陜西省能源供給與經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境協(xié)調性分析

沈 明，沈 鐳，張 超，劉立濤，鐘 帥，3

(1.中國科學院地理科學與資源研究所，北京100101;2.中國科學院大學研究生院，北京100049;3.中國地質大學(北京)人文經(jīng)管學院，北京100083)

0 引言

協(xié)調度是可持續(xù)發(fā)展能力評價的重要指標，研究系統(tǒng)協(xié)調性的主要目的在于監(jiān)測相互矛盾或相互制約子系統(tǒng)的兼容性，以保證整體發(fā)展的協(xié)調性和持續(xù)性［1］。從研究尺度來看，中國資源—經(jīng)濟—生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調性研究經(jīng)歷了“全國—區(qū)域—省域”的發(fā)展過程，逐步體現(xiàn)出具體問題具體分析和分類研究的思想［2-4］。如陳長杰等基于可持續(xù)發(fā)展的PREEST模型對中國1980—2000年經(jīng)濟、資源系統(tǒng)發(fā)展協(xié)調性進行了系統(tǒng)定量評價，認為這期間中國經(jīng)濟資源系統(tǒng)發(fā)展勢頭良好，具有較高的相關協(xié)調性［5］。涂正革以30個省份的數(shù)據(jù)為基礎分析環(huán)境技術效率，得出各區(qū)域資源環(huán)境和工業(yè)增長的協(xié)調情況，并認為西部較中東部地區(qū)的工業(yè)和環(huán)境失衡更加嚴重［6］。薛靜靜等運用全局主成分分析法和ArcGIS空間分析技術等對中國八大經(jīng)濟區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平和能源效率水平進行系統(tǒng)評價，研究表明中國經(jīng)濟發(fā)展和能源效率水平呈線狀分布和面狀擴展特點，協(xié)調水平從東部沿海向中西部內陸遞減［7］。洪開榮等對中國中部六省“資源—環(huán)境—經(jīng)濟—社會復合系統(tǒng)”協(xié)調水平進行定量評價，認為中部六省在1999—2010年間協(xié)調發(fā)展程度不高且地區(qū)差異明顯［8］。焦兵引入“資源詛咒”假說，通過面板數(shù)據(jù)模型實證考察陜西省油氣能源和經(jīng)濟增長的聯(lián)動關系，發(fā)現(xiàn)雖然油氣資源開發(fā)對經(jīng)濟增長起顯著正效應，但引入技術和人力資源變量后其促進效應將大大減弱［9］。張閃閃通過構建能源—經(jīng)濟—生態(tài)環(huán)境指標體系并運用模糊評價、熵值法等方法，綜合評價河南省能源—經(jīng)濟—生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調度，得出子系統(tǒng)發(fā)展水平及兩兩協(xié)調關系［10］?？梢?，對細分區(qū)域進行協(xié)調性分析是未來研究的趨勢，資源稟賦的不均衡和特殊的地理環(huán)境也決定了需要因地制宜地看待能源—經(jīng)濟—生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調問題。目前，以資源經(jīng)濟類型、地理區(qū)位條件和生態(tài)環(huán)境為基礎的研究尚較缺乏，需要進一步加強以此為切入點的針對性分析［11］。

陜西省作為能源輸出大省，能源經(jīng)濟對其發(fā)展具有重要的拉動作用［12-14］，且在資源條件、地理區(qū)位和生態(tài)環(huán)境上具有顯著的特殊性:第一，陜西省擁有豐富的能源資源，是中國西煤東運、西氣東輸、西電東送的重要基地，而相比能源消費，陜西省能源供給對本省乃至全國的能源供給安全均具有更顯著的意義。第二，陜西省脆弱的生態(tài)環(huán)境決定了其能源經(jīng)濟發(fā)展的特殊性。一方面，陜西省生態(tài)環(huán)境具有結構復雜、類型繁多、變化性強等特點，整體生態(tài)環(huán)境較為脆弱，干旱和半干旱的氣候環(huán)境下可利用土地及水資源都極度缺乏;另一方面，能源開采行業(yè)對生態(tài)環(huán)境破壞性強，地表及地下破壞和污染嚴重且耗水量大，這種矛盾關系要求陜西省在制定發(fā)展戰(zhàn)略時需多方考慮，科學布局。目前關于能源—經(jīng)濟—生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)大量研究主要集中在能源消費與增長的相互關系上［15-20］，較少有從供給角度出發(fā)研究能源經(jīng)濟協(xié)調性問題，因此，從能源供給的角度分析陜西省能源供給、經(jīng)濟增長與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調關系更切合陜西省能源開發(fā)利用的現(xiàn)實情況。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀

2002—2012年間陜西省經(jīng)濟快速增長，GDP年均增速在9%～15%。2013年陜西省GDP總值16 045億元，是2000年的8.9倍。從產(chǎn)業(yè)結構來看，陜西省第二產(chǎn)業(yè)的比重超過40%，并長期占據(jù)主導地位。雖然2009年受到全球經(jīng)濟危機的影響第二產(chǎn)業(yè)比重略有下調，但總體仍呈現(xiàn)攀升的趨勢，2012年達55.9%。根據(jù)陜西省政府網(wǎng)站公布數(shù)據(jù)，陜西省第二產(chǎn)業(yè)主要由能源化工業(yè)、裝備制造業(yè)、有色冶金工業(yè)、食品工業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、紡織服裝工業(yè)、計算機通信及其他電子設備制造業(yè)八大支柱工業(yè)構成。2012年，八大工業(yè)的產(chǎn)值占陜西省第二產(chǎn)業(yè)總值的97.9%。其中，能源化工業(yè)對整個第二產(chǎn)業(yè)總值的貢獻率達到了61.14%，是支撐第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力。由此可見，陜西省經(jīng)濟是以第二產(chǎn)業(yè)為主導，整體經(jīng)濟呈現(xiàn)快速發(fā)展的局面，而經(jīng)濟的快速增長主要源于豐富的能源物質基礎。

1.2 主要能源供給現(xiàn)狀

1.2.1 煤炭供給。煤炭資源主要分布在渭北、彬長和陜北地區(qū)，其中，榆林年產(chǎn)煤2.57億t，占全省總產(chǎn)量的71.17%。陜西煤炭以低硫、低磷、低灰、中高發(fā)熱量的優(yōu)質動力煤和化工用煤為主，現(xiàn)已探明加預測儲量1 470億t，占全國探明儲量的11%左右。目前國家規(guī)劃重點建設的13個大型煤炭基地中，陜西省有神東、陜北和黃隴3個基地。陜西省大部分煤炭調往省外。2012年供省內消費煤炭有15 292.84萬t，占32.7%。調出省外的煤炭總量(含出口)達 31 474.48萬 t，占總量的 67.3%。

1.2.2 石油供給。石油資源主要分布在陜北地區(qū)的榆林、延安兩市，區(qū)域面積8萬km2，屬于特低滲透油田。石油預測資源總量約40億t，累計探明地質儲量19億t，居全國第5位。陜西省石油資源主要輸往省外，2012年輸出比例高達61.23%。

1.2.3 天然氣供給。天然氣資源主要分布在陜北地區(qū)的榆林、延安兩市，區(qū)域面積8萬km2。天然氣預測資源量11.7萬億m3，累計探明地質儲量1.2萬億 m3，居全國第3位。天然氣甲烷含量95% ～98%，熱值35 579～36 835 kJ/m3。陜西省的天然氣省外輸出所占比例較大。2000—2011年，陜西省天然氣省外輸出比例年均69.14%，2011年輸出比例更達77.30%。

基于經(jīng)濟增長、產(chǎn)業(yè)貢獻率、能源產(chǎn)業(yè)占二產(chǎn)比例、能源省內外供給比例等數(shù)據(jù)的倒推和定性分析，發(fā)現(xiàn)陜西省經(jīng)濟增長主要依靠能源。但因陜西省能源絕大部分輸往省外，故而在能源經(jīng)濟上屬于供給型，與中東部省份有明顯差異。

2 能源供給與經(jīng)濟和生態(tài)協(xié)調性分析

2.1 指標體系構建

基于陜西省供給型能源經(jīng)濟增長特點，以能源供給為切入點分析能源—經(jīng)濟—生態(tài)(3E)系統(tǒng)協(xié)調性問題，基于現(xiàn)有研究成果構建能源供給與經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境協(xié)調性評價指標體系(表1)。選取2001—2012年共12年的數(shù)據(jù)樣本，主要數(shù)據(jù)來源于歷年的《陜西統(tǒng)計年鑒》。需要說明的是，能源供給總量是指一個區(qū)域通過自身能力(包括產(chǎn)能和庫存)所能夠提供的所有能源，以能源供給總量、能源供給彈性系數(shù)和人均能源供給量表示。其中，能源供給量=一次能源生產(chǎn)量+能源期初庫存量-能源期末庫存量(不包含區(qū)域以外能源的調入量以及進口量);能源供給彈性系數(shù)=能源供給量年平均增長速度/國民經(jīng)濟年平均增長速度。

2.2 指標權重確定

指標權重的確定主要有主觀賦權法、客觀賦權法和綜合集成賦權法［21-23］。主觀賦權法有德爾菲法、環(huán)比評價法以及層次分析法;客觀賦權法有因子分析法、熵值法、變異系數(shù)法及主成分分析法;綜合集成賦權法有加法集權法和乘法集權法，是主觀判斷與客觀考究的結合。為避免過分依賴單一的方法，采用綜合集成賦權法，結合主觀的層次分析法和客觀的熵值法來確定權重，設定主客觀評判各占50%，得到各指標權重(表1)。

表1 能源供給與經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境協(xié)調性分析指標體系Tab.1 3E index system for coordination degree evaluation

2.3 系統(tǒng)發(fā)展水平

模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學的綜合評價方法，是由模糊數(shù)學的隸屬度理論，通過使用期望把定性評價轉化為定量評價，即對受多種因素影響的事物或者對象做出總體評價。模糊綜合評價具有系統(tǒng)性強、結果清晰的特點，適用于解決非確定性問題。

設能源供給、經(jīng)濟以及生態(tài)環(huán)境3個子系統(tǒng)的發(fā)展水平分別為EA、EB、EC，其期望值公式為:E=P × ω。式中:P為無綱量化后的標準矩陣;ω為n個評價指標的權重所組成的向量。由此可以分別得到3個子系統(tǒng)的發(fā)展水平(表2)，而后在子系統(tǒng)不同年份各自發(fā)展水平的基礎上分別賦予1/3的權重，即E*=(EA+EB+EC)/3，由此計算得到整體發(fā)展水平(表2)。

表2 2001—2012年陜西省能源供給與經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展水平Tab.2 The 3E system developmental level in Shaanxi Province from 2001 to 2012

結果顯示，2001—2012年，陜西省的能源供給、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境以及整個系統(tǒng)發(fā)展水平總體呈現(xiàn)出上升趨勢(圖1)。發(fā)展階段上，3個子系統(tǒng)在2004年以前發(fā)展不斷增速，2005—2007年間發(fā)展水平略有下降，2007年以后逐漸提升;發(fā)展差異性上，經(jīng)濟子系統(tǒng)的發(fā)展波動性明顯高于其他兩類，能源供給子系統(tǒng)則呈現(xiàn)出平穩(wěn)增長的趨勢，整體上三者在趨勢上是保持一致的。

圖1 2001—2012年陜西省能源供給與經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展水平趨勢Fig.1 Trend of the 3E system developmental level in Shaanxi Province from 2001 to 2012

2.4 系統(tǒng)協(xié)調度

在得出各子系統(tǒng)以及系統(tǒng)整體的發(fā)展水平的基礎上可進一步求得各子系統(tǒng)的協(xié)調度以及整體協(xié)調度。

式中:E*表示系統(tǒng)整體發(fā)展水平;d Ei/d t表示子系統(tǒng)i的發(fā)展增速;d E*/d t表示系統(tǒng)整體的發(fā)展增速，且［d E*/d t］t= ［(E*)t-(E*)t-1］/(E*)t-1;SAB 表示系統(tǒng)A和系統(tǒng)B的協(xié)調度。結合前文所得系統(tǒng)發(fā)展水平數(shù)據(jù)可得到相應的每一年的子系統(tǒng)發(fā)展協(xié)調度(圖2)。

圖2 2002—2012年陜西省能源供給與經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境各子系統(tǒng)協(xié)調度Fig.2 The 3E subsystem coordination degree in Shaanxi Province from 2002 to 2012

根據(jù)協(xié)調度模型可知，當d Ei/d t＜d E*/d t時，表明子系統(tǒng)的發(fā)展速度超過了系統(tǒng)整體的速度，即子系統(tǒng)發(fā)展過快;相應地，當d Ei/d t＞d E*/d t時，表明子系統(tǒng)的發(fā)展速度不及整體速度，即子系統(tǒng)發(fā)展較慢;只有當d Ei/d t=d E*/d t時，系統(tǒng)之間才處于協(xié)調狀態(tài)，且此時的協(xié)調度達到最大狀態(tài)為1。

基于目前協(xié)調性研究經(jīng)驗，將協(xié)調水平處于［0，0.2)區(qū)間視為瀕臨失調，［0.2，0.4)區(qū)間視為勉強協(xié)調，［0.4，0.6)區(qū)間視為中級協(xié)調，［0.6，0.8)區(qū)間視為良好協(xié)調，［0.8，1)區(qū)間視為優(yōu)質協(xié)調，當協(xié)調水平為1時即達到完全協(xié)調。從能源供給、經(jīng)濟增長、生態(tài)環(huán)境兩兩相關協(xié)調度(圖3)可以看出，兩兩協(xié)調度大部分的時間序列點都落在0.6～1.0內即良好和優(yōu)質協(xié)調水平，且2010年以來一直處于優(yōu)質水平，反映了陜西省能源供給、經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境三者大致處于同步協(xié)調發(fā)展狀態(tài)。

圖3 2002—2012年陜西省能源供給與經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境兩兩相關協(xié)調度Fig.3 Pairwise correlation coordination degree of the 3E system in Shaanxi Province from 2002 to 2012

2.5 系統(tǒng)協(xié)調度波動率

為了進一步探究能源供給、經(jīng)濟增長和生態(tài)環(huán)境三者間的協(xié)調關系特點，通過計算協(xié)調度波動率對協(xié)調度水平的波動性進行分析，其中，協(xié)調度波動率=(本年度協(xié)調水平-上年協(xié)調度水平)/上年協(xié)調度水平。結果顯示:(1)2004—2010年陜西省能源、經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境協(xié)調度呈現(xiàn)出較大波動。其中2005年能源與生態(tài)環(huán)境協(xié)調度波動率最大，達到了38.84%，與2008年的極低值-32.78%相比，波動率超過70%;(2)2004年以前和2010年以后這兩段時間中協(xié)調度的波動性呈緩和趨勢;(3)2003—2012年間，能源供給、經(jīng)濟增長和生態(tài)環(huán)境的波動性具有較高的一致性(圖4)。

圖4 2003—2012年陜西省能源供給與經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境協(xié)調度波動率Fig.4 Coordination degree volatility of the 3E system in Shaanxi Province from 2003 to 2012

3 結論

基于陜西省特殊的供給型能源經(jīng)濟特點，結合定性及定量分析方法對陜西省能源供給、經(jīng)濟增長和生態(tài)環(huán)境三者間協(xié)調關系進行實證研究，結果表明:(1)陜西省能源供給、經(jīng)濟增長與生態(tài)環(huán)境間具有較高的協(xié)調性，在高強度能源供給的前提下，2002年以來陜西省三者之間基本處于良好或優(yōu)質的協(xié)調水平。(2)陜西省能源供給、經(jīng)濟增長和生態(tài)環(huán)境協(xié)調關系波動大，2004—2010年陜西省能源、經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境協(xié)調度呈現(xiàn)出較大波動。其中，極高值為2005年的38.84%，極低值為2008年的-32.78%，波動幅度超過70個百分點，不穩(wěn)定性強。(3)能源供給、經(jīng)濟增長和生態(tài)環(huán)境協(xié)調度對能源供給變化具有較高的敏感性。結合協(xié)調度的波動規(guī)律和能源供給水平的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，兩者恰好在2003—2010年之間同時呈現(xiàn)出較強波動性，且在時間點上波動幅度具有較高的一致性。因此，三者間的協(xié)調關系對能源供給變化的敏感性較強，雖然協(xié)調程度水平較高，但一定程度上是建立在能源供給的高水平前提之下。

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