1、    1990世界能源時空演變特征研究    朱孟玨+莊大昌摘要能源系統是從能源開采、能源生產到能源運輸，再到終端消費或儲備全過程的系統工程。能源在區域之間的運輸促進了世界能源網絡的形成，隨著時間推移和各種外部因素的變化，能源空間格局也隨著發生劇烈的變化。基于19902015年195個國家能源生產消費數據和貿易矩陣，采用雙因子趨勢圖法和社會網絡分析法分析世界能源生產、消費與運輸的時空演變特征。結果表明：世界能源的生產主要分布在中東、亞太、前蘇聯、北美、中南美和西北非，原油、天然氣和煤炭的空間格局也存在差異。世界能源消費增長存在波動，高消費量高增長率的區

2、域分布在亞太和新興經濟體，歐洲能源消費放緩，北美、日本、俄羅斯消費出現負增長趨勢。從世界能源運輸來看，能源出口集中在前蘇聯、中東、西北非和中南美地區，能源進口集中在亞太及歐美地區；世界能源運輸整體流動性增強，中東和北非局部時期存在波動；能源生產國外向中心性不斷攀升，亞太和新興經濟體內向中心性增長最快；形成“核心-次核心-節點”的層級結構，歐洲地位下降，亞太作用增強，多元化趨勢顯現；能源運輸存在8條主要路徑。經濟增長、政治局勢、國家關系以及能源開發技術都對世界能源時空格局產生重大影響，各國也紛紛通過能源來源多樣化、雙多邊合作、能源戰略儲備、新能源開發保證自身能源安全。隨著頁巖油氣開發技術、新能源

3、技術的發展普及，尤其是煤炭消費在世界范圍的放緩銳減，未來世界能源空間格局也即將發生重大調整。關鍵詞世界能源；社會網絡分析；雙因子趨勢圖；能源運輸；時空特征f062.1a1002-2104（2017）05-0063-09doi：10.12062/cpre.20170337能源是一個國家國民經濟增長、國家安全維護的重要基礎和保證1。早在1930年代，daniel yergin就曾經以“石油，10%是經濟，90%是政治”來形容，這也是最早期關于能源地緣政治的論述。1960年石油輸出國組織（opec）的成立，1973年和1978年兩次石油危機的爆發，使得能源問題開始逐漸成為各國學者研究探討的焦點。近年

4、來，隨著經濟全球化的發展，作為經濟發展重要制約條件的能源消費問題凸顯，國外學者已從眾多視角對能源地緣問題展開廣泛研究。如在世界能源安全研究方面，hughes從能源消費、能源替代等方面提出保障能源安全的對策和思路2，anil markandya、kruy、salameh等從能源建模、安全指標構建等探討能源安全的保障政策3-6；在能源能源效率方面，tone等采用非期望產出的sbm模型、malmquist指數等對能源利用系統與能源效率進行了評估7-9。國內相關研究主要在1990年代之后，研究視角體現在以下方面：能源地緣政治格局與機制研究，如李紅強探討了能源地緣政治格局的演變特征及驅動機制10；郎一環

5、等對地緣政治格局下中國的政策響應及驅動機制展開研究11。世界能源安全的時空協調、安全評價模型構建及保障對策研究，如沈鐳等基于集對分析方法等構建了能源供給安全評估模型12；胡志丁等基于尺度轉換、地緣關系和地緣結構等理論，重構了地緣能源安全評價模型13；張雷等從全球和國家尺度探討了能源供應保障的時空協調體系14。世界能源系統與空間分布研究，如劉毅探討了中國能源供需保障制度與對策15；朱孟玨等基于能源系統理論分析了世界能源生產與消費的演變特征16；郝麗莎等分析了世界石油資源的多中心圈層結構17。世界及中國能源可持續、生態安全、碳排放研究。如王文濤等認為全球氣候變化與地緣政治具有多元復雜關系，并探討了

6、全球氣候變化對能源地緣政治的影響特征18；關偉等基于非期望產生的sbm模型對區域能源生態效率的空間格局與效應進行了分析19；程葉青等利用碳排放強度morans i指數研究了中國能源消費空間特征20。國際能源合作與能源外交研究，如楊宇等通過研究中國與中亞的能源合作，將能源合作模式分為貸款換資源模式、雙向合作模式、聯合經營模式、油氣資源供求一體化模式、油氣-經貿合作模式等21。從國內外研究來看，能源地緣政治環境及驅動機制、能源博弈下的國際合作與時空協調響應、能源安全和供需保障是當前能源地緣研究的三大重要方向。研究這三大重要問題的現實基礎是能源出口國、進口國以及過境國之間的博弈，即能源生產、消費和運

7、輸所構成的網絡系統。能源系統中的生產、運輸、消費三大環節相互促進，相互制約，密不可分。能源生產包括原煤、原油、天然氣等化石能源以及的其他動力能的一次生產，也包括由一次能源加工轉換而成的二次產量，能源生產決定了生產國在世界貿易網絡中的話語權和支配地位；能源消費由區域的人口增長以及經濟增長需求決定，包括了居民和各產業的總段能源消費、能源加工轉換以及運輸過程中的損耗；正是由于能源生產和能源消費在空間上存在差異性，導致了能源運輸的出現，引發了能源地緣政治格局的演化，也觸發了世界貿易網絡的多樣化。因此，研究旨在通過雙因子趨勢圖、社會網絡方法等技術手段，對19902015年世界195個國家能源生產消費數據

8、和貿易矩陣進行分析，主要研究目標包括：利用雙因子趨勢圖模擬分析世界一次能源（原油、天然氣和煤炭）生產、消費的空間格局及演化特征；利用雙因子趨勢圖、社會網絡分析等對世界能源運輸網絡的網絡密度、中心性、層級結構、運輸路徑進行分析；通過討論世界能源時空格局對未來發展趨勢進行判斷與分析。1數據來源與研究方法1.1研究區域與數據來源本文以2015年世界195個國家為研究對象（包括聯合國193個會員國和梵蒂岡、巴勒斯坦2個觀察員國，不包括西撒哈拉、科索沃、庫克群島、紐埃等暫未加入聯合國且不被國際社會普遍承認為國家的地區，也不包括世界各地區），研究其在1990年、1995年、2000年、2005年、2010

9、年、2015年6個時間節點的能源數據。主要數據包括：能源生產量和消費量（總量、石油、天然氣、煤炭）；能源進口量、出口量以及貿易量矩陣。以上數據來源于bp statistical review of world energy、energy information administration（eia）、opec annual statistical bulletin、international trade centre（itc） statistics以及各國能源部和統計局數據。 1.2研究技術方法1.2.1雙因子趨勢圖分析法對于處理時間序列的變量數據，傳統方法是通過一系列地圖來演示，雙因子趨勢圖

10、方法是通過一張地圖將空間、時間囊括在內，反映了一定時期內，能源總量多少、能源量增長快慢的能源空間變化趨勢（圖1）。具體方法為：因子降維：將6個年份195個國家能源生產、消費數據以及各時間段增長率作為變量，采用主因子分析方法降維，提取前2個主因子，分別反映能源總量強度以及能源增長變化的波動情況；閾值確定：先根據第一主因子分值情況，將所有樣本按照均值、均值-1/2標準差兩個閾值分為三個大類，每一大類再按照第二主因子分值的均值、均值-1/2標準差兩個閾值再次各劃分三個小類，形成3×3矩陣。圖形解讀：矩陣分為九類，如右上角的一類表示“高-高”區域，即能源總量大，能源增長率也快的國家，以此類推

11、。1.2.2社會網絡分析方法社會網絡分析是對“作為節點的社會行動者及其所構成關系集合”的結構與屬性進行綜合分析的方法。利用社會網絡分析方法可以有效反映各年份世界能源的的運輸路徑及空間格局，以及各國在能源網絡中的作用和地位。具體通過international trade centre（itc） statistics搜集國與國之間的石油、天然氣和煤炭貿易數據（能源總量為三者的加和），以兩國交易量達到0.1百萬 t油當量視為兩國存在能源貿易聯系的閾值，存在聯系賦值為1，不存在聯系賦值為0，從而構建195個國家的二值有向矩陣。相關測算指標如下：（1）整體網絡密度：反映在能源網絡中國家之間的緊密程度，密

12、度值越大，說明國家之間的能源聯系愈強，能源流動性越大。計算公式如下：式中，m為能源網絡中實際關系數，g為網絡節點個數，g（g-1）為最大理論關系數。（2）中心性和中心勢：中心性是衡量節點在能源網絡中所處地位和作用，中心性越高說明該國家相對其它居于“核心”地位，具有控制和影響能源流向的作用；節點中心性可分為內向中心性和外向中心性，內向中心性反映節點國家能源進口來源的多少，外向中心性反映節點國家能源出口渠道的多少；中心勢指網絡整體中心性，中心勢越高說明控制力集中在少數國家，網絡趨向緊湊。內外中心性（2）、總中心性（3）、中心勢（4）計算公式如下：式中，cin（ni）表示內向中心性；cout（ni）

13、表示外向中心性；g表示網絡節點個數；rij，in表示從國家j出發到國家i的有向關系數；rij，out表示從國家i出發到國家j存在的有向關系數；c（ni）表示國家i的總中心性；cad表示整個網絡的中心勢；cadmax表示網絡中最大的中心度。（3）關聯度和聚類系數：反映網絡可達性的指標，關聯度是能源網絡中節點的連通程度，聚類系數是能源網絡中節點的聚集程度。關聯度（5）、聚類系數（6）計算公式如下：式中，cc表示網絡聚類系數，cci表示節點i的聚類系數，g是網絡節點個數，n是節點i的所有相鄰節點連接邊的個數，k是節點i相鄰節點的個數。2世界能源時空特征分析2.1能源生產利用雙因子趨勢圖方法對各國6個

14、年份的能源生產數據進行分析，提取兩個主因子，解釋率94.23%，第一主因子反映能源生產強度，第二主因子反映能源增長變化。結果如下：（1）世界能源的生產主要分布在中東、亞太、前蘇聯、美洲和西北非（圖2）。大體分為以下幾類：“高-高”區域（生產量高，增長率高），包括美洲的美國、哥倫比亞、巴西，非洲的南非、安哥拉，中東的卡塔爾，以及亞太的中國、印度、澳大利亞等15個國家，能源生產量占比從1990年47.85%上升到2015年的60.96%。“高-中”區域，包括中東、俄羅斯、加拿大、委內瑞拉等石油輸出國組織（opec）成員，生產量持續穩定增長。“高-低”區域，包括墨西哥、英國、德國、利比亞、敘利亞等。

15、以上45個國家包括了世界產量90%以上，中國、美國、俄羅斯、沙特、加拿大是世界前五大能源生產國。“中-高”、“中-中”、“中-低”三類共42個國家，生產量不大，但其中的赤道幾內亞、剛果（布）、加蓬等是區域重要能源供給國；剩下國家能源生產量很少，其中78個國家幾乎沒有能源生產。（2）原油、天然氣、煤炭的空間生產格局各有不同（圖3）。原油生產主要分布在中東（32.38%）、北美（2087%）、前蘇聯（1555%）、亞太（914%）、中南美洲（908%）、西北非（883%），幾乎無原油生產的國家約85個。天然氣生產主要分布在北美（28.14%）、前蘇聯（2115%）、中東（17.38%）、亞太（15

16、.75%）。其中美國、俄羅斯、伊朗、卡塔爾、加拿大是世界前五大天然氣生產國，幾乎無天然氣生產的國家約105個；煤炭生產空間分布相對更加緊湊，集中分布在亞太、前蘇聯和北美。高產高增長國家包括中國、印度、澳大利亞、印尼、南非和越南等，幾乎無煤炭生產國家有133個。2.2能源消費19902015年，世界一次能源的消費量從7 162.19百萬噸油當量增長至11 306.40百萬 t油當量，年均增長184%，并經歷了先升后降的過程。在20002010年出現快速消費增長，原油年均增長127%、天然氣284%、煤炭437%，煤炭和天然氣的消費拉動明顯。而20102015年出現低速增長，三者年增長率分別為12

17、0%、157%和111%，仍然是由于煤炭的放緩。利用雙因子趨勢圖對能源消費進行分析，共提取兩個主因子，解釋率達到94.48%。具體結果如下（圖4）：“高-高”區域：包括中東五國，美洲的墨西哥、阿根廷、巴西，非洲的阿爾及利亞和埃及，歐洲的土耳其，亞太地區的中國、印度、韓國、新加坡、印尼、泰國等。以上22國占世界消費量的5153%，年均增長量達到5.14%，遠高于1.84%世界水平。“高-中”區域：包括委內瑞拉、哥倫比亞，南非、澳大利亞、西班牙、葡萄牙、挪威等，歐洲國家占了一半以上。“高-低”區域：包括加拿大、美國、朝鮮，以及法國、德國等。此外，中間三區共65個國家，低值三區共69個國家。總體上，

18、世界能源消費主要分布在亞太、歐洲、北美和中東。美國、俄羅斯、日本、加拿大、法國和德國等傳統能源消費大國近年來消費增長呈負數，葡萄牙、西班牙等其他歐洲國家消費增長也在放緩。歐美國家將能源結構轉向更低碳的可再生能源，顯著的是煤炭消費量銳減。推動世界能源消費的仍是中國、印度、新加坡、韓國、巴西等新興經濟體。 2.3能源運輸根據世界各國能源進出口貿易數據，利用雙因子趨勢圖方法和社會網絡分析方法，對世界能源貿易的大數據網絡進行分析，可以得出以下分析結果：（1）通過雙因子趨勢圖法可以發現，能源出口集中在前蘇聯、中東、西北非、中南美等區域以及加拿大、澳大利亞等國家，能源進口集中在亞太及歐洲地區（圖5）。從具

19、體分類來看：能源出口國按增長率可分為三類：高增長率出口國包括澳大利亞、哥倫比亞、卡塔爾以及新興的哈薩克斯坦、緬甸、蘇丹、南非等國；中增長率出口國主要是俄羅斯以及沙特、阿聯酋、厄瓜多爾、印尼等opce國家；低增長率出口國是伊朗、利比亞、敘利亞、也門、埃及、墨西哥等，這些國家或是由于政局不穩，或是如墨西哥由于美國進口減少而出口量銳減。世界能源進口區域分布在亞太、歐洲、東南非、美國及部分南美國家。這些能源出口國按增長率可以分為三類：高增長率進口國包括中國、印度、韓國、泰國等亞太國家，荷蘭、英國、葡萄牙等少數歐洲國家；中增長率國家分布在新加坡、菲律賓、日本、西班牙等；低增長率國家集中在美國、巴西以及法

20、國、德國等大部分歐洲國家。其中，美國是由于頁巖油的開發而降低了進口量，歐洲國家是煤炭消費量銳減而進口量減少，巴西是由于原油的開采導致能源進口和出口量都很大。（2）世界能源運輸網絡結構日益成熟，但局部時期局部地區存在波動（表1）。從19952015年，世界能源的網絡密度、外向中心勢、內向中心勢、關聯度和聚類系數都大幅增加，增幅分別達到42.60%、53.59%、54.12%、3666%、51.92%，表明網絡趨向緊湊，能源依存性和可達性提高，能源生產國和消費國都在積極增強能源出（進）口的多元化發展。從各時期增幅來看，網絡密度、關聯度和聚類系數在20002005年和20102015年兩個時期增幅明

21、顯較小，19952000年、20052010年則增長顯著，這種交替性顯著變化也很大源于全球經濟環境以及地緣政治導致世界能源網絡的不穩定性。2003年以來的伊拉克戰爭、伊朗核問題，2011年以來的利比亞戰爭、敘利亞戰爭，“阿拉伯之春”帶來突尼斯、也門、埃及等產油國cm（81.5mm政局不穩，加上近年來全球經濟低迷、能源消費持續低速增長（尤其是煤炭），導致兩個時期能源網絡連線增長不多，體系構建緩慢。相應地，在19952000年、20052010年的網絡增長得益于新興經濟體能源需求的增加，尤其是天然氣和原油網絡的擴張。（3）能源生產國外向中心性不斷攀升，亞太和新興經濟體成為內向中心性增長最快區域。從

22、能源外向中心性（反映能源出口的地位和作用，圖6（a）看，俄羅斯外向中心度最高，其次分別為尼日利亞、美國和澳大利亞，其他主要能源出口國的外向度數基本呈現不斷攀升趨勢。中國經歷了從1995年能源出口國到2000年后能源進口國的轉變，外向度先升后降。利比亞由于戰爭、伊朗由于核制裁、印尼由于煤炭市場減弱，出口渠道變少，外向度都在降低。從能源內向中心性（圖6（b）看，亞太地區和新興經濟體國家成為世界能源的需求中心，內向度數增長迅速。中國、印度提升最快，韓國、新加坡、南非、巴西都保持增長勢頭。美國2010年后由于原油產量激增而減少了進口。歐洲發達國家能源結構從煤炭為主轉向更低碳能源為主，煤炭和天然氣進口渠

23、道減少，內向度先升后降。（4）“核心-次核心-節點”層級結構分明，歐洲地位下降，亞太作用增強，網絡多元化趨勢顯現。根據各國的網絡連接度，對其進行網絡層級劃分，將達到2%以上網絡連接路徑的國家劃分為核心國家，1%2%的劃分為次核心國家，小于1%的劃分為節點國家（表2）。可以發現：1995年、2005年、2015年的核心國家數都是15個，控制全球貿易路徑的比重依次為39.02%、38.31%和3706%，控制能源貿易量的比重依次為51.68%、52.03%和57.00%，如果核心加上次核心國家，控制著全球貿易路徑的比重依次為65.34%、69.06%和71.12%，控制能源貿易量的比重則依次為79

24、.35%、84.59%和88.49%。說明不到20%的國家掌控了全球能源80%以上的運輸量，核心國家的作用略微減弱，次核心國家的作用在加強，能源網絡朝著層次化、網絡化調整完善。從核心、次核心國家的空間分布來看，歐洲國家的核心地位下降，從1995年的7個核心3個次核心，調整為2015年的3個核心6個次核心，法國、意大利、西班牙作用下降；亞太國家的核心地位日益上升，從1995年的3個核心5個次核心調整為2015年的5個核心4個次核心，印度、韓國、新加坡地位上升；非洲、中南美洲地位上升，巴西、哈薩克斯坦等新興經濟體作用增強。網絡多元化發展趨勢明顯。另外，美國、俄羅斯、中國、南非、澳大利亞、英國、加拿

25、大、荷蘭、德國、印尼、沙特11個國家始終位于核心國家行列，一直起著最重要的地位和作用。（5）通過分析2015年世界能源運輸格局（圖7），主要存在以下路徑：中東亞太，世界第一大能源運輸路徑，承擔著全球能源運輸量的18.49%，原油運輸量的3009%，天然氣運輸量的778%，煤炭運輸量的001%；亞太內部（澳大利亞、印尼等中國、印度、韓國、日本、新加坡等），占全球能源運輸量1486%，分別占全球原油、天然氣、煤炭的3.30%、13.26%和56.72%，是世界最cm（81.5mm大煤炭運輸、第三大天然氣運輸的路徑；前蘇聯（俄羅斯、哈薩克斯坦、阿塞拜疆等）歐洲，占全球10.85%，是第二大原油、第二

26、大天然氣和第二大煤炭運輸路徑；其余主要路徑按重要性依次是：北美內部（加拿大、墨西哥美國，占8.64%，重要的油氣運輸路徑）、歐洲內部（挪威、荷蘭、英國德國、意大利、西班牙等，占7.72%，天然氣運輸）、前蘇聯亞太（占4.21%，油氣煤運輸）、中東歐洲（油氣運輸）、東南非亞太（煤炭運輸）等。以上八條路徑占了全球能源運輸量的71.50%。 3結論與討論雙因子趨勢圖分析法和社會網絡分析方法能夠較好的反映19902015年世界能源時空格局特征。結果表明：世界能源的生產主要分布在中東、亞太、前蘇聯、北美、中南美和西北非，世界能源消費增長存在波動，高消費量高增長率的區域分布在亞太和新興經濟體，歐洲能源消費

27、放緩，北美、日本、俄羅斯消費出現負增長趨勢，能源的生產和消費存在空間差異性，產消的不平衡導致了能源運輸流的出現，帶來了能源地緣政治格局的不穩定性。從世界能源運輸來看，從世界能源運輸來看，能源出口集中在前蘇聯、中東、西北非和中南美地區，能源進口集中在亞太及歐美地區。世界能源運輸整體流動性增強，網絡趨向緊湊，各國的能源依存性和可達性提高，能源生產國和消費國都在積極增強能源出（進）口的多元化發展，但是能源網絡仍然在一定時期內存在波動性。能源網絡“核心-次核心-節點”層級結構分明，能源生產國外向中心性不斷攀升，歐洲地位下降，亞太和新興經濟體成為內向中心性增長最快。能源運輸存在中東亞太、亞太內部、前蘇聯

28、歐洲等8條路徑，這些路徑占了全球能源運輸量的71.50%。這種能源供需關系及其空間流動性的變化受到多種因素的綜合影響。首先，經濟增長是能源供需關系的最重要的因素，兩者具有較強正相關性，能源供給不足導致經濟發展受限，每一次經濟危機的出現也導致能源供給過剩使得以石油貿易為國民經濟支柱的產油國出現國家危機。近幾年全球經濟放緩，美國、日本、歐洲等都出現不同程度的能源消費持續低增長甚至負增長，油價回落，對能源供需網絡產生了重大挑戰。第二，原油、天然氣、煤炭等傳統石化能源儲量在空間上的不均衡，這種空間收斂導致能源供給大國在能源貿易網絡中具有居于相對優勢地位的話語權，如opec成員國對于石油產量、石油價格的

29、影響，2015年中國要求沙特增加能源出口遭拒，不得不轉向其他供應來源。烏克蘭國家動蕩背后的能源爭端、亞洲的南海爭端都體現出全球地緣政治問題的復雜性。第三，由能源直接或間接引發的區域沖突、政局不穩乃至“能源戰爭”，仍然是能源網絡不穩定性的重要原因。從1970年代的兩次石油危機，到1990年海灣戰爭，再到后來的伊拉克戰爭、伊朗核問題受制裁、利比亞戰爭、敘利亞戰爭，以及“阿拉伯之春”導致的北非、中東許多國家政局不穩都對當時的能源運輸網絡產生阻滯作用，使得能源進口大國都努力發展多元化供給來源以確保能源安全。最后，值得關注的是，新的開采技術不斷發展、新的可替代能源日益出現。美國“頁巖油革命”導致能源儲量

30、和生產量激增，解禁了長達40年的原油出口禁令，也導致美國能源進口量大減，改變世界能源的空間格局。歐洲國家煤炭進口量銳減，能源結構從煤炭為主轉向更低碳的可再生能源，新能源革命正在悄然開始。這些新情景的出現，對于我們探討和研究未來的能源時空格局走向都起著重要作用，值得我們持續關注。（編輯：王愛萍）參考文獻（references）1張雷. 中國能源安全問題探討j. 中國軟科學， 2001（4）： 7-12.zhang lei. discussion about the energy security of chinaj. china soft science， 2001 （4）： 7-12.2hug

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