能源报告

1. 夏威夷居民用电消费

夏威夷州由几个岛屿组成。瓦胡岛人口超过95万，占夏威夷州总人口的70%，在瓦胡岛的人口中，有98.6%居住在城市地区。毛伊岛和夏威夷岛(也称为大岛)是另外两个人口众多的大岛。

夏威夷州每年出版夏威夷州数据书。数据书列出了电力的使用情况以及有关岛屿的收入和其他相关信息。因此，我们可以很容易地从《夏威夷数据手册》(DBEDT, 2015)中推断出电力生产、居民用电量及其价格。

• 1. 瓦胡岛

瓦胡岛只有两个季节:夏天和冬天。冬天的月份稍微凉爽一些，气温也有几摄氏度的差别。图1显示了檀香山的平均最大和最小月温度。由于这些温和的温度，在瓦胡岛和全年的贸易风中没有必要加热，使大多数岛民感到舒适。因此，如果对瓦胡岛居民的年用电量有任何影响的话，冷却日的变化就会很小。

需要注意的是，本节中的所有数据都是从夏威夷州数据书(DBEDT, 2015)中提取的，除非另有说明。此外，从美国能源部获得了其他国家的人均收入和居民用电习惯。

图1所示. 瓦胡岛和夏威夷岛典型的平均月最高和最低温度

• 1. 瓦胡岛的居民用电

图2显示了1990年至2013年间每个住宅用户的住宅平均年用电量。从图2中可以看出，1998年到2004年间，居民用电量持续增长。2004年以后，年用电量下降，2010年达到1990年的水平。1990年和2010年的平均住宅用电量几乎相等。2013年的平均用电量比1990年下降了17.5%。此外，图2表明，从2004-2013年的峰值消费来看，居民平均年用电量下降了26%。

从图2中可以看出，由于90%的电力是由化石燃料产生的，因此，环境保护主义者可以声称，电力使用量的减少导致了夏威夷二氧化碳排放量的减少。政策制定者可以宣称，通过的政策是成功的，居民们花的钱更少了，而且他们有更多的钱来享受快乐的消费。公用事业公司的股东可以声称由于电力销售下降，使用能源产生的利润减少了。换句话说，住宅用电量减少的原因和后果可能会有所不同。然而，重要的是要问，为什么在2008年夏威夷清洁能源计划和经济衰退引入之前，平均住宅用电量开始下降。具体来说，是什么推动了夏威夷的居民用电消耗?

图2所示. 1990年至2013年瓦胡岛平均每年居民用电量

注意，在2008年实施节能措施之前，消费开始持续减少,为了回答上述问题，我们研究了收入和价格对住宅用电的影响以及每个家庭的人数。

• • 1. 居民用电量的收入和价格效应

为了确定平均住宅用户的购买力，我们将人均收入除以年平均电。如图3所示，购买力从2004年的215,500 kWh降至2012年的12.7万kWh。换句话说，从2004年到2012年，购买力下降了40%。

图4为平均居民用电费用与瓦胡岛人均收入之比。如图4所示，21世纪初，电费与人均的比率约为3.5%;然而，在2010年代初，这一比例约为5%。换句话说，尽管实际用电量有所下降，但平均电费支出却增加了人均收入的1.5倍。

图3所示. 瓦胡岛瓦胡岛的居民电力购买力

注意，购买力的下降远远大于耗电量的减少。

另一种解释收入对电力消费影响的方法是将居民用电需求与中位数收入进行比较。为了做到这一点，我们比较了平均收入与2012年平均住宅用电量的平均水平。如图5所示，收入中值与居民用电量之间有很好的定性匹配。

图4所示. 人均年度居民用电话费与人均收入的比较

请注意，尽管2004年至2012年期间消费下降了25%，但人均电费与人均收入的比率从3.5%上升到了5%。

图5所示. 瓦胡岛居民收入和用电量的比较

注意，年度收入和剩余电量显示一般模式

2.2.2 居民用电和每个客户的人数

家庭规模(HHS)是评价住宅用电量的重要因素。这是因为HHS与耗电量呈正相关。高HHS的住宅消耗更多的电力；然而，它们可能更节能(Lanjouw和Ravallion, 1995)。

HHS是由实际人口除以居住客户数量决定的。然后，我们绘制平均HHS，平均住宅用电量;如图6所示，平均HHS确实是动态的，并且在过去的几年中有显著的变化。如图6所示，HHS大致对应于住宅用电的增加和减少，取决于收入。例如，从1990年到2003年，HHS从3.8下降到3.55,HHS下降了7%;然后它开始逐渐增加。在2004年之前，HHS的减少导致了电力需求的增加;居民用电需求随着HHS的增加而减少。目前，HHS平均约为3.70个住宅客户。这相当于自2004年以来增长了5%，同期耗电量下降了26%。

图6所示. 每户家庭规模和年用电量的变化

注意，在2004年之前，每个客户的人数减少了，但是2004年以后增加了。

• 1. 回归分析

有几种回归方法可用于确定诸如收入、价格和家庭规模等变量的影响。富蒙和比斯瓦斯(2015)报告说，线性回归在确定影响居民用电量的因素时产生了有希望的结果。与其他方法相比，它们在线性回归方面的准确性和相对简单的实现。因此，我们对控制住宅用电需求的变量进行了线性回归分析。在以上讨论的基础上，我们确定了收入、价格和HHS作为决定住宅用电量的变量。我们进行了两个回归分析:(i)两个变量:价格和收入，(ii)三个变量:价格、收入和HHS。

我们还对其他岛屿进行了回归分析，即:大岛(夏威夷)、毛伊岛和考艾岛。

线性回归模型为线性回归模型(Costa and Kahn, 2010):

（1）

其中Y表示年度电能消耗，b值为回归系数，x值为变量，e为未知扰动项(即:错误或残差)。表1列出了每个岛的相关系数rsup2;。所有p值均小于0.05，表明其具有统计学意义。回归分析结果表明，居民用电收入与价格的相关性较差，其他岛屿的居民用电量较低。瓦胡岛和其他岛屿之间的差异在于，当HHS作为一个变量引入时，rsup2;从0.42增加到0.85。HHS的平均含量有显著的增加，不是因为它从3.5变到3.8，而是因为如果将HHS考虑在内的话，rsup2;从0.42增加到0.85。此外,需要注意的是,rsup2;最低的是观察考艾岛的岛,在电力消耗几乎是平坦的(参见图7)。例如,居民用电消费的减少每个客户只有百分之九从高峰2004年到2013年,虽然降低了26%,23%和19%,分别瓦胡岛、毛伊岛、大岛。

表1. 由夏威夷群岛回归分析得出的相关系数rsup2;

	,Two parameters (Income and price)	,Three parameters (Income, price, household size)
Oahu	0.42	0.85
Big Island	0.56	0.60
Maui	0.33	0.35
Kauai	0.22	0.42

线性回归的使用可能是造成住宅用电量、收入和价格之间的差rsup2;的原因之一。然而，值得注意的是，一些研究人员已经报告说，居民收入相对较低的住宅用电，对价格上涨不敏感。例如，Reiss和White(2005)报告说，加州44%的家庭对价格不敏感。同样，黄(2015)也得出同样的结论:收入较低的居民对台湾物价上涨不敏感。(Nesbakken, 1999)显示高收入家庭的能源价格敏感性高于低收入家庭。在我们的分析中，收入与价格之间得到的可怜的rsup2;与几项研究(Atamturk and Zafar, 2012；Fell et al .,2010)。

图7所示. 海岛平均年用电量比较

注意居民用电量在2004年开始逐渐减少.

• 1. 与夏威夷其他岛屿的居民用电量比较

研究人员已经表明，生活方式对居民用电量有显著影响(Sanquist et al.，2012)。因此，我们打算确定是否有岛屿人口对其他岛屿的居民用电需求产生影响。我们比较了瓦胡岛与夏威夷其他岛屿(包括大岛、毛伊岛和考艾岛)的居民用电量。这些岛屿比瓦胡岛的城市要少，而且有显著的人口差异。例如，大岛人均收入最低，电价最高。图7显示了2000年至2014年间这些岛屿的居民用电量。图7显示了近年来所有岛屿的耗电量下降趋势。值得注意的是，毛伊岛和瓦胡岛的居民用电量几乎是相同的，大岛和考艾岛的居民用电量远低于毛伊岛和瓦胡岛。尽管如此，所有岛屿(不包括莫洛凯岛)的电力消耗目前正逐渐上升到每单位一年大约6000千瓦时。2004年至2013年期间，瓦胡岛、考艾岛和大岛的用电量减少了26%、9%、23%和19%。

同样，我们比较了图8中岛屿的HHS。如图8所示，大岛、毛伊岛和考艾岛的平均HHS在2000年前后略有下降；然后或多或少保持不变。另一方面，如上所述，瓦胡岛的HHS在2005年前后有所增加。图8还显示，瓦胡岛拥有最大的HHS，而考艾岛则是最低的。毛伊岛和大岛的家庭规模相似。

为了证明收入对居民用电的影响，我们确定了人均电费的百分比。图9显示，自2002年以来，除2008年和2009年的峰值外，人均收入的电费百分比有所增加。此外，我们比较了每个岛的居民用电量(图10)。图9和图10揭示了几个重要的点:

图8所示. 岛屿平均家庭规模的比较

2000年毛伊岛的数据似乎是错误的.我们把数据绘制成与其他数据一致:

1. 图9显示，虽然夏威夷群岛的居民平均用电量下降，但居民人均收入的百分比却增加了。居民用电量的减少并没有减轻电费账单的平均收入。由于电价上涨，负担增加了。
2. 尽管毛伊岛和瓦胡岛的平均居民用电量几乎相同，但毛伊岛每年的电费占毛伊岛居民人均收入的比例几乎是瓦胡岛的两倍。此外，瓦胡岛的HHS几乎比毛伊岛高40%。尽管如此，两岛的平均电力消耗是一样的。此外，毛伊岛和大岛的HHS几乎是一样的。然而，大岛的平均耗电量比毛伊岛2012年的平均耗电量低16%。
3. 居民用电量在瓦胡岛是最低的。低人均居住用电量的瓦胡岛可以部分归因于他们的大HHS。
4. 结果表明，除了毛伊岛，拥有较大HHS的居民人均能源效率更高。毛伊岛和大岛几乎相同的美国卫生和公众服务部(2.8sim;)但毛伊岛的居民用电需求是大岛高出10%以上。此外，考艾岛的HHS比大岛小15%;然而，这两个岛屿的居民用电量几乎是相同的(图9)。也许，与相同的HHS的电力消耗的巨大变化可以用房屋和家庭行为的类型来解释，这需要进一步的研究和分析。尽管如此，得到的结果与黄(2015)的结果是一致的:HHS越大，人均能源消耗越低。

图9所示. 平均住宅用电账单人均收入

图10所示. 家庭用电量的比较(HHS)

请注意，瓦胡岛的HHS最高，但耗电量最低.

• 1. 夏威夷居民用电量与气候相似的州的比较

我们将观察到的夏威夷居民用电消费行为与具有相似气候的州的居民用电行为进行了比较。我们选择将夏威夷的住宅用电量与加利福尼亚州、亚利桑那州、德克萨斯州和佛罗里达州的用电量进行比较。我们选择这些州是因为它们大多位于美国气候区I、II和II。

图11显示了亚利桑那州、加利福尼亚、佛罗里达、夏威夷和德克萨斯州的居民用电量(数据来自2016年EERE)。图11所示的是夏威夷的居民用电量与加州的居民用电量相当。1995年以前，夏威夷的人均住宅用电量低于加州。从2001年到2005年，夏威夷的消费超过了加州。然后，夏威夷的居民用电量开始下降，再次低于加州。值得注意的是，夏威夷的住宅用电量比加州低，尽管加州有许多监管要求和更有利可图的激励措施来减少用电量。

尽管这是多余的，但重要的是要问，是什么驱动了住宅用电，以及收入和电价对电力需求的影响。为了回答这个问题，我们将平均年电费(平均用电量乘以电价)归为国家的人均收入。图12为研究状态下住宅用电需求行为的解释。值得注意的是，居民用电账单比夏威夷人均收入的比例持续增加。还应注意到，1990年居民用电账单与人均收入的比率还不到1%;然而，2011年这一数字为1.75%。居民用电量比人均收入增长了75%。另一方面，自2000年以来，加州电费的百分比几乎是0.75%。由于电力价格和收入的增加是兼

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Energy Reports

2. Hawaii residential electricity consumption

The State of Hawaii is comprised of several islands. The island of Oahu with a population of over 950,000 makes up 70% of the entire population of the State of Hawaii. 98.6% of the population on Oahu resides in urban areas. The island of Maui and the island of Hawaii (also known as the Big Island) are two other large islands with sizable populations.

The State of Hawaii publishes Hawaii State Data Book annually. The Data Book lists electricity usage as well as the income and other relevant information about the islands. Thus, one can easily deduce the electricity production, residential electricity consumption and its prices from the Hawaii Data Book (DBEDT, 2015).

2.1. The Island of Oahu

There are only two seasons on Oahu: Summer and Winter. Winter months are slightly cooler with a few degree Celsius differences. Fig. 1 shows the average maximum and minimum monthly temperatures in Honolulu, Oahu. Due to these mild temperatures, no heating is necessary on Oahu and year round trade winds make it comfortable for most of the islanders. Therefore, variations in cooling days have a minimal, if any effect on the residential annual electricity consumption on Oahu.

It should be noted that all data in this section is extracted from the State of Hawaii Data Book (DBEDT, 2015), except when otherwise stated. Also, income per capita and residential electricity usages for other statesrsquo; data were obtained from the US DOE.

Fig. 1. Typical average monthly maximum and minimum temperatures in Oahu, Hawaii.

2.2. Residential electricity consumption of Oahu

Fig. 2 shows the residential average annual electricity consumption per residential customer between 1990 and 2013. A quick review of Fig. 2 reveals that residential electricity consumption continuously increased between 1998 and 2004. After 2004, annual electricity consumption decreased and reached 1990 levels in 2010. The average residential electricity consumption in 1990 and 2010 were almost equal. The average electricity consumption in 2013 was 17.5% lower than that of 1990. Furthermore, Fig. 2 indicates that from the peak consumption in 2004–2013, the average annual residential electricity consumption decreased by 26%.

From Fig. 2, environmentalists can claim that the decrease in electricity usage contributes to a reduction in CO2 emissions in Hawaii, since 90% of electricity is produced from fossil fuels. Policy makers can claim that adopted policies have been successful and residents are spending less money for electricity and have more money for pleasurable spending. The shareholders of the utility company can claim the reduction in energy usage reduces profits because of lower electricity sales. In other words, attributed reasons and consequences for decreased residential electricity usage can vary. Nonetheless, it is important to ask why average residential electricity consumption started to decrease years before the introduction of the Hawaii Clean Energy Initiative and economic recession in 2008. Specifically, what drove residential electricity consumption down in the State of Hawaii?

Fig. 2. Average annual residential electricity consumption in Oahu between 1990 and 2013. Note that the consumption started to decrease continuously before energy conservation initiatives were introduced in 2008.

To answer the stated questions, we studied the effect of income and price on residential electricity consumption and number of persons per household.

2.2.1. Income and price effect on residential electricity consumption

To determine the average residential customerrsquo;s purchasing power, we divided per capita income by annual average electricity. See Fig. 3. As noted from Fig. 3, the purchasing power decreased from 215,500 kWh in 2004 to 127,000 kWh of electricity in 2012. In other words, purchasing power decreased 40% between 2004 and 2012.

Fig. 4 is the ratio of the average residential electricity bill to income per capita of Oahu. As noted from Fig. 4, the ratio of electricity bills to per capita was about 3.5% in early 2000s; however, it was about 5% percent in the early 2010s. In other words, despite a reduction in real electricity consumption, the average electricity bill eats up an additional one and half percent of per capita income.

Fig. 3. Residential electricity purchasing power of Oahu in Oahu. Note that decrease in purchasing power is much greater than decrease in electricity consumption.

Another way of illustrating the effect of income on electricity consumption is by comparing the residential electricity demand with median income. To do so, we compared the median income equalized to constant 2012 dollars with annual average residential electricity usage. See Fig. 5. As noted from Fig. 5, there is a good qualitative match between median income and residential electricity consumption.

Fig. 4. Comparison of per capita annual residential electricity bill to per capita income. Note that the ratio of average electricity bill to per capita income increased from about 3.5% to almost 5% even though consumption decreased by 25% between 2004 and 2012.

Fig. 5. Comparison of median income and electricity consumption in Oahu. Note that annual income and residual electricity consumption shows general patterns.

2.2.2. Residential electricity consumption vs. number of people per customer account

Household size (HHS) is an important factor for evaluating residential electricity consumption. This is because HHS is positively related to the electricity consumed. Residences with large HHS consume more electricity; however, they may be more energy efficient (Lanjouw and Ravallion, 1995).

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