曹瑞瑞，蔣 震

（1.國家電網(wǎng)公司，北京100031；2.中國社科院 財經(jīng)戰(zhàn)略研究院，北京 100045）

0 引言

近年來我國東部發(fā)達省份普遍存在“電荒”問題，而全國大范圍的霧霾等環(huán)境污染也引起公眾對環(huán)境保護的廣泛關注，因此能源、經(jīng)濟、環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展成為當前亟需解決的難題。3E系統(tǒng)理論能將能源、經(jīng)濟和環(huán)境三者耦合形成相互影響和制約的大系統(tǒng)，以經(jīng)濟子系統(tǒng)為核心，能源和環(huán)境子系統(tǒng)服務于經(jīng)濟子系統(tǒng)，同時兼顧自身的協(xié)調(diào)發(fā)展。國外學者基于此思想利用多目標規(guī)劃、因子分析、道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)等定量方法發(fā)展了一系列模型[1～5]，如MARKAL模型、EFOM模型、PRED模型、CGE模型、Logistic模型等。國內(nèi)學者較多采用層次分析法（AHP）研究3E系統(tǒng)的可協(xié)調(diào)發(fā)展的評價，將能源、經(jīng)濟、環(huán)境三個子系統(tǒng)分為若干準則層，將準則層再細分為若干指標層，利用主成分分析法（PCA）得到3E協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合指數(shù)[6～8]。

為了研究上海地區(qū)3E系統(tǒng)發(fā)展的協(xié)調(diào)性，本文利用層次分析法構建上海地區(qū)的3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合評價指標體系，利用主成分分析法建立3E子系統(tǒng)協(xié)調(diào)的綜合指數(shù)，最后對3E系統(tǒng)發(fā)展的協(xié)調(diào)度進行定量分析。

1 能源-經(jīng)濟-環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展評價指標體系的設計

遵循科學性、全面性、系統(tǒng)性和可操作性等原則，建立3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的二維評價指標體系，一維是能源、經(jīng)濟、環(huán)境子系統(tǒng)，二維是總量指標、結構指標、增長指標和效益指標。二維指標分別代表了發(fā)展規(guī)模、發(fā)展質(zhì)量、發(fā)展速度和發(fā)展效率。參考國內(nèi)外3E系統(tǒng)的相關研究成果[1～8]，同時利用層次分析法（AHP）將評價目標逐層階梯細分，設計得到如表1所示的評價指標體系。表中指標層的指標按照對系統(tǒng)發(fā)展的貢獻性質(zhì),分為正指標和逆指標。

2 能源—經(jīng)濟—環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展綜合指數(shù)的計算

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本文選擇上海地區(qū)2000～2012年的相關數(shù)據(jù)作為指標層數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)均來源于上海市歷年的統(tǒng)計年鑒。

由于數(shù)據(jù)的單位和量綱存在較大差異，因此對數(shù)據(jù)進行標準化處理。首先將指標層中的逆指標取倒數(shù)，與正指標一起形成n年p指標的樣本矩陣 X=[xij]n×p（此處n=13，p=35）；然后將矩陣X中的數(shù)據(jù)進行標準化變換，得到標準化樣本矩陣Y=[yij]n×p，如下式所示：

2.2 主成分分析

為了得到樣本矩陣Y的主成分，記樣本矩陣的協(xié)方差矩陣和相關系數(shù)矩陣分別為：

依據(jù)累計貢獻率大于0.90的原則，確定m個主成分，

則樣本的m個主成分為：

式中，T'代表矩陣T的轉置矩陣。將特征值的貢獻率與相應的主成分Z相乘，即可得到樣本Y的主成分得分：

表1 3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的評價指標體系

2.3 上海3E系統(tǒng)發(fā)展綜合指數(shù)

綜上，得到能源、經(jīng)濟、環(huán)境子系統(tǒng)的主成分矩陣U=[U1,U2,U3]，并將主成分得分單位化，得到子系統(tǒng)發(fā)展的綜合指數(shù)：

繪制3E系統(tǒng)發(fā)展綜合指數(shù)，如圖1所示。從圖中可以看出，2000～2012年間，上海市能源和經(jīng)濟總體上呈現(xiàn)良好發(fā)展的態(tài)勢，尤其是經(jīng)濟子系統(tǒng)在2008年后持續(xù)大幅度發(fā)展，至2012年達到頂?shù)?，并依然保持增長的趨勢。但是環(huán)境子系統(tǒng)的發(fā)展水平在2002～2010年間持續(xù)下降，至2010年達到最低水平；僅在近兩年微幅上升，至2012年發(fā)展綜合指數(shù)為0.05左右。由此可見，上海地區(qū)的能源和經(jīng)濟發(fā)展水平較好，而環(huán)境發(fā)展水平嚴重偏低。這是因為上海屬于資源匱乏型城市，其原煤等一次能源依靠外省輸入，而二次能源電力消費較高，促使其能源發(fā)展水平較高；而城內(nèi)煉鋼等高耗能產(chǎn)業(yè)較多，并且沒有有利的清潔能源發(fā)展環(huán)境，工業(yè)廢氣、廢水、廢渣排放連年增長，雖然環(huán)保投資有一定的增加，但是依然難以遏制環(huán)境污染的惡化，造成環(huán)境子系統(tǒng)發(fā)展水平逐年下降。

3 能源-經(jīng)濟-環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展協(xié)調(diào)性的評價

3.1 子系統(tǒng)發(fā)展協(xié)調(diào)度的評價

協(xié)調(diào)發(fā)展可以通過相應的模糊數(shù)學函數(shù)計算得到，選擇離差系數(shù)法計算系統(tǒng)之間的發(fā)展協(xié)調(diào)程度[9]，計算公式如下：

式中，Z1和Z2分別為系統(tǒng)1和系統(tǒng)2的發(fā)展程度，可以用發(fā)展綜合指數(shù)表示；Z12為系統(tǒng)1和系統(tǒng)2的綜合評價指數(shù)，取Z12=0.5×（Z1+Z2）；k為調(diào)節(jié)系數(shù)，k≥2；D1-2即為系統(tǒng)1和系統(tǒng)2的協(xié)調(diào)發(fā)展程度，0≤D≤1，且值越大表明系統(tǒng)之間越協(xié)調(diào)。

3.2 總體發(fā)展協(xié)調(diào)度的評價

將子系統(tǒng)發(fā)展協(xié)調(diào)度的評價推廣至總體發(fā)展協(xié)調(diào)度，設能源、經(jīng)濟、環(huán)境子系統(tǒng)發(fā)展程度分別為Z1、Z2和Z3，其三者的綜合評價指數(shù)為Z123=1/3×（Z1+Z2+Z3），則總體發(fā)展協(xié)調(diào)度的公式如下：

3.3 上海3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)性的評價

圖1 能源、經(jīng)濟、環(huán)境發(fā)展綜合指數(shù)

根據(jù)式（8）和（9），取調(diào)節(jié)系數(shù)k=10，計算能源、經(jīng)濟、環(huán)境三個子系統(tǒng)之間的兩兩協(xié)調(diào)度以及總體協(xié)調(diào)度，計算結果如圖2和圖3所示。從圖中可以看出，受到環(huán)境子系統(tǒng)發(fā)展水平低下的影響，能源-環(huán)境、經(jīng)濟-環(huán)境兩兩發(fā)展的協(xié)調(diào)度都偏低，在2005～2006年以后持續(xù)下降，協(xié)調(diào)發(fā)展的形勢嚴峻。而能源-經(jīng)濟兩兩發(fā)展的協(xié)調(diào)度較高，自2008年后迅速上升，2012年達到協(xié)調(diào)程度的最高點，這也說明了上海地區(qū)能源和經(jīng)濟發(fā)展的相互促進作用明顯。綜合而言，整個系統(tǒng)由于環(huán)境子系統(tǒng)發(fā)展水平偏低，導致總體協(xié)調(diào)發(fā)展水平也偏低，在2005年以后出現(xiàn)了較大幅度的下降，近期上海連續(xù)的污染天氣也表明，上海地區(qū)能源、經(jīng)濟、環(huán)境發(fā)展的協(xié)調(diào)性嚴重不足。

圖2 子系統(tǒng)發(fā)展協(xié)調(diào)度

圖3 3E系統(tǒng)總體發(fā)展協(xié)調(diào)度

4 結論

利用層次分析法建立能源-經(jīng)濟-環(huán)境3E系統(tǒng)發(fā)展的評價指標體系，利用主成分分析法得到了上海地區(qū)3E發(fā)展綜合指數(shù)（圖1），利用離差系數(shù)法得到3E子系統(tǒng)發(fā)展協(xié)調(diào)度（圖2）和總體發(fā)展協(xié)調(diào)度（圖3）。從上述分析得到以下結論：

（1）上海地區(qū)的能源和經(jīng)濟發(fā)展水平較高，近年來呈現(xiàn)逐年上升趨勢，至2012年達到所選樣本的最高點；環(huán)境發(fā)展水平呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢，現(xiàn)階段處于超低位的發(fā)展水平，在2012年的綜合指數(shù)僅0.05左右，未來的環(huán)境發(fā)展趨勢依然嚴峻。

（2）由于環(huán)境子系統(tǒng)發(fā)展的不協(xié)調(diào)，導致上海地區(qū)能源-環(huán)境、經(jīng)濟-環(huán)境兩兩發(fā)展的協(xié)調(diào)程度嚴重偏低，雖然能源-經(jīng)濟發(fā)展逐年上升，但是能源-經(jīng)濟-環(huán)境（3E）系統(tǒng)總體的發(fā)展協(xié)調(diào)程度今年呈現(xiàn)明顯下降趨勢，近期處于歷史低位。

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