辽宁省能源足迹时空变化特征分析
唐明辉，胡英，许淑婷
（辽宁师范大学地理科学学院，大连 116029）
辽宁省的工业建设对中国经济发展做出巨大贡献，但也产生了如能源短缺、环境遭到破坏等问题，逐步引起人们的重视[1]。辽宁省能源足迹和经济发展、生态环境之间的关系日益密切，制约着辽宁省经济和社会的可持续发展[2]。
能源反映经济发展水平和人类社会的进步。能源足迹是用生物生产性的土地面积，从时空角度测算人类能源消耗水平。能源足迹的研究可以定量测算能源消费对于区域经济的影响和对资源环境可持续发展的影响。研究辽宁省能源足迹时空变化特征可以揭示能源消费情况对辽宁省环境及经济可持续发展的影响，从而为辽宁地区经济-资源环境可持续发展提供决策参考[3-4]。
国外学者对于能源足迹的研究，最早是基于生态足迹研究，Rees 等[5]将生态足迹的测算扩展到二维[6]。紧接着其他学者提出了能值转换法和投入产出法[7]测算生态足迹。能源足迹是通过生态足迹方法来测算能源消费情况的方法[8]。Ferng[9]最早将能源足迹作为单独的研究对象加以分析。Stoglehner[10]对能源足迹的类型进行划分；
Monfreda 等[11]强调海洋对能源足迹的影响；
Wiedmann[12]分析英国进出口贸易的携带能源足迹；
Jess[13]预测到2050 年维持可持续发展的唯一途径是将能源足迹在目前基础上减半；
Lincoln Davies[14]认为需要加大开发替代能源，政府要将能源法和环境法合并，解决能源环境协调发展。
国内学者对能源足迹研究广泛。陈成忠[15]、李琦[16]和赵冠伟[17]等从宏观尺度上研究全国的能源足迹；
郭运功[18]、方恺[19]和张乐勤[20]等研究各省和直辖市的能源足迹；
秦艳[21]、贾首杰[22]、方恺[23]、檀菲菲[24]、李智[25]等将经济发展、城市扩张导致的生态压力以及区域可持续发展评价与能源足迹进行综合分析等。综合国内外研究现状，国外学者更多地从技术层面通过研究开发替代能源来减少能源消耗，国内方面对于省域尺度的能源足迹时空研究仍不足。因而本研究从时空角度分析辽宁省能源足迹动态演变过程和趋势，具有一定的实践与理论意义。
碳汇法能源足迹模型计算公式为：
式中，EEF 为人均能源足迹（hm2）；
Fi表示第i 项能源消费量（标准煤）。式中“Fi×7000×4.1868”表示的是能源消费过程中产生的热能（KJ）；
Ai表示第i 项能源消费的全球平均足迹；
a 代表面积（hm2），这里能源的全球平均足迹是以单位土地面积所容纳的能源消耗产生的热量为换算单位。辽宁省能源研究数据来源于《辽宁省能源统计年鉴2005-2018》，这些数据主要是基于能源实际消费量，由于计算需求，需要折合为标准煤，折合标准煤系数来自《中国能源统计年鉴》。各类土地面积数据来源于《辽宁统计年鉴2005-2018》。
2.1 能源足迹时序变化特征
利用辽宁省2004—2017 年能源消耗数据，基于碳汇法能源足迹模型计算得到2004—2017 年辽宁省能源足迹（表1）。辽宁省2004—2017 年平均每公顷能源足迹从2004 年的6.13 KJ/hm2增长至2017 年的9.59 KJ/hm2，增加约1.56 倍。2004—2017年，年均每公顷能源足迹为8.45 KJ/hm2，其中2004—2009 年低于平均值，2010—2017 年高于平均值，前者年平均能源足迹为7.28 KJ/hm2，后者年均能源足迹为9.45 KJ/hm2。能源消费弹性系数反映能源消费的变化对于经济发展的影响，是能源消费增长速度与国民经济增长速度二者年平均增长率之间的比值。辽宁省能源足迹的弹性系数2004 年为0.96，2017 年为0.59。表明辽宁省经济结构中高附加值、低能耗的产业占据比例在逐年提升，城市化工业化进程加快，拥有较为先进的技术水平和管理水平。
表1 2004—2017 年辽宁省能源足迹
能源足迹2004—2012 年呈增加的趋势，2009 年为能源足迹的第一个转折点，2009—2012 年能源足迹增长速率加快，2012 年为能源足迹的第二个转折点，2012—2015 年能源足迹基本稳定并有所下降，2016—2017 年能源足迹又有小幅度的回升。辽宁省能源足迹的时空变化呈现出先上升后下降的趋势，体现了工业化进程中不同发展阶段，能源消费结构也不相同的特征，同时也符合政策的变化情况。近几年节能减排政策不断推进，辽宁省更加注重控制能源消费总量，使得能源足迹的时空变化呈现基本稳定的趋势。
根据图1，能源足迹消费结构中天然气的增长最为明显，增长率为174.11%，煤炭的增长率仅为2.83%，原油呈现负增长，原油、煤炭的增长率均不到5%，辽宁省能源消费结构中清洁能源的增幅最大，为煤炭增长率的62倍，受这些能源足迹值的快速增长以及煤炭足迹在2008 年之后停止增长的双重作用力的影响，煤炭足迹在能源足迹的构成中占据的比例由2004 年的53.4%持续降低至2017 年的47.83%，但天然气、水电等清洁优质能源所占比例仍然很小，在能源足迹的消费构成中，煤炭和石油所占比例依旧过大，体现了随着全社会更加注重环境污染问题，辽宁省环境污染的治理效果在逐年提升，煤炭消费产生的热量在能源足迹构成中产生的热量比重在逐年下降，能源消费结构在不断合理化调整。
图1 2004—2017 年辽宁省主要能源足迹消费增长率
2.2 辽宁省能源足迹空间变化特征
表2 为基于碳汇法计算出的2007—2017 年辽宁省各市能源足迹。辽宁省2007—2017 年能源足迹空间演变分为两个阶段。
表2 2007——2017 辽宁省各市能源足迹
2007—2012 年能源足迹的变化具体表现为抚顺和锦州两个城市的能源足迹值减少，其他城市的能源足迹值全部增加。高值区的城市由本溪变为了本溪和盘锦；
中高值区由盘锦、鞍山和抚顺变为营口、鞍山、辽阳和抚顺；
中值地区由葫芦岛、辽阳、营口和大连变为了葫芦岛、大连和铁岭；
中低值地区由阜新、沈阳、锦州和铁岭减少到阜新和沈阳；
低值地区由朝阳和丹东增加到锦州、朝阳和丹东。
2012—2017 年能源足迹的变化具体表现为抚顺、营口、朝阳三个城市能源足迹值增加，其他城市能源足迹值减少。高值区的城市不变，仍是盘锦和本溪；
中高值区城市少了辽阳，变为了营口、鞍山和抚顺；
中值区城市由葫芦岛、大连、铁岭变为了大连和辽阳；
中低值区城市由阜新、沈阳变为朝阳、葫芦岛和铁岭；
低值区城市由朝阳、锦州和丹东变为了锦州、阜新、沈阳和丹东。
辽宁省能源足迹空间差异显著，存在空间集聚性。从2007—2017 年辽宁省中东部地区中高值、高值区城市数量增加；
西北部地区能源足迹一直处在中低值和低值区。
3.1 结论
3.1.1 以辽宁省2004—2017 年能源消耗数据为基础，基于碳汇法模型计算得出从2004—2017 年辽宁省能源足迹时空变化分为三个阶段。自2004—2012 年能源足迹呈现线性增长的趋势，增幅最大，2013—2015 年能源足迹基本稳定并有所下降，2016—2017 年能源足迹又有小幅度的回升。
3.1.2 辽宁省能源足迹消费结构以煤炭、原油为主，其中煤炭的消费凭借绝对的消费额占据主导地位，电力、天然气、柴油、煤油、汽油、燃料油和焦炭在能源足迹结构中占比较小，能源足迹消费结构不合理。
3.1.3 辽宁省能源足迹空间分布不均衡，具有一定的空间集聚性。辽宁中东部地区能源足迹数值较大，辽宁西北部地区能源足迹数值较小。能源足迹的空间分布与人口和经济发展情况并不匹配。未来随着人口的增加，城市化规模的扩大，产业集聚模式逐渐形成，对于能源、水资源的消耗将进一步加剧。
3.1.4 辽宁省能源足迹2004—2017 年为6.13～9.59 KJ/hm2，这变化与近十年的经济发展水平、人口规模变化和产业结构密切相关，经济增长对能源足迹的影响最为密切。
3.2 建议
要实现节能减排，解决现阶段依靠重工业和资源型产业带动经济发展的现状，同时保持经济高速可持续增长，辽宁省需要持续优化产业结构，发展高端制造业。促进清洁电力发展，煤炭作为辽宁省能源利用的主体，煤炭发电也是辽宁省电网最常用的发电方式，近年来通过科技创新，燃煤发电已经可以实现零污染物的洁净发电。加快能源供应通道建设，建设煤炭铁路运输网络系统、油气供应渠道并加强电网建设，大力发展利用可再生能源。
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