中國ESDPM模型及其在交通需求預(yù)測中的應(yīng)用*

劉嘉 陳文穎 劉德順

(1.清華大學(xué)公共管理學(xué)院，北京 100084;2.清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100084)

2008年中國終端能源消費(fèi)的部門構(gòu)成中，交通運(yùn)輸只占總量的 7.8%［1］，而世界的平均水平為27.5% ，OECD國家交通運(yùn)輸甚至長期占據(jù)總量的三分之一以上［2］。這固然有統(tǒng)計口徑不同的原因，但更主要的是因為中國正處于工業(yè)化的初中期階段，工業(yè)部門仍是社會經(jīng)濟(jì)的主要耗能部門，所以交通運(yùn)輸部門的占比還低。但90年代以來，比重一直呈上升趨勢，尤其是近幾年來私人小汽車保有量的成倍增長，給城市交通、能源供應(yīng)和環(huán)境保護(hù)帶來了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。未來隨著城市化進(jìn)程的持續(xù)發(fā)展和人均收入的不斷提高，交通運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量將保持較快的增長速度，在終端能源消費(fèi)的比重也將會朝著國際趨勢不斷發(fā)展，使交通需求預(yù)測成為一個重要的研究課題。

已有交通需求預(yù)測研究表明，客運(yùn)和貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量分別與居民收入和經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈正相關(guān)關(guān)系，而小汽車擁有率將隨著人均 GDP 的不斷增長，呈現(xiàn)出“S”型增長關(guān)系［3－5］。本文正是基于交通運(yùn)輸部門未來的發(fā)展特點(diǎn)及其在整個終端能耗局面中的重要性，應(yīng)用集合模型方法建立并應(yīng)用中國能源服務(wù)需求預(yù)測模型(Energy service demand projection model，ESDPM)，對未來中國的客運(yùn)和貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量以及小汽車保有量進(jìn)行了預(yù)測，并與其他國家和地區(qū)及相關(guān)研究進(jìn)行了比較，最后展開關(guān)于這個問題的討論和總結(jié)。

1 中國ESDPM模型概述

中國ESDPM模型是一個包括一系列應(yīng)用步驟的預(yù)測模型體系。通過設(shè)定判斷步驟和檢驗程序，使其既可對小汽車保有量等予以飽和水平考慮，又能合理適當(dāng)?shù)貞?yīng)用傳統(tǒng)模型方法預(yù)測，其模型框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行如圖1所示。

1.1 ESDPM模型設(shè)計思路

在預(yù)測客運(yùn)和貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量時，可使用傳統(tǒng)計量經(jīng)濟(jì)模型方法，如回歸分析、時間序列分析和彈性系數(shù)法等。為使預(yù)測模型方法更加系統(tǒng)，本文將以上各種模型方法統(tǒng)歸于傳統(tǒng)需求預(yù)測模型(Traditional demand projection model，TDPM)。而由于小汽車擁有率將呈現(xiàn)出“S”型增長關(guān)系，須對其予以飽和趨勢考慮，這就使具有飽和水平限制的模型得到了極大關(guān)注。在機(jī)動車預(yù)測中得到很大應(yīng)用的Gomperta模型正是一種具有飽和水平限制的模型，其模型方程［3］如式(1)所示，Dargey和Gately用此模型研究過世界范圍內(nèi)的小轎車擁有率情景以及收入的影響程度［7－8］。另外，還有采取“S”型方程研究機(jī)動車擁有率與收入關(guān)系的類對數(shù)模型等。本文將Gomperta模型等歸于具有飽和水平限制的預(yù)測模型(Saturation limit projection model，SLPM)。

圖1 中國ESDPM模型結(jié)構(gòu)框架圖［6］Fig.1 China Energy service demand projection model

其中:V是機(jī)動車擁有率，GDP為人均收入，γ為機(jī)動車擁有率飽和水平，α和β是曲線相關(guān)參數(shù)，一般為負(fù)值。

基于如上設(shè)計思路和各種運(yùn)輸方式未來變化趨勢的特點(diǎn)，本文把SLPM模型和TDPM模型統(tǒng)一納入到中國ESDPM模型，并對未來客運(yùn)和貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量及小汽車保有量進(jìn)行了預(yù)測。

1.2 ESDPM模型運(yùn)行步驟

由模型設(shè)計思路和結(jié)構(gòu)框架圖可見，應(yīng)用模型預(yù)測交通需求時將按照如下3個步驟進(jìn)行:第1步為判斷和選擇，即根據(jù)各種運(yùn)輸方式發(fā)展歷程和特點(diǎn)，結(jié)合OECD國家的歷史經(jīng)驗，判斷預(yù)測對象是否具有飽和趨勢從而選擇相應(yīng)預(yù)測模型;第2步為模型運(yùn)算，確定模型驅(qū)動量，SLPM模型還需根據(jù)中國和OECD國家的歷史數(shù)據(jù)選擇人均飽和水平，輸入基本假設(shè)，輸出預(yù)測結(jié)果;第3步為確定和檢驗，即將預(yù)測結(jié)果與發(fā)達(dá)國家發(fā)展歷程進(jìn)行比較，確定最終預(yù)測結(jié)果并檢驗其合理性。

2 模型運(yùn)算的相關(guān)假設(shè)

本文根據(jù)對未來人口和經(jīng)濟(jì)增長等基本假設(shè)，應(yīng)用1978年到2008年的歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測了客運(yùn)(包括鐵路、公路、水運(yùn)和航空)和貨運(yùn)(包括鐵路、公路、水運(yùn)、航空和管道)未來一直到2050年的交通周轉(zhuǎn)量及小汽車保有量。模型運(yùn)算的相關(guān)假設(shè)如下:

2.1 經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展假設(shè)

根據(jù)近幾年的真實(shí)數(shù)據(jù)以及相關(guān)預(yù)測假設(shè)未來經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展如表1所示:其中，人口將在2035年左右達(dá)到頂峰14.7億，GDP增長率指每10年間的年均增長率。

表1 未來經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展假設(shè)Tab.1 Assumptions for future economic and social development

2.2 客運(yùn)交通相關(guān)假設(shè)

本文對客運(yùn)周轉(zhuǎn)總量及其各分量進(jìn)行預(yù)測①本文提到的客運(yùn)周轉(zhuǎn)量如非特別說明均為不包括小汽車出行的運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量。。為保證各運(yùn)輸方式占比及分量之和與客運(yùn)周轉(zhuǎn)總量協(xié)調(diào)一致，需對某個分量進(jìn)行假設(shè)。由于水運(yùn)是客運(yùn)占比最低的運(yùn)輸方式，本文參考了水運(yùn)周轉(zhuǎn)量的歷史數(shù)據(jù)。1978年到2008年，水運(yùn)客運(yùn)周轉(zhuǎn)量年均降低1.75%，與此相應(yīng)地，其占比也從1978年的5.77%持續(xù)下降到2008年的0.26%，年均下降9.88%。據(jù)此，本研究假設(shè)未來水運(yùn)客運(yùn)周轉(zhuǎn)量占比仍將以此速度持續(xù)下降，2050年其占比將下降到0.15%。

2.3 貨運(yùn)交通相關(guān)假設(shè)

同理，在對貨運(yùn)交通進(jìn)行預(yù)測時也需進(jìn)行假設(shè)。由于航空是貨運(yùn)占比最低的運(yùn)輸方式，本文將對其占比進(jìn)行假設(shè)。1978－2008年，我國航空貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量年均增長率高達(dá)17.41%。相應(yīng)地，航空貨運(yùn)占比也從0.01%逐漸攀升至0.11%。但相對于其他運(yùn)輸方式及其他國家貨運(yùn)占比情況，我國航空在貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量的占比還很低。以國土面積與中國相當(dāng)?shù)拿绹鵀槔?，美國的航空貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量占比基本保持在0.4%左右。未來，中國將逐漸成為全球性的國際集裝箱航運(yùn)中心。據(jù)此，本研究假定我國2050年航空貨運(yùn)占比也將達(dá)到0.4%，2005年到2050年該占比將以3.17%的速度持續(xù)上升。

3 模型的結(jié)果與討論

3.1 客運(yùn)周轉(zhuǎn)量的預(yù)測結(jié)果

根據(jù)模型得到未來客運(yùn)周轉(zhuǎn)量如圖2所示，選取小汽車飽和水平為0.35－0.5，得其保有量預(yù)測結(jié)果如圖3所示。

圖2 客運(yùn)周轉(zhuǎn)量預(yù)測結(jié)果Fig.2 The projection of passenger transport

圖3 私人小汽車預(yù)測結(jié)果Fig.3 The projection of private cars

結(jié)果顯示，2005－2050年客運(yùn)周轉(zhuǎn)量將以年均5.9%的速度增長，2050年將達(dá)到23.1萬億人·km，而小汽車保有量將隨著人均GDP增長，呈現(xiàn)出明顯的“S”型增長關(guān)系。根據(jù)發(fā)達(dá)國家的歷史經(jīng)驗，當(dāng)人均GDP達(dá)到1.5萬美元，千人小汽車擁有量為40以上［4］。Dargey和Gately也根據(jù)Gomperta模型和一些工業(yè)化國家的發(fā)展經(jīng)驗，判斷小轎車擁有率飽和水平在 0.4 到0.7之間［7－8］。據(jù)本文預(yù)測，我國人均GDP將于2040年超過1.5萬美元，但考慮到中國是一個人口大國，且未來交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展面臨著能源瓶頸和環(huán)境保護(hù)的雙重限制，因此本文選取小汽車擁有率的飽和水平為0.4，小汽車保有量在2035年達(dá)到5.8億輛，之后一直穩(wěn)定在這一水平。

與同類研究相比，本文預(yù)測2030年客運(yùn)周轉(zhuǎn)總量①因國家信息中心課題預(yù)測到2030年，本文僅對2030年的總量預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了對比。為9.6萬億人·km，而國家信息中心交通項目報告［9］中為6.2萬億人·km，發(fā)展改革委員會能源研究所課題組(以下簡稱能源研究所)預(yù)測為13.9萬億人·km［4］。這主要是由于統(tǒng)計口徑不同，國家信息中心僅預(yù)測了營運(yùn)車輛，而能源研究所則涵蓋了包括非營運(yùn)車輛及城市交通整個大交通范圍，而本文僅預(yù)測了小汽車的保有量未計入客運(yùn)周轉(zhuǎn)總量。若假設(shè)2030年小汽車平均行駛里程為8000 km并平均載客1人，則可得2030年客運(yùn)周轉(zhuǎn)總量為14.2萬億人·km，略高于能源研究所的預(yù)測。在客運(yùn)結(jié)構(gòu)占比方面，鐵路和水運(yùn)在總量的占比中將逐漸下降，而公路和航空占比將迅速上升。

3.2 貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量的預(yù)測結(jié)果

根據(jù)ESDPM模型得到未來貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量如圖4所示。結(jié)果顯示，2005－2050年貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量將以年均5.1%的速度增長，2050年達(dá)到74.7萬億t·km。數(shù)據(jù)顯示，貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量相對GDP的彈性系數(shù)在1985－2005年間基本在0.5 －1.3 之間波動，平均值為0.81，2003 －2008 年這一系數(shù)為1.42，而未來該系數(shù)將逐漸下降到0.64。在貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量的結(jié)構(gòu)占比方面，與客運(yùn)周轉(zhuǎn)量類似地，鐵路和水運(yùn)占比也將逐漸下降，而公路和航空占比將逐漸上升。

圖4 貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量預(yù)測結(jié)果Fig.4 The projection of freight transport

圖5 人均客運(yùn)周轉(zhuǎn)量比較Fig.5 The comparison of passenger per capita

3.3 結(jié)果的檢驗與討論

可根據(jù)模型檢驗步驟，將模型結(jié)果的相關(guān)指標(biāo)與發(fā)達(dá)國家的發(fā)展歷程進(jìn)行比較，檢驗結(jié)果的合理性。本文將與OECD國家比較以下指標(biāo):人均出行距離，包括人均客運(yùn)周轉(zhuǎn)量和人均航空里程、單位GDP的貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量及其相對GDP的彈性系數(shù)。

結(jié)果顯示，相比于其他國家和地區(qū)，我國人均客運(yùn)周轉(zhuǎn)量雖處于較低的水平，但未來增長很快。由圖5可見，1978－2008年OECD國家的人均客運(yùn)周轉(zhuǎn)量都呈緩慢增長的態(tài)勢［10］。其中，日本最低，美國最高，IEA的數(shù)值為IEA17個國家的平均值，中國的數(shù)值為2020－2050年每5年的預(yù)測值。而我國未來人均客運(yùn)周轉(zhuǎn)量增速則顯著高于OECD國家。這是因為我國城市化率和三產(chǎn)比重較低，城市化進(jìn)程滯后于工業(yè)化，而OECD國家在人均GDP的可比時期城市化率早已超過70%。因此，未來我國人均客運(yùn)周轉(zhuǎn)量將快速增長，但由于國情和生活方式的差別，我國既不會保持在日本的較低水平，也不會像美國那么高。值得注意的是未來我國航空客運(yùn)發(fā)展將更加迅速，人均航空里程將達(dá)到美國八十到九十年代的水平。據(jù)本文預(yù)測2050年我國人均航空里程為0.32萬km，美國八、九十年代這一數(shù)值在0.3－0.35之間;而人均客運(yùn)周轉(zhuǎn)量將于2050年達(dá)到1.5萬km(包括小汽車則為1.7萬 km)，能源研究所預(yù)測值為1.9萬km［4］，相當(dāng)于IEA國家現(xiàn)在的平均水平。

在貨運(yùn)方面，OECD國家1990年到2004年間單位GDP的貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量(單位為)一直保持在一個平穩(wěn)水平。其中，加拿大和澳大利亞最高，均在1以上，美國和IEA國家基本穩(wěn)定在0.6和0.4左右，而日本僅為0.1 t·雖然我國單位GDP的貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量從1980年以來一直處于下降態(tài)勢，但即便如此，2005年該值仍高達(dá)3.6 t·km/。這說明我們用較高的貨運(yùn)強(qiáng)度支撐了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這與我國“世界工廠”的特殊背景是相符合的。根據(jù)本文預(yù)測，未來隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的完成和服務(wù)業(yè)比重的逐漸提升，單位GDP的貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量將繼續(xù)下降，2050年這一數(shù)值將下降到2.3 t·km/，貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量相對GDP的彈性系數(shù)也將逐漸降低到2050年的0.64，如表2所示。

由表2可見，中美日三國貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量相對GDP的彈性系數(shù)均逐漸降低，公路在貨運(yùn)總量的占比逐漸升高，總體趨勢上均比較一致。但我國與美國運(yùn)輸更加接近，與日本相差較大，這也再次體現(xiàn)出交通與國情的高相關(guān)性。以公路占比為例，日本因國土面積狹小，貨運(yùn)以公路和沿海海運(yùn)為主，鐵路僅占5%左右，故而公路占比略高;而我國與美國幅員遼闊，公路周轉(zhuǎn)量和占比雖然不斷增加，但鐵路仍將在貨運(yùn)中發(fā)揮重要作用，因此公路占比上升空間有限。值得注意的是，表中美日兩國貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量相對GDP的彈性系數(shù)是剔除了遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)?，且兩國?0－80年代經(jīng)歷了兩次石油危機(jī)，因此該系數(shù)較低。

表2 貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量比較Tab.2 The comparison of freight transport

根據(jù)模型的檢驗和比較我們發(fā)現(xiàn)，雖然中國的客運(yùn)和貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量與發(fā)達(dá)國家存在較大差距，但發(fā)達(dá)國家發(fā)展道路所體現(xiàn)出的特點(diǎn)，尤其是交通運(yùn)輸與一些經(jīng)濟(jì)增長指標(biāo)的變化規(guī)律仍對我國具有很大的借鑒意義。但考慮到不同國家間國情的巨大差異，需對可比性進(jìn)行甄別。由于日本的國土面積和經(jīng)濟(jì)構(gòu)成與我國有很大差異，本文認(rèn)為我國與日本的可比性較低;在客運(yùn)方面，由于生活和消費(fèi)模式的顯著不同，我國與美國的可比性較差，而IEA國家可能是一個較好的參照;在貨運(yùn)方面，考慮到其與國土面積的高相關(guān)性，我國與美國、加拿大和澳大利亞等疆域大國的可比性更高。

4 結(jié)論

交通運(yùn)輸是未來我國能源需求預(yù)測中的一個關(guān)鍵部門。本文建立并應(yīng)用中國ESDPM模型對交通運(yùn)輸部門中客運(yùn)和貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量以及汽車保有量進(jìn)行了預(yù)測，并與其他國家和地區(qū)及相關(guān)研究進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，2005－2050年中國的客運(yùn)和貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量將分別以年均增長率5.9%和5.1%的速度增長，2050年將分別達(dá)到23.1萬億人·km和74.7萬億t·km。雖然未來我國客運(yùn)周轉(zhuǎn)量增長速度顯著高于OECD國家，但我國人均出行距離仍將處于較低的水平，2050年時僅相當(dāng)于IEA國家現(xiàn)在的平均水平;而單位GDP的貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量雖呈持續(xù)下降態(tài)勢，但與美國、加拿大和澳大利亞等疆域大的國家相比仍有不小的差距。小汽車保有量將隨人均GDP的發(fā)展呈現(xiàn)出明顯的“S”型增長關(guān)系，在小汽車擁有率飽和水平選取為0.4時，小汽車保有量將穩(wěn)定在5.8億輛左右。

未來隨著我國城市化進(jìn)程的持續(xù)發(fā)展和人均收入的不斷提高，交通運(yùn)輸在終端能源消費(fèi)總量的比重將持續(xù)升高。因此，合理預(yù)測未來的交通需求，為交通和能源規(guī)劃提供相關(guān)依據(jù)，對我國在快速工業(yè)化和城市化進(jìn)程中轉(zhuǎn)變交通發(fā)展模式，加強(qiáng)交通節(jié)能減排具有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。我國應(yīng)在經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展過程中，充分借鑒發(fā)達(dá)國家的歷史經(jīng)驗，進(jìn)行合理規(guī)劃，轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，為邁上具有中國特色的低碳發(fā)展之路做好充分準(zhǔn)備。

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