能源發展指數的國際比較及政策建議

黨 蕾，牛叔文，強文麗，李 真，朱芹瑤

（蘭州大學 資源環境學院，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

在經濟全球化、人口持續增長的背景下，人類社會對能源的消耗迅速攀升，引發了一系列資源和環境問題［1］。從全球層面來看，化石能源消耗量大且不可再生，其燃燒產生的大量溫室氣體加劇了全球變暖［2，3］；從區域層面來看，化石能源的使用產生了大量污染物，造成了嚴重的酸雨和霧霾［3］。減少污染物排放是全球議題，更是目前能源轉型的重要目標［4］。如何滿足不斷增長的能源需求，同時減少其對環境的影響是全球所有國家面臨的重大挑戰［5，6］。全球燃料結構將從煤炭、石油轉向天然氣和可再生能源，各國在能源發展方面積極探索實踐［7］。歐洲發達國家積極推進能源清潔化利用，發展高效風光發電和生物質能，憑借資源稟賦優勢推進海洋能、地熱能等可再生能源技術升級［4］。發展中國家在擴大水能資源利用的同時，不斷增加對風電、光伏、生物質能、核電的開發利用。以中國為例，2020 年我國電力結構中可再生電力占29.5%，為2030 年實現碳達峰，2060 年實現碳中和做出了積極努力。為實現將全球平均氣溫升高控制在2℃以下的目標，能源系統需關注減排、高效、低成本和可持續利用［8］，其基本路徑可歸結為能源結構調整、技術創新和政策配套［3，9］。首先，能源調整體現在燃料的清潔性、可再生性［10］和結構的多元性［11］。以燃料能源為例，煤炭消費量持續下降［7］，可再生能源和天然氣在2019年占一次能源共同貢獻了超過75%的凈增長。其次，技術創新提高了能源效率，減少了污染物和溫室氣體排放。在開源方面，體現在生物質的氣化、液化、熱裂解、固體成型技術［12］和風光資源的開發等；在節流方面，集中供暖［13］、智能電網［14］、電力儲存等［15］實現了能源效率的有效提升。第三，利用政策工具推廣新能源、新技術和新生活方式。Schwartz等［16］認為政策可以指導人的行為方式，進而促進消費行為中的節能。德國、日本等發達國家在轉型過程中善用政策工具，加快新能源技術的推廣，增加電力供給中可再生能源的份額［17］。

自1987 年《我們共同的未來》報告發布以來，能源在可持續發展中的作用、能源發展的含義和能源評估指標得到了進一步的界定和研究［18］。人們對能源的認識也從僅對可持續發展有影響［19］發展到對經濟社會環境都有影響［20］，到如今環境和資源枯竭問題將能源問題提上政治議程［18］。能源指標成為全球可持續發展研究的一部分，在多維度評價指標體系中占有重要位置。體現在：①能源作為構成其他指標的一部分。可持續發展指標（ISD）中有6個指標與能源相關［21］；在聯合國千年發展目標中，能源被列為第七個可持續發展目標，定義為“確保所有人都能獲得負擔得起、可靠、可持續和現代的能源”［22］。Fuso等［23］分 析 了 能 源 與17 個 可 持 續 發 展目標之間的聯系，認為“能源系統是社會和經濟發展的基礎，影響所有可持續發展目標的成果交付”。②多維度指標的角度。大量學者對不同國家的能源體系進行了研究，旨在從社會［5］、經濟［24］和環境［24，25］3個維度評價各國能源發展的具體信息，每個方面構成獨立的一維。Streimikiene 等［25］指出，促進可再生能源的使用和提高能源效率對環境有積極的影響。Iddrisu 等［5，18］更關注指標間的關系，并提出可持續能源發展指數（SEDI），發現SEDI與EDI［26］和人文發展指數［18，27］呈正相關。在此基礎上，有關技術、監管［28］和 治理［24，29］方面 的 能 源 評 價 指 標 被 相 繼 提 出，如能源政策類的能源公平度、可持續能源的監管指標［29］和評估能源供應、轉換和分配的指標［30］、能源貧困類的可持續發展和能源指標［31］、多維能源貧困指標和能源貧困指標［32］。各指標體系包括不盡相同的內容，基于不同的視角強調對應重點。

在回顧相關文獻的基礎上，本文以1990—2018年為研究期，從3 個維度（能源可獲得性、能源經濟性、能源清潔性），選擇13 項指標構建能源發展指數指標體系，運用幾何平均數的方法對92 個國家的能源發展表現進行定量衡量，以期客觀反映各國能源發展水平及其空間異質性；同時，通過國家之間的比較，以期為不同能源發展階段的國家在能源政策制定和實施方面提供參考。

1 能源發展指數指標體系

為了更好地了解能源在人類發展中的作用，國際能源理事會（IEA）在2004 年出版的《世界能源展望》中引入了能源發展指數（EDI）［33］，基本指標包括通電率、商品能源占終端能源消費的比例和人均商品能源消費量。通電率反映了國家和地區的現代能源服務水平，后兩個指標則衡量了國家或地區向現代燃料的過渡情況及其能源使用的成熟度［34］。

本文從能源的可獲得性、經濟性和清潔性3 個維度，選擇13 項評價指標對能源發展進行評估（表1）。①可獲得性，包括人均能源使用量、能源進出口率、通電率、可再生能源占終端能源消費比例、人均電力消耗5 個指標。人均能源使用量反映基本能源需求，低于平均人均能源使用有兩種可能：一是樣本國家較節能或以服務為導向，能源利用效率高；二是國家經濟欠發達，公民負擔不起能源使用成本［35］。能源進出口是實現供需平衡的重要手段，反映了一個國家對外國能源的依賴，一個國家進口的能源越多，它對外部供應的依賴就越強。能源出口則具有相反作用。在高經濟發展水平下，人們將有更多機會獲得現代清潔能源，可再生能源消費占終端能源消費比例不僅反映了能源結構，還反映了向可再生能源過渡的程度和可能性［36］。通電率和人均電力消費是衡量最高質量能源服務的獲得情況［37］。②經濟性，選擇能源強度、商品能源占終端能源消費比例和人均GDP 3 個指標。能源強度衡量能源效率，與經濟發展和技術水平密切相關，本文采用2017 年平價購買力來計算此指標［38］。與其他能源相比，商品能源更加方便高效，因此經濟越發達，商品能源的比重就越高。經濟實力是能源選擇的先決條件，人均GDP 可以衡量經濟實力。③清潔性，選擇PM2.5超標人口比例、固體生物質能占終端能源消費比例、人均化石燃料消耗、人均溫室氣體排放總量和清潔電力占比5 個指標。PM2.5超標人口比例可以衡量環境質量；固體生物質能占終端能源消費比例用來衡量環境意識和能源使用水平；化石燃料不可再生，對環境影響巨大，人均化石燃料可耗判斷能源使用的可持續性；溫室效應是氣候變暖的重要原因，人均溫室氣體排放總量是衡量清潔能源使用情況的重要標準［39］；電力是一種清潔能源，但電力的生產過程卻不完全清潔，清潔電力占比在一定程度上反映了電力生產過程的清潔度。

表1 能源發展指數綜合指標體系Table 1 Comprehensive evaluation index syste m of energy development

2 研究方法及數據來源

2.1 研究方法

能源發展水平表現在多方面，單一的評價指標未能體現能源發展的豐富內涵，部分學者運用算術均值、加權均值、綜合距離P2 方法［40］和冪均值［41］將幾個單項指標進行復合。指標權重對評價結果有重要影響。Lai 采用主因子分析確定權重［42］，根據原始數據的方差和協方差進行分配，但這不能反映指標在能源發展中的相對重要性。幾何平均法賦予信息缺失最多的維度更大的權重［41］，本文采用此方法計算得分，且3 個維度權重相同。本文對13 項指標進行歸一化處理，確定指標權重，運用幾何平均法計算能源發展指數得分。具體步驟如下：

①建立矩陣，并進行標準化。為橫向比較國家間的差異，縱向比較同一國家在不同時間段的差異，消除指標間的量綱和方向差異，對所有指標進行歸一化，數值表示在區間［0，1］內。計算公式為：

式中：EDIa、EDIe和EDIc分別為能源可獲得性、能源經濟性和能源清潔性3 個維度的得分；EDI為能源發展得分。

2.2 數據來源

根據數據的可獲得性和樣本國家的代表性，選取92 個國家作為研究對象。2020 年，樣本國家的陸地面積、人口規模和經濟規模分別占全球的76.38%、86.92%和93.82%，可以反映全球能源發展的總體情況。根據收入水平對國家進行分類（世界銀行，http：//data.worldbank.org.cn/indicator），將92個國家劃分為4 類，包括6 個低收入國家、25 個中等低收入國家、25 個中等高收入國家、36 個高收入國家（表2）。

表2 樣本國家分組Table 2 The grouping of sample countries

樣本國家13 項指標的數據來自世界銀行數據庫（2020 年）。1990—2018 年商品能源占終端能源消費比例和人均固體生物質能消耗量來自國際能源署《世界能源平衡表》（2020 年）。部分缺失的數據，運用世界能源統計在線數據庫（2019 年）及其所在國的在線統計年鑒插值，然后采用樣條方法和移動平均法對缺失數據進行擬合處理。

3 結果及分析

3.1 指標之間的相關性

13 項歸一化指標之間的相關系數（R）年際變化很小，整體關系穩定（表3）。1990—2018 年，大多數指標的標準差都低于10%，只有少量的Rij值大于10%（表4），表明13 項指標之間的相關性不高，變量的獨立性較強，意味著這13 項指標不能相互替代。相關系數的時間序列上沒有明顯波動，關系穩定。

表3 1990—2018 年92 個國家13 項指標相關系數的標準差Table 3 Standard deviations of correlations coefficients of 13 indicators in 92 countries from 1990 to 2018

表4 1990—2018 年92 個國家13 項指標相關系數的平均值Table 4 Average coefficients of correlations among 13 indicators in 92 countries from 1990 to 2018

3.2 指標在3 個維度的時空演變特征

變異系數可以消除各指標因單位和數量不同的影響，比較不同指標的相對變異程度。1990—2018年，整體變異程度相對穩定，13 項指標中8 項指標的變異系數小于1.00%，4 個指標的變異系數在1.00%—1.90%之間（表5）。其中，1990 年PM2.5超標人口比例的變異系數最大為2.51%，2018 年收斂至1.83%。1990—2018 年，92 個國家所有指標的變異系數均出現下降，表明國家之間的相對差異呈縮小趨勢。隨著國家和地區綜合實力的增強，能源發展的差距也在縮小。

表5 1990—2018 年92 個國家13 項指標的變異系數（CV）Table 5 Coefficient of variation of 13 indicators in 92 countries from 1990 to 2018

將標準化后的5 項指標（X1- X5）按照公式（4）計算，得到能源可獲得性維度的得分，結果如圖1 所示。結果表明，各國之間的發展極不平衡。就能源可獲得性得分來看，得分高的國家為歐美發達國家和高收入國家，其中冰島最高，2018 年得分為0.52。可獲得性得分低的國家位于非洲和南亞的欠發達國家，得分在0.20以下。2018 年，海地最低，得分不到0.03 分，僅為同年冰島的1/5。就排名來看，排名在中間的國家主要位于中東歐、亞太和拉丁美洲地區。1990—2018 年，排名變化最大的是中等收入國家，如越南、安哥拉、莫桑比克等，但是分數增長最快的國家集中在高收入和中高收入國家，表明各國在努力促進其能源供應水平。其中，高收入和中高收入國家能源可獲得性提高明顯，位次排序上升較快的國家主要是亞洲新興經濟體和一些能源出口國。

圖1 1990—2018 年92 個國家能源可獲得性得分Figure 1 Energy availability scores of 92 countries from 1990 to 2018

將中間3 項指標（X6- X8）按照公式（5）計算，得到能源經濟性得分，結果如圖2 所示。1990—2018 年，樣本國家的能源經濟性取得了一定的成就，國與國之間的差距逐步縮小，變異系數由0.51%變為0.41%，但差異依舊非常明顯。2018 年，排名前1/3 的國家主要是高收入發達國家，盧森堡得分最高，為0.97。排在最后1/3 的國家主要是低收入和中低收入的欠發達國家，埃塞俄比亞的得分只有盧森堡的1/10。在位次上升超過10 位的國家中，高收入國家占42.86%，中高收入國家占36.00%，值得關注的是中國，排名上升了36 位。盧森堡、哈薩克斯坦、菲律賓等30 個國家得分高于平均水平（0.11），其中2/3 為亞洲中等收入國家和歐洲高收入國家。

圖2 1990—2018 年92 個國家能源經濟性得分Figure 2 Energy economy scores of 92 countries from 1990 to 2018

將后5 項指標（X9- X13）按公式（6）計算，得到能源清潔性得分，結果如圖3 所示。能源清潔性分數提高最多，92 個國家的清潔性平均得分從1990 年的0.17 上升到2018 年的0.25，增長率為49.42%。這說明能源利用的可持續性在提高，但清潔性維度的變異系數最大，不平衡現象依然存在。清潔性得分較高的國家主要分布在歐洲、北美洲和大洋洲，它們擁有良好的基礎設施、較高的經濟水平和具有主動選擇能源的余地。排名上升10 位以上的國家集中在歐洲、亞洲的高收入和中高收入國家。49 個國家的清潔性得分一直低于0.20，能源的可持續利用是影響這些國家能源轉型的主要影響因素，這些國家主要分布在亞洲和非洲。

圖3 1990—2018 年92 個國家能源清潔性得分Figure 3 Energy cleanliness scores of 92 countries from 1990 to 2018

總體來看，1990—2018 年92 個國家在3 個維度的不平衡性在減弱。能源可獲得性維度下降幅度最大，表明隨著經濟增長，能源的供給能力增強。能源經濟性得分的平均值（1990 年為0.38，2018 年為0.49）一直是最高的，而可獲得性和清潔性得分直到2018年才達到1990 年能源經濟性（0.38）的水平，92個國家在能源清潔性維度的差距最大。研究期內，國際能源結構發生了變化，正在向更清潔、更經濟的方向發展，但3 個維度的發展依然不平衡。

3.3 能源發展的綜合評價和全球格局變化

根據公式（7）計算能源發展的綜合得分。能源發展整體向好，變異系數下降，但國家間依舊不平衡。能源發展平均分從1990 年的0.17 上升到2018年的0.23，凈增長率為36.76%。1990 年，綜合得分在30%以上的國家只有12 個，到2018 年已發展到23 個。變異系數則從1990 年的0.76 下降到2018年的0.67。2018 年冰島的能源發展得分最高為0.70，巴基斯坦的得分最低為0.04，僅為同年冰島的5.32%。在此期間，除科特迪瓦、巴基斯坦、以色列和非洲、南亞部分國家外，85 個國家都實現了增長。從收入分組來看，盧森堡、丹麥、波蘭等高收入國家穩定增長；以哥斯達黎加和中國為代表的中高收入國家得分增長較快；莫桑比克、埃塞俄比亞和尼泊爾等低收入國家的平均年增長率超過4%（其中莫桑比克以超過25%的年均增長率居首），這些國家憑借水資源稟賦優勢開發水電，普及電力，但能源基礎薄弱，排名沒有顯著變化。

能源發展指數（EDI）的分數變化和排名變化并不同步。研究期內，92.4%的國家得分在提高，其中49.41%國家的得分和排名均在上升。在得分和排名均上升的國家中，高收入、中高收入、中低收入和低收入的國家分別占38.10%、23.81%、26.19%和11.90%。1990—2018 年EDI 排名快速變化的國家（表6）。部分歐洲國家（以盧森堡、波黑、羅馬尼亞為代表）和中國、越南等新興工業化國家實現了快速增長；非洲和南亞的一些國家由于政治不穩定、自然災害和體制改革困難，且通常負債累累，能源發展速度慢，EDI排名大幅下降。

表6 1990—2018 年能源發展得分排名變化的國家Table 6 Countries ranked by energy development score from 1990 to 2018

3.4 高、中、低EDI國家的差異比較

首先，根據2018 年EDI得分將樣本國家劃分為3 個組別。2018 年，高EDI 的國家有28 個，除巴西、哥倫比亞、羅馬尼亞和俄羅斯是中高收入國家外，其他國家為高收入國家。這些國家以7 個工業化國家（G7）為代表，它們發展水平高、經濟發達、基礎設施完善，有能力選擇能源，主要分布在西歐、北美和大洋洲。在34 個EDI國家中，以中國、阿根廷、墨西哥為代表的新興工業化國處于基礎設施建設的快速發展階段，主要分布在中東歐、東南亞和拉丁美洲。30個低EDI國家是以安哥拉、伊朗、尼日利亞等為代表的石油出口國，此類國家資源稟性好、能源依賴程度高；同時，還包括了非洲、南亞等一些尚處于溫飽線的國家（表7）。其次，1990—2018 年能源發展水平呈現上升趨勢，高EDI和中EDI的國家數量增加，而低EDI的國家明顯減少。1990 年，高、中、低EDI 國家分別有16 個、24 個和52 個，2018 年則分別上升至28 個、34 個和30 個。從中EDI 變為高EDI 的國家是歐洲國家，如丹麥、奧地利、盧森堡、英國等，而實現低EDI向中EDI轉變的國家位于亞太地區和東歐。第三，研究期內三組組內差異弱化。變異系數在高、中、低EDI 組分別下降了33.61%、21.70%和30.57%，1990 年的高EDI 組內部差距最大，2018 年的中EDI組內部差距最大。最后，就高、中、低EDI組在3 個維度的表現來看，高、中、低EDI 在能源可獲得性、經濟性和清潔性的差異非常顯著，3 個維度上均呈現出高EDI 國家平均分遠超中EDI 國家，中EDI遠超低EDI 國家；能源清潔性在低EDI 國家呈下降趨勢，但在高EDI 國家中成為提高EDI 總分的主導項目。

表7 2018 年高、中、低EDI國家分組Table 7 High，medium and low energy development scores countries in 2018

4 結論、討論與建議

4.1 結論與討論

本文從能源可獲得性、能源經濟性和能源清潔性3 個維度選取13 項指標，運用幾何平均數法評價了92 個國家1990—2018 年的能源發展水平，主要結論如下：①就全球能源發展趨勢來看，能源發展向好且國家間的差距正在縮小，但3 個維度發展依舊不均衡。能源系統朝著清潔、可持續、高效益和低成本的方向轉化，雖然發展過程緩慢，但是已成為一種全球趨勢。②就收入分組的能源發展水平來看，低收入國家增速最快，中收入國家尤其是中高收入國家得分增長快，高收入國家保持穩定增長。研究期內，排名的增長主要發生在高收入和中收入國家。③就能源發展指數得分高、中、低分組來看，組內差異減小，組間差距依舊存在，且分布特點明顯。能源發展得分高的國家主要分布在北美、西歐和大洋洲，這與收入水平的分布大致相似；能源發展得分中等的國家主要分布在中東歐、亞洲和拉丁美洲的新興工業化國家；能源發展得分低的國家主要分布在非洲和南亞地區。④多數國家自身條件有限，無法推動能源轉型。適宜的轉型路徑是提高能源的可獲得性、可負擔性，通過能源的清潔化提高環境的可持續性。各個國家應根據自身能源系統存在的短板，采取針對性措施，在提高能源供給的同時，實現節能減排。

能源系統發展是一個受多種因素影響的復雜過程，有必要建立一套科學且相對完整的能源發展評價指標體系，為轉型路徑選擇和政策設計提供參考。根據有關數據的可得性和可比性，本文選擇13 項指標評價了1990—2018 年的全球能源發展，所選指標涵蓋了能源發展所涉及的主要方面，但仍有缺陷。由于缺乏能源消費支出和能源開發投資的數據，在能源經濟性維度上只有3 個指標，內容薄弱。指標的權重會極大地影響評估結果，但定量各指標的重要性是困難的，因此本文取平等權重來計算。在綜合得分中，具有較多指標的維度在得分中占有較大的比重。13 項指標對能源系統的發展有正有負，本文對負向指標的矢量方向做了調整。

4.2 建議

根據研究結論，本文提出以下對策建議：①處于不同能源發展水平的國家應根據自身情況選擇未來的能源發展路徑。對于能源發展得分高的發達國家，應加快技術創新，在提高能源效率、節能減排中發揮引領作用；以中國為代表的新興經濟體得分處于中等水平，應繼續推動能源經濟發展，促進風、光、水等可再生能源發展，促進生物質資源的清潔利用，進一步提高能源的可獲得性，并積極研發和應用新技術；對于非洲和南亞一些低得分的國家，首要任務是建設能源基礎設施，開發各種資源特別是可再生能源的潛力，減緩能源貧困，保證正常生產生活用能，同時努力改進用能技術，提高能源利用效率，不斷推動能源現代化發展。②目前全球能源發展程度處于低位，在資金、技術、政策等方面的國際合作可有效推動能源系統的全球轉型。在資金方面，發達國家和發展中國家應積極合作，提高減碳的邊際效益；在技術方面，發達國家的技術封鎖可能會過高地增加發展中國家的減碳成本。目前，歐盟和中國為實現“碳中和”相繼提出了有利政策，而政策和體制機制是推動全球能源轉型的基礎和保障。③能源發展是一個長期的過程，需要一系列條件的支持。一個國家不僅要有相應的資源稟賦，還需要技術、資金和政策支持，但資本投資、能源基礎設施改善和技術進步需要長期積累。假設能源發展的步伐保持不變，到2050 年，92 個國家的得分將相當于2005 年或2010 年七國集團的水平。因此，所有國家都應制定長期發展計劃，實施有針對性的政策，努力實現減緩氣候變化和獲得現代能源服務的目標。