基于生態(tài)理論的能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)度研究

□郭金童 [武漢大學(xué) 武漢 430072]

□趙光明 [北京大學(xué) 北京 100045]

基于生態(tài)理論的能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)度研究

□郭金童 [武漢大學(xué) 武漢 430072]

□趙光明 [北京大學(xué) 北京 100045]

隨著社會的進步，能源與經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境等問題越來越密切相關(guān)。本文從復(fù)雜系統(tǒng)的角度出發(fā)，建立了基于生態(tài)理論的我國能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展模型，該模型涵蓋了可持續(xù)發(fā)展及循環(huán)經(jīng)濟的理念，并對我國二十年來的能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)度進行了實證研究。結(jié)果表明，在我國的能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)走向有序化的進程中，環(huán)境保護問題出現(xiàn)了波動和倒退，這為后續(xù)政策的制定提供了可靠的依據(jù)。

生態(tài)理論; 復(fù)雜系統(tǒng); 協(xié)調(diào)度

引言

在2008年全球經(jīng)濟危機的背景下，我國先后推出了四萬億的經(jīng)濟刺激計劃、十大產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃等方針政策，從目前取得的成績來看，2009年上半年我國的GDP增長已經(jīng)達到了7.1%，其中二季度增長為7.9%，我國經(jīng)濟復(fù)蘇的勢頭已經(jīng)基本確立，而且全年的經(jīng)濟增長很有可能將超過8%的既定目標。但是，我國這一輪的經(jīng)濟復(fù)蘇依然是典型的以加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入為主的投資拉動型復(fù)蘇模式。通過對數(shù)據(jù)進行比較可以看出，2007年，消費、投資、凈出口三駕馬車分別拉動GDP增長4.4%、4.3%和2.7%，而2009年上半年，消費、投資、凈出口對GDP增長的拉動則為3.8%、6.2%、-2.9%。盡管我國早已經(jīng)認識到傳統(tǒng)的經(jīng)濟增長模式不可持續(xù)，但在經(jīng)濟危機背景下，這又將是一輪以重化工業(yè)為主的新的經(jīng)濟發(fā)展周期，而這種情況下的增長勢必將進一步導(dǎo)致礦產(chǎn)能源的高消耗及環(huán)境的破壞，給我國的經(jīng)濟發(fā)展帶來不協(xié)調(diào)的因素。因此，為了更好地建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的和諧社會，就必須研究能源與經(jīng)濟系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展機制，并深入探討其影響因素，這將對我國可持續(xù)發(fā)展的能源經(jīng)濟戰(zhàn)略具有非常積極的現(xiàn)實意義。

一、我國能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展模型的建立及構(gòu)成分析

國內(nèi)外學(xué)者在如何實現(xiàn)能源、環(huán)境、經(jīng)濟之間的協(xié)調(diào)發(fā)展方面進行了大量的研究，主要成果包括Markal模型、多目標規(guī)劃模型、CEG模型、投入產(chǎn)出模型、系統(tǒng)動力學(xué)模型等[1-4]。而隨著生態(tài)理論在經(jīng)濟學(xué)中的廣泛應(yīng)用，結(jié)合生態(tài)學(xué)理論與可持續(xù)發(fā)展思想的研究方法為能源經(jīng)濟系統(tǒng)的研究提供了新的思路和廣闊的發(fā)展空間。國內(nèi)的張雷等最早用現(xiàn)代生態(tài)學(xué)和能源系統(tǒng)的觀點，提出了能源生態(tài)系統(tǒng)的理論[5-6]，其在研究中將能源生態(tài)系統(tǒng)劃分為三大子系統(tǒng)：內(nèi)生系統(tǒng)、外生系統(tǒng)和共生系統(tǒng)，并在能源生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行了實證研究，為后續(xù)的能源生態(tài)研究奠定了良好的基礎(chǔ)。本研究以上述研究為基礎(chǔ)，將能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展模型劃分為三大系統(tǒng)和一個約束，即內(nèi)生能源生產(chǎn)系統(tǒng)、外生消費系統(tǒng)、共生治理系統(tǒng)和外界生態(tài)環(huán)境約束，圖1示意了所建立的模型。

（一）內(nèi)生能源生產(chǎn)系統(tǒng)

內(nèi)生能源生產(chǎn)系統(tǒng)是指包括一次能源開發(fā)及二次加工在內(nèi)的各類能源產(chǎn)品的生產(chǎn)系統(tǒng)?，F(xiàn)代內(nèi)生能源生產(chǎn)系統(tǒng)目前正處于一個向多元化內(nèi)生能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變過程中，但是，受其他兩個系統(tǒng)中資本和技術(shù)積累要素的限制，這種多元化的轉(zhuǎn)變較為緩慢，礦物燃料依然占據(jù)現(xiàn)代能源的主導(dǎo)地位，各種可再生能源（如太陽能、風(fēng)能、核能和潮汐能等）的大規(guī)模開發(fā)仍處在起步階段。

圖1 能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展模型

（二）外生消費系統(tǒng)

外生消費系統(tǒng)主要包括經(jīng)濟系統(tǒng)中的所有能源產(chǎn)品使用者和消費者系統(tǒng)，對能源產(chǎn)品的使用和消費幾乎覆蓋了現(xiàn)代經(jīng)濟社會的所有方面。實質(zhì)上，正是由于龐大的外生消費系統(tǒng)的發(fā)育和消費增長，才使得能源產(chǎn)品成為和勞動力及資本相提并論的凌駕于其他所有產(chǎn)品之上的生產(chǎn)要素，但同時也增加了能源產(chǎn)品生產(chǎn)和消費過程中對外部生態(tài)環(huán)境破壞的能量和空間。

（三）共生治理系統(tǒng)

共生治理系統(tǒng)是指維系和穩(wěn)定其他兩大系統(tǒng)生存和發(fā)展空間為目的所建立的系統(tǒng)，其基本任務(wù)包括兩個方面。一方面是確保另兩個子系統(tǒng)的正常運行和效益發(fā)揮；另一方面是緩解乃至消除各個子系統(tǒng)發(fā)展過程中對外部生態(tài)環(huán)境約束的破壞效應(yīng)。

（四）外界生態(tài)環(huán)境約束

環(huán)境約束與各子系統(tǒng)之間存在著協(xié)調(diào)和矛盾兩種關(guān)系：環(huán)境承載力的上升取決于環(huán)保投入和環(huán)境改造技術(shù)水平，從這方面看，經(jīng)濟發(fā)展可以提高生產(chǎn)系統(tǒng)與消費系統(tǒng)的水平，從而為環(huán)境改善和治理提供必要的資金和技術(shù)，這是協(xié)調(diào)的；但是經(jīng)濟增長和消費水平提高會增加污染的排放，導(dǎo)致環(huán)境承載力下降，兩者又是有矛盾的。

二、我國能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的實證研究

（一）協(xié)調(diào)度基本理論及度量方法

哈肯教授（Hermenn Haken）于1971年最先提出了協(xié)同論的觀點，他認為系統(tǒng)控制參量決定了系統(tǒng)是否會發(fā)生相變，序參量是系統(tǒng)通過各要素的協(xié)同作用而形成，同時它又支配著各個子系統(tǒng)的行為。序參量是系統(tǒng)從無序到有序變化發(fā)展的主導(dǎo)因素，它決定著系統(tǒng)的自組織行為。當系統(tǒng)處于混亂的狀態(tài)時，其序參量為零；當系統(tǒng)開始出現(xiàn)有序時，序參量為非零值。而協(xié)調(diào)則是指系統(tǒng)之間或系統(tǒng)要素之間的和諧運動，協(xié)調(diào)度正是這種和諧運動作用的量度。

1．確定各子系統(tǒng)有序度

對于子系統(tǒng)Si，[1,]il∈，設(shè)其發(fā)展過程中的序參變量為，其中 1n≥ ，是描述子系統(tǒng)Si運行機制與運行狀況的若干宏觀指標，不失一般性，假定前m個指標取值與該子系統(tǒng)的有序度成正向相關(guān)關(guān)系，該指標可以稱為效益型指標；后n m個指標的取值與該子系統(tǒng)的有序度成反向相關(guān)關(guān)系，該指標可以稱為費用型指標。因此可以定義子系統(tǒng)Si的序參量分量eik的有序度為：

式中：ikEI和ikEM 是子系統(tǒng)的第k個指標的下限值和上限值。對于下限值，可以選取該指標過去某年的實際值；對于上限值，可以根據(jù)該子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢或規(guī)劃目標選擇未來某規(guī)劃年的預(yù)測值或規(guī)劃值，也可利用時間序列回歸方程預(yù)測得到。

因此，子系統(tǒng)Si的的系統(tǒng)有序度可以通過的集成來實現(xiàn)，這種集成的常用方法有幾何平均法和線性加權(quán)和法，為簡便起見，本文采用幾何平均算法，如下式所示：

2．計算復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度

給定初始時刻t0，為各子系統(tǒng)序參量的系統(tǒng)有序度，其中定義下式為復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度：

（二）指標體系的建立及數(shù)據(jù)樣本的選取

根據(jù)針對性、簡明性、區(qū)域性、動態(tài)與靜態(tài)相結(jié)合的原則，本文“能源―經(jīng)濟”系統(tǒng)的序參量選擇為如下種類，如表1所示[7]?？紤]數(shù)據(jù)的可得性及權(quán)威性等原因，本文將對我國1987～2006年能源―經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度進行實證研究。本文的數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國能源統(tǒng)計年鑒》及《中國統(tǒng)計摘要2007》。對于表中指標的上下限值，本文選取了1987年的值作為其下限值，指標上限則根據(jù)《中國能源藍皮書》、《中國經(jīng)濟藍皮書》對我國2020年經(jīng)濟指標預(yù)測值整理所得。

表1 能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)序參量指標體系及指標上下限

三、能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)度實證分析結(jié)果

（一）子系統(tǒng)序參量有序度計算結(jié)果

將各個指標的數(shù)據(jù)代入公式（1），計算得到的三個子系統(tǒng)序參量分量的有序度如表2、3和4所示。鑒于篇幅，表中僅列出了部分代表年份數(shù)據(jù)，由表2的計算結(jié)果可以看出，在能源生產(chǎn)這個子系統(tǒng)中，我國的石油生產(chǎn)的有序度是逐漸提高的，這也說明盡管我國的石油進口量逐漸增加，但依然充分挖掘了國內(nèi)石油資源的潛力；煤炭生產(chǎn)的有序度在2001年前后經(jīng)歷了一個有序度先降低再提高的波動過程，其主要原因是由于這一階段我國的煤炭行業(yè)經(jīng)歷了較大的變動和改革，如大量關(guān)閉小煤窯和煤炭價格逐漸放開等；能耗水平的有序度在2001年以后也出現(xiàn)了有序度降低的現(xiàn)象，而且直至2005年仍然是處在有序度下降的階段，這也和我國該階段重化工業(yè)的超速發(fā)展是緊密聯(lián)系在一起的。

表2 內(nèi)生能源生產(chǎn)系統(tǒng)序參量有序度計算結(jié)果

從表3可以看出外生消費系統(tǒng)序參量有序度是在逐漸提高的，表現(xiàn)出了較強的相關(guān)性。值得注意的是GDP、工業(yè)總產(chǎn)值與全社會固定資產(chǎn)投資總額的有序度幾乎完全一致，這說明我國的經(jīng)濟模式在現(xiàn)階段還屬于典型的投資拉動型增長模式。

表3 外生消費系統(tǒng)序參量有序度計算結(jié)果

表4為共生治理系統(tǒng)序參量有序度計算結(jié)果，從表中可以看出，除了森林覆蓋率的有序度呈現(xiàn)出了階梯狀上升的趨勢，其余“三廢”排放量的有序度的波動與幅度都較大，序參量指標向無序方向發(fā)展，這表明我國的環(huán)境保護工作仍然需要加大治理力度，避免出現(xiàn)污染加重的趨勢。

表4 共生治理系統(tǒng)序參量有序度計算結(jié)果

（二）子系統(tǒng)有序度計算結(jié)果

將表2至表4的數(shù)據(jù)代入公式（2），得到三個子系統(tǒng)的有序度如圖2所示。由圖2中可以看出：內(nèi)生能源生產(chǎn)系統(tǒng)整體趨于有序，但局部存在波動現(xiàn)象；外生消費系統(tǒng)的變動趨勢較為平穩(wěn)，一直處于從無序向有序發(fā)展的狀態(tài)；共生治理系統(tǒng)的變動較大，特別是2000年后，子系統(tǒng)有序度下降趨勢明顯，且下降幅度較大，子系統(tǒng)演化態(tài)勢很不樂觀。其主要原因是這一時期我國各地普遍以GDP為綱，只關(guān)注經(jīng)濟增長而忽視環(huán)境生態(tài)的和諧發(fā)展所致。

圖2 三個子系統(tǒng)有序度結(jié)果

（三）復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)度計算結(jié)果

選取系統(tǒng)初期1987年的協(xié)調(diào)度為基準，將“能源―經(jīng)濟”協(xié)調(diào)發(fā)展復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)度作為中間變量，利用公式（3）進行計算可得該復(fù)雜系統(tǒng)綜合協(xié)調(diào)度，結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出，系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)了由無序到有序的總體走勢，這表明這一階段的發(fā)展還是體現(xiàn)了可持續(xù)及和諧發(fā)展的特點。但是通過前面的分析可以知道，內(nèi)生能源生產(chǎn)子系統(tǒng)和外生消費系統(tǒng)對整個子系統(tǒng)的有序度起到了提升作用，從而在一定程度上彌補了共生治理子系統(tǒng)的有序度降低對整個復(fù)雜系統(tǒng)的負面影響。由此可見，能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)中三者之間存在不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象，有必要采取繼續(xù)保持經(jīng)濟的快速增長、調(diào)整產(chǎn)業(yè)和行業(yè)結(jié)構(gòu)、避免產(chǎn)能過剩、降低環(huán)境污染、促進技術(shù)進步等措施以確保系統(tǒng)整體的可持續(xù)發(fā)展。

圖3 復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)度計算結(jié)果

四、結(jié)論

本文從生態(tài)學(xué)的角度出發(fā)建立了我國的能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)模型，分析了模型的基本構(gòu)成要素，并利用復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)度理論定量研究了我國能源經(jīng)濟復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度。分析結(jié)果表明，我國能源經(jīng)濟系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度整體上是逐漸由不協(xié)調(diào)向協(xié)調(diào)方向發(fā)展的，但是需要注意在能源開發(fā)利用過程中尤其要加大環(huán)境保護的力度，避免子系統(tǒng)在有序化的過程中出現(xiàn)波動和倒退的現(xiàn)象。因此，我國必須要繼續(xù)深入強化可持續(xù)發(fā)展的能源政策，否則就可能對國家的經(jīng)濟、環(huán)境、安全等方面產(chǎn)生重大的影響。

[1] 吳宗鑫,陳文穎. 以煤為主多元化的清潔能源戰(zhàn)略[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2001

[2] 曾國雄. 模糊多目標規(guī)劃應(yīng)用于經(jīng)濟—能源—環(huán)境模型之研究[J]. 管理學(xué)報，1998,(4)：25-27.

[3] JORGENSON D W，WILCOXEN P J. Environmental Regulation and Us Economic Growth[J]. The RAND Journal of Economics，1990，21（2）：314-340

[4] 杜慧濱，顧培亮. 區(qū)域發(fā)展中的能源-經(jīng)濟-環(huán)境復(fù)雜系統(tǒng)[J]. 天津大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2005,(5)：362-365.

[5] 張雷，能源生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育——兼論西部能源資源開發(fā)[J]. 自然資源學(xué)報，2006,(2)：188-195.

[6] 謝輝，張雷. 能源生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)問題探討[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2004,(4)：573-576.

[7] 續(xù)競秦，呂永成. 廣西“經(jīng)濟-能源-環(huán)境”復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度實證分析[J]. 廣西社會科學(xué)，2005,(4)：127-129.

Research on Coordinating Degree of Energy Economy Complex System Based on Ecological Theory

GUO Jin-Tong
(Wuhan University Wuhan 430072 China)

ZHAO Guang-Ming
(Peking University Beijing 100045 China)

With the progress of society, energy is closely related to the economic development and ecological environment issues. In this paper, the energy economy complex model is constructed based on ecological theory,which includes the concept of the sustainable theory and recycling economy, and then does an empirical study on the coordination of complex systems of China’s energy economy from 1987 to 2006. The results show that there are volatility and regression in the environmental protection during China’s energy economy complex system towards ordering process, which provides a reliable basis for the follow-up policy-making.

ecological theory; complex system; coordinating degree

F206

A

1008-8105(2010)04-0007-04

編輯 范華麗

2009 ? 11 ? 10

郭金童（1980 ?）男，博士后，武漢大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院博士后流動站暨中國華融資產(chǎn)管理公司博士后工作站；趙光明（1975 ?）男，博士后，北京大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院博士后流動站.