中国工业能一水消耗系数的空间差异及脱钩分析

　　摘要厘清工业领域中能源、水资源等生产要素的配置关系，以及它们与经济增长的曲线关系，对于集约高效的工业发展模式和生态 文明建设具有重要的意义。根据20()5—2016年的数据，通过构建能源耗水系数，运用空间自相关方法分析中国工业领域水资源一能 源之间联系。并采用’‰“o脱钩模型分析水资源一能源一经济三者的两两关系，以寻求工业领域能一水消耗的时空演变规律。结果表 明：①中国工业用水强度、用雏强度和能源耗水系数在省级范围内均有显著的空间正相关关系。②局部莫兰指数的结果表明工业用 水强度H—H集聚区主要在南部省份，L—l。集聚区主要在北方省份；工业用能强度H—H集聚区主要在西部省份，I．一i．集聚区主要 在东部省份；工业能源耗水系数H—fl集聚区主要在华东和华南雀份。L—L集聚区主要在北方省份，其中上海、福建和广东雀份的能 源耗水系数状态较为理想。③研究期内经济与资源之间的脱钩更为明显，其发展更为协调；而水资源与能源之间的脱钩关系与此相 比有一定差距，但是从时间趋势来看，其协调关系正在进一步加强。据此，提出全国层面应该协同推进工业领域中髓源、水资源等生 产要素的配最关系，强化高质量发展。结合能源和水资源的集聚性做好区域层面的产业规划，大力发展绿色低碳节约型产业，推进资 源全面可持续和循环利用。省级层面在国家产业规划指导下根据产业实际发展加快产业升级和供给侧改革，对工业企业的管理严格 执行相关政策。同时引进高新设备，改进生产工艺，提高资源利用效率和回收循环利用效率。

　　关键词工业用水强度；工业用能强度；能源耗水系数；空间自相关；脱钩分析

　　随着中国特色社会主义进入新时代，中国经济发展 也跨入了一个新时代，其基本特征是从高速增长阶段向 高质量发展阶段转变。工业作为中国经济高速增长的主 要引擎，其战略变革方向和发展质量直接影响着中国经 济转型的成败。十九大报告明确提出，推动经济发展质 量变革，需要提高全要素生产率，建立健全绿色低碳循环 发展的经济体系。为达到绿色低碳循环发展目标，我们 需要重点提高工业领域的生产要素利用效率，尤其是作 为“生命之源、生产之要、生态之基”的水资源；为达到绿 色低碳循环发展目标，我们需要重点推进工业领域的能 源消费改革，完善低碳生产和低碳消费模式。事实上，工 业生产过程中的能源消耗和水资源利用密切联系，密不 可分。黑色金属冶炼和石油加工炼焦等传统高耗能产业 往往都是“耗水大户”，也是碳排放和水体污染的关键控 制主体。因此，根据系统的视角研究工业领域的能源消 耗和水资源消耗，以及两者之间的关系就显得非常具有 价值。由于不能直接对工业生产过程中的能源和水资源 之间关系进行明确度量，我们创造性的根据工业用能强 度和工业用水强度构建出能源耗水系数，利用莫兰指数 方法对工业用水强度、用能强度和能源耗水系数进行研 究，对他们的空间差异和增长情况进行研究，希望能够进 一步对中国工业生产过程的能源消耗和水资源消耗情况 进行分析，从而为集约高效的工业发展模式和生态文明 建设提供理论贡献。

　　1文献综述

　　水资源和能源的高效利用已成为可持续发展中需要 重点考虑的技术和经济问题…。梳理文献，可以发现现有 研究主要按照以下三个方面展开：第一个方面是研究工业 用水效率以及其与经济发展之间的关系，岳立等‘“、李静等H o利用sBM-undesirable和Meta．fmntier模型分别分析 了中国工业用水效率情况，并认为用水效率低下阻碍了经 济的发展。针对用水效率低下这个问题，我国学者普遍认 为水价、产业结构、资源禀赋、发展规模、技术投入等均对 中国工业用水效率有很大影响M“1。针对水资源与经济 增长的关系，张兵兵等一1实证分析得出水资源短缺是工业 经济增长的制约因素之一，要求中国采取有效措施调整产 业结构；马海良等¨驯运用脱钩分析对工业废水排放与经 济增长进行研究，从技术、结构、生态和效率四个方面综合 分析得出工业废水与经济脱钩的主导因素。第二个方面 是分析能源短缺和环境污染对我国经济增长的制约作用， 较多学者针对这个实际问题展开具体研究，且取得了丰硕 的成果。如查建平等¨u利用相对“脱钩”、“复钩”的理论 与相关的测度模型对中国工业经济增长和能源消费与碳 排放之间的脱钩关系进行探讨；杜祥琬等¨2 3认为在能源 供给和生态环境的双重压力下，经济增长与能源消费及二 氧化碳排放之间的耦合关系“解耦”才能绿色可持续发 展；Dong et a1．¨副对辽宁省的能源消费与经济增长关系进 行了脱钩研究。国外关于水与能源研究主要集中在能源 行业中的水耗以及水行业生产中的能耗等¨4‘1“。其中， Dubreuil A等¨刨以中东地区为例，基于-11MEs模型，将水 资源纳入到能源优化的框架中，对能源与水资源的关系进 行探究。国内关于能源开发利用用水情况的研究也有一 定的进展，如姜珊等¨“、洪思扬等¨“，但主要是偏向水利 水电能源企业中的问题分析。

　　2研究方法与数据

　　2．1相关概念的定义

　　水资源与能源之间的联系密不可分。一方面能源的 开发过程中离不开水资源生产要素的有效投入，另一方面 水资源的高效利用过程中需要源源不断的能源供应。因 此，考虑现有水资源管理中对“三条红线”的考核需求，结 合中国能源总量不足、结构偏差的现实，根据上述文献研 究的界定，本文定义工业用水强度表示万元工业总产值用 水量，工业用能强度表示万元工业总产值用能量，分别记 为w、肼。从定义中我们可以看出工业用水强度和工业 用能强度分别反映在工业生产过程中，工业用水量和工业 能源消费量所创造的经济价值，其计算公式如下： w：等U 跏等 (1) (2) 式中：P形为工业用水量；腰C为工业能源消费量；口 为工业总产值。为了定量研究工业用水与用能之间的关 系，我们定义工业能源耗水系数为工业用水强度和工业用 能强度的比值，记为船，它主要用来表示工业领域生产一 单位经济价值的产品所消耗的水资源和能源比例。工业 能源耗水系数用公式(3)所示。本文我们最关心的该系 数值较大或较小的情况。针对高耗能和高耗水等落后产 业，单位能耗和单位水耗都较大，根据产业属性(更依赖哪 种资源)决定该系数值可能会较大或较小，相反如果该产 业属于资源节约型的高科技新兴产业，单位能耗和单位水 耗都较小。显然，后者是我们产业发展的方向，也是十九 大报告提出的高质量发展的重要体现。因此，我们希望通 过研究工业能源耗水系数的空间差异，更好的对中国各省 产业发展质量进行评估。

　　2．2空问自相关计算

　　2．2．1全局莫兰指数 全局Mo砌’s I是用来描述整个研究区域上所有空间 单元之间的平均关联程度和显著性的指标，计算公式 如下：，：唉警要掣 (5) (∑；∑严ij)∑。(并；一面)2 、7 式中：n为研究区域内对象总数；i和．『代表第i和第_『 个研究区域内对象；加；，是研究区域内对象的空间权重；托 和戈i是研究区域内对象的空间属性值；面是所有研究区域 内对象空间属性值的平均值。Mo啪’s I的取值范围为 一1≤，≤1。，越接近l，表示区域之间的空间正相关性程 度越强；，越接近一1，表示区域之间的空间负相关性程度 越强；接近O表示区域之间不存在空间自相关性。在 Momn’s I的显著性检验中，常假设变量服从正态分布，所 以通过服从标准正态分布的z统计量来判断地区间的空 间相关性。

　　2．2．2局部莫兰指数 局部Mo砌’s I是用来识别随空间位置不同而可能存 在的不同空间关联模式，从而观测空间局部的不稳定性， 发现数据间的空间异质性，其计算公式如下： ，l：垃譬挲掣 o‘一 P， _、2， (6) ＼”， Li＼xi—x)·n 若计算所得t为正，表示区域￡与其临近区域均为高 值区，属于高高(H—H)聚集或者区域￡与其临近区域均 为低值区，属于低低(L—L)聚集，即区域￡存在相似值的 空间聚集。若计算所得‘为负，表示区域i与其临近区域 呈相反的值，区域f为高值则其临近区域为低值，反之亦 然，即区域￡存在相异值的空间聚集。

　　3结果分析

　　3．1空间分布特征

　　本文计算了中国各省份2005_2016年工业用水量、 工业用能量、工业总产值的多年平均值，结果分析显示： 对于工业用水量而言，多年平均高值区主要集中在华东 和华南部分地区，主要省份包括：江苏、安徽、上海、湖北、 湖南、福建、广东，其中多年平均工业用水量最高的省份 是江苏省；多年平均低值区主要集中在西部地区，主要省 份包括：新疆、甘肃、青海、宁夏、山西、陕西、海南、北京和 天津。该分布与当地可利用水资源总量密切相关。中国 东南地区大部队属于亚热带季风气候，而西部和北部地 区主要是高原气候、高山气候和温带大陆性气候，与气候 直接相关的就是降雨分布，总体上看中国东南多雨，西部 较少。对于工业用能量而言，多年平均高值区主要集中 在华北地区和华东部分地区，高值区主要包括：河北、山 东、江苏、内蒙古、辽宁、山西、河南、湖北、浙江、四川、广 东，其中河北、山东、江苏三个省的多年平均工业用能量 最多；低值区主要包括：北京、青海、重庆、海南。对于工 业总产值而言，多年平均高值区主要集中在中东部地区， 以沿海省份居多，高值区主要包括：山东、江苏、广东、河 南、浙江，其中山东、江苏、广东三个省的多年平均工业总 产值最高；低值区主要包括：新疆、甘肃、青海、宁夏、黑龙江、贵州、云南、海南。

　　3．2空间自相关性分析

　　3．2．1全局空间自相关分析

　　本文的研究时间段为2005—2016年，为了更好比较 分析我国五年计划中产业结构的发展态势，特选取每个五 年计划的期初，即2006、2011、2016年作为时间节点，计算 各省份工业用水强度、工业用能强度和工业能源耗水系数 的全局莫兰指数。其计算结果如表1所示。

　　3．2．2局部空间自相关分析

　　全局莫兰指数是以整体作为切入点，仅研究全局空间 自相关无法表征整体内部各地区的空间聚集特征。因此， 引入局部莫兰指数对各省份各类效率的空间聚集特征进 行研究，计算结果总体表明，对于不同研究时间上的工业 用水强度、工业用能强度、工业能源耗水系数，均在大多数 省份呈现的相关性不显著，部分省份出现相似值集聚和相 异值集聚，其中出现相似值聚集的省份明显多于出现相异 值集聚的省份。下面分别对三种工业相关指标的空间关 联特征进行详细分析。

　　4结论与建议

　　本文运用全局莫兰指数对工业用水强度、工业用能强 度和工业能源耗水系数在整个中国省级范围内进行空间 关联程度的分析，运用局部莫兰指数对工业用水强度、工 业用能强度和工业能源耗水系数在各省份的空间聚集特 征进行分析，数据表明中国所有省份的工业用水强度与工 业用能强度均有大幅度减少，并且采用Tapio模型进行资 源与经济、资源之间的脱钩分析。研究得到如下结论：① 全局莫兰指数的结果说明工业用水强度、工业用能强度、 工业能源耗水系数均有显著的空间正相关关系。②局部 莫兰指数的结果表明工业用水强度L—L集聚区主要在北 方省份，H—H集聚区主要南部省份。工业用能强度L—L 集聚区主要在东部省份，H—H集聚区主要西部省份。工 业能源耗水系数L—L集聚区主要在北方省份，H—H集 聚区主要华东和华南省份。其中上海、福建和广东省份的 能源耗水系数状态较为理想。③资源与经济之间的脱钩 更为明显，其发展更为协调，并且随着时间推移进一步加 强；而水资源与能源之间的脱钩关系与此相比有一定差 距，存在明显的省际差异，但是从时间趋势来看，其协调关 系正在进一步加强，也说明一系列的措施与政策的实施促 进了资源之间的协调健康发展。但是，个别省份出现经济 衰退与不协调现象，如辽宁省，所以不同省份应结合实际 情况制定发展战略。其中，北京市最先实现水资源与能源 强脱钩关系，对其他省份协调发展具有借鉴参考意义。 当前生态文明建设的总体形势处于关键期，进入攻坚 期，也到了窗口期m1。在这个“三期叠加”的历史性关口， 为全面协调水资源一能源一经济三者之间的关系，根据研 究结论，我们认为当前亟需协同推进工业领域中能源、水 资源等生产要素的配置关系，强化高质量发展。可通过加 大科技研发力度、合作交流等措施，致力于减少能源和水 资源的消耗，以带动区域可持续发展。借助工业产业的调 整和高质量发展的战略，大力发展绿色低碳节约型产业， 推进资源全面可持续和循环利用。由于各省资源分布情 况不同，在推进工业化进程时需结合资源禀赋与分布情 况，准确定位工业企业的产业发展。因为水资源与能源随 着工业技术与生产工艺的提高，工业中水资源与能源之间 的相互依赖性降低，因此各省除了调整产业结构，也需引 进高新设备，改进生产工艺，提高资源利用效率和回收循 环利用效率。对于用水多、能耗大、污染强等不利于可持 续发展和生态文明建设的工业企业，从源头上抓起，采取 “关、停、转、迁”政策，深入实施并严格执行，提高工业绿 色发展水平。

　　参考文献

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　　作者：马海良1’2 李倩2 庞庆华2