劉明輝，李江龍，孟觀飛，楊秀汪

1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司，浙江 杭州 310007 2.西安交通大學(xué) 經(jīng)濟與金融學(xué)院，陜西 西安 710061

氣候變化如何影響社會經(jīng)濟發(fā)展，一直是政策界與學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點話題。氣候變化的最重要表現(xiàn)形式之一就是全球氣候變暖，因此溫度成為理解氣候沖擊如何影響社會經(jīng)濟的重要度量指標(biāo)[1]。2020年克拉克獎得主Melissa Dell指出，氣候變暖意味著全球平均溫度在21世紀(jì)將出現(xiàn)顯著上升，理解溫度變化對社會經(jīng)濟的影響對于準(zhǔn)確評估氣候變化的經(jīng)濟成本至關(guān)重要[2]。近年來，研究者從不同視角出發(fā)考察了氣候變化背景下平均溫度上升對勞動生產(chǎn)率、農(nóng)業(yè)產(chǎn)出、貧困、健康、情緒、人口流動等方面的影響。這些研究從多個維度刻畫了氣候變化引致的溫度上升對社會經(jīng)濟發(fā)展的沖擊，加強了國際社會關(guān)于氣候變化將嚴(yán)重威脅人類社會可持續(xù)發(fā)展的共識。

作為對氣候變化引起溫度上升的適應(yīng)性行為，人們面對溫度上升的最直接反應(yīng)是更多更頻繁地使用空調(diào)等溫控設(shè)備，而這又反過來增加了溫室氣體排放，進一步加劇全球變暖[3]。因此，氣候變化與能源消費可能造成正向反饋的惡性循環(huán)，即氣候變化增加能源消費，而能源消費引致的溫室氣體排放又進一步加劇氣候變化。為應(yīng)對能源與環(huán)境氣候問題，中國以更為積極的態(tài)度參與全球氣候治理工作，提出加快調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)碳達峰和碳中和的目標(biāo)。然而，在能源消費與氣候變化的關(guān)系中，人們可能更加關(guān)注前者對后者的影響，而較少注意后者對前者的沖擊。事實上，氣候變化正在深刻地影響人類的能源消費行為，特別是在居民部門。相比工業(yè)和商業(yè)部門，居民能源消費受溫度變化的影響更為明顯。為了提高舒適性，人們會迅速對溫度變化做出反應(yīng)，催生了制冷和采暖需求[4]，所以居民能源需求對溫度變化較為敏感，這為研究能源需求對溫度變化做出反應(yīng)提供了可能。

伴隨經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程，居民部門能源消費增速持續(xù)高于其他部門，成為當(dāng)下中國能源消費的主要增長點，預(yù)期未來占比將越來越大。如圖1所示，2019年中國居民能源消費占總能源消費的比例為13%，是除制造業(yè)之外能源消費占比最大的類別，且呈現(xiàn)增長趨勢。居民能源消費由2000年的1.59億噸標(biāo)準(zhǔn)煤增加至2019年的6.17億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，年均增長率為7.4%，高于全國能源消費增速0.6個百分點。當(dāng)前，中國已步入高質(zhì)量發(fā)展階段，居民能源需求隨著生活水平的提高而不斷提升，如圖2所示，居民人均能源消費也由2000年的1.60噸標(biāo)準(zhǔn)煤增長至2019年的3.48噸標(biāo)準(zhǔn)煤，年均增長率達6.3%。特別是，居民能源消費的主要品種是電力，其用電行為在時間維度上較為集中，體現(xiàn)在電力負荷曲線上就是持續(xù)時間較短的尖峰負荷。如果出現(xiàn)溫度異常，其對居民能源消費行為的短期沖擊甚至可能危害電力系統(tǒng)安全。同時，中國國土面積廣袤且涵蓋不同的氣候帶，南北方之間又以“秦嶺—淮河”線為界劃定了集中供暖的分界線，區(qū)域發(fā)展水平也存在不均衡，導(dǎo)致居民用能行為存在很強的區(qū)域異質(zhì)性和收入異質(zhì)性。因此，從南北地區(qū)差異和經(jīng)濟發(fā)展水平等多個維度探討居民能源需求對氣候變化的異質(zhì)性特征，不僅能夠明晰氣候變化對不同經(jīng)濟發(fā)展水平以及不同區(qū)域的居民用能需求特征，而且對提高居民能源需求(尤其是居民用電需求)管理和居民能源供給(尤其是電力供應(yīng)系統(tǒng))規(guī)劃都具有重要意義。

圖1 2019年中國居民能源消費結(jié)構(gòu)

圖2 2000—2019年中國居民能源消費情況

近年來，氣候變化對能源消費及社會經(jīng)濟的影響受到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，研究尺度包括全球范圍、國家層面以及城市層面[5-6]。中國幅員遼闊，涵蓋多種氣候帶，為識別氣候變化如何影響居民能源消費提供了充分的差異性來源，本文借鑒已有文獻[7]的做法，通過估計溫度變化效應(yīng)來識別需求異質(zhì)性下氣候沖擊對居民能源需求的影響，特別聚焦于不同經(jīng)濟發(fā)展水平和南北區(qū)域居民“溫度—需求響應(yīng)”的異質(zhì)性特征。本文的主要貢獻在于：第一，從適應(yīng)性行為的視角拓展了氣候變化與能源消費之間關(guān)系的研究。盡管現(xiàn)有文獻已經(jīng)關(guān)注到居民應(yīng)對氣候變化采取的適應(yīng)性行為對能源消費造成了不可忽視的影響，但是仍鮮有文獻將經(jīng)濟發(fā)展水平和地區(qū)分布的異質(zhì)性納入統(tǒng)一分析框架來實證檢驗居民能源需求對氣候沖擊的不同反應(yīng)。本文基于需求異質(zhì)性視角通過識別溫度變化對能源消費的因果效應(yīng)，有效彌補了這一不足。第二，在氣候變化對能源消費的研究中補充了關(guān)于中國經(jīng)驗的研究。中國幅員遼闊，研究樣本能夠充分反映不同地理位置、經(jīng)濟發(fā)展和氣候氣溫的動態(tài)變化對于能源消費的影響。同時，中國作為地區(qū)間發(fā)展不平衡的轉(zhuǎn)型國家，提升其氣候治理公共品供給水平的關(guān)鍵在于能夠提供差異化的政策啟示，本文研究數(shù)據(jù)涵蓋全國2004—2016年284個地級市面板數(shù)據(jù)，有助于深入分析不同經(jīng)濟發(fā)展階段和地理位置居民能源需求對溫度變化的響應(yīng)，從而得出的實證檢驗結(jié)果更具現(xiàn)實意義。

一、文獻述評與機理分析

全球氣候變暖導(dǎo)致頻繁變換的區(qū)域天氣模式以及極端天氣事件可能影響能源生產(chǎn)和傳輸，進而造成家庭能源需求的波動。研究表明，氣候變化與能源需求之間存在反饋機制；反之，氣候變化的影響也可以從能源消費中得以捕捉。例如，炎熱的天氣可能會刺激家庭使用制冷設(shè)備的需求；相反，寒冷的天氣會導(dǎo)致家庭制暖設(shè)備使用頻率的增加，這些均會增加家庭的能源需求。近年來，作為世界上最大的能源消費國，中國的能源消費及其與氣候變化的關(guān)系備受國際社會關(guān)注。根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計年鑒2021》(1)Statistical Review of World Energy 2021,https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-econ-omics/statistical-review/bp-stats-review-2021-full-report.pdf.，2020年中國一次能源消費占世界總能源消費的26.1%，在受新冠肺炎疫情影響全球能源消費較上年減少4.5%的情況下，中國能源消費卻逆勢增長了2.1%，能源消費增長也推動中國碳排放占全球的比重增長至31%。因此，厘清氣候沖擊下溫度變化與居民能源需求的關(guān)系對社會經(jīng)濟的平穩(wěn)發(fā)展乃至實現(xiàn)碳達峰和碳中和的目標(biāo)具有重要的現(xiàn)實意義。本文結(jié)合以往研究，主要從溫度變化對家庭能源消費的非線性影響、異質(zhì)性沖擊以及季節(jié)性差異三個渠道來闡述氣候變化對能源消費的作用機理。

(一)溫度變化對家庭能源消費的非線性影響

研究居民能源消費對氣候變化的文獻較為豐富，比較一致的觀點是氣候變化對能源消費的影響并非線性，而是呈現(xiàn)非線性特征，如大多研究表明溫度與能源消費呈現(xiàn)U型關(guān)系。在溫度低于某一閾值時，隨著溫度提高，能源消費需求逐漸減少，而當(dāng)溫度高于某一閾值時，能源消費需求隨溫度升高而逐漸增加。此外，溫度變化對能源消費變化的U型關(guān)系是非對稱的，如已有研究表明在溫度臨界值右側(cè)能源需求對溫度變化的程度要顯著高于左側(cè)[8]。多數(shù)研究基于歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)分析溫度變化對能源消費的影響，也有部分研究使用模擬方法考慮多種因素對未來溫度變化下居民能源需求進行預(yù)測[9-10]。

(二)溫度變化對家庭能源消費的異質(zhì)性沖擊

關(guān)于氣候變化對居民用能種類的影響主要集中在電力需求研究。Shourav等[6]基于孟加拉國達卡市2011—2014年居民每月電力消費和氣候變化數(shù)據(jù)建立了居民能源消費與氣候變化的耦合模型；Li等[11]研究了氣候變化對中國電力需求的差異，發(fā)現(xiàn)炎熱的夏季通常比寒冷的冬季產(chǎn)生更大的影響，這意味著全球變暖將導(dǎo)致更多用電需求增加；Li等[8]使用家庭每日用電量來估計氣候變化對上海居民用電的影響；Du等[12]從居民收入視角對中國2005—2015年278個城市氣候變化對居民電力消費的影響進行分析。此外，少數(shù)研究關(guān)注了氣候變化對居民天然氣、燃煤及石油消費的影響。Spoladore等[13]基于每日溫度和天然氣消耗的高度相關(guān)性，建立了居民天然氣需求模型。De Cian等[5]估計了電力、天然氣和石油的氣候需求彈性，研究表明在不同地區(qū)和不同季節(jié)，采暖需求使不同能源之間的替代從整體上能夠改變能源消費需求。

(三)溫度變化對家庭能源消費的季節(jié)性差異

氣候具有顯著的季節(jié)性特征，多數(shù)研究基于氣候的這個特征對居民能源消費的異質(zhì)性進行研究。氣候變化對居民能源消費影響在不同溫度帶的表現(xiàn)存在差異，相比溫度偏高地區(qū)，溫度偏低地區(qū)溫度升高導(dǎo)致居民能源需求增長更多[14]，但是De Cian等[5]的研究表明，夏季氣候相對溫和地區(qū)比熱帶地區(qū)國家的能源需求增長要少，如意大利等夏季氣候溫和國家對電力的較高需求被冬、春季對天然氣和石油產(chǎn)品的較低需求所抵消。Auffhammer等[9]模擬了氣候變化對加利福尼亞住宅電力消耗的影響，研究表明不同氣候帶家庭能源消費對溫度變化的響應(yīng)差異很大，“溫度—能源消費”曲線表現(xiàn)出扁平型、U型和曲棍球型等不同形態(tài)。De Cian等[5]還估計了不同季節(jié)短期和長期住宅能源的溫度需求彈性。Li等[11]研究了中國不同季節(jié)和地區(qū)氣候變化對家庭用電量和空調(diào)采用的影響，發(fā)現(xiàn)夏季居民用電需求明顯高于冬季，由于北方集中供暖導(dǎo)致溫度變化對北方居民用電量的影響小于南方。

綜上，已有研究主要使用不同模型總結(jié)了氣候變化與居民能源消費之間的不同關(guān)系，且多集中研究以電力消費為代表的居民能源消費問題，從區(qū)域和季節(jié)差異方面分析了氣候變化對居民能源消費影響的異質(zhì)性。然而，相比以上三個方面的研究，現(xiàn)有文獻對氣候沖擊下溫度變化如何導(dǎo)致居民能源消費變動的機理研究相對較少。如Kaufmann等[15]認(rèn)為，氣溫變化通過自來水溫度變化對能源消費產(chǎn)生影響，隨著氣候變暖，供應(yīng)熱水箱的自來水溫度升高，從而減少了提供熱水所消耗的能源。氣候變化對能源消耗的影響與居民建筑能源效率存在較大關(guān)系，氣候變化通過影響居民對空調(diào)采購的決策而影響居民能源消費[11]。此外，已有文獻缺乏從地區(qū)經(jīng)濟水平差異角度分析氣候變化對居民能源消費的影響。除了氣候特征導(dǎo)致的異質(zhì)性之外，不同經(jīng)濟發(fā)展水平可能會導(dǎo)致相同氣候條件下居民能源消費的差異。在氣候溫暖且經(jīng)濟快速增長的地區(qū)，空調(diào)需求增速超過了經(jīng)濟增速(2)MCNEIL M A,LETSCHERT V E.Future air conditioning en-ergy consumption in developing countries and what can be done about it:the potential of efficiency in the residential sector[EB/OL].(2008-04-18)[2021-09-24].https://escholarship.org/uc/item/64f9r6wr.，居民收入水平會影響其能源消費的氣候敏感性[12]。因此，本文將基于中國284個城市地區(qū)經(jīng)濟水平和地理位置的異質(zhì)性量化分析氣候沖擊對居民能源消費的影響，彌補已有關(guān)于居民能源需求對氣候變化異質(zhì)性的研究。

二、研究設(shè)計與數(shù)據(jù)描述

(一)模型設(shè)定

本文參考金剛等[16]的研究，通過估計氣候沖擊下溫度的變化來識別家庭能源消費及其需求的異質(zhì)性，為此構(gòu)建如下計量模型：

lnEneit=β1TDEit+β2Weait+β3lnEprit+

ui+vt+εit

(1)

lnEneit=α1HDDit+α2CDDit+α3Weait+

α4lnEprit+ui+vt+εit

(2)

其中，i和t代表第i城市和第t年；Eneit代表第i城市和第t年的人均能源消費，包括人均電力消費(ele)、人均天然氣消費(gas)、人均液化石油氣消費(lpg)和人均熱力(hea)消費。TDE、HDD和CDD分別代表溫度變化、采暖度日和制冷度日。Weait代表氣象指標(biāo)，包括降雨量(rai)、相對濕度(rhu)、風(fēng)速(win)和日照時數(shù)(sun)。本文通過控制這些與溫度相關(guān)性較強的外生天氣變量，可以有效利用溫度的外生變化進行因果識別。Eprit代表一組其他影響家庭能源消費的控制變量，包括人均GDP(gdp)、電力價格(ep)、天然氣價格(gp)、液化石油氣價格(lp)和煤炭價格(cp)，同時這些變量已用消費者物價指數(shù)平減到2000年不變價。uc和vt分別代表不隨時間和個體變化的個體和時間固定效應(yīng)；εit表示聚類到城市層面的穩(wěn)健性標(biāo)準(zhǔn)誤。

此外，為刻畫不同溫度變化對能源消費的影響，參考Deryugina等(3)DERYUGINA T,HSIANG S M.Does the environment still matter?Daily temperature and income in the United States[EB/OL].(2014-12-01)[2021-09-24].https://www.nber.org/papers/w20750.的做法，依據(jù)日平均溫度來構(gòu)建溫度區(qū)間變量，計算一年中不同溫度落入每個區(qū)間的天數(shù)，回歸方程如下：

vt+εit

(3)

(二)變量選取與數(shù)據(jù)來源

因變量是四類家庭能源，包括電力、天然氣、液化石油氣以及熱力，鑒于不同城市人口數(shù)量的巨大差異，本文選擇各類能源消費的人均量?？紤]到能源價格、經(jīng)濟增長水平和氣象條件影響各城市的能源消費水平以及溫度變化，控制變量選擇人均GDP、電力價格、天然氣價格、液化石油氣價格和熱力價格。這里用煤炭價格代替熱力價格主要基于兩點：一是城市統(tǒng)計年鑒中并未統(tǒng)計城市熱力價格，二是目前城市熱力的能源供應(yīng)仍然以煤炭為主導(dǎo)。

本文參考Li等[11]的做法，選擇以26℃和18℃作為平衡點溫度構(gòu)建制冷度日數(shù)(CDD)和采暖度日數(shù)(HDD)指標(biāo)，同時構(gòu)建溫度變化(TDE)總指標(biāo)，即CDD和HDD的加總。制冷度日數(shù)是一段時間內(nèi)平均溫度高于平衡點溫度的累計度數(shù)，用以表示需要降溫的程度；采暖度日數(shù)是一段時間內(nèi)平均溫度低于平衡點溫度的累計度數(shù)，用以表示需要采暖的程度。其計算公式如下：

(3)

TDEit=CDDit+HDDit

(4)

其中，Titd表示第i個城市第t年第d天的日平均溫度。本文城市層面的電力需求和社會經(jīng)濟指標(biāo)等來自于2005—2017年《中國城市統(tǒng)計年鑒》(5)由于2017年之后《中國城市統(tǒng)計年鑒》居民生活用電量的口徑發(fā)生變化，因此本文選擇2004—2016年作為研究樣本期。，氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心，由于部分城市相關(guān)變量的數(shù)據(jù)缺失，最終選取284個地級及以上城市作為研究對象。變量的描述性統(tǒng)計結(jié)果見表1，其中人均電力消費、人均天然氣消費、人均液化石油氣消費以及人均熱力消費的均值分別為235.60千瓦時、448.97立方米、715.37千克和12.54千克標(biāo)煤當(dāng)量。以電力為例，2004年人均電力消費118.42千瓦時，2016年增加至368.25千瓦時，增長率達到210.97%?？梢钥闯?，不同年度的人均能源消費均存在較大差異性。其次，以18℃和26℃為平衡點溫度構(gòu)建的HDD和CDD指標(biāo)中，日度制冷度日數(shù)的平均值為0.31℃，日度采暖度日數(shù)的平均值為3.90℃。最后，我國南北方日度平均溫度累計天數(shù)如圖3所示，可以看到，南方24℃以上的溫度日數(shù)顯著高于北方，而在6℃以下的低溫天氣的日數(shù)中，北方則顯著大于南方，這些信息反映了溫度變化狀況在不同年份和地區(qū)之間也存在較大差異性。

表1 變量的描述性統(tǒng)計結(jié)果

圖3 中國南北方日度平均溫度累計天數(shù)

三、結(jié)果分析

(一)基準(zhǔn)結(jié)果

表2以18°C和26°C作為閾值展示了溫度變化如何影響家庭用能需求的回歸結(jié)果，可以看到，溫度的變化僅對電力需求具有統(tǒng)計顯著性，即溫度每變化1個單位使得電力消費增加0.1%。通過細化溫度區(qū)間的變化，分別估計需求異質(zhì)性視角下CDD和HDD的波動對家庭能源消費的影響機理，回歸結(jié)果見表3。首先，在控制了人均GDP、電力價格、降水量、日照時間、平均風(fēng)速、相對濕度、城市固定效應(yīng)和年份固定效應(yīng)后，HDD和CDD對電力能源消費的影響在1%的水平上顯著為正，即采暖度日數(shù)和制冷度日數(shù)每增加1℃使得家庭部門電力費增加的比例為8.5%和20%。這同Eskeland等[17]的研究結(jié)論較為相似，即在控制電力價格和收入等變量以及城市和時間固定效應(yīng)后，制冷度日數(shù)對歐洲電力消耗的影響顯著高于采暖度日數(shù)的影響效應(yīng)。其次，這也與Kamerschen等[18]的研究結(jié)果更接近。在夏季，家庭部門制冷度日數(shù)是電力消耗的重要驅(qū)動因素，其對電力消費的影響為23%～25%；在冬季，采暖度日數(shù)對電力需求不會造成顯著的影響。然而，這些結(jié)論不同于Blázquez等[19]的研究，他們認(rèn)為在西班牙家庭部門的電力需求對于寒冷天氣的敏感性高于炎熱天氣，這可能與西班牙居民的電力消費習(xí)慣有關(guān)，如在家庭部門的能源消費中，電力與天然氣之間存在競爭關(guān)系。

表2 基準(zhǔn)回歸結(jié)果

因此，本文進一步估計了HDD和CDD對天然氣的影響，同時為了統(tǒng)一度量，將電力和天然氣折算成標(biāo)煤后進行合并，從而探究電力和天然氣之間是否存在替代關(guān)系。表3第(2)列的結(jié)果表明，HDD和CDD對家庭部門天然氣消費的影響不存在統(tǒng)計顯著性。然而，第(3)～(4)列的估計結(jié)果表明，電力消費與天然氣合并之后，HDD和CDD對其呈現(xiàn)顯著的正向效應(yīng)，這表明它們之間可能存在較為明顯的替代效應(yīng)。例如，北方家庭基本都會安裝空調(diào)，其目的主要是在夏季制冷，然而在冬季集中供暖時，使用空調(diào)的概率以及頻率會很大程度降低。由于經(jīng)濟地理等一些客觀因素，如果北方家庭在冬季沒有使用集中供暖而是采用家用空調(diào)或者天然氣壁掛爐取暖，那就存在如何在這兩者之間選擇成本相對較低的制暖設(shè)備的問題。由第(3)～(4)列結(jié)果可知，相比于電力價格，天然氣的價格對能源的響應(yīng)為正且具有統(tǒng)計顯著性。因此，如果北方天氣過冷，采用天然氣壁掛爐的取暖成本可能會高于空調(diào)。因此，更多家庭將可能會選擇空調(diào)制暖，從而電力對天然氣產(chǎn)生替代效應(yīng)。此外，HDD和CDD對液化石油氣和熱力均無顯著影響，見表3第(5)～(6)列，這可能有以下兩方面的原因：首先，液化石油氣在家庭部門主要適用于炊事烹飪，因此外界溫度的變化對其影響微乎其微。其次，在北方的冬季，熱力能源主要是燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)和大型鍋爐房集中供熱，而南方則沒有這樣的溫控系統(tǒng)。因此，在北方的冬季，大多家庭的取暖可能不需要再依靠空調(diào)等電力設(shè)備。另外，集中供暖的北方家庭的室內(nèi)溫度幾乎不能通過暖氣設(shè)備自主調(diào)節(jié)溫度，這使得熱力的方差變化對于每戶家庭幾乎成為了恒值，從而無法在模型中有效估計CDD和HDD對其變動的影響。

表3 CDD和HDD的波動對家庭用能需求的影響估計結(jié)果

盡管采用CDD和HDD這兩個指標(biāo)能夠描述平衡點兩側(cè)溫度對不同能源需求的影響，然而關(guān)于不同溫度區(qū)間對于能源需求的影響仍然不能清晰識別。不同溫度區(qū)間對電力、液化石油氣、熱力和天然氣等能源消費的影響如圖4所示。可以發(fā)現(xiàn)，溫度變化與電力消費總體呈現(xiàn)U型曲線關(guān)系。以[18℃,24℃)溫度區(qū)間為基準(zhǔn)，溫度下降或上升均會對家庭的電力消費產(chǎn)生正向效應(yīng)。但是，當(dāng)溫度處于[12℃,18℃)和[24℃,30℃)區(qū)間時，溫度對電力消費的影響不具有統(tǒng)計顯著性。而當(dāng)溫度處于兩極區(qū)間時，溫度的變化對于電力消費的影響也將增大。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是為了追求更舒適的生活體驗，家庭會在極端氣候的情況下加大用電量。例如，相較于春秋兩季，冬夏兩季的家庭生活用電量更高且離散程度較大[20]。此外，根據(jù)上文分析，其他三種能源要么是用于日常炊事要么由于相對恒定的值，溫度變化對其影響在統(tǒng)計上不具有顯著性且并未呈現(xiàn)規(guī)律性變化。因此，本文后面的分析將主要聚焦電力消費的異質(zhì)性討論。

(a)不同溫度區(qū)間對電力消費的影響

(二)氣候沖擊的異質(zhì)性分析

中國地域遼闊，跨度較大的經(jīng)緯度造成南北方氣候具有明顯的差異。因此，氣候變化對家庭電力需求是否與地理位置有關(guān)值得進一步研究。本文以“秦嶺—淮河”為界劃分南北方區(qū)域，分界線以北設(shè)定為北方，以南設(shè)定為南方。同時，在基準(zhǔn)模型中引入CDD和HDD與南北方區(qū)域的交互項來探討南北方地理差異背景下家庭電力能源消費的異質(zhì)性。另外，不同溫度區(qū)間的變化對電力能源消費的影響效應(yīng)是否由于城市富裕程度(6)本文定義低于樣本城市GDP均值的區(qū)域為貧窮城市，反之，為富裕城市。的不同而產(chǎn)生差異也是值得探討的話題。為此，本文基于南北方地理特征以及城市富裕與否進一步探究不同溫度區(qū)間對電力消費的沖擊效應(yīng)。

1.制冷度日和采暖度日對家庭電力消費的差異性影響

表4第(1)列報告了CDD和HDD對北方和南方的家庭電力消費影響的估計結(jié)果。結(jié)果表明，無論是在南方還是北方，CDD對家庭電力消費的影響顯著為正，其估計系數(shù)分別1.300和0.568且在1%水平下顯著。其中，北方家庭制冷度日對電力消費的影響顯著高于南方，這與Li等[11]的研究結(jié)果一致。相比于南方居民，北方居民可能更加不耐熱，從而在炎熱的夏季為追求體感的舒適，制冷設(shè)備的滿荷運轉(zhuǎn)對電力消費的激增效應(yīng)顯著高于南方。此外，在其他變量保持不變的情況下，CDD越大，電價的邊際效應(yīng)可能越小。這表明在炎熱的天氣下，電力需求將呈現(xiàn)剛性，電價的波動對居民電力消費的敏感度將在很大程度降低。然而，HDD對家庭電力消費的影響僅在北方具有統(tǒng)計顯著性。第(2)列的估計結(jié)果顯示，無論是在貧窮還是富裕的區(qū)域，CDD對電力消費的影響并不存在顯著差異，然而HDD僅在比較富裕的地區(qū)具有統(tǒng)計顯著性且其對電力消費的影響遠遠大于貧窮區(qū)域。這可能是因為，富裕地區(qū)的家庭在寒冷的天氣時，可以通過采暖設(shè)備來進行溫控調(diào)節(jié)，但是對于貧窮地區(qū)的家庭可能采用其他替代方式，如添加衣物，用木炭、煤和薪柴取暖等。

表4 地理位置和貧富差異視角下電力消費的異質(zhì)性分析

2.溫度變化對家庭電力消費的差異性影響

不同溫度區(qū)間對南北家庭電力消費的回歸結(jié)果如圖5(a)所示，可以發(fā)現(xiàn)無論是低于還是高于[18℃,24℃)的基準(zhǔn)溫度，北方地區(qū)的家庭對電力消費的正向效應(yīng)均顯著大于南方，并且溫度變化與電力消費呈現(xiàn)明顯的U型曲線關(guān)系。然而在南方家庭中，僅當(dāng)溫度位于[6℃,12℃)與[30℃,36℃)時，溫度變化對電力消費的影響才具有統(tǒng)計顯著性。其他溫度區(qū)間對電力消費的影響均不具有統(tǒng)計顯著性且不同溫度區(qū)間的影響效應(yīng)大小均接近于0。此外，單從北方的溫度序列來看，氣候變化對于北方家庭的電力消費的影響主要是在炎熱的天氣而不是在寒冷的季節(jié)。以溫度在[-6℃,0℃)和[30℃,36℃)區(qū)間為例，該溫度區(qū)間的估計系數(shù)為0.01和0.02，均通過1%水平的顯著性檢驗。這一結(jié)果表明，相對于溫度在[-6℃,0℃)而言，在[30℃,36℃)的溫度區(qū)間天數(shù)每增加1天，將使得北方家庭部門的電力消費多增長0.27%。如圖5(b)所示，溫度變化對于電力消費的影響主要在富裕地區(qū)。此外，隨著溫度的不斷走低，溫度區(qū)間變量估計系數(shù)的絕對值不斷上升，表明富裕家庭在嚴(yán)寒時期對電力消費的正向效應(yīng)愈發(fā)明顯。因此可以推斷，具有不同經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顟B(tài)的地區(qū)的電力消費將會受到氣候沖擊不同程度的影響。

圖5 南北方及貧富差異背景下溫度對電力消費的影響

(三)穩(wěn)健性檢驗

(1)增加城市—年份聯(lián)合固定效應(yīng)。本文基于面板數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)模型已經(jīng)考慮了城市和年份固定效應(yīng)，從而達到控制樣本中不隨時間變化的個體差異和不隨個體變化的時間差異的目的。然而，同一時間上的沖擊對于不同區(qū)域的影響可能并不一致，而且不同區(qū)域?qū)@些沖擊的反應(yīng)力度也可能具有異質(zhì)性。因此，傳統(tǒng)的雙向固定效應(yīng)模型可能無法解決那些既隨時間變化又隨個體變化的不可觀測變量導(dǎo)致的潛在內(nèi)生性問題。因此，本文加入城市—年份聯(lián)合固定效應(yīng)來反映共同因素對不同區(qū)域影響的差異[17]。表5第(1)列的實證結(jié)果表明，在控制城市和時間固定效應(yīng)的同時，引入地區(qū)—年份聯(lián)合固定效應(yīng)，本文的基準(zhǔn)結(jié)論依然成立。

(2)修改控制變量。本文針對控制變量選擇采取了兩個穩(wěn)健性檢驗：首先，在研究氣候沖擊對于經(jīng)濟產(chǎn)出的文獻中，一些文獻就是否應(yīng)該加入降水作為控制變量存在爭議[18]。因此，刪除降水控制變量進行穩(wěn)健性檢驗。其次，氣象條件可能與電力消費呈非線性關(guān)系。例如，以往的研究已經(jīng)證實電力消費與相對濕度可能會呈現(xiàn)出U型的非線性關(guān)系。同時，為了控制平均相對濕度對用電行為的非線性影響，也有學(xué)者將相對濕度及其二次項分別納入模型以盡可能減少遺漏變量偏誤。因此，本文在前述研究的基礎(chǔ)上，在基準(zhǔn)模型中額外增加降水量、日照時間、平均風(fēng)速以及相對濕度的平方項。表5第(2)～(3)列的實證結(jié)果顯示，對控制變量的調(diào)整未改變本文的基準(zhǔn)結(jié)論。

表5 穩(wěn)健性檢驗結(jié)果

(3)不同閾值的組合。事實上，本文閾值設(shè)定的一個隱含假設(shè)是18～26°C為舒適區(qū)的閾值，即假設(shè)在此溫度之間，居民對電力消費不具有敏感性。為了研究結(jié)果是否取決于閾值的設(shè)置，本文測試了不同閾值下回歸結(jié)果的穩(wěn)健性。此外，未考慮舒適區(qū)的溫度區(qū)間的已有文獻通常采用65°F(18.3°C)作為單一閾值。基于此，首先選擇18°C作為基準(zhǔn)，以0.2°C為間隔降低下限閾值，直到6°C，即6～18°C。類似地，更高的閾值也以0.2°C為間隔增加，直到30°C，即18～30°C。每個閾值區(qū)間有61個閾值點。其次，根據(jù)式(1)重新估計HDD的系數(shù)α1和CDD的系數(shù)α2，并應(yīng)用不同閾值的組合(61×61次)繪制三維系數(shù)圖，如圖6所示。在所有閾值下，CDD和HDD的系數(shù)始終為正。相比之下，CDD對電力需求的影響遠大于HDD，這證實了本文的結(jié)果在不同閾值下的穩(wěn)健性。

(a)不同閾值組合下CDD對電力消費的敏感性

(四)安慰劑檢驗

關(guān)于溫度變化對電力消費影響效應(yīng)識別的另一個擔(dān)憂是可能存在其他不可觀測變量所造成的影響。不同的城市在不同的年份可能具有許多不同的特質(zhì)，雖然本文已在模型構(gòu)建中加入城市固定效應(yīng)和時間固定效應(yīng)控制了所有不隨時間變化的城市特質(zhì)以及不隨城市變化的時間特征對于家庭部門電力消費的影響，然而仍然可能存在部分遺漏變量或者巧合因素影響模型的識別，而這些混雜因素可能是本文的模型無法控制的。盡管本文已經(jīng)控制了一系列可觀測的因素，包括人均GDP、電力價格、降水量、日照時間、平均風(fēng)速和相對濕度，然而無法控制所有的特征，尤其是不可觀測的特征的影響。因此，本文采用了一個間接性的安慰劑檢驗，其邏輯是找到一個理論上不會對結(jié)果變量產(chǎn)生影響的錯誤變量替代現(xiàn)有的核心解釋變量及控制變量。由于這些變量隨機產(chǎn)生，因此不會對結(jié)果產(chǎn)生影響；反之如果有影響，則證明本文的估計方程有偏，表明其他不可觀測的因素或者巧合的出現(xiàn)會影響到估計結(jié)果。具體地，本文隨機生成樣本城市家庭部門的電力消費并隨機賦予相應(yīng)的控制變量進行式(2)的估計，再將這個過程重復(fù)500次，從而相應(yīng)產(chǎn)生500個不同溫度區(qū)間的估計值，其相應(yīng)的分布如圖7所示?？梢钥吹剑湔鎸嵭?yīng)的估計值顯著不同于虛假的城市的系數(shù)值所構(gòu)成的分布，這符合安慰劑的檢驗預(yù)期。

圖7 安慰劑檢驗結(jié)果

四、結(jié)論與政策建議

本文基于需求異質(zhì)性視角，采用2004—2016年中國284個城市的面板數(shù)據(jù)實證檢驗了溫度變化對家庭能源消費的影響。首先，通過構(gòu)建基于平衡點的溫度的制冷度日數(shù)(CDD)和采暖度日數(shù)(HDD)兩個指標(biāo)以及表征溫度變化的綜合指標(biāo)(TDE)，以識別其對家庭部門的電力、天然氣、液化石油氣和熱力等能源消費的影響；其次，通過構(gòu)造長度為6℃的溫度區(qū)間變量識別了溫度變化對各類家庭能源消費的因果效應(yīng)，實證結(jié)果均通過了穩(wěn)健性和安慰劑檢驗。主要結(jié)論如下：(1)以溫度變化衡量的氣候沖擊對家庭電力消費具有顯著的正向影響，同時以制冷度日數(shù)和采暖度日數(shù)度量的溫度變化也僅對家庭電力消費具有顯著的正向影響。制冷度日數(shù)和采暖度日數(shù)平均每天增加一度能使家庭電力消費分別增加20%和8.45%，而居民的天然氣、液化石油氣和熱力等能源消費對溫度變化并不敏感。(2)以溫度區(qū)間度量的溫度變化對家庭電力消費同樣具有顯著影響，溫度與家庭電力消費呈現(xiàn)非對稱U型曲線關(guān)系，即在基準(zhǔn)溫度區(qū)間兩側(cè)，家庭電力消費增長幅度隨著溫度與基準(zhǔn)溫度差距的增加而變大，并且相同溫度波動情形下，高溫天氣比低溫天氣導(dǎo)致的家庭電力消費需求增長得更快；同樣，以溫度區(qū)間度量的氣候變化對家庭天然氣、液化石油氣和熱力等的消費不具有顯著影響。(3)南北方居民采暖方式以及對溫度耐受程度的差異，導(dǎo)致氣候變化對家庭電力消費的影響在南北方之間存在一定差異。制冷度日數(shù)對家庭部門的電力消費在南方和北方都具有顯著的促進作用，而采暖度日數(shù)僅對北方居民電力消費具有顯著的促進作用；在不同溫度區(qū)間的北方家庭對電力消費的正向效應(yīng)全部顯著大于南方家庭，尤其在炎熱的季節(jié)更為明顯。(4)富裕地區(qū)和貧窮地區(qū)居民支付能力和采暖偏好的差異，造成低溫環(huán)境下氣候變化對富裕地區(qū)家庭電力消費的影響程度要大于貧窮地區(qū)，而在高溫環(huán)境下兩者差異極小。制冷度日數(shù)對家庭電力消費的影響在貧富城市之間并無明顯差異，而富裕城市的采暖度日數(shù)對家庭電力消費的影響顯著高于貧窮城市，溫度區(qū)間變化對家庭電力消費影響的結(jié)果也驗證了這點。

本文的研究為理解氣候沖擊下家庭部門能源需求對溫度變化的異質(zhì)性反應(yīng)提供了一個全新視角，研究結(jié)論對于開展更加精確的家庭能源需求管理以及優(yōu)化電力行業(yè)供電規(guī)劃具有一定的政策啟示。首先，相比低溫天氣，高溫天氣對家庭能源需求的沖擊更為明顯，炎熱夏季頻繁停電也導(dǎo)致居民生活質(zhì)量下降。一方面，需要居民提高應(yīng)對高溫天氣預(yù)見性，尋求除電網(wǎng)供電降溫之外的替代方案，如通過家用分布式光伏發(fā)電彌補電網(wǎng)高峰超負荷電力短缺，或者通過谷峰電價配合儲能設(shè)備，共同應(yīng)對炎熱天氣突發(fā)性停電；另一方面，也需要國家繼續(xù)給予居民分布式新能源使用的政策支持，并大力支持儲能技術(shù)研發(fā)生產(chǎn)及運用推廣。其次，全球變暖帶來的氣候沖擊可能愈發(fā)頻繁且嚴(yán)重，溫度變化導(dǎo)致居民用電需求波動最終需要通過電力供應(yīng)來平衡，因此電源及輸配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)需充分考慮到溫度變化對居民電力需求的影響。相比南方家庭，北方家庭用電需求對溫度變化更為敏感，其用電需求波動性更大，因此需要電網(wǎng)公司根據(jù)用戶需求特征做出對應(yīng)規(guī)劃調(diào)整，發(fā)揮跨區(qū)跨省電力輸送，實現(xiàn)電力資源優(yōu)化配置，應(yīng)對氣候沖擊導(dǎo)致的電力短缺。最后，作為中國第二大能源消費部門，居民部門的電氣化將有助于推動中國實現(xiàn)碳達峰和碳中和，居民部門脫碳需要兼顧氣候沖擊對居民用電的南北差異和貧富差距。對于南北方差異，北方家庭宜盡量推行集中采暖，降低空調(diào)采暖和壁掛爐采暖占比，降低采暖的電力需求。關(guān)于貧富差距，富裕家庭應(yīng)將一房一空調(diào)分散式采暖調(diào)整為中央空調(diào)采暖方式，提高空調(diào)使用效率、降低能耗。為此，需要政府出臺相應(yīng)的價格或補貼政策引導(dǎo)居民的用能行為。