不同国家能源消费的空间分析

中文题目不同国家能源消费的空间分析声明本人声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立开展工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或创作过的作品成果。对本文做出重要贡献的个人和集体均以在文中以明确方式标明。本人完全认识到本声明的法律结果由本人承担。摘要本文选取世界各大洲具有代表性的16个主要国家，对这些国家的消费规模、消费结构和能源利用效率在空间上的差异进行了统计和分析。研究发现不同国家的能源消费空间差异显著，全球能源消费主要集中在亚洲、欧洲和北美洲国家，人均能耗较高的国家集中于经济发达地区；中国、印度和南非与其他国家比较，能源消费结构中煤炭占有较大比例；分布于欧洲、美洲和大洋洲的国家能源利用效率较高，而分布于亚洲和非洲地区的国家能源利用效率较低。根据统计和分析结果，本文提出了一些关于国家能源规划的建议。关键词：能源消费;消费规模;消费结构;消费效率;空间差异ABSTRACTInthispaper,16representativecountriesfromallcontinentsoftheworldwereselectedtostatisticallyanalyzethespatialdifferencesonenergyconsumptionscale,energyconsumptionstructureandenergyefficiency.Thestudyfoundthattherearesignificantdifferencesinenergyconsumptionindifferentcountries.TheglobalenergyconsumptionismainlyconcentratedincountriesinAsian,EuropeanandnorthAmerican,andcountrieswithhighenergyconsumptionpercapitaareconcentratedineconomicallydevelopedregions.Comparedwithothercountries,China,IndiaandSouthAfricahavealargeproportionofcoalintheirenergyconsumptionstructure.CountriesinEurope,NorthAmerica,SouthAmericaandOceaniaaremoreefficientinenergyuse,whilecountriesinAsiaandAfricaarelessefficient.Accordingtotheresultsofstatisticsandanalysis,somesuggestionsaboutnationalenergyplanningareputforwardinthispaper.Keywords:Energyconsumption;Consumptionscale;Consumptionpattern;Consumptionefficiency;Spatialdifferences目录TOC\o"1-2"\u声明 =1\*ROMANI摘要 =2\*ROMANIIABSTRACT =3\*ROMANIII1引言 引言能源消费是指生产和生活所消耗的能源，是衡量一个国家\t"/item/%E8%83%BD%E6%BA%90%E6%B6%88%E8%B4%B9/_blank"经济发展和人民生活水平的重要标志。一个国家的能源消费受能源储量、经济水平和产业结构等多方面因素影响，不同国家位于不同的地理位置，有着不同的地理条件和资源条件，因此不同国家的能源消费状况在空间上呈现出一定的差异性[1]。了解这种空间差异及分析造成这种差异的因素，有助于我们更加高效合理的制定符合国情的能源规划。目前，国内外对于能源消费的研究多注重于能源消费的碳排放和能源消费与经济发展的关系上，对于能源消费的空间分析的尺度多限定于省际或国家。从全球尺度对能源消费进行分析的研究较少。本文选取世界各大洲具有代表性的16个主要国家，对这些国家的消费规模、消费结构和能源利用效率在空间上的差异进行了统计和分析，探索其分布特点及规律，为合理分配、利用能源提供科学依据，为国家管理和规划未来能源消费提供参考依据。2研究范围和数据2.1选择研究范围为了客观、全面、真实的体现全球不同国家、地区能源消费的空间特征，在选择具体研究范围时，考虑到地域差异、经济类型差异等多方面因素，本文从各大洲中选出具有代表性的主要国家，分别为亚洲（Asia）：中国（China）、日本（Japan）、印度（Indian）；欧洲（Europe）：英国（UnitedKingdom）、法国（France）、德国（Germany）、俄罗斯（Russian）；非洲（Africa）：埃及（Egypt）、南非（SouthAfrica）；北美洲（NorthAmerica）：美国（UnitedStates）、加拿大（Canada）、墨西哥（Mexico）；南美洲（SouthAmerica）：巴西（Brazil）、阿根廷（Argentina）；大洋洲（Oceania）：澳大利亚（Australia）、新西兰（NewZealand）。其中中国包括了香港地区。2.2数据来源本文中能源消费的规模及结构原始统计数据来源于国际能源署（InternationalEnergyAgency，IEA），人均能耗原始数据来源于英国石油天然气公司（BritishPetroleum,BP），能源经济效率原始统计数据来源于世界银行数据库（WorldbankDatabase,WB）。数据采用2012-2016五年的平均值，单位为千吨标准油（Kilotonnesofoilequivalent,KTOE）。在统计各国能源消费时，由于生物质及废弃物利用能和地热能、太阳能等可替代能源所占比重非常小且并不是每个国家都有数据，因此本文中将这几种可替代能源合为其他能源一起来进行统计。3结果和分析3.1消费规模的空间差异能源消费的规模用能源消费总量来表示。能源消费总量是一定时期内全国物质生产部门、非物质生产部门消费的各种能源的总和，是观察能源消费水平、构成和增长速度的总量指标，包括原煤和原油及其制品，天然气、电力。人均能耗是指每人每年能源的平均消费量，是衡量一个国家经济发展水平和人民生活水平的主要指标。人均能耗越多，人均国民生产总值就越大，社会也就越富裕。图1是各国2012-2016五年平均能源消费总量和人均能耗。人均能耗是通过计算国家能源消费总量除以国家人口总数得到的。柱形图部分代表的各国能源消费总量，单位为KTOE；折线图部分代表的是各国人均能耗，单位为TOE。由图1，可以看出：在能源消费规模方面，能源消费总量的区域差异性十分明显。从国家看，中国是最大能源消费国，能源消费总量达到1.91×106KTOE，其次是美国，达1.50×106KTOE，能源消费量最小的是新西兰，为1.38×104KTOE；从洲际看，位于亚洲、欧洲和北美洲的国家能源消耗较高，而位于非洲、南美洲和大洋洲的国家能源消耗较低。这种能源消费总量的空间差异主要受各地区人口规模、经济发展、工业水平等多方面因素影响[2]。在人均能耗方面，人均能耗的空间分布特点与能源消费总量并非一致：例如能源消费总量最高的中国，其人均能耗仅有2.12TOE，而能源消费总量相对较低的加拿大，其人均能耗高达9.29TOE。这种现象的存在与国家的经济发展水平、科技发展水平和产业结构等因素密不可分。通过对图1的研究和分析得出：从国家看，人均能耗最高的国家是加拿大，人均能源消费量达到9.29TOE，其次是美国，人均能源消费量为6.97TOE，人均能耗最低的国家是印度，为0.51TOE；从洲际看，位于北美洲和大洋洲的国家（如美国6.97TOE和澳大利亚5.76TOE）的人均能耗显著高于其他地区国家（如亚洲的中国2.12TOE和南美洲的巴西1.44TOE）的人均能耗。发达国家的人均能耗显著高于欠发达国家，但是发达国家之间的人均能源消费量差距也不小，例如同为发达国家的加拿大和法国，前者的人均能耗是后者的3倍，这与经济结构等因素有关[3]。TOEKTOETOEKTOE图1能源消费量和人均能耗3.2消费结构的空间差异能源消费结构是在一定时期内，国民经济各部门的每种能源的数量及其占全部能源消费量的比重。图2是各国2012-2016五年平均一次能源消费结构，可以看出石油在各国能源消费结构中占有很大比例。16个国家中有12个国家石油消费比例超过40%。天然气在各国能源消费中也是重要的一部分。煤炭在大部分国家的能源消费中占不到10%，仅在少数国家中占较大比例。目前，替代能源在大部分国家的能源消费结构中占较小比例，在少数国家的能源消费结构中有超过20%的比例。煤炭，发达国家消费煤炭比例普遍低于发展中国家。亚洲国家和南非能源消费结构中煤炭占较大比例，与这些地区大部分国家经济发展较为落后和煤炭资源丰富有一定联系。图3是2012-2016五年平均各国一次能源供应结构，可以看出，能源消费结构的空间分布在一定程度上受区域资源分布的影响。例如，亚洲国家和南非有着大比例的煤炭供应，而埃及几乎没有煤炭资源，与此对应的是亚洲国家和南非的能源消费结构中煤炭占较大比例，而埃及的能源消费结构中煤炭几乎为0。（2）石油，发达国家的石油消费比例普遍高于发展中国家，石油资源丰富地区的国家石油消费比例平均高于石油资源匮乏地区的国家。例如，埃及石油资源丰富，相应的，在埃及的一次能源消费结构中，石油占比超过60%。（3）天然气，各国的天然气消费比例与各国的天然气资源有着明显的正相关，结合图2和图3可以明显看出天然气资源丰富的国家天然气在能源消费结构中占较多比例，而在天然气资源相对匮乏的国家能源消费结构中天然气占较小比例。亚洲地区国家和南非、巴西天然气消费比例平均低于其他国家。（4）可替代能源，大部分国家的消费结构中可替代能源占比低，16个国家中12个国家可替代能源低于10%或在10%左右。印度、俄罗斯和巴西有着较高的可替代能源消费比例，其中印度更是超过30%。影响可替代能源发展的影响因素众多，国家政策、研发投入和科技水平等都会产生影响。图4是各国一次能源消费与一次能源供应的比较图，可以看出印度、俄罗斯、巴西的能源供应量与能源消费量相近，且这些国家国土面积广、人口规模大，有着紧张的能源环境，加上国家重视可替代能源发展，可能是这些因素综合形成了可替代能源在能源消费结构中占比高的结果。图2能源消费结构图3能源供应结构KTOEKTOE图4能源消费量和能源供应量3.3能源利用效率的空间差异能源利用效率是指一个体系（国家、地区、企业或单项耗能设备等）有效利用的能量与实际消耗能量的比率，是衡量能量利用技术水平和经济性的一项综合指标。图5是各国2012-2016五年平均能源经济效率。能源经济效率由单位能源消耗产出的经济量表示，单位为万美元/TOE，能源经济效率越高能源利用效率越高，反之则越低。由图5可以看出不同国家能源经济效率差异显著。从国家看，英国能源经济效率最高，达2.20万美元/TOE，是能源经济效率最低的印度的6倍，发达国家的能源利用效率普遍高于发展中国家的能源利用效率。从洲际看，亚洲和非洲地区国家普遍能源利用效率较低，而欧洲、美洲和大洋洲地区国家能源利用效率较高。位于同一地区的国家能源经济效率也可能相差较大，例如处于亚洲的日本的能源经济效率是中国的3倍，这可能与它们的能源消费结构不同有关。万美元/万美元/TOE图5能源经济效率3.4能源消费的聚类分析聚类分析指将物理或抽象对象的集合分组为由类似的对象组成的多个类的分析过程。它是一种重要的人类行为。分层聚类是聚类分析的一种方法。其做法是开始时把每个样品作为一类，然后把最靠近的样品（即距离最小的群品）首先聚为小类，再将已聚合的小类按其类间距离再合并，不断继续下去，最后把一切子类都聚合到一个大类。选取能源消费总量、人均能耗、煤炭消费占比、石油消费占比、天然气消费占比、其他消费占比和能源经济效率共7个反应能源消费特征的指标进行类比。首先对这7个指标进行因子分析法提取出4个公共因子，再对16个国家的公共因子进行分层聚类，并得到图6。图6是对16个国家的公共因子进行分层聚类得到的聚类树状图。由图6上的红线可将所有国家分为四类。第一类包括中国，印度和南非，特点是能源消费总量高，人均能耗低，煤炭占能源消费结构比例高，能耗效率低；第二类包括俄罗斯、阿根廷、英国和德国，其特点是能源消费总量较低，人均能耗居中；第三类包括法国和加拿大，其能源消费的特点是能源消费总量居中，人均能耗和能耗效率较高；第四类包括墨西哥、巴西、日本、澳大利亚、美国、埃及和新西兰，特点是石油在这些国家的能源消费结构中占比高，大部分国家能耗效率居中。图6聚类分析4结论和讨论4.1结论通过对2012-2015年五年各大洲16个国家能源消费的规模、结构和效率等指标的统计和分析发现：不同国家能源消费的各项指标均呈现显著的空间差异性，全球能源消费主要集中在亚洲、欧洲和北美洲国家，是与人口密集度大或者社会经济水平高有关；不同国家的人均能耗呈现出随着经济水平的增长而增长的趋势，发达国家的人均能耗高于发展中国家的人均能耗；国家的人均能耗还与能源的可获得性有关，能源资源丰富的国家人均能耗也会随之上升；在16个国家的能源消费结构中，表现出能源消费结构受国家的经济发展水平、资源储量、产业结构和科技发展水平等因素影响，发展中国家的能源消费结构中煤炭占比显著高于发达国家；能源利用效率较高的国家主要分布于欧洲、美洲和大洋洲，而分布于亚洲和非洲地区的国家能源利用效率较低。4.2讨论（1）不同国家能源消费的空间差异性显著，每个国家的资源条件和发展情况不同，在制定能源规划时，不能一味模仿别国的政策，要充分考虑本国的实际情况，有针对性的分析本国的资源条件和社会发展需求，因地制宜的对能源进行管理，制定符合本国国情的可持续性能源发展规划。（2）日本、英国、德国、俄罗斯和美国的煤炭资源并不匮乏，但是煤炭在其能源消费结构中占比非常小，一般在5%以下（日本为10%），而发展中国家的能源消费结构中煤炭占比较高，一般在20%-50%。煤炭是一种成本低但是对环境污染较大的能源，这可能是发达国家摒弃这种廉价能源方式的原因之一。中国作为最大的发展中国家，近年来能源消费总量已位列全球第一，煤炭在其能源消费结构中占有近50%的比例。能源替代过程是缓慢进行的，目前大幅度减少中国的煤炭消费是不切实际的，但提高煤炭利用效率，可以降低其在使用过程中产生的污染，同时发展可再生能源，加快能源转型，实现绿色低碳发展。（3）能源利用效率与一个国家的科技水平、经济发展和产业结构等因素密不可分。我国能源利用效率偏低的重要影响因素之一是第二产业中存在大量落后工艺，导致能源经济效率较低[4]。淘汰落