新发展格局下电能承载质量的分异演化与耦合协调

张艺超, 李 康, 张藜邺

(昆明理工大学 管理与经济学院, 昆明 650504)

近年来党中央提出要矢志不移地走绿色低碳、生态环保的优质发展道路,积极推进实现碳达峰与碳中和的目标。碳中和的“催化剂”绿色能源对实现碳中和目标有着重大意义。在此背景下,将电能实际发展情况与“五位一体”战略布局实践相结合,构建符合国情的电能承载质量测度指标体系。

目前,部分学者致力于对新发展格局下双循环的研究。贾康[1]提出加强国内“内循环”是一种稳定型的战略思路,能够更好地追求经济的升级发展,促进经济的稳定增长。同时,有部分学者侧重于对新发展格局下数字经济的研究。张可云等[2]提出数字经济是推动区域经济发展的新动力。还有部分学者侧重于对新发展格局下扩大内需的研究。薛安伟[3]提出以扩大内需为战略基点,以内循环带动外循环、以外循环促进内循环的战略。但目前对新发展格局下绿色发展的研究文献相对较少,因此研究电能承载质量能够为解决新发展格局下绿色能源与国内工业发展不平衡的问题提供思路。

1 研究设计

1.1 指标构建与数据说明

“五位一体”战略布局对电能高质量发展有着重要的指导意义。因此将电能实际发展情况与“五位一体”战略布局实践相结合,以生态和经济文明建设为出发点,深入分析各省份电能发展水平,从“结构”“经济效益”“能耗”“支持度”4个维度构建符合国情的电能承载质量测度指标体系。

在4个维度具体的指标选取上,为了合理地考察各个省份生态文明建设在电能结构的优化水平,结构维度选取风电、水电、太阳能发电量与传统火力发电量的比值。从经济结构的角度,为了考察各个省份发电输出的主要产业,从电能使用角度判断产业结构是否合理,选取了第二三产业用电量之和与行业总用电量的比值作为指标。经济效率维度选取第三产业GDP增值与总用电量比值、第二产业GDP增值与用电量比值、第一产业GDP增值与总用电量比值,这3个指标用于研究各省份各产业对电能和能源使用效率的高低。能耗维度选取发电产生的二氧化碳与火力发电量的比值。支持度维度选取送出电量与总发电量的比值、总用电量与总发电量的比值,研究各个省份在满足自身用电的前提下,对其他省份的电能压力的缓解程度,同时考察各个省份之间的电能相互供给是否协调。

所有原始数据均来源于《中国统计年鉴》(2016—2020)、《中国电力统计年鉴》(2016—2020)、《中国工业统计年鉴》(2016—2020)、国家统计局官网数据等。

1.2 权重确定及指数测度

首先对原始数据进行归一化处理。随后用熵值法对指标进行确权以及指数测度。传统应用中,熵值法大多数是将面板数据依照年度取算术平均数汇总处理为截面数据或不以时间维度区分将所有面板数据统一整合为截面数据以确权。考虑到数据动态波动特征导致综合得分失误的问题,在此指标确权采用了按不同年度分别计算各个指标权重系数的方法。2020年权重信息见表1。

表1 电能承载质量指标体系

1.3 核密度估计

动态演进测算采用核密度估计的方式。选择Matlab2016a中内置的高斯核函数。假设变量x的核密度函数为h(x),则核密度估计为

(1)

(2)

1.4 空间相关性

采用全局和局部空间自相关的莫兰指数对各省份电能承载质量的同质性和异质性进行探究。空间自相关的莫兰指数反映出其邻近省份或直辖市的电能承载质量的相似程度。构造标准化的统计量ZI来检验变量自相关的显著性。进一步,用局部莫兰指数检测具体的电能承载质量聚集区域及其相关程度。

1.5 Dagum基尼系数分解法

采用Dagum基尼系数分解法对电能承载质量在发展过程中的地区差异及来源进行探究与分析。

首先计算出总体基尼系数,进而用基尼系数子群分解法进行分析。依据各区域电能承载质量的平均发展水平对k个区域排序,假设h区域的发展水平小于j区域。然后可将基尼系数G分解为3个部分,即区域内差异对G的贡献Gw、区域间差异净值对G的贡献Gnb、区域间超变密度对G的贡献Gt,3者满足G=Gw+Gnb+Gt。

1.6 耦合协调度模型构建方法

在耦合协调度计算过程中,属性的综合评分是极其重要的一个环节。首先用加权前的权重系数乘以对应指标并取所有样本的加权平均数作为当年该指标的综合评分,再以维度权重作为T值计算参考。

2 时空演化与分异

2.1 电能承载质量的测度结果及分析

为增强分析角度的多样性与研究结论的针对性,将31个省区市划分为东、中、西3大区域并进行对比分析,具体划分结果见表2。2016—2020年全国及3大地区电能承载质量如图1所示。

表2 3大地区划分

图1 2016—2020年全国及3大地区电能承载质量

由图1可知,全国及各地区的电能承载质量变化存在以下特征:

1)全国和3大地区电能承载质量水平均值在2018—2019年均呈现出显著提升,西部、东部和全国的平均值在2019年达到峰值。可能的原因一是在政策推波助澜下,全国的电能资源得到了更合理的分配和利用；同时,东部、中部地区接收到西部地区输送的清洁能源,使其负向的能耗指标有所降低,由此3大地区的电能承载质量在2019年都呈现峰值。

2)各地区电能承载质量呈俱乐部收敛状态。西部地区大部分省份的电能承载质量都处于较高水平,而东部地区则相对较低,但总体上呈缓慢上升态势。中部地区的电能承载质量与全国平均值和走势基本趋同,除2019年外,均在0.36附近摆动。可能的原因首先在能耗和结构维度上,由于东部地区人口密集、工厂众多且仍存在较多传统的火力发电,其污染较西部地区严重；其次,在支持度方面,西部地区凭借其丰富的电能资源,依托西电东送等政策优势,将其电能资源输送到全国,持有较大的贡献率,故其电能承载质量显著高于东部地区。

2.2 核密度估计

全国及3大地区的核密度曲线区域差异和动态演进趋势如图2、表3所示。

表3 2016—2020年全国及3大地区核密度曲线分布特征

在核密度函数的波峰数量上,2016—2020年东部地区、中部地区及西部地区的波峰数量始终保持单峰状态,全国层面峰数亦呈现单峰形式。在此之中,东部地区的主峰高度逐渐上升,这说明东部地区电能承载质量有极化趋势,同时水平正处于稳步提高的状态。中部地区的主峰高度5年来有下降趋势,整体而言,电能承载质量极化趋势没有缓解。西部地区主峰高度呈较为明显的上升趋势。从全国的层面来看,电能高质量均衡发展仍然需要加强。

在核密度函数的波峰中心上,只有东部地区的核密度曲线中心有右移趋势,其他地区均无明显变化。表明5年来只有东部地区的电能承载力质量保持稳步上升状态,其余地区无明显变化。这与中西部地区的承载力指数已较高有一定的关联。

在核密度函数的分布趋势上,中部地区与西部地区的分布趋势大体相同,两地区均于2018年达到峰值,随后呈现下降趋势。东部地区于2017年达到峰值,同时波峰变动的幅度相对而言较大,不稳定。所有地区都呈现拓宽状态,东部地区呈现左拖尾,中部、西部地区与全国呈现十分显著的右拖尾。

2.3 基于空间视角下的区域差异分析

2.3.1 全局空间聚集效应

为了度量各省电能承载质量指数的聚集情况,计算了2016—2020年Moran’sI统计量,结果见表4。

从全局Moran’sI统计量可以得出:2016—2020年,各省的电能承载质量指数在0.05的显著性水平下均显著,且Moran’sI统计量都为正数,表明各省电能承载质量指数存在显著的正相关关系。Moran’sI统计量整体上呈现增加的趋势,说明空间正相关关系在逐步增强。各省应加强区域协作,共同提高电能承载质量的发展。

下面使用局部莫兰散点图进一步测度电能承载质量的空间非均衡性。

表4 2016—2020年中国电能承载质量的全局统计量

2.3.2 局部空间聚集效应

为了检验省域间的空间相关性,通过Geoda软件的LISA聚类地图检验并绘制出局部Moran散点图(图3),其中横轴是省份电能承载质量指数标准化后的观测值,纵轴为该省份的“滞后”值。

图3 2016—2020年电能承载质量的局部Moran散点图

结合LISA聚类地图可以得到各省在2016—2020年不同类型的聚集省份(表5)。从表5可以看出,2016—2020年,云南、四川均为显著高-高型聚集的地区,即为热点地区。

在低-低型聚集方面,河北省在2016—2020年均呈现出显著的低-低聚集,即为冷点地区。该省周边的北京、天津和内蒙古也呈现出低-低聚集模式。2020年增加了吉林、辽宁两省。此外,该区域周边的黑龙江和山东的电能承载质量均值也很低。

在低-高聚集方面,2019年青海处于低-高聚集,其自身的电能承载质量指数不高,但周边西藏、四川的电能承载质量指数极高。

表5 2016—2020年电能承载质量的聚集性和离群值

2.4 基于基尼系数及分解的差异来源分析

采用Matlab2021a软件对全国、3大区域内、3大区域间电能承载质量差异进行基尼系数计算并分解,具体情况如图4、表6所示。

2.4.1 整体差异

图4(a)体现了全国总体及区域内的基尼系数趋势。从发展趋势上来看,电能承载质量发展的不平稳的特征非常明显,基尼系数存在波动。从图中可以看出,西部地区与全国的发展趋势接近,呈“Z”字形演进,且基尼系数值较高,东部和中部地区电能承载质量发展相对稳健,且基尼系数值较低。全国整体的基尼系数介于0.157～0.193(2016—2020年),表明电能承载质量在全国分配非常平均。

图4 2016—2020年全国及3大区域内、3大区域间电能承载质量Dagum基尼系数及分解

2016—2020年电能承载质量指数的地区基尼系数见表6。具体来看,2016—2018年全国各省份电能承载质量综合指数的总体基尼系数年均下降率为12.4%,在2018—2019年间略有上升,而2019—2020年全国总体基尼系数年均下降率为18.82%。由此可见,全国各省份在2019年之后,电能承载质量发展水平演进速度较为迅速,使其基尼系数呈现出的下降幅度较大,此前年份逐步发展较为平稳,总体呈下降趋势,但存在小范围波动。

表6 电能承载质量指数的地区基尼系数

2.4.2 区域内差异

电能承载质量的区域内差异分别处在不同水平。从图4(a)可以看出,全国和西部地区的基尼系数曲线表现出“缓慢下降-回升-大幅下降”的演进特征。通过横向比较,2016年至今,3大区域中,中部与东部地区的基尼系数均低于全国整体水平,2017—2019年,东部地区电能承载质量的区域内差异水平和中部地区几乎持平。通过纵向对比分析发现,西部地区、中部地区以及全国总体的电能承载质量的区域内差异总体都有不同程度的下降,而东部地区的电能承载质量的区域内差异却有所上升。其中,西部地区降幅最为显著,5年的下降率为17.35%,且高于全国平均水平13.48%。说明,在新发展格局下,能源结构不断调整优化,西部地区丰富的自然资源也逐渐被合理地利用,这使西部地区的电能承载质量省际差距逐步缩小。

2.4.3 区域间差异

图4(b)展示的是区域间电能承载质量发展差异演进趋势。整体来看,各区域间差异总体呈现下降的趋势。电能承载质量在东部-西部地区的差异最大,主要原因是,虽然西部地区电能资源丰富但是需求较少,在对其进行利用方面还存在一些不合理之处。但是2016—2020年东-西部地区之间的差距已大大缩小,截至2020年,东-西部地区的基尼系数已经降至0.119,达到高度平均标准。总而言之,3大区域之间的差异在宏观层面上是逐渐缩小的,并且区域之间的电能承载质量发展呈现出趋同的特征。

2.4.4 差异来源及贡献度分析

结合图4(c)、图4(d)和表7可以发现,区域间差异对电能承载质量的贡献最大,介于0.060～0.118。区域间差异贡献度在2016—2018年缓慢下降,2018—2019年有所回升,2019—2020年急剧下降,总体呈下降趋势且逐渐向区域内贡献度和超变密度贡献度逼近。区域内差异贡献度次之,介于0.047～0.057,贡献率在考察期内变化非常小,整体上呈小幅度波动趋势。超变密度贡献度最小,介于0.018～0.046,但是总体呈上升趋势,在2019—2020年其贡献率急剧上升,逼近区域间和区域内的差异贡献率。

表7 2016—2020年电能承载质量的地区基尼系数分解结果

综上,区域内、区域间和超变密度对电能承载质量发展水平的贡献率年均增长幅度分别为2.00%、-7.58%和13.54%,这表明区域间省际发展对电能承载质量发展的影响正在减弱,区域内和超变密度对波动的贡献率正在增加,这意味着区域内和超变密度造成的重叠问题对电能承载质量发展水平的影响正在逐渐增加。

3 子系统耦合协调性分析

3.1 耦合协调度模型

2016—2020年各子系统的耦合度见表8，各子系统的协调度见表9。

表8 2016—2020年各子系统耦合度C

表9 2016—2020年各子系统耦合协调度D

3.2 结果分析

从表8中可以看出,2016—2020年,4个维度之间的耦合度都在稳步提升,除开结构与能耗维度其余维度之间的耦合度均处于0.8～0.9,为协调性,2016—2018年结构与能耗维度呈拮抗状态,但到2019—2020年两个维度已发展为轻度耦合的形式,这表明产业结构优化工程目前正在处于向好的状态。

从表9中可以看出,4个维度的耦合协调度处于0.3～0.8的区间内,其中支持度与能耗、结构与经济效益、能耗与经济效益的耦合协调程度在向积极的方向转化。其余的维度之间呈现中度失调,勉强协调之间的波动的不稳定状态。

总而言之,从整体上来看,绿色能源发展与能耗之间,电力结构、经济结构与经济效益之间,能耗与经济效益之间,耦合协调度处于积极的改良状态。但是电力结构、经济结构与能耗之间仍处于不稳定的状态,这可能与深化产业结构改革有关,需要进一步加强改善,制定相关策略。

4 结论与建议

从2016—2020年电能承载质量发展趋势来看,中部与东部之间基尼系数较小,发展相对平衡,而中部与西部区域间差距较大。西部区域内基尼系数最大,电能承载质量程度差距最大,其中表现为西藏电能承载质量位于全国第一,而新疆电能承载质量位于全国倒数第二。总体朝着相对平缓的趋势发展。同时,对电能承载质量进行空间自相关分析,得出电能承载质量在整体上呈现出空间正相关关系。局部地区呈现出较强的区域聚集关系。京津冀地区与辽吉蒙地区呈现出低-低聚集；云贵川地区则呈现出高-高聚集；而青海地区由于其山脉海拔较高,生态相对脆弱,工业发展受限,呈现出低-高聚集。且西电东送、西气东输等重点工程有利于资源合理化配置,优化了能源结构,缓解了东部地区能源匮乏等问题,使得东西部地区电能承载质量差异逐步缩小。政府于2019年提出要加快推动跨区输电通道、西南水电等重大项目的规划建设,使得各区域于2019年电能承载质量得到显著提升,而在2020年,各区域的电能承载质量又有所下降。这说明国家政策缺乏连贯性,未来发展与建设仍需要持续努力。

由此提出建议:首先,国家应加强对西部地区内部存在较大差异的关注,建立更加有效的区域协调发展新机制。同时可采取高发展地区带动低发展地区发展的措施,使得西部地区内部电能承载质量发展更加均衡。其次,在对电能承载质量的研究中,发现国家政策缺乏连贯性。国家应注重政策连贯性方面的问题,充分发展政策作用,不可半途而废。同时,由于资源分布不均衡,工业发展不平衡等问题较为突出。目前中部地区与西部地区之间电能承载质量差距相对较大,西部地区应加强对外部的输出,从而使东西发展达到均衡态势。