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1、运用聚类分析法进行中国农村家庭能源消费的区域划分王效华 冯祯民(南京农业大学工学院,南京210032)摘要:选择人均有效热、人均电力、有效热中商品能比例、人均标煤、人均商品能、人均收入和年均气温作为中国农村家庭能源消费区域划分的特征指标,运用聚类分析法,根据各省、市农村家庭能源消费特征指标值相似程度,将其划分为5类不同区域,并分析各区域的主要特点,为省级农村能源规划和区域差异研究提供了依据。关键词:农村能源;消费;区域划分;聚类分析中图分类号:S21614F12417 文献标识码:A 文章编号:10002030(2001)04010304Clustering analysis-the regi
2、onal division of ruralhousehold energy consumption in ChinaWang Xiaohua and Feng Zhenmin(College of Engineering Nanjing Agric Univ,Nanjing 210032,China)Abstract:The characteristic indices such as per capita effective heat consumption for cooking and heating(EHC),per capita electricityconsumption,per
3、 capita commercial energy consumption,per capita standard coal consumption,ratio of commercial energy in EHC,percapita income and average temperature are used to make regional divisionof rural household energy consumption in China.According to thecorrelation of the characteristic indices,provinces a
4、nd autonomous cities are divided into 5 regions by the clustering analysis.The maincharacteristics of each region are discussed,they can be used as basis for rural energy planning at provincial level.Key words:rural energy;consumption;regional division;clustering analysis农村家庭用能是指农村家庭在炊事、照明、取暖、文化娱乐等方
5、面消费的能源。作为整个国家能源体系中的重要组成部分,中国农村地区家庭能源供应和消费对农村社会、经济及生态环境的发展有很大的影响1。长期以往,农村人口增长和土地贫瘠使得家庭能源供需矛盾突出,当地生物质资源的过量消耗对环境构成了直接威胁;随着农村经济发展和农民生活水平提高,商品能需求增长迅速,在一些经济较为发达的地区商品能已成为满足有效能消费的主体,使得原本作为能源消费的生物质大量过剩,形成新的环境问题24。中国地域辽阔,各地自然资源、社会环境、经济状况和生活习惯的差异影响着不同地区农村家庭能源消费。针对家庭能源消费地域特点,根据区域间能源消费特征指标一致性和相似性5,按照其内在规律与联系,进行不
6、同区域的有效分类,提出各区域的主要特征,对我国的能源规划、供需平衡、能源建设的分类指导有着重要的意义。单指标区划法和双指标区划法常用于农村能源区划工作。单指标区划法主要是根据单一指标来确定区域划分;双指标区划法则根据一级主指标,辅以二级指标进行区域的划分6。由于仅仅根据某单一特征的指标值划分不同区域过于简单,忽视了其它多方面的特征,结果往往不能反映农村家庭能源消费的客观实际,难以满足能源管理规划工作者的需求。而聚类分析法可以根据事物本身的多个方面的特性,建立一种考虑多个分类指标的分类,将一批样本按照它们在性质上的亲疏程度,在没有先验知识的情况下进行分类;并可根据需要将总体划分为小于样本个数的任
7、意个区域。由于农村家庭能源消费基本特征的多指标性和复杂性,将聚类分析法用于农村家庭能源消费区域的划分有明显的优越性,可以很好地解 收稿日期:20010626南京农业大学学报 2001,24(4):103106Journal of Nanjing Agricultural University 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/决农村家庭能源消费的区域划分问题。1 区域划分指标的确定及主要影响因素有多个指标可以用于反映农村家庭能源消费的不同特性。常用指标有人
8、均能耗、人均有效热、人均电力、人均商品能、有效热中商品能比例和人均秸秆等。人均能耗系人均消费各种能源折合千克标准煤(1 kgce=29131 MJ)的总和;人均有效热系人均使用各种能源所获有效能总和(根据中国目前情况,本文取柴草灶的热转换效率19%,煤炉25%,液化气灶具60%);人均商品能系人均各种商品能折合标准煤的总和(电力按等价值计算):有效热中商品能比例系人均商品能提供的有效能与人均总有效热消费之比;人均秸秆为人均秸秆资源可获取量。作者曾提出用人均有效热、人均电力和有效热中商品能比例作为农村家庭能源消费基本评价指标7。人均家庭生活有效热作为反映家庭用能在有效能需求量方面的指标,它反映了
9、家庭炊事、热水、饲养及冬季取暖获有效热消费水平,它不包括冬季空调取暖有效热的消费(空调用电力计入人均电力消费指标)。有效热中商品能所占比例则反映随着经济条件的改善,在消费需求的质方面的变化。家庭电力的消费主要用于文明生活,即用于电视机、洗衣机、电风扇等,其人均耗电量是反映生活水平和生活质量的一个重要指标。人均标煤和人均商品能虽与前3个指标有一定的相关性8,但都是在能源统计和能源规划中最常用的能源消费的总量指标,能较好地反映能源消费水平区域总体特性。有多个因素影响着农村家庭能源消费。单一地区的研究表明,人均收入、家庭人口、家庭生猪饲养量、秸秆收获量等是影响能源消费的主要因素2;不同地区的研究表明
10、,收入的差异和年均气温是影响农村家庭能源消费的主要因素1。因此,采用人均有效热、人均电力、有效热中商品能比例、人均标煤、人均商品能、人均收入和年均气温组成区域划分指标。利用中国农村能源年鉴中的农村家庭用能的统计数据(西藏未作统计,个别奇异数据做了校正),以省级为单元进行指标的计算(表1)。2 结果与分析用SPSS软件中提供的聚类分析应用程序,采用组间连接的方法,用皮尔逊相关系数,并将数据标准化到-11的范围内,对数据进行聚类分析9。聚类分析组间连接凝聚过程如下。第1步:序号6省份与序号7省份之间的相关系数最大,为01992 6,即差异最小,首先将其合并;第2步:序号4省份与序号29省份合并,它
11、们之间的相关系数为01992 2;第3步:序号4省份与序号28省份合并,它们之间的相关系数01973;第29步,序号1省份与序号9省份合并,它们之间的相关系数最小,为01163。图1给出了聚类分析的合并过程。根据距离系数的大小,可以按照区划的要求,作如下分类:若将所有省份划分为两类,则陕西及其以上为第1类,江苏及其以下为第2类;若将所有省份划分为3类,则陕西及其以上为第1类,江苏、浙江、广东、上海为第2类,河南及其以下为第3类。由图1所示,可将所有省、市划分为5类。内蒙古及其以上8省市为第1类,该类的主要特点是由于地处北方地区,有较高的人均有效热需求和消费。该类可以分成两小类,即辽宁、吉林、黑
12、龙江、北京、天津为一小类;甘肃、新疆、河北、内蒙古为另一小类。前者经济发展较为迅速,人均收入、人均商品能、人均电力消费均较高;后者能源利用率较低。山西、宁夏、青海、陕西为第2类,该类的主要特点是人均有效热供应不足,人均商品能较低,能源利用率较低。江苏、浙江、广东、上海为第3类,该类的主要特点是人均商品能消费较高,人均电力消费高。河南、湖南、贵州为第4类,人均电力消费和人均商品能消费均较低。山东及其以下9省为第5类。在第5类中,可将其10省分成3小类,即山东、重庆、四川为一类,人均有效热满足,人均商品能较高;江西、湖北、云南为一类,人均有效热中等,人均能源消费较高;广西、海南、安徽、福建为另一类
13、,人均有效热中等,人均能源消费一般。聚类分析法可以较好地满足农村家庭能源消费区域划分的要求。以上五类地区的划分,为农村家庭能源消费的研究,农村能源建设的分类指导,农村家庭能源消费调查的布点和进行典型研究,提供了依据。401 南 京 农 业 大 学 学 报 第24卷 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/表11996年中国各省市农村家庭能源的消费区域划分特征指标Table 1The characteristic indices of regional divis
14、ion of rural household energy consumption in China in 1996地区Region人均能耗/kgcePCEC人均有效热/kgceEHC人均电力/kWhAEC人均商品能/kgcePCCEC有效热中商品能比例/%RCE人均收入/YuanPCI年均气温/ATPY北京Beijing60317714213511514336718501663 22316511100天津Tianjin5701351271369314830717501602 40613812100河北Hebei438140911187116023619401581 6681738150山西S
15、hanxi262184601615113617819701741 2081308150内蒙古Neimenggu483193981652215414910501361 2081384150辽宁Liaoning52510810717410315320111501421 7561507100吉林Jilin54315211018810719720111901411 6091602100黑龙江Heilongjiang66819912619110215014714601221 766127-1100上海Shanghai2281955910711818316019801774 24516115150江苏Ji
16、angsu18517635105801217510501392 45618614150浙江Zhejiang29417856136911519319401322 96611917100安徽Anhui33010664147671028415201271 30218215150福建Fujian34611964150591236115201162 04815918150江西Jiangxi489101961825518310213901231 53713618100山东Shandong352150681838317112316501361 71510912175河南Henan24817050178471
17、189719501431 23119714100湖北Hubei374119761056517512712801371 51112215150湖南Hunan244147471946313510112501411 42511617125广东Guangdong18111134145701376018601332 69912422150广西Guangxi29215955190661646610301221 44611420100海南Hainan34711669109861399919301321 51917121100重庆Chongqing42719482132721348116001191 1581
18、299150四川Sichuan280124551158017911112301391 1581299100贵州Guizhou273103591812017012011901511 08616215100云南Yunnan425149861665616513618801361 01019714100陕西Shaanxi322158651108114716616301549621899150甘肃Gansu353151741042813715410401498801347100青海Qinghai150100351453118112611101871 0291771150宁夏Ningxia22718149
19、1364011113515401649981757150新疆Xinjiang432106961743017321915401581 1361455100平均Average361180741996915814314501441 577174PCEC=Per capita energy consumption;EHC=Effective heat consumption for cooking and heating per capita per day;AEC=Annual electricity con2sumption for livelihood per capita,PCCEC=Per
20、capita commercial energy consumption;RCE=Ratio of commercial energy in EHC;PCI=Per capita in2come;ATPY=Average temperature per year.501第4期 王效华等:运用聚类分析法进行中国农村家庭能源消费的区域划分 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/图1 聚类分析图Fig.1Dendrogram using average linkag
21、e(among groups)of clustering analysis参考文献:1 邓可蕴.中国农村能源发展战略M.北京:中国建材工业出版社,1994.331.2 王效华.中国农村家庭能源消费现状与发展J.南京农业大学学报,1994.17(3):134141.3 王效华,冯祯民,包信峰,等.江苏扬中农村家庭生活用能和能源消费的研究J.农业工程学报,1998,14(1):142147.4Wang Xiaohua,Feng Zhenmin.A survey of rural energy consumption in the developed region of China J.Energy
22、The Inter2national Journal,1997,22(5):511514.5 崔功豪,魏清泉,陈宗兴.区域分析与规划M.北京:高等教育出版社,1999.19.6 邱大雄.农村能源综合建设规划与实施M.北京:清华大学出版社,1991,106108.7 王效华,王正宽,冯祯民.中国小康农村家庭能源消费基本特征及其评价指标体系研究J.农业工程学报,2000,16(2):97100.8 王效华,冯祯民.中国农村家庭能源消费研究:消费水平与影响因素J.农业工程学报,2001,17(5):8891.9 三味工作室.SPSS V1010 for Windows实用基础教程M.北京:北京希望电子出版社,2001.413.责任编辑:是雅蓓601 南 京 农 业 大 学 学 报 第24卷 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/