数，其取值范围为0～1.参考吴初国等的研究并依据中国学者关于能源安全的划分标准[15，25]，按0.2的步长，将能源供给安全水平划分为5个等级：能源安全度在[1，0.8），Ⅰ级，安全;在[0.8，0.6），Ⅱ级，基本安全;在[0.6，0.4），Ⅲ级，不安全;在[0.4，0.2），Ⅳ级，严重不安全;在[0.2，0.0]，Ⅴ级，能源危机来临（见表1）。

2 评价指标与数据

2.1 研究维度与指标

指标选择上，评价指标过少时，评价结果对于每个指标的变化都非常敏感，评价指标过多时，某个指标的变化对于总评价结果可能不会产生影响，大约75%的研究所使用的指标不超过20个[26]。在参考国内外能源安全研究成果的基础上，结合各省份的能源供给状况和数据的可得性，并咨询能源安全领域专家的意见，梳理出影响中国区域能源供给安全的4个维度：可用性、可支付性、环境可接受性和能源技术与效率，这四个维度可以有效分解为11个分量指标，指标的详细运算过程和指标来源请参考表2，文中试图从这四个维度来对中国能源富集区的能源供给安全的动态性水平进行深入研究。

2.2 数据来源

文中对中国西北五省：甘肃、宁夏、青海、内蒙古、

新疆和东北地区3省：黑龙江、吉林和辽宁一共8个省份的面板数据进行统计。数据主要来源于：分省统计局数据库，分省《**统计年鉴》（2006— 2017），《中国统计年鉴》（2006—2017），中国统计年鉴数据库和万德数据库。

3 结果与讨论

根据式（3）和式（4）将表2指标对应的指标值进行无量纲化处理，得到11组无量纲数据矩阵，利用Matlab.R2017a分别计算对称矩阵（K=，…11）。在此基础上求出

Hk对应的最大特征值所对应的（归一化后的）特征向量，即各指标的一次权重，通过式（7）求出二次权重即时间权重（见表3）。

根据式（2）计算出我国西北和东北能源富集区8省份每年的能源供给安全动态评价指数（图1，图2），然后根据式（1）得到每个省份的动态综合评价结果，并根据表1的能源供给安全水平等级划分标准，由此得到各省的能源供给安全水平等级（图3）。

可用性储采比（XRp）iripiri为化石能源的储量与产量之比，pi为i能源能源生产总量中所占比重

生产多样性指数（XPd）ni=1p2ipi为能源品种i在能源生产总量中的份额能源自给率（XSu）epro/econepro为能源生产总量;econ为能源消费总量可支付性能源产品价格指数（XEp）--SWI=-iCilnCiCi为能源品种i在能源消费总量中的份额单位GDP能耗（XEi）

econ/GDPecon为能源消费总量;GDP为国内生产总值单位GDPSO2排放量（XSd）dSO2/GDPdSO2为SO2排放总量单位GDP废水排放量（XWd）dwat/GDPdwat为废水排放总量森林覆盖率（XFc）--能源技术与效率电厂利用（XPp）tpower/htotaltpower为发电厂每年的运行时间;htotal为一年的总小时数配电损失（XD1）--

从图1来看，西北地区五个省份的能源供给安全变动趋势的“V”形趋势很显著，宁夏是西北地区能源供给安全水平最好的省份，除了在2010年和2014年略有下降以外，整体能源供给安全水平远高于西北地区平均水平0.610 6.新疆是西北地区增长速度最快的地区，2009年以前趋势平稳且远低于地区平均水平，2009年以后增长速度非常快，年增长0.016 4，并于2011年以后高于地区平均水平。内蒙古地区“V”形趋势明显，2009年以前，该省份的能源供给安全状况表现平稳，处于西北地区的平均水平上下，2009年以后出现明显的下降，于2011年降到低谷开始回升，到2013年以后才上升至平均水平以上。青海和甘肃是西北地区能源供给安全水平较差的省份，远低于地区平均水平。宁夏是我国富煤省区之一，是国家规划建设的大型煤炭基地之一，同时也是我国重要的风能、太阳能资源富集区域，适宜风电开发的风能资源储量为12 140 MW，光伏发电位居全国第四位，是全国光伏发电产业发展最快的省区之一，能源的可获得性比较好，多样化程度高。其次，可再生能源的利用率高，2014年1～10月，该省风电累计发电量53.57亿kW时，风機平均利用小时数2 084 h，弃风率仅为0.73%，在全国处于领先水平，这些资源为宁夏能源供给提供了强有力的保证，使宁夏成为8个省份中能源供给安全水平最好的省份。

从图2来看，东北地区3个省份的能源供给安全水平都不高，且起点较低2005年东北3省的综合评价指数仅在0.55左右，黑龙江和吉林以2010年为拐点，呈现“V”形的动态性演变趋势，吉林省的进步不太明显，2010年以后，黑龙江出现了明显的提升，辽宁省是该地区能源供给安全水平相对较好的省份，样本区间内，能源供给安全水平上升趋势明显，且在2014年以后高于平均水平。东北地区的煤炭产量很高，能源自给率高但“供需错位”结构性失衡，消费多样性程度相对偏低，且能源利用效率偏低，环境污染严重，造成该地区能源供给安全度不高，相比而言，辽宁省的能源利用效率高，能源供给安全度也高于该地区其他省份。

从等级划分结果来看（图3），样本区间内各省份的能源供给安全水平均不高，均处于安全等级以下，相比较而言宁夏、新疆、内蒙古、辽宁、甘肃和青海六省的能源供给安全水平略高处于第Ⅱ等级，黑龙江和吉林的能源供给安全水平较差处于第Ⅲ等级。总体来看，西北地区的能源供给安全水平要高于东北地区。可能与西北地区的能源禀赋优势及近年来清洁能源的大力发展有关。

4 结 论

样本区间内各省份的能源供给安全水平均不高，宁夏、新疆、内蒙古、辽宁、甘肃和青海六省的能源供给安全水平略高处于第Ⅱ等级，黑龙江和吉林的能源供给安全水平较差处于第Ⅲ等级，均低于安全水平。各省份能源供给安全水平存在较大的差异性，主要因为影响各省份能源供给安全水平影响因素的差异性也较大。资源禀赋是保证能源供给安全的基础条件，但要真正实现供给安全还要取决于价格，环境，效率等其他因素。比如西北和东北地区的化石能源丰富，但是这些地区中多元化程度高、能源利用效率高的省份，能源供给安全水平相对才高一些，比如宁夏。今后发展可再生能源发电和替代能源有助于提高能源的多元化结构和能源供给的安全水平。

综上，能源供给安全是动态性的，影响能源安全的因素是多方面的，本研究通过动态性方法测算出我国能源富集区省份在样本区间内能源供给安全的动态性演变过程，一方面可深入了解这些省份的能源供给安全水平，为决策者提供一定的理论参考，今后各区域可充分结合自身的能源优势和短板，利用“一带一路”地区优势，加强与周边省份和“一带一路”地区的能源合作，共建“一带一路”能源安全共同体;另一方面，本文创造性地将动态模型运用到能源安全评价领域，以期丰富该领域的研究理论。

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