【城市能源数据创新】城市能源变革评价指数及实证研究

编者按：国网（苏州）城市能源研究院数据研究中心围绕城市能源数据中心建设、人工智能大数据技术应用、城市能源数据辅助决策、智慧城市和智慧能源4个主要方向，从理论、政策、发展规划等领域开展研究，提供城市能源数据从理论研究、分析工具、到落地应用的全套解决方案。本专栏将围绕城市能源数据中心建设关键问题，从理论研究、模型方法和经验实践等方面展开，结合相关成果和研究思考与读者进行交流分享。

文章导读：城市是世界能源消费的主体和能源变革的主战场，对我国城市能源变革进展情况进行综合评价对掌握现状并指导我国能源革命的未来方向具有重要的参考意义。研究从能源变革驱动城市发展的角度出发，提出了全面反映城市能源变革成效、趋势、动力等不同维度的城市能源变革评价指标并构建评价体系，基于我国40个城市的实际样本数据进行了实证研究。研究表明，我国过去5年城市能源变革成效明显，城市的发展水平与能源变革成效具有较强相关性。研究为研判我国城市能源变革成效、制定合理变革策略提供了量化参考。

城市能源变革评价指数及实证研究

执笔人：王林钰、郭磊、

陈浩、周佳伟

国网（苏州）城市能源研究院

0  引言

      化石能源的大量开发和利用支撑了世界经济和人类社会的发展，但同时也带来了环境污染和气候变化的问题，对人类可持续发展造成巨大威胁。能源革命寻求主体能源的更替和能源效率的提升，是解决当前能源利用带来问题的迫切需求和重要手段。自习近平总书记提出国家能源革命战略思想以来，我国不断推进能源革命落地实施。城市作为能源革命最重要的主战场，对我国能源革命的成效和过程具有至关重要的影响。能源革命提出至今已经4年多的时间，各个城市、各级政府、各类能源企业以及用能企业纷纷开展了能源革命的实践，但是在目标、路径和方法上都还处于摸索阶段。

      城市能源变革是要在城市与能源协同发展的理念下，建立清洁低碳安全高效的新型城市能源体系。因此，对城市能源变革的评价也应该建立在城市与能源协同发展的基础上，考察不同城市因地制宜开展城市能源变革的成效，并通过评价，对自身发展情况进行检验评价，找到样本城市学习先进经验。促进城市能源变革的发展。本研究着眼于2013年至2017年间中国城市能源变革发展及影响情况，主要从变革成效、变革趋势、变革动力三个主要方面对城市能源变革开展综合评价并选取实际城市进行评价案例分析。

1  方法选择和数据准备

      1.1  方法选择

      采用主客观结合的方法进行评价。主观评价法为专家评分法，客观评价法采用模糊熵权法。在综合考虑城市能源变革目标及实施难度基础上，形成主客观的赋权值，按照0.8:0.2的比例，确定最终指标赋值权重。

      1.2  数据处理

      1.2.1  数据来源

      本文的基础数据覆盖的年份主要是2013-2017五年内的各项能源数据，来源方式主要有三种方式：官方公报统计数据、目标城市实际调研反馈、公开网站数据抓取等。各类数据经过互相校核，形成最终评价使用的数据源。

      1.2.2  数据清洗与补充

      对初步的基础数据进行数据清洗，检查数据一致性，处理无效值和缺失值等；对空白指标数据采用趋势外推，灰色预测等方法进行补充完善。指标中的“工业固废利用率”，少许年份的空白指标根据趋势外推法进行预测。指标数据中的“重点高耗能行业单位产值用能量下降率”，少许年份的空白指标便可以根据灰色预测法进行预测。

      1.2.3  数据标准化

      因为统计数据中含有多种不同量纲的指标数据，为了去除数据的单位限制，便于不同单位或量级的指标能够进行比较和加权，需要对数据进行标准化处理。本文采用基于原始数据均值和标准差的“z-score”方法进行数据标准化，并基于标准化数据计算指标在对应的标准正态分布的概率，作为该指标的“得分”情况。因此，每年的评价得分主要反映的是对应城市在该年的相对排名情况，而城市自身取得的发展成就主要依靠前后年份的绝对数值变化情况进行比较。

2  评价指标体系构建

      2.1  研究思路

      本文将城市发展与能源变革协同考虑，加入包含能源系统变化、能源变革对城市发展影响、城市发展对能源变革影响等不同角度的思考，建立反映基础、现状、趋势、动力等不同维度的城市能源变革评价指标体系，通过对城市实际样本数据进行整理分析，完善优化指标，为城市能源发展、能源变革提供客观全面的分析结果及意见。研究方法框架如图1所示。

图1  研究方法框架

      2.2  指标体系设计

      从刻画城市能源变革三类不同特征出发，评价指标体系包含三个维度：变革现状、变革趋势与变革动力。变革现状类指标里从基础设施、能源供给、能源消费、环境质量角度进行刻画，反映城市当前已取得的能源变革成效；变革趋势类指标依据能源结构和能源效率，反映城市能源消费的过去到目前的趋势；变革动力类指标从技术、政策、管理、主体四个方面出发，反映城市能源变革的内在驱动力情况。具体见图2。

图2  指标体系一二级指标设计

      2.3  权重赋值

      在不同维度的分类指标权重分配中，为突出当前取得成效的重要性，同时考虑到变革现状中指标数量较多，在主观权重设计中重点提高变革现状的指标权重；在其对应的三级指标中，考虑城市重点关注能源消费方面，将能源消费类的指标赋予更多权重。对少数数据质量较差的指标，在权重赋值时做了特别调整，减小差数影响。各级指标权重分配如下表所示。

表1  权重指标分配

3  案例分析

      3.1  样本介绍

      本文共调研75个城市，选取数据完整度较好的40个城市开展评价分析。2016年40个样本城市能源消费共计14.39亿吨标准煤，占全国城市能源消费总量的37.4%，占全国能源消费总量的33%。如图3所示，从行政级别上看，40个样本城市包含4个直辖市、11个副省级城市以及25个地级市。从资源禀赋上看，9个城市属于资源型城市，31个属于普通型城市。从发展阶段看，15个城市处于工业化中期、14个城市处于工业化后期和11个城市处于后工业化阶段。所选40样本城市基本覆盖我国的城市类型，能很好地反映中国城市能源变革的整体进展情况。

图3  40个样本城市按行政级别、资源禀赋、
发展阶段分类

      3.2  评价结果

      3.2.1  城市能源变革成效

      如图4所示，2017年城市能源变革指数排名前十的城市是：北京、上海、深圳、杭州、苏州、嘉兴、南京、成都、天津、厦门。2017年排名前10城市分布在8个不同省（市），包括3个直辖市，3个省会城市，2个计划单列市，以及经济发达地区的2个地级市。上述城市政府在能源相关领域政策、资金、技术等的投入领先，包括京津冀及周边地区大气污染防治相关工作、清洁能源示范省建设、能源变革发展典范城市建设等专项行动为相关城市的能源变革工作提供了强大助力。从打分规则和得分情况来看，不同城市在评价的内容方面不同程度的存在提升空间。

图4  2017年40样本城市能源变革指数得分

      3.2.2  2013-2017年能源变革指数城市排名变化

      下表给出排名靠前的十个城市2013-2017年间的排名变化情况。其中排名上升较大的是北京和苏州，成都、天津、南京等城市在进入前10的城市中进步幅度较大。2017年排名前10城市中有7个城市在2013年的能源基础评价中，也处于前10位置，整体上具有较好的能源发展基础，上述城市在能源相关领域投入也处于领先地位。

表2  2013-2017年间的排名变化

      注：箭头表示同上年相比的排名变化情况。

      3.2.3  2013-2017年各城市能源变革进步程度

      通过年均变化率来衡量各城市能源变革的进步程度，计算结果如图5所示，可以看出，所有被评价的城市能源变革稳步前进，年均变化率达6.77%。能源变革主要贡献因素为可再生能源大量利用和电动汽车充电设施大量建设。

图5  2013-2017年40城市能源变革年均增长率

      3.3 分类评价

      从2017年的变革成效来看，上海排名第一，北京、深圳紧随其后。从2013年到2017年的变革趋势（即能源结构和能源效率等关键变革指标变化情况）来看，由于大力发展可再生能源并大幅降低重点高耗能行业能耗水平，上饶、随州等中小城市取得较大进展。从变革动力（科技投入及转化、政策支撑、管理提升、城市自身发展质量等）来看，北京、许昌、苏州等领先其他城市。

表3  2017年分类评价排名前十评价结果

      3.4  单项指标

      分析40个样本城市三级指标中的单项指标2013-2017年的变化情况，计算结果如图6所示，评价城市的电网可靠率变化幅度最小，整体优于全国城市平均水平；燃气普及率提高1.97%，2013至2016全国城市平均提高1.59%，两者基本持平；人均专利授权量提高97%，显示城市科技创新能力提升，有利于城市整体能效水平提升；人均能源基础设施年投入水平整体提高110%，带来城市人均变电容量，天然气管网覆盖和升级等显著变化，能源基础设施提升明显；可再生能源装机容量在过去几年爆发式增长，各个城市可再生能源占比发生较大变化。

图6  2013-2017年40样本城市单项指标
平均变化率

4  结论

       本文构建了一种综合评价我国城市能源变革情况的评价指标体系，从能源变革成效、趋势及动力等三个维度动态评价我国城市能源变革过去5年左右时间的发展情况。并依据40个城市的具体数据进行了实证分析。

     （1）总体来看，城市能源变革成效明显。调研城市2017年数据与2013年数据相比，平均取得6.77%的变化率，变化最为明显的是单位面积可再生能源装机容量以及单位面积充电桩数量。城市能源系统整体体现更加清洁低碳安全高效智慧便捷的特征。

     （2）依据2017年评价结果，城市能源变革综合评价排名最高的城市依次是北京、上海、深圳、杭州、苏州、嘉兴、南京、成都、天津、厦门。从变革成效来看，上海、北京排名领先；从变革趋势来看，上饶、随州等城市领先；从变革动力来看，北京、许昌更具发展动力。总体来看，经济发达地区城市具有较好能源变革基础，更容易汇聚城市及能源发展亟需的人才、资金、技术，也更加关注城市环境及空间布局并制定相关的政策和管理措施，因此在评价中具有更好的表现。

     （3）尽管城市能源变革总体已经取得较大成效，但一些具体指标（清洁能源占比、单位GDP能耗等）对比中，不同城市差异较大，相比国内优秀城市水平，排名靠后城市结构改善和能效提升具有较大空间，需要通过城市发展转型升级及能源系统变革提升共同实现城市能效和能源结构的改善。

专家介绍

王林钰，博士，国网（苏州）城市能源研究院数据中心主任，高级研究员。长期从事城市能源战略、城市能源数据管理、能源大数据应用等方面的研究，作为项目负责人完成多项国家能源局、国家电网公司科技项目，主笔完成专著两本，获得发明专利授权7项，发表期刊、会议文章数十篇。

郭磊，硕士，国网（苏州）城市能源研究院副院长。长期从事电力市场改革、国有企业改革、公司治理、企业战略等方面的研究，多次获得公司科技进步奖。曾任国网能源院企业战略研究所副所长，国网能源院管理咨询研究所（企业运营研究中心）副所长（副主任）。

陈浩，硕士，国网（苏州）城市能源研究院数据中心研究员。从事能源数据中心建设、能源系统评价、能源规划等方面研究，参与国网总部科技项目2项、江苏省公司管理咨询项目5项、地市公司管理咨询项目1项，发表EI、核心期刊论文5篇，受理软件著作权1项，参与出版专著编写1部。

周佳伟，硕士，国网（苏州）城市能源研究院数据中心研究员。主要从事智慧能源、数据管理、大数据应用等方面研究。先后参与国家电网公司科技项目、国网江苏省电力公司科技项目、国家电网管理咨询项目等10多项。发表EI论文共2篇，获得发明专利授权1项，参与出版专著编写3本。

团队简介：城市能源院坐落于江苏省苏州市高新区科技城，由国家电网有限公司和苏州市人民政府联合出资组建，2017年8月正式挂牌成立，是中国首个城市能源研究院。目前已获得国家科技型中小企业、省级研发机构认定、省高新技术企业入库。

      城市能源院作为国家电网公司建设“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”的重要单元，紧紧围绕国家电网公司党组部署的“高端智库、技术研发、市场示范、产业孵化、国际合作”五大职能定位，充分发挥“高端智库平台、产业孵化平台、国际合作平台”三大平台优势，通过不断推进跨界发展、创新发展、协同发展，为服务国网公司战略落地实施作出独特贡献。坚持在国际合作的背景下，城市能源院以建设“高端智库驱动型的能源产业创新孵化平台”为核心，成为城市能源变革整体解决方案的战略倡导者、规划引领者、实践推动者。

      城市能源院自成立以来，积极探索实践“四个革命、一个合作”能源战略思想在城市全面落地，承担中国科学院、国家能源局、国家科技部、国家自然科学基金项目等多项国家级重大课题。牵头编制《苏州建设国际能源变革发展典范城市创建方案》。支撑国网公司综合能源服务顶层设计研究和国网江苏电力综合能源服务业务发展战略研究。联合德国能源署、国网欧研院开展同里新能源小镇综合能源系统规划。“城市能源优化利用实验室”获得国家电网公司培育类实验室命名。与东南大学共建创新联合体，设立研究生工作站获省教育厅批复；与苏州大学合作课题被省科技厅推荐为江苏省产学研合作成功案例。出资参股国网江苏电力设计咨询有限公司，提升建设城市能源革命整体解决方案核心能力。承接苏州广电传媒广场智慧管控平台建设项目，促成苏州广电大楼获得省内首个LEED铂金级认证。成功承办“第三届国际能源变革论坛—城市和区域能源转型分论坛”，发布首份《中国城市能源报告》，与中国能源报合作创办首个《中国城市能源周刊》，打造“城市能源”高端论坛，持续提升社会影响力和品牌美誉度。

 往期回顾 

编辑：杨彪

审核：蒋东方

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