国家工业化进程中能源保障时空协调理论探讨，本文主要内容关键词为：进程论文,能源论文,时空论文,理论论文,国家论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
修订日期：2008-8-27
中图分类号：F206文章标识码：A文章编号：1004-9479(2008)03-0050-59
1 问题的提出
作为人类文明生存和发展的公用性资源，能源始终是国家和地区现代化的基本物质保障条件，没有哪一个国家能在能源得不到保障的情况下实现工业化。世界工业化实践表明.由于资源环境基础和开发利用技术存在着明显的局限性，为了确保现代能源使用普及程度的提高，各国都在最大限度地扩大自身的能源供应范围，以实现本国工业化和现代化能源保障的时空最佳协调[1]。中亚能源争夺战、里海能源争夺战、中日东海油气资源之争、马六甲困局、美英联军进攻伊拉克等问题都在某种程度上与保障能源供应空间有关。随着能源消费的增长和结构的演进，越来越多国家保障空间超越国家界限，国家之间能源生产、消费和运输联系日趋紧密，各国能源安全问题已经成为一个相互依存的整体。
作为世界上最大的发展中国家，中国工业化从一开始便遭遇能源保障时空协调难题。从20世纪50年代就开始北煤南运，在1957-2004年期间，中国国内煤炭运输量就增长了14.6倍，其中北煤南运(主要包括上海-江苏-浙江、北京-天津-河北、辽宁-吉林、湖北-湖南-江西和广东-海南-广西-福建五大片)的规模就增长了59倍[2]。如果说煤炭运量和运距增长所表现的还只是国家能源保障国内时空协调阶段的基本特征话，那么，自20世纪90年代初以来大规模原油进口则表现了国家能源保障开始进入国际化发展阶段状态，1993-2006年期间，中国原油进口量从570万吨迅速增长到14000万吨。受此影响，全国矿物燃料(煤炭、石油和天然气)空间运输距离增长了62.6％，大体保持着与矿物燃料消费同步增长态势。发生于近年来全国普遍性的能源四荒(煤炭、电力、石油和天然气)恰恰说明这样一个事实：在国家工业化重大转型和城市化快速发展时期，能源保障时空协调问题已经成为未来中国社会经济持续发展的一道难以跨越的“硬门槛”。
能源保障时空协调问题已经在各国工业化进程有大量实践活动，迫切需要进行全面综合的理论总结。基于此，本文将从基本概念、形成机制和实现方式三方面对能源保障时空协调理论体系进行初步探讨。
2 能源保障时空协调基本理念
2.1 能源保障时空协调概念
能源保障时空协调过程分为时间过程和空间过程(图1)：时间过程是能源供应不断满足工业化进程中能源消费需求总量增长以及结构多元化和高级化演进需要的变化轨迹，能源消费需求增长是时间过程的决定性因素，可以把能源消费需求的变化过程看作能源保障的时间过程，主要体现在消费量、增长速度和空间格局的变化过程；空间过程则是一个国家为满足不断增长的能源消费需求，保障空间从区域向区际和国际范围的拓展进程，能源资源供应体系建设逐步从封闭(本土化)走向开放(全球化)，最终导致相关基础设施、生产布局、城市空间组织以及生态环境建设发生重大格局变化，主要体现在随着空间供应范围的扩大，能源运输距离不断增加和能源运输网络不断完善。
时间过程与空间过程是既有区别又联系紧密的两个过程，能源保障最终实现是靠时间过程与空间过程协调发展。时间过程是基础，提出不同需求特点(既有数量上的要求也有质量上的要求)；空间过程是保障，一定时期某种数量上和质量上的需求都必须有相应的保障空间来实现，即能源从哪里来的问题，当区内或国内无法满足时，必然会要求向区外或国外寻找资源和保障空间。也就是说，时间过程是指要多少和要什么样的能源，空间过程是指这些数量和质量的能源需求从哪里来以及到哪里去的问题。
图1 能源保障时空协调过程概念图
以中国原油为例，1993年以后，中国开始大规模从国外进口原油，随着进口量的增加，供应范围(指中国原油进口国到中国的距离之和)迅速扩大。反映时间过程的进口量增长与反映空间过程的供应范围扩大呈显著正相关的关系(R2=0.8935，P＜0.001)，供应范围随进口量的增加有一个迅速扩大的过程(图2)。
图2 原油进口与供应范围关系散点图(1992-2004年)
数据来源：历年《中国对外经济贸易年鉴》
2.2 能源保障时空协调本质
能源保障时空协调的本质是要实现能源供需平衡，而这种供需平衡是指一定能源品种在一定地域范围和一定时间尺度范围内的供求平衡(图3)。一定能源品种是指能源保障是针对具体某一种能源的供需平衡，当一种资源最后耗尽时或对环境的破坏太大，必然会迫使从一种能源消费结构向另一种能源消费结构转变；一定地域范围指供应空间的拓展问题，指保障空间从地方到区域再到全球的拓展过程，地方、区域和全球等不同层次的时空协调过程相互影响和相互制约；一定时间尺度范围是指时间尺度问题，有短期、中期和长期等不同尺度，能源可能在短期能得到保障，但中长期不一定还能得到保障。能源保障时空协调因为不同能源品种、不同空间尺度和不同时间尺度呈现不同的特点。
无论是能源需求还是能源供给都要受到人口、经济、技术、资源和环境等因素的影响，但由于需求与供给的不同特点，影响因素有一定差别，需求主要受人口、经济和技术的影响，而供给则受资源基础和技术影响尤为深刻。
图3 能源保障时空协调过程系统框架
3 能源保障时空协调形成机制
3.1 供需失衡——时空协调过程的动力机制
能源资源是整个自然资源体系中最具特色一种资源，第一，迄今为止各国工业化实践表明，以煤炭、石油和天然气等矿物能源始终占据着现代社会能源消费主体；第二，几乎所有自然资源均可以通过不同技术实现某种程度回收和再利用，然而在矿物能源利用直接再回收方面，目前未能取得任何大进展，矿物能源成为自然资源开发中唯一的“不可再生性”资源；第三，作为现代社会发展的基本能量来源，各类能源(主要为电力)的广泛使用，使能源产品具有强烈的公共属性[3]，这种公共属性决定其在各类资源产品中的绝对主宰地位，任何一个国家发展经济都需要大量能源支撑，能源消费具有明显面状分布特征。但矿物能源形成时间很长，在一定地域范围内是绝对固定的，分布呈现高度不平衡，资源分布相对集中的特点决定了能源生产点状分布的特点。这种点状的生产与面状的消费之间的矛盾，导致很多国家能源生产和消费在一定时间和空间范围内无法实现平衡。
图4 世界石油生产与消费空间差异
数据来源：The BP Statistical Review of World energy 2006
世界主要能源的储量、生产和消费高度集中在前五位国家，分布空间高度收敛，煤炭数量集中度在70％以上(主要集中在中国)，石油和天然气在50％左右的水平，空间收敛系数都在2以上或接近2的水平(表1)，石油储量空间收敛系数甚至高达20.1。更为重要的是，生产和消费存在空间分离性，使很多国家一定时期能源需求都无法在其本国范围内得到满足，意大利、日本、韩国、德国等国家的自给率水平甚至不到50％，OECD合计自给率平均水平仅为70％。以石油为例，图4清楚表明世界前十位石油消费国和前十位生产国(分别占世界总量59.2％和62.7％)之间存在空间高度分离性。正是因为这种区域供需失衡，为了实现一国或地区能源供需平衡，能源保障必然要越过国家界限，向外寻找保障空间，供应范围越大，尤其是供应范围拓展到全球尺度时，保障难度也越大。
3.2 距离衰减——时空协调过程的空间制约机制
当一国或地区能源供应无法满足需求时，能源保障必然要突破地域范围限制，同时也必然受到空间的制约，这种制约使不同国家或地区、不同能源品种保障时空协调过程不是无限制的扩张，大体遵循空间扩散时空模式发展。从时间上看，空间扩散速度在开始是缓慢的，尔后扩散速度迅速增加，最后又再次降低(图5)；从空间上来看，空间扩散遵循距离衰减规律，即扩散的强度(空间相关程度)随着空间距离的增加而衰减(图6)；空间扩散时空模式可以分为四个阶段(图5)，即扩散源形成和扩散起始时期、扩散迅速扩大影响范围的时期、迅速扩散的空间范围主要为较远的地域、扩散波及的区域数量或扩散接受者的数量逐渐接近“饱和点”[4]。现代交通运输技术发展弱化了空间限制，公路、铁路、水路、航空和管道等运输效率的提高以及运输费用的降低解决了能源长距离运输难题，为能源跨国或跨洲运输提供了可能，为能源保障的空间拓展提供了基础条件。当然不同能源克服空间阻力的能力不一样，薪柴、煤炭、石油天然气、核能随着热值的不断提高，以及交通工具的变革，克服空间阻力的能力越来越强。
图5 空间扩散的时间和距离曲线
图6 空间扩散的距离衰减曲线
3.3 整体涌现性——时空协调过程的空间表现方式
能源保障时空协调过程是一个复杂的系统工程，具有复杂系统涌现性诸多特点。能源保障时空协调性的层次性十分明显，在区域、国家和世界不同尺度上形成不同生产、消费和运输的基本保障格局(图7)，在不同尺度范围涌现出不同特点。不同尺度相互联系和相互影响，自上而下，上一尺度作为下一个尺度的宏观背景，全球能源保障基本格局会对国家能源保障格局产生重要影响，国家能源保障基本格局又会对区域格局产生影响；自下而上，不同尺度范围能源保障又将涌现出不同能源格局，而不是简单地区相加，在区域、国家和世界不同区域尺度，任何形式的合作与对立都将产生不同某种新秩序。
图7 能源保障系统的复杂性和秩序的出现
3.4 世界能源保障时空协调过程表现
实现供需平衡为时空协调过程提供了动力机制，受空间制约机制作用，能源保障供应范围并不是无限扩大的，要受能源资源本身的热值，资源分布和交通条件等外部条件的限制，这也决定了能源保障时空协调过程具有明显阶段性，同时不同时间和空间涌现不同的特点。从薪柴时代到煤炭时代，再到油气时代，世界能源保障经历了一个时空协调发展过程(图8)：薪柴时代，能源消费量还很小，相应供应范围也很小，主要由本地供应，交通工具主要靠人力和畜力；到了煤炭时代，随着交通技术发展和工业革命的推进，能源消费量急剧增加，供应范围也不断扩大，开始了区域之间、国家之间煤炭交流，这时火车、汽车、轮船成了主要的交通工具；到了石油和天然气，随着全球交通技术的发展，已经过渡到全球供应的时代，能源运输系统形成铁路、汽车、轮船、管道运输共同发展的局面。
图8 世界能源保障时空协调过程
4 能源保障时空协调的实现途径
4.1 国内协调阶段
总体来看，一国能源保障时空协调分国内协调和国际协调两个阶段，两阶段协调的目标都是一样，都是保障一定时期、一定能源在一定地域范围内的供需平衡。但是由于所处的环境不一样，两个阶段保障实现的途径又有不同的特点。一国能源处于国内协调阶段时，面对日益增长的能源消费需求，主要通过开源与节流办法解决，可以通过扩大生产从而增加供给、提高效率从而减少消费、加强能源通道的建设有效沟通产消市场来保障能源安全，这一阶段保障风险相对较小，主要目标是实现国家内部不同区域之间的产消平衡。
4.2 国际协调阶段
4.2.1 协调环境
能源保障进入国际协调阶段，开始在世界范围内配置资源，所面临环境发生了巨大变化，要受其他生产国与消费国的影响和制约，能源保障难度明显加大。生产国与消费国之间在竞争与合作的博弈中不断调整自身的政策，形成了相互依赖、相互影响的三种关系(图9)。
图9 生产国与消费国关系
第一、生产国与生产国。生产国与生产国之间为了维护各自的利益，建立广泛的合作关系。1960年伊朗、伊拉克、科威特、沙特阿拉伯、卡塔尔、阿拉伯联合酋长国、阿尔及利亚、利比亚、尼日利亚、印度尼西亚、委内瑞拉等产油国联合对付西方石油公司，协调和统一石油政策，建立石油输出国组织(OPEC)。近年来世界主要产油国利用法律手段，实行资源国际化，增强了对本国石油资源的控制，并进一步加强区域合作，如南美洲和中美洲国家实行资源国际化后，大力推行地区合作，墨西哥和中美洲国家签署了能源一体化计划，古巴、委内瑞拉、玻利维亚签署了三国间的经济一体化协议。当然，生产与生产国之间的矛盾也同时存在，如欧佩克组织与非欧佩克组织的矛盾，即使在欧佩克组织内部也是矛盾重重。
第二、生产国与消费国。生产国与消费国为了维护各自的利益，存在难以调和的矛盾。从2006年1月1日俄罗斯对乌克兰实施“断气”，到2006年年底阿塞拜疆宣布2007年不再从俄进口天然气，从2006年底俄罗斯、白俄罗斯之间的油气争端到2007年1月1日拉脱维亚购买俄天然气的价格被提高50％，俄罗斯频繁运用天然气这个“能源牌”，多次威胁切断对乌克兰、格鲁吉亚、阿塞拜疆甚至欧盟的天然气供给，整个欧盟进口的天然气中有一半来自俄罗斯，这使俄罗斯与中亚邻国、欧盟间正形成一场“新冷战”。能源消费国为了保障自身能源安全都尽力与生产国发展双边关系，如日本为了保障自己的能源安全，急切实现能源来源多元化，以缓解过于依赖中东原油进口的局面，加紧外交行动加强与中亚地区油气资源丰富国家之间的关系。围绕能源问题，中国国家主要领导人对主要能源生产大国频频出访，尤其是非洲大陆，中国正在进一步加强同主要的富油国之间进行合作，包括非洲的尼日利亚和利比亚，美洲的委内瑞拉以及中东的阿联酋、科威特和伊拉克。
第三、消费国与消费国。各国在保障能源供应的过程中，必然同其他能源进口国之间产生竞争和利益冲突。中国日益增长的石油需求使得中国与美国、东亚、南亚和东南亚诸多国家和地区在争夺世界石油资源上的竞争日趋激烈，中国和日本已经在争夺俄罗斯的输油管道上直接角力，随着印度经济的迅速增长，即将成为中国下一个石油竞争的主要周边对手。消费国与消费国之间为了维护自身的消费利益也建立广泛的合作组织，协调各国的能源政策，加强能源领域合作。例如，为应对阿拉伯石油禁运和鼓励能源政策方面合作，同时阻止石油出口国使用石油武器，德国、意大利、韩国、英国、加拿大、法国、日本、美国等OECD国家1974年建立国际能源机构(国际能源署)，保证能源供应安全，加强各国之间的交流。经过多年博弈，OECD国家石油消费的表决权大致形成[5](表2)。
第四、与能源过境国的关系。由于能源保障跨越国家界限，能源输送距离很长，通常能源输送通道经过第三方国家，与能源过境国的关系将也影响到能源保障的安全。由于资源分配不均导致的分配矛盾和部分敌对势力破坏，非洲第一大产油国尼日利亚和中亚五国与俄罗斯的油气管道多次被破坏，曾导致输油气的中断。俄罗斯的天然气输往欧盟国家，输气管道大部分都要经过乌克兰，乌克兰国家局势是否稳定，对这一地区的天然气保障具有重要影响。最为典型的是马六甲海峡，很多国家的石油运输都要经过马六甲海峡，因此，马来西亚、印度尼西亚和新加坡局势的稳定将直接影响这一航线的安全和稳定。
4.2.2 协调方式
因此，进入国际协调阶段以后，一国能源保障变得复杂，协调难度加大，能源保障必须依靠国际市场解决，解决途径主要有两种：
一种是通过战争方式或政治方式强行获得资源从而实现资源从国内供应发展到全球供应。历史上为瓜分与争夺殖民地有关的战争大都与争夺矿产资源有关，在冷战时期，美、苏对中东地区的争夺，也主要是为了控制这一地区的石油，冷战以后发生的海湾战争更是一场石油战争，2003年美国攻打伊拉克，石油问题也是重要原因。美国海外石油战略军事化特点尤其明显，主要的石油进口地同时也是美国的海外军事基地；
一种通过正常的外贸取得别国资源，随着全球经济一体化的发展，越来越多资源在全世界的市场上进行分配，双方都能在贸易中获利，一切能源进口国，都在市场上凭借价格竞争得到资源，能源出口国则通过出口获得利益，世界能源贸易发展迅速，能源运输得到很大的发展，开辟了一系列国际能源航线，世界油轮数量和载重能力都得到很大的提高。
图10 世界能源地区合作圈
能源需求国为确保能源供应安全，更多地寻求与本国地缘上更为接近的能源供应来源，而能源输出国为了巩固自己的出口市场，也必然把重点放在处于同一地域范围内的能源进口国。因此，在全球能源市场发展过程中，地区内能源联系得到加强，大体形成了六大能源合作圈(图10)：俄罗斯—欧洲能源圈，指欧洲能源进口为分散中东因不稳定因素带来的风险加强与俄罗斯合作；环地中海能源圈，指西欧、南欧与北非的能源合作；环黄海能源圈，指中国、日本、朝鲜和韩国与俄罗斯东西伯利亚和远东地区的能源进口与合作；非洲能源合作圈，主要围绕着几内亚湾的西非产油国展开；美洲能源合作圈，指美国为了减少从中东进口能源风险加强美洲地区能源进口与合作；中东与亚太能源合作圈，指迅速增长的亚太市场与中东地区的合作。从未来发展看，中东作为主要的世界能源供应地作用将加强，亚太也将取代北美成为世界第一大能源消费区，二者之间的能源地区合作必将迅速发展。
5 结论
论文对时空协调理论体系进行了初步探讨，能源保障时空协调过程分为时间过程和空间过程，时间过程是基础，提出不同需求特点(数量上需求和质量上需求)，空间过程是保障，任何能源需求都必须相应保障空间来实现，能源保障最终实现是靠时间过程与空间过程协调发展。一国能源保障时空协调分为国内协调和国际协调两个阶段，目前世界上主要大国家都进入了国际协调阶段，能源保障变得复杂，难度加大，除了国内问题外，还必须妥善处理与其他消费国和生产国之间的关系，解决途径一种是通过正常的外贸取得别国资源，一种是通过战争或政治方式强行获得资源，实现资源供应国际化。
但是，由于能源保障涉及面很广，问题非常复杂，未来能源战略必须充分考虑时空协调的问题，不断完善时空协调的理论体系，完善时间过程和空间过程评价体系，构建科学理论模型，准确刻画其运行机制，并对不同国家或地区、不同发展阶段、对不同能源品种(包括一次能源与二次能源)时空协调过程进行不同尺度深入细致研究，在一个统一的系统中对它们协调过程中的相互影响关系进行研究，为能源战略制定奠定坚实的理论基础。