基于系統(tǒng)動(dòng)力理論的江蘇省能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境耦合系統(tǒng)的關(guān)系研究

潘成龍

摘要：21世紀(jì)以來，江蘇省社會(huì)經(jīng)濟(jì)在獲得了迅速發(fā)展的同時(shí)，也受到了人口、資源、環(huán)境等因素的影響和制約。文章在定性研究江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的基礎(chǔ)上，建立江蘇省能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)合江蘇省2000～2015年的歷史數(shù)據(jù)，設(shè)立模型變量與回歸方程式，實(shí)現(xiàn)對(duì)江蘇省各項(xiàng)指標(biāo)未來10年發(fā)展模式及變化趨勢的短中期預(yù)測，并設(shè)定多種方案情景，進(jìn)行政策模擬，最后為政府將來制定相關(guān)政策提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：江蘇能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境系統(tǒng)動(dòng)力；模擬；仿真

一、引言

21世紀(jì)以來，經(jīng)濟(jì)全球化的興起促進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)得到了迅速的發(fā)展，與此同時(shí)，伴隨而來的還有能源枯竭和生態(tài)環(huán)境的不斷惡化等問題，尤其是全球氣候變化所引發(fā)的極端氣候現(xiàn)象和災(zāi)難已成為當(dāng)今世界將要面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一。由于關(guān)系到人類未來的生存和發(fā)展，能源和環(huán)境問題也越來越受到各國政府的強(qiáng)烈關(guān)注。2016年年初，我國“十三五”規(guī)劃綱要正式啟動(dòng)，計(jì)劃到2020年，我國單位GDP能耗相比2015年下降15%，單位GDP二氧化碳排放累計(jì)下降18%。江蘇作為我國經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的省份，扮演著領(lǐng)頭羊的作用，在經(jīng)濟(jì)得到了迅速發(fā)展的同時(shí)，也遭遇了能源結(jié)構(gòu)不合理和生態(tài)環(huán)境惡化等一系列問題。

在此大背景下，本文旨在通過理論模型分析江蘇省能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境耦合系統(tǒng)的相互影響機(jī)制。能源在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中扮演重要作用，對(duì)人民生活水平的改善發(fā)揮著重要的促進(jìn)作用和保障作用。與此同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源的過度消費(fèi)和結(jié)構(gòu)的不合理所帶來的社會(huì)環(huán)境問題也日益增多，如全省各大城市持續(xù)不散的霧霾?，F(xiàn)如今，江蘇社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展遇到了人口、資源、環(huán)境越來越強(qiáng)烈的制約，協(xié)調(diào)人口、資源、環(huán)境和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展之間錯(cuò)綜復(fù)雜的互動(dòng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)整體的可持續(xù)發(fā)展，是江蘇政府當(dāng)前亟待解決的一項(xiàng)戰(zhàn)略任務(wù)。鑒于江蘇省在可持續(xù)發(fā)展過程中存在的一系列問題，本文通過構(gòu)建江蘇省能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)江蘇未來10年的發(fā)展模式及變化趨勢做短中期預(yù)測，并設(shè)定多種方案情景，進(jìn)行政策模擬，最后為政府將來制定相關(guān)政策提供理論依據(jù)。

二、模型簡介與構(gòu)建

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是由Forrester教授在1956年創(chuàng)立的一門研究信息反饋系統(tǒng)的學(xué)科，以定性分析為主導(dǎo)，定量分析為支撐的綜合性的分析方法，也是系統(tǒng)學(xué)科和管理科學(xué)中的一個(gè)分支。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的理論基礎(chǔ)是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的理論和方法，其研究方法是計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)法，關(guān)鍵任務(wù)是建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型體系。

江蘇省能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜且相互關(guān)聯(lián)的耦合系統(tǒng)，理清層次關(guān)系，保持系統(tǒng)發(fā)展過程中的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，就顯得至關(guān)重要。江蘇省能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)主要由經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源消費(fèi)、社會(huì)人口、環(huán)境和政府調(diào)控五大子系統(tǒng)構(gòu)成的開放系統(tǒng)，其中，五大個(gè)子系統(tǒng)間也同時(shí)存在著互相耦合的輸入輸出關(guān)系。在對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)各個(gè)變量自身的特征和以往學(xué)者的文獻(xiàn)研究，確定各個(gè)變量間的因果關(guān)系，然后依據(jù)已確定的各個(gè)子系統(tǒng)因果關(guān)系，最終建立能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境系統(tǒng)的因果反饋回路圖。為了完成系統(tǒng)動(dòng)力模型的構(gòu)建，還需要進(jìn)一步地分析各個(gè)變量的屬性種類，包括庫存量、流量、輔助量和常量等。能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境系統(tǒng)的系統(tǒng)模型的建立涉及的因素也較多且復(fù)雜，對(duì)能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)分析，以及因果反饋回路圖中對(duì)各變量間的因果關(guān)系研究，運(yùn)用Vensim軟件繪制出系統(tǒng)流程圖，如圖1所示。其中系統(tǒng)的方程式主要是通過回歸方程的形式來體現(xiàn)，同時(shí)模型涉及的參數(shù)也直接影響整個(gè)模型的準(zhǔn)確性，通常需要估計(jì)的參數(shù)可分為三類：常數(shù)、表函數(shù)和仿真初始值。

三、系統(tǒng)仿真與預(yù)測

（一）模型檢驗(yàn)

在對(duì)構(gòu)造的系統(tǒng)模型進(jìn)行預(yù)測和模擬之前，必須先對(duì)模型的真實(shí)性和準(zhǔn)確性進(jìn)行必要的檢驗(yàn)。首先設(shè)置系統(tǒng)初始時(shí)間為2000年，完成時(shí)間為2015年，時(shí)間間隔為1年。根據(jù)已經(jīng)建立的系統(tǒng)動(dòng)力模型，模擬江蘇省在2005～2015年間的運(yùn)行情況，并將仿真的模擬的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果進(jìn)行比較分析，檢驗(yàn)結(jié)果如圖2和圖3所示。

從圖2和圖3中可以發(fā)現(xiàn)，地區(qū)GDP和碳排放的幾項(xiàng)指標(biāo)的仿真值和實(shí)際值相對(duì)來說偏差不大，誤差率都基本保持在7%以內(nèi)，僅2007年的碳排放量的誤差率超過了7%，達(dá)到了12%，這主要是由于系統(tǒng)本身所存在的許多不確定的因素以及國家政策等其他外部因素造成的，導(dǎo)致了統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)在個(gè)別年份上波動(dòng)較大。因此，可以判定該模型符合系統(tǒng)動(dòng)力模型的真實(shí)性和準(zhǔn)確性要求。

（二）情景模擬

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)作為一種仿真模型，不僅可以對(duì)未來經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，還可以通過自身設(shè)置情景來進(jìn)行情景模擬，本文設(shè)置了四種情景，一共12種模擬方案，如表1所示，其中，經(jīng)過vensim軟件運(yùn)行后，各類情景的模擬曲線如圖4～圖7所示。

通過圖4～圖5中的系統(tǒng)情景模擬仿真曲線可知，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的逐漸提高，江蘇省的能源消費(fèi)總量、碳排放量和污染物排放強(qiáng)度都會(huì)隨之增加，而且增加速度也會(huì)隨著時(shí)間增加變得越來越快，由于人口逐漸減少的原因，人口經(jīng)濟(jì)彈性系數(shù)則會(huì)從逐年增加的狀態(tài)變化為逐年遞減。通過圖6的系統(tǒng)情景模擬仿真曲線可知，隨著能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，即煤炭消費(fèi)占比逐漸增加，相反石油消費(fèi)占比逐漸減少，碳排放強(qiáng)度和污染物排放強(qiáng)度也都會(huì)隨之增加，意味著煤炭的消費(fèi)將會(huì)比石油消費(fèi)帶來更多的環(huán)境污染。通過圖7的系統(tǒng)情景模擬仿真曲線可知，當(dāng)人口出生率增加時(shí)，因?yàn)闀?huì)逐漸抵消環(huán)境污染對(duì)死亡率的影響，人口社會(huì)總量則會(huì)由減少狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樵黾?，但同時(shí)因?yàn)樯钅芎牡脑黾?，碳排放量仍?huì)一直會(huì)保持著遞增的狀態(tài)。

因此，相對(duì)于可持續(xù)發(fā)展或緩速發(fā)展的情況，社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長過快、煤炭消費(fèi)占比過高和人口數(shù)量暴增等因素都帶來了環(huán)境污染問題，如碳排放量的增加，污染物排放強(qiáng)度的增加等，這些都屬于高耗能，高污染的發(fā)展模式。

四、結(jié)論與政策建議

通過上述分析可以得出，江蘇省未來10的經(jīng)濟(jì)發(fā)展應(yīng)該保持的總體發(fā)展目標(biāo)可調(diào)整為為：全省生產(chǎn)總值年增長率為0.1～0.13之間，煤炭和石油消費(fèi)占比分別保持在為0.65、0.20左右，社會(huì)人口的出生率應(yīng)該被控制在0.08左右，在這種發(fā)展模式下，江蘇省才可以更加高效高質(zhì)地實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展。為了達(dá)成目標(biāo)，本文還提出了如下幾點(diǎn)意見。

1. 優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，降低煤炭消費(fèi)占比。新世紀(jì)以來，江蘇地區(qū)的生產(chǎn)中，仍以煤炭消費(fèi)為主，而煤炭占大頭是一種極為不合理的發(fā)展模式。江蘇政府需要加快能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，優(yōu)先扶植發(fā)展低能耗，低污染的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，替代高能耗，高污染的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。

2. 增加研究與發(fā)展經(jīng)費(fèi)支出，提高能源轉(zhuǎn)化率。研究與發(fā)展經(jīng)費(fèi)支出反映了一個(gè)地區(qū)的科技水平，是自主創(chuàng)新能力的體現(xiàn)。貫徹落實(shí)政府政策，增加研究與發(fā)展經(jīng)費(fèi)支出，有助于提高科技發(fā)展水平，同時(shí)提高能源轉(zhuǎn)化和利用率，來減少能源消費(fèi)量，降低各類污染物排放。

3. 注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量，普及循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，未來10年是江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量提升的關(guān)鍵時(shí)期，江蘇經(jīng)濟(jì)實(shí)力趨于我國前列，扮演者領(lǐng)頭羊的角色，保持良好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢有利于起到示范作用。循環(huán)經(jīng)濟(jì)不僅局限于經(jīng)濟(jì)方面，也同時(shí)涵蓋了社會(huì)文化和社會(huì)環(huán)境各個(gè)方面，循環(huán)經(jīng)濟(jì)符合黨中央提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，符合人類社會(huì)的發(fā)展需求。

4. 政府應(yīng)該重視開發(fā)水能、風(fēng)能等新型能源。江蘇屬沿海地區(qū)，水資源和風(fēng)力資源都極為豐富，適合進(jìn)行大規(guī)模地開發(fā)利用，因此在清潔能源的利用方面，應(yīng)該將水能和風(fēng)能工程作為工作重點(diǎn)，爭取到2025年使得清潔能源地開發(fā)初具規(guī)模。

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（作者單位：江蘇大學(xué)）