廣西能源供需安全問題研究
——基于熵權評價方法

■ 詹長根/黃鑫鑫

（武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079）

廣西能源供需安全問題研究
——基于熵權評價方法

■ 詹長根/黃鑫鑫

（武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079）

從能源資源保障能力、能源生產供應能力、能源市場獲取能力、能源應急調控能力和環(huán)境安全控制能力五個方面，運用熵值法對廣西壯族自治區(qū)區(qū)域能源安全方面進行綜合評價。結果顯示，影響研究區(qū)域能源環(huán)境的因素主要在能源消費環(huán)境的轉變。通過對研究區(qū)域的結果分析，結合國家層面的現(xiàn)實因素，提出改善研究區(qū)域能源環(huán)境的應對措施和建議：(1)優(yōu)化能源利用結構；(2)優(yōu)化布局，協(xié)調發(fā)展，拓展新能源；(3)充分利用“一帶一路”倡議契機，優(yōu)化進口能源。

能源安全；評價；對策；廣西壯族自治區(qū)

能源安全主要指國家或地區(qū)能源供應和需求之間的保持均衡狀態(tài)，能源消耗系統(tǒng)能源的開發(fā)和有效利用程度，以及生產技術和生活水平[1]。國外學者如Anonymous[2]早在20世紀70年代，就能源消費、能源利用效率以及能源需求預測方面進行能源安全評價，發(fā)生第一次世界石油危機后，掀起了能源安全研究的熱潮。與國外能源安全研究相比，由于經濟環(huán)境及歷史遺留因素，中國對能源安全問題的研究數(shù)量相對較少。我國對能源安全研究開始于21世紀初，如王禮茂（2002）[3]，葛家理等（2002）[4]，張大超等（2003）[5]，遲春潔（2006）[6]等主要集中于定性分析能源安全戰(zhàn)略?？v觀國內已有研究，主要集中在以國家為單位的，選用西方經濟學中的預警模型[7]，進行全局性能源安全研究，理論研究相對較為成熟，但在能源個體研究差異性方面考慮不足，具體操作應用方面相對薄弱。另外，我國幅員遼闊，資源豐富，數(shù)據(jù)獲取方面質量不等，對模型的應用缺乏準確性?，F(xiàn)階段，國內在區(qū)域層面上能源安全問題的研究相對較少，在能源方面的評價因素選擇上存在宏觀層面居多、區(qū)域特性考慮不足等缺陷。

基于此，本文以廣西壯族自治區(qū)為研究區(qū)域，構建能源安全評價模型，運用熵值法對廣西壯族自治區(qū)能源安全環(huán)境進行區(qū)域特征分析，進而提出改善研究區(qū)域能源安全的對策建議。

1 研究區(qū)域能源資源狀況

廣西壯族自治區(qū)目前已探明儲量的能源礦產主要有煤、泥炭、石煤、石油、天然氣、油頁巖和鈾礦等7種。廣西為中國南方缺煤?。▍^(qū)）之一，煤礦資源較少，尤其缺工業(yè)用焦煤。2013年，廣西可供能源使用量為9767.56萬噸標準煤，在全國主要能源省份中排名倒數(shù)第五。廣西能源生產量僅為1889.82萬噸標準煤，占可供能源使用量的19%，說明廣西能源資源相對貧乏，能源資源主要依靠于進口。但廣西水電資源豐富，目前可開發(fā)利用的新型能源有潮汐能、波浪能。

圖1為2013年廣西壯族自治區(qū)主要能源資源的生產和消費量，其中煤、石油和水電的生產量分別為365.25、62.5、1453.82萬噸標準煤，而能源消費量卻分別為5359.54、1867.86、1453.82萬噸標準煤。除了水電的生產和消費基本持平，煤和石油的生產量要遠遠低于其消費量。以上數(shù)據(jù)足以表明廣西礦產能源資源的匱乏，而部分行業(yè)如重工業(yè)、交通領域對于礦產能源的需求在現(xiàn)有科技水平下尚無法用其他能源替代，這在一定程度上抑制了其發(fā)展。

2 數(shù)據(jù)和方法

圖1 2013年廣西壯族自治區(qū)主要能源資源的生產和消費量

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所采用的數(shù)據(jù)資料主要來源于2004—2014年的《廣西統(tǒng)計年鑒》、2014年《中國統(tǒng)計年鑒》、廣西壯族自治區(qū)環(huán)境統(tǒng)計公報、國土資源部公報以及廣西發(fā)改委能源局提供的相關數(shù)據(jù)（表1）。

表1 數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)項

如表1所示，從廣西統(tǒng)計年鑒中獲取的數(shù)據(jù)主要是能源相關的指標統(tǒng)計量，包括能源可供量、能源消耗量、能源生產量，以及能源生產彈性系數(shù)和能源消費彈性系數(shù)。從廣西壯族自治區(qū)環(huán)境統(tǒng)計公報中引用的數(shù)據(jù)主要是與環(huán)境質量和環(huán)境污染相關的指標統(tǒng)計量，包括三廢排放量、三廢存量和污染源治理投資。

通過獲取有關能源數(shù)據(jù)資料，整理了近年研究區(qū)域的能源狀況，經過相應的處理分析，得到表2和表3所示的統(tǒng)計內容。

表2為廣西壯族自治區(qū)的主要能源供求量，2008—2014年該區(qū)能源生產量基本呈現(xiàn)穩(wěn)定上升趨勢，2011年，受技術條件的限制和經濟快速發(fā)展影響導致生態(tài)環(huán)境嚴重惡化，政府采取了一定措施控制能源生產的相對量，出現(xiàn)了略小的下降。如表2所示,研究區(qū)域的能源消費量逐年上升，從未有下降的趨勢，可見廣西對能源的需求是緊缺的。

表3顯示的是廣西能源生產與消費結構。從表中可知，其能源消費主要在煤炭，但是能源生產主要在水電，這樣的生產與消費結構自然會出現(xiàn)相應的比例失調。

2.2 數(shù)據(jù)處理

假設給定了k個指標X1，X2，...,Xk，其中Xi={x1，x2，...,xn}。假設對各指標數(shù)據(jù)標準化后的值為Y1，Y2，...,Yk，那么：

2.3 指標體系

表2 廣西能源供求量（2008—2014年）（萬噸標準煤）

表3 廣西能源生產與消費結構（2008—2014年）（%）

能源安全的內涵反映了人類社會快速發(fā)展對能源及環(huán)境安全產生的巨大壓力，從Complex Adaptive Systems的角度揭示影響國家能源安全的因素及其藕合關系。在考慮上述影響能源安全主要因素的基礎上，以穩(wěn)定、充足的能源供應安全為前提，遵循評價的科學性、系統(tǒng)性、時速性、操作性和行業(yè)性原則，從每個領域選擇一定的指標，構建能源安全測度指標體系[8]。在參考相關文獻基礎上，綜合多套能源安全評價指標，確定符合廣西資源現(xiàn)狀的能源安全評價指標體系，如表4所示。

表4中各要素指標的具體含義如下：

表4 能源資源安全評價指標體系

(1)煤礦儲采比[8]。煤礦儲采比是指該年年末剩余的儲量與當年生產產量的比值。受到區(qū)域和技術條件的限制，資源儲存量相比實際而言，會有差距，形成產出比，公式為：

式（2）中K為儲采比，Q為工業(yè)儲量，Q0為損失量。儲采比值的大小，間接反映出礦產資源的開采程度，礦產開采的時間和設施新舊對該比值有直接的影響。

(2)煤礦儲量替代率[9]。煤礦儲量替代率是指可替代能源占總能源的比率，該項指標反映了能源的穩(wěn)定情況和社會經濟的可持續(xù)發(fā)展狀況。儲量替代率用百分數(shù)表示，其表達式為：

式（3）中：NR為年度增加開采量，Q為年產量，TN為儲量替代率。

當儲量替代率等于1時，說明開采的增量與消耗量相等；儲量替代率大于1時，表明開采增加的儲量大于消耗量；儲量替代率小于1，則表示消耗量大于勘探新增的儲量，供給不足。

(3)能源總產比。表示研究區(qū)域的能源產量在全國總產量范圍內所占比例，這個比值越高，說明越接近全國總產量。

(4)能源自給率。能源自給率主要用于衡量評價區(qū)域能源自我調節(jié)能力的大小，用“能源生產總量/能源可供總量”表示。其中，能源可供量=外省調入量+進口量-調出量-出口量。能源自給率越高，表示研究對象對外界的依賴程度越低，其維護自身能源安全以及社會經濟穩(wěn)定發(fā)展的能力越強，因此該指標為正向指標。

區(qū)域能源自給率=1-該區(qū)域能源消耗的進口率。

(5)能源儲備水平[10]。能源儲備量是指在一定的經濟基礎和技術條件下研究區(qū)域可開采的能源資源。我國將能源儲備量分兩種：一種為地質儲備量，是根據(jù)地質條件推算的能源儲備量；另一種是直接從勘探的統(tǒng)計報告里獲取數(shù)據(jù)，通過運算得到能源儲備量。能源儲備水平越高，該區(qū)域能源安全度也就越高。

(6)能源對外依存度[11]。能源對外依存度是指一定區(qū)域內能源資源進口量除以能源資源消耗量。該比值越大，說明研究區(qū)域的能源資源對外依存度越大，從而能源安全穩(wěn)定越差。能源進口依存度越大，能源安全度越低。其計算公示為：

其中i為能源對外依存度，Q1為進口量，Q2為出口量，C為能源消費量。當對外依存度為0時，說明能源供給可完全依靠本國，因而能源供給處于絕對的安全狀態(tài)。對外依存度越大，越不利于能源安全[3]。通常30%是公認的對外依存警戒線，我國主要能源中對外依存度逐年上升，石油的對外依存度超過了50%。

(7)能源消費系數(shù)[12]。能源消費系數(shù)指研究區(qū)域在一定時間范圍內的能源資源消費增長率與該區(qū)域經濟增長率的比值。能源消費系數(shù)越大，該區(qū)域能源安全度越低。

(8)綜合能礦消費強度?！熬C合能礦”即為“煤、石油、天然氣等”，綜合能礦消費強度越大，能源安全度越低。

(9)環(huán)境污染治理率[13]。環(huán)境質量的良好與否會通過一系列隱性機制反饋到能源安全中，環(huán)境質量越好則相應的能源環(huán)境越好。環(huán)境保護投資力度主要用污染源治理本年完成投資總額來表示。在構建環(huán)境友好型社會以及走可持續(xù)發(fā)展道路的大背景下，中央及各級地方政府都相繼意識到了環(huán)境保護的重要性，通過對環(huán)境污染投資進行環(huán)境保護，能源安全環(huán)境相對更加穩(wěn)定。

2.4 評價指標權重確定

熵權法是根據(jù)研究指標的差異性來客觀地確定指標權重，目前主要應用于工程、經濟等領域[14]。

一般地，如果某一個指標的熵值越小，那么該指標值的差異性就越大；反言之，如果這一指標的熵值越大，那么這項指標的差異程度越小，對綜合評價起到的作用相對也小，其對應的權重值也就越小。

以指標體系為基礎的能源安全評價是一種涉及多因素的綜合評價，關鍵在于權重的確定?；趶V西壯族自治區(qū)自身區(qū)域特性，選取熵值法來確定指標權重。熵值法適用于多個可比性評價對象的指標權重確定。以下為利用熵值法確定評價指標權重的詳細步驟：

(1)原始數(shù)據(jù)矩陣歸一化。設有m個評價指標、n個評價對象的原始數(shù)據(jù)矩陣為A=aij(m.n)，對其歸一化后得到R=rij(m.n)，采用上面數(shù)據(jù)預處理的閾值法進行歸一化處理。

(2)定義熵[14]。在評價過程中，如果有m個指標、n個研究對象時，那么第i個指標的熵為：

(3)定義熵權[14]。在確定了第i個指標的熵后，通過下列運算得到該項指標的熵權：

綜合上述定義過程，得到評價數(shù)據(jù)的熵：

3 結果與分析

具體到廣西這一評價對象，數(shù)據(jù)初步分析的結果表明能源自給率以及可再生能源消耗比例等指標在時間序列上的變化相對較小，若對數(shù)據(jù)變化較小的指標賦予最大的權重，則很可能會使得評價結果產生誤差。對于同一評價對象在不同時間尺度上的安全值計算，熵值法確定的權重值則更具有實際意義，一方面熵值法可以減少由于主觀判斷失誤帶來的誤差；另一方面可以放大不同年份評價值的差異，有利于結果分析?；谝陨峡紤]，這里選取熵值法計算得到的權重結果作為最終結果。

3.1 評價結果

表5 區(qū)域評價各指標數(shù)據(jù)標準化結果

3.1.1 熵權法數(shù)據(jù)處理

表5是在統(tǒng)一的標準下對各指標數(shù)據(jù)進行標準化處理，使數(shù)據(jù)在研究中具有可比性，為研究的可行性和科學性提供可靠依據(jù)。

3.1.2 確定各指標權重

按照上述各評價指標熵的計算公式，計算出各個指標的熵，分別為E1，E2，...，Ek，如表6所示。各指標的權重計算公式為：

表6 權重確定表

3.1.3 熵權確定結果

根據(jù)表7的計算結果，熵權系數(shù)法確定的結果在基本安全的范圍內。研究結果反映出來的一致性證實了廣西壯族自治區(qū)在時間序列上的確呈現(xiàn)出較好的發(fā)展態(tài)勢。自2004年以來，雖然廣西能源資源安全評價分值在一定范圍內波動，但也基本能穩(wěn)定在較高水平。

3.2 評價結果分析

能源資源總量是能源資源安全高低的直接體現(xiàn)，是社會、經濟、環(huán)境等因素相互影響的結果。能源資源總量的變化，包括能源生產總量、能源進口總量與能源消耗總量的變化，反映了與能源相關的能源開采水平、利用強度、經濟發(fā)展等等的綜合變化。能源資源總量變化作為重要指標雖然不能直接解釋能源資源安全評價水平的時空變化，但對于幫助揭示區(qū)域能源資源安全評價與多因素的驅動機制具有特殊的意義。

如圖2所示，從總體上看，廣西的能源生產量呈現(xiàn)持續(xù)緩慢增長的趨勢。具體來看，2004—2008年能源生產量持續(xù)增加，2009—2014年的能源生產量則基本穩(wěn)定在一定水平。這主要是因為廣西的能源資源儲量有限，能源儲量剩余越低其開采成本就越大，而且區(qū)域能源安全面臨的威脅也越大，因此相關單位有意抑制了能源資源的開采速度，目的是使能源資源生產量穩(wěn)定在一定的水平。與此同時，加大了能源資源進口量，以此來保證足夠的供應和社會經濟發(fā)展的能源需求。自2004年以來，廣西能源資源消耗總量持續(xù)增加，與此同時經濟總量也呈現(xiàn)出近似比例的增長，這說明兩者之間具有一定的正相關性，即能源生產量的增長也從側面反映了經濟總量的增加。

表7 熵權確定研究區(qū)域結果

圖3為熵權系數(shù)法得到的廣西能源資源安全評價最終評價結果，出現(xiàn)這一結果的主要影響因素有能源政策、能源利用強度、能源污染治理程度?？傮w來看，可以認為廣西10年能源資源安全變化趨于穩(wěn)定。為了更好地改善研究區(qū)域的能源資源環(huán)境，科學的技術手段是必不可少的。

圖2 廣西能源生產量、消費量變化

圖3 2004—2013年能源資源安全評價變化圖

4 結論與對策

通過上文分析，我們可以看出，廣西壯族自治區(qū)經濟發(fā)展受到能源安全環(huán)境的限制，而近些年，廣西自身的能源資源特征決定了其能源資源出現(xiàn)供不應求的局面，為了改善廣西能源安全環(huán)境，保障廣西壯族自治區(qū)社會經濟可持續(xù)發(fā)展，應當依據(jù)區(qū)域能源供需特性，發(fā)揮主要礦產資源的開發(fā)利用優(yōu)勢，做好統(tǒng)籌規(guī)劃，協(xié)調各區(qū)域共同發(fā)展。

4.1 優(yōu)化能源利用結構

隨著社會經濟發(fā)展，廣西壯族自治區(qū)對能源資源的需求量與日俱增，特別是煤炭資源在自治區(qū)能源消費比重中占到將近60%的比例，廣泛用于火電、鋼鐵、鋁業(yè)、水泥等各個領域，而這些也正是自治區(qū)的重頭工業(yè)。廣西天然氣資源豐富，應加大天然氣的投入使用比例，促進廣西的能源利用結構優(yōu)化；同時，加大科技投入，促進能源利用效率的不斷提高。相應地，能源生產以及消費過程中產生的污染也能得到一定程度的減輕，保障能源安全環(huán)境呈現(xiàn)相對穩(wěn)定的趨勢。

4.2 優(yōu)化布局，協(xié)調發(fā)展，拓展新能源

廣西壯族自治區(qū)的煤炭資源相應短缺，而水電資源有較大的支撐能力。因此，未來幾年，應當充分利用好水電這一優(yōu)質資源。重點做好水電相關的重點工程項目及配套設施建設，同時要兼顧其他優(yōu)質新能源的開發(fā)和利用，如風能、潮汐能、太陽能、生物能等，以此來彌補能源中煤炭資源相對的供不應求，促進廣西壯族自治區(qū)的經濟發(fā)展。

4.3 充分利用“一帶一路”倡議契機，優(yōu)化進口能源

“一帶一路”倡議的提出，將世界主要的能源生產國、消費國和能源運輸通道如歐亞與中東、中亞、俄羅斯融進“一帶一路”的經濟發(fā)展圈。廣西能源自給能力不足，進口能源是未來的一個重要方向，而“一帶一路”的主要能源富集區(qū)在中亞地區(qū)和海灣地區(qū)，以及技術和環(huán)保相對先進的西歐地區(qū)?！耙粠б宦贰背h為廣西能源市場穩(wěn)定提供了有利的條件，可以更好地促進區(qū)域經濟發(fā)展。

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Study on Security of Energy Supply and Demand in Guangxi Based on Method of Entropy Evaluation

ZHAN Changgen, HUANG Xinxin
(School of Resource and Environmental Sciences, Wuhan University, Wuhan Hubei 430079, China)

In this paper, we evaluate the regional energy security condition of Guangxi Zhuang Autonomous Region by using entropy method from the following five aspects: energy resource support ability, energy production and supply capacity, energy market acquisition ability, energy emergency control ability and environmental safety control ability. The results show that the factors that affect the energy and environment of the study area are mainly from the energy consumption environment. According to the result, we promote several suggestions to optimize the regional energy and environment condition. Firstly, we should optimize the use structure of energy. Secondly, we should optimize the layout of energy, coordinate the development of different areas, and develop new energy.Thirdly, we should make full use of the "One Belt and One Road" initiative to optimize the import of energy.

energy security; evaluation; countermeasures; Guangxi Zhuang Autonomous Region

F407.1；F062.1

A

1672-6995（2017）12-0056-07

2017-05-22；

2017-06-20

廣西國土資源廳公開招標項目(GXZC2015-G3-0576-GTZB)

詹長根（1964—），男，江西省撫州市臨川區(qū)人，武漢大學資源與環(huán)境科學學院副教授，管理學博士，主要從事土地利用土地規(guī)劃研究工作。