張海云

(中國石油大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山東青島266580)

自改革開放以來，山東省經(jīng)濟(jì)取得了長足的發(fā)展，2012年，全省GDP突破5萬億美元。但是，經(jīng)濟(jì)的高速增長極大地提高了能源需求，并對自然環(huán)境帶來了極其深遠(yuǎn)的影響，GDP“含金量”僅列全國第26位。謀求能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展已經(jīng)成為實現(xiàn)山東省經(jīng)濟(jì)、社會可持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建和諧社會的瓶頸。要解決上述問題，首先就需要對當(dāng)前山東省能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展情況開展系統(tǒng)評價。

一、研究的必要性

區(qū)域能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)是一個不斷動態(tài)演化的開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，該復(fù)合系統(tǒng)的演化有多種宏觀表現(xiàn)特征，從發(fā)展的層面可以分為演進(jìn)與退化兩個方向，從協(xié)調(diào)的層面可以分為協(xié)調(diào)演化和非協(xié)調(diào)演化兩種方式［1］。協(xié)調(diào)發(fā)展方式是指從無序走向有序、從簡單走向復(fù)雜、從低級走向高級的有效演化方式，但是事實上該復(fù)合系統(tǒng)的演化并不能保證一直延續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的路徑。開展復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價就是要把握該復(fù)合系統(tǒng)的演化現(xiàn)狀，明確當(dāng)前復(fù)合系統(tǒng)的演化是處在一個什么樣的路徑上。眾多學(xué)者對經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展問題進(jìn)行了深入研究，但是研究成果還存在以下不足:(1)能源系統(tǒng)作為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展動力和環(huán)境變化的重要因素，在能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展過程中扮演著越來越重要的角色，但是當(dāng)前對該復(fù)合系統(tǒng)的研究較少［2-4］;(2)當(dāng)前對復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價的研究，更多的學(xué)者關(guān)注對復(fù)合系統(tǒng)當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r的評估，而對復(fù)合系統(tǒng)未來協(xié)調(diào)發(fā)展的評估研究不足［5-7］。

基于此，本文以能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)為研究對象，根據(jù)評估現(xiàn)狀預(yù)測未來的研究思路，構(gòu)建能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價模型，并以山東省能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價問題為例，驗證模型的適用性，為山東省能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

二、研究設(shè)計

能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境(3E)是一個有機(jī)的整體。能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展所必需的生產(chǎn)要素，一方面經(jīng)濟(jì)增長對能源有依賴性，另一方面，能源的發(fā)展要以經(jīng)濟(jì)增長為前提。環(huán)境污染與能源消費呈高度正相關(guān)關(guān)系，能源的逐漸耗竭及帶來的生態(tài)、環(huán)境問題，都將阻礙經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。環(huán)境也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供物質(zhì)條件，既可以直接促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也會阻礙經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。經(jīng)濟(jì)是環(huán)境的主導(dǎo)，通過經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，使環(huán)境得到保護(hù)，不恰當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)發(fā)展，將導(dǎo)致能源耗竭和環(huán)境破壞［8］。能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三大子系統(tǒng)之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系，因此，探究三大系統(tǒng)之間的關(guān)系，構(gòu)建能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)動力學(xué)模型，可以準(zhǔn)確地仿真3E復(fù)合系統(tǒng)，評估3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀，而且能夠?qū)?E系統(tǒng)未來協(xié)調(diào)發(fā)展進(jìn)行預(yù)測［9-11］。

(一)復(fù)合系統(tǒng)因果關(guān)系分析

本文應(yīng)用Vensim-PLE構(gòu)建山東省能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)SD模型，根據(jù)數(shù)據(jù)的可得性，應(yīng)用山東省2000—2010年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。能源子系統(tǒng)主要對一次能源生產(chǎn)、能源調(diào)出、能源調(diào)入、能源消費這幾個指標(biāo)進(jìn)行研究，探討能源供給與能源消費之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，以及能源狀況對環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響;環(huán)境子系統(tǒng)主要對工業(yè)污染進(jìn)行研究，研究工業(yè)污染排放、工業(yè)污染治理、工業(yè)污染治理投資等指標(biāo)，探討經(jīng)濟(jì)與環(huán)境之間的內(nèi)在聯(lián)系;經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)主要對資本形成總額、最終消費支出、貨物與服務(wù)凈流出、通貨膨脹等因素進(jìn)行研究，探討經(jīng)濟(jì)增長對環(huán)境、能源系統(tǒng)的影響。

在對山東省2000—2010年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立如圖1所示的能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)因果關(guān)系模型。由圖1可以看出:(1)隨著區(qū)域GDP的增長，環(huán)境污染治理投資量不斷增加。污染治理投資量不斷增加可以不斷降低環(huán)境污染程度，環(huán)境污染程度的降低使得區(qū)域GDP損失減少。(2)區(qū)域GDP增長可以帶動能源生產(chǎn)能力增強(qiáng)，進(jìn)而使得能源生產(chǎn)力增加，能源供給增加。能源供給可以保障區(qū)域GDP增長。(3)隨著區(qū)域GDP的增長，能源消費量不斷增加，能源消費增加導(dǎo)致能源短缺狀況惡化，能源短缺導(dǎo)致區(qū)域GDP損失。(4)區(qū)域GDP增加帶動最終消費支出、資本投資、貨物和服務(wù)進(jìn)出口能力增加，從而帶動區(qū)域GDP增長。(5)科技水平的提高可以降低單位GDP能耗，減少能源消費，改善能源短缺狀況，減少因能源短缺帶來的GDP損失。同時隨著科技水平的提高，單位投資污染治理能力不斷提高，環(huán)境污染程度不斷降低，因環(huán)境污染帶來的GDP損失不斷降低。

圖1 山東省能源－經(jīng)濟(jì)－環(huán)境因果關(guān)系模型

圖2 山東省能源－環(huán)境－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)模型

(二)復(fù)合系統(tǒng)流圖分析

因果關(guān)系模型反映各種變量之問的邏輯關(guān)系以及描述系統(tǒng)的反饋結(jié)構(gòu)，但并不能反映不同性質(zhì)變量之間的區(qū)別。在上述分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)模型流圖，見圖2。

(三)模型主要反饋回路

根據(jù)前文對能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)因果關(guān)系及流圖的分析，模型主要反饋回路有:

1．區(qū)域GDP→環(huán)境污染治理投資量→環(huán)境污染程度→區(qū)域GDP

區(qū)域GDP的增加，政府對環(huán)境污染治理投資力度會加大，投資額增加。環(huán)境污染治理力度加大，環(huán)境污染程度會降低，而環(huán)境的改善能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的更好發(fā)展。因此該反饋回路是正反饋回路。

2．區(qū)域GDP→污染排放量→污染程度→區(qū)域GDP

區(qū)域GDP的增加使得污染排放量增加，從而污染程度加劇。污染程度的加劇導(dǎo)致環(huán)境破壞嚴(yán)重，從而影響了GDP的更好發(fā)展。因此該反饋回路是負(fù)反饋回路。

3．區(qū)域GDP→能源生產(chǎn)能力→能源生產(chǎn)量→能源供給量→能源充足程度→區(qū)域GDP

區(qū)域GDP的增加使得能源生產(chǎn)能力得到提升，生產(chǎn)能力提升使得能源生產(chǎn)量增加，進(jìn)而能源供給量增加。能源供給增加使得能源充足程度提高，能源充足從而帶動區(qū)域GDP的更好發(fā)展。因此該反饋回路是正反饋回路。

4．區(qū)域GDP→能源消費量→能源充足程度→區(qū)域GDP

區(qū)域GDP的增加導(dǎo)致能源消費量增加，能源消費增加造成能源充足程度降低，從而影響GDP的增長。因此該反饋回路是負(fù)反饋回路。

5．區(qū)域GDP→能源消費量→污染排放量→污染程度→區(qū)域GDP

區(qū)域GDP增加導(dǎo)致能源消費量增加，能源消費增加帶來污染排放的增加，從而使得污染程度增加，環(huán)境狀況惡化，最終導(dǎo)致GDP發(fā)展受到限制。因此該反饋回路是負(fù)反饋回路。

6．區(qū)域GDP→資本形成總額、最終消費支出、貨物和服務(wù)凈流出→區(qū)域GDP

區(qū)域GDP增加帶動區(qū)域GDP各分量的提高，從而直接帶動區(qū)域GDP的良性發(fā)展。因此，該反饋回路是正反饋回路。

7．區(qū)域GDP→能源消費量→最終消費支出→區(qū)域GDP

區(qū)域GDP的增加導(dǎo)致能源消費增加，能源消費是最終消費的一部分，從而最終消費支出增加，區(qū)域GDP增加。因此該反饋回路是正反饋回路。

能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)各子系統(tǒng)之間物質(zhì)信息流通循環(huán)都受到區(qū)域GDP的影響，而區(qū)域GDP又受到能源總消耗量、環(huán)境污染程度影響。因此本文研究的主要指標(biāo)圍繞區(qū)域GDP、區(qū)域GDP各分量、能源供給、能源消費、工業(yè)污染排放、工業(yè)污染治理投資等指標(biāo)展開。

(四)模型有效性檢驗

本文選取三個核心指標(biāo)(能源消費量、年污染排放量、名義GDP)進(jìn)行模型檢驗，在仿真時，通貨膨脹率和實際GDP增長率預(yù)期值均采用歷史真實值。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三個核心指標(biāo)2001—2009年實際值與仿真值誤差均在5%以內(nèi)，2010年實際值與仿真值誤差為5．03%。由此可以發(fā)現(xiàn)，本文構(gòu)建的能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)SD模型具有較好的擬合能力，可以用于該系統(tǒng)的仿真預(yù)測。

三、山東省能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展仿真預(yù)測

在應(yīng)用上述SD模型對山東省能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的基本行為模擬時，選擇的參數(shù)基本與目前的政策保持一致，下面分別對能源系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的基本仿真模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。

(一)能源系統(tǒng)仿真預(yù)測

根據(jù)上述模型，山東省2011—2020年能源供給、消費、調(diào)入、調(diào)出及單位GDP能耗指標(biāo)如表1所示。

表1 山東省2011－2020年能源系統(tǒng)仿真模擬數(shù)據(jù)

由表1可見，2011—2016年，山東省能源供給基本能夠滿足能源消費需求，并未出現(xiàn)嚴(yán)重的能源短缺現(xiàn)象;2017—2020年，能源消費量呈現(xiàn)平穩(wěn)運行態(tài)勢，能源消費量逐年增加;2019年能源消費量將達(dá)到最大值53168．6萬噸標(biāo)煤。能源對外依賴度(能源調(diào)入/能源消費)將持續(xù)提高，2011年能源對外依賴程度為57．6%，2020年將達(dá)到87．68%。因此，當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式在未來對能源依賴的壓力將日趨嚴(yán)峻。

(二)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)仿真預(yù)測

在一定通貨膨脹率和GDP增速下，山東省經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)未來發(fā)展如表2所示。

表2 山東省2011—2020年經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)仿真模擬值 億元

由表2可見，山東省未來資本形成總額的增長率較大，平均為14．95%，最終消費支出在2011—2016年出現(xiàn)平穩(wěn)增長的態(tài)勢，2016年之后增長率逐年減小，至2020年，最終消費支出的增長率僅為1．87%，貨物和服務(wù)凈流出增長率呈現(xiàn)逐年下降的趨勢。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時，山東省經(jīng)濟(jì)增長結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的態(tài)勢。資本形成總額占GDP的比重保持在50%以上，且呈逐年增長的趨勢;貨物和服務(wù)凈流出所占比重呈現(xiàn)逐年降低態(tài)勢;最終消費支出所占比重也呈現(xiàn)逐年下降的趨勢。由此可見，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式下，未來山東省經(jīng)濟(jì)增長仍舊主要依靠投資形式拉動，最終消費支出、貨物和服務(wù)凈流出增長動力不足，經(jīng)濟(jì)增長結(jié)構(gòu)趨向不合理。

(三)環(huán)境系統(tǒng)仿真預(yù)測

伴隨山東省經(jīng)濟(jì)的增長和能源系統(tǒng)的不斷演化，環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展如表3所示。

由表3可見，山東省2011—2020年工業(yè)污染排放量呈逐年增加趨勢，年均增長率約為3．71%，工業(yè)污染治理壓力將逐年增大。與此同時，工業(yè)污染治理投資也將呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，增長率約為8．64%。在假設(shè)萬元投資工業(yè)污染治理量為2001—2010年均值的前提下，由于通貨膨脹因素的影響，萬元投資工業(yè)污染治理量在2011—2020年呈現(xiàn)逐年下降的趨勢。因此，未來幾年山東省工業(yè)污染治理效率有待進(jìn)一步提高，工業(yè)污染治理領(lǐng)域的科技水平和科技成果轉(zhuǎn)化能力需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

表3 山東省2011—2020年環(huán)境系統(tǒng)主要參數(shù)仿真模擬數(shù)據(jù)

四、結(jié)論

本文通過系統(tǒng)分析山東省能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)因果關(guān)系，構(gòu)建并驗證了該復(fù)合系統(tǒng)的SD模型，進(jìn)而對該復(fù)合系統(tǒng)未來協(xié)調(diào)發(fā)展情況進(jìn)行了預(yù)測分析，研究發(fā)現(xiàn):

其一，在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式下，在經(jīng)濟(jì)高速增長的牽引下，未來山東省能源對外依存度將非常嚴(yán)峻，通過有效的方式改變“以煤為主”的單調(diào)的能源供給，增加其他種類能源的供給，尤其是應(yīng)當(dāng)大力開發(fā)、使用綠色能源，這是緩解山東省能源困境的重要途徑之一。

其二，以GDP為代表的經(jīng)濟(jì)快速增長評價方式，將引發(fā)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)失衡問題;當(dāng)前以投資為主的經(jīng)濟(jì)發(fā)展動力將在一定程度上誘導(dǎo)資源轉(zhuǎn)向政府投資方向，而消費增長將日趨乏力。

其三，經(jīng)濟(jì)的快速增長和能源供給、需求的增長，將進(jìn)一步惡化當(dāng)前業(yè)已脆弱的生態(tài)環(huán)境，未來山東省的污染治理壓力將進(jìn)一步加大，先污染后治理的環(huán)境保護(hù)模式將引發(fā)嚴(yán)重的生態(tài)問題。從源頭上監(jiān)控環(huán)境污染、環(huán)境破壞問題已成當(dāng)務(wù)之急。

［1］ROBERT GROSS．Resource productivity innovation:Systematic review［C］．An evaluation of the systematic review process，2003(10):1021-1033．

［2］ LIANG JIN-SHE，ZHANG WEI，CAI JIAN-MING．Regional faetor decompositions in China's enevgy intensity change:Base on LMDI technique［J］．Journal of Finance and Economics，2008，34(8):52-62．

［3］包群，彭水軍．經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境污染:基于面板數(shù)據(jù)的聯(lián)立方程估計［J］．世界經(jīng)濟(jì)，2006(11):48-59．

［4］陳祖海．基于環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的環(huán)境容量分析［J］．中南民族大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2006(6):45-48．

［5］柯健，汪燕敏．安徽省資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價［J］．資源開發(fā)與市場，2007(8):688-691．

［6］杜凱，周朝民．基于庫茨涅茨曲線經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境質(zhì)量的實證分析——以南京為例［J］．上海管理科學(xué)，2009(3):56-59．

［7］GUTTORMSEN A G．Gausality between energy consumption and economic growth［D］．Norway:Agricultural University of Norway，2004．

［8］魏一鳴，吳剛，劉蘭翠，等．能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境復(fù)雜系統(tǒng)建模與應(yīng)用進(jìn)展［J］．管理學(xué)報，2005(2):159-170．

［9］涂正革．環(huán)境、資源與工業(yè)增長的協(xié)調(diào)性［J］．經(jīng)濟(jì)研究，2008(2):93-105．

［10］BRIAN DYSON，NI-BIN CHANG．Forecasting municipal solid waste generation in a fast growing urban region with system dynamics modeling ［J］． Waste Management，2005(25):669-679．

［11］SALVADOR ENRIQUE PULIAFITO，JOSé LUIS PULIFITO，MARIANA CONTE GRAND．Modeling population dynamics and economic growth as competing species:An application to CO2 global emissions［J］．Ecological economics，2008(65):602-615．