中國省際能源利用-經(jīng)濟(jì)發(fā)展-環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)的時空耦合協(xié)調(diào)度分析*

羅福周 張諾楠

(西安建筑科技大學(xué)管理學(xué)院，陜西 西安 710055)

2000年以來，中國在經(jīng)濟(jì)高速增長的同時也付出了高昂的資源與環(huán)境成本。隨著后工業(yè)時期的到來，前期“高投入、高污染、高耗能”的粗放式發(fā)展導(dǎo)致各省份能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境系統(tǒng)間的矛盾日益顯現(xiàn)，成為制約中國經(jīng)濟(jì)增長的瓶頸之一。因此實現(xiàn)能源利用-經(jīng)濟(jì)發(fā)展-環(huán)境保護(hù)(3E)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展是中國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的突破口。以能源效率為切入點準(zhǔn)確把握中國省域間3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)水平現(xiàn)狀及時空演變趨勢是實現(xiàn)3E系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要前提。

能源效率根據(jù)是否考慮污染物等非期望產(chǎn)出分為兩類，其中考慮非期望產(chǎn)出的能源效率更接近真實值[1]。常用測度方法有數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)模型、SBM模型、Super-SBM模型等[2-4]，但DEA模型忽視了投入和產(chǎn)出變量的松弛型問題；SBM模型在多個決策單元同為完全有效時，無法有效評價與排序；而Super-SBM模型同時解決了上述問題，在能源效率測算上更具優(yōu)越性。因此本研究采用Super-SBM模型測度考慮非期望產(chǎn)出的能源效率。

關(guān)于3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的研究多針對能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的總量指標(biāo)體系[5-6]，缺少對能源效率指標(biāo)的測算，而多重指標(biāo)綜合測度的效率指標(biāo)更易全面真實地反映能源系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)[7]；此外，3E系統(tǒng)間耦合度只表示子系統(tǒng)間相互作用程度，無法反映子系統(tǒng)間耦合協(xié)調(diào)水平的高低[8-9]；研究尺度上也多基于單個省份層面，鮮有從國家層面分析。因此，本研究以中國30個省份(由于數(shù)據(jù)可獲取性等原因，西藏、香港、澳門、臺灣未納入統(tǒng)計)的能源效率為基礎(chǔ)構(gòu)建能源利用評價系統(tǒng)，并選取多項綜合指標(biāo)表征經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)，探討30個省份2000—2017年3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的時空演變特征。運用灰色GM(1,1)模型對2018—2022年30個省份3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行預(yù)測，為之后研究提供參考。

1 研究方法

1.1 能源效率的表征

采用Super-SBM模型測算決策單元在收益規(guī)模不變時考慮非期望產(chǎn)出的能源效率。當(dāng)能源效率≥1時，決策單元相對有效，表示投入不變，縮減產(chǎn)出或產(chǎn)出不變、增加投入，都可達(dá)到有效狀態(tài)；當(dāng)能源效率<1時，決策單元無效。為進(jìn)一步衡量省際技術(shù)進(jìn)步與規(guī)模經(jīng)濟(jì)水平，將能源效率分解為技術(shù)效率與規(guī)模效率[10]。技術(shù)效率表示地區(qū)技術(shù)進(jìn)步水平，規(guī)模效率表示規(guī)模經(jīng)濟(jì)情況。當(dāng)技術(shù)效率≥1，規(guī)模效率<1時，表明該地區(qū)技術(shù)水平較高，但尚未實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)；當(dāng)技術(shù)效率<1，規(guī)模效率≥1時，表明雖實現(xiàn)了規(guī)模經(jīng)濟(jì)，但技術(shù)水平較為落后。規(guī)模報酬表示地區(qū)要素投入變化時產(chǎn)生的產(chǎn)出變化，規(guī)模報酬遞減時表明地區(qū)處于收益遞減階段，要素增加比例大于產(chǎn)出增加比例，規(guī)模報酬遞增時表明地區(qū)處于收益遞增階段，要素增加比例小于產(chǎn)出增加比例。

根據(jù)TONE[11]提出的包含壞產(chǎn)出的Super-SBM模型，以能源、資本、勞動力作為投入指標(biāo)，各省份生產(chǎn)總值、污染物排放作為產(chǎn)出指標(biāo)，在MAXDEA 7.9 Ultra軟件中計算2000—2017年30個省份的能源效率。能源投入指標(biāo)選取各省一次能源消耗，數(shù)據(jù)源于中國統(tǒng)計年鑒；資本投入指標(biāo)選取各省資本存量，參考文獻(xiàn)[12]中的永續(xù)盤存法，以2000年資本存量除以2000—2017年的年均增長率與折舊率作為初始資本存量，數(shù)據(jù)源于中國統(tǒng)計年鑒及各省統(tǒng)計年鑒；勞動力投入指標(biāo)選取當(dāng)年就業(yè)人數(shù)，數(shù)據(jù)來源于中國統(tǒng)計年鑒；期望產(chǎn)出指標(biāo)選取各省國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)，GDP以2000年為基期的實際GDP折算，數(shù)據(jù)源于中國統(tǒng)計年鑒；非期望產(chǎn)出指標(biāo)選取CO2、SO2和COD等污染物排放量，根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)2006年提出的折減系數(shù)，選取煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然氣等化石能源消費量，計算CO2排放量，SO2和COD排放量數(shù)據(jù)均源于中國能源統(tǒng)計年鑒。

1.2 3E系統(tǒng)的表征

基于3E系統(tǒng)間的作用機理，參考MA等[13]的研究，結(jié)合省際間經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異與能源使用特征選取評價指標(biāo)。能源利用方面，從能源效能及能源現(xiàn)狀出發(fā)選取7個指標(biāo)測算能源利用綜合指數(shù)；經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，從經(jīng)濟(jì)規(guī)模和經(jīng)濟(jì)增長潛力出發(fā)選取8個指標(biāo)測算經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合指數(shù)；環(huán)境保護(hù)方面，從環(huán)境污染與環(huán)境治理出發(fā)選取8個指標(biāo)測算環(huán)境系統(tǒng)綜合指數(shù)。采用線性內(nèi)插法補齊缺失數(shù)據(jù)，采用極差標(biāo)準(zhǔn)化無量綱化處理三級指標(biāo)，采用變異系數(shù)法計算各指標(biāo)權(quán)重，3E系統(tǒng)綜合評價指標(biāo)體系見表1。

表1 3E系統(tǒng)綜合評價指標(biāo)

1.3 耦合協(xié)調(diào)關(guān)系

耦合度僅描述系統(tǒng)間相互作用程度，無法表示系統(tǒng)間耦合協(xié)調(diào)水平高低，因此在廖重斌[14]二元系統(tǒng)耦合度模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建三元系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)模型(見式(1)至式(3))，分析3E系統(tǒng)是否健康可持續(xù)發(fā)展。

(1)

(2)

T=αX×βY×γZ

(3)

式中：D為耦合協(xié)調(diào)度；C為耦合度；T為綜合協(xié)調(diào)指數(shù)；X、Y、Z分別為能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境系統(tǒng)綜合評價值；α、β、γ分別為能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境系統(tǒng)的待定系數(shù)，因3個系統(tǒng)同等重要，取α=β=γ=1/3。

參考文獻(xiàn)[15]，耦合協(xié)調(diào)度劃分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 耦合協(xié)調(diào)度劃分標(biāo)準(zhǔn)及類型

1.4 灰色預(yù)測

基于灰色GM(1,1)模型，借助Matlab軟件，用數(shù)列預(yù)測對2018—2022年中國省際3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行預(yù)測。

2 實證分析

2.1 省際能源效率時空演變分析

根據(jù)MAXDEA 7.9 Ultra軟件的計算結(jié)果，全國2000—2017年省際能源效率及分解指數(shù)變化見圖1。30個省份的能源效率及規(guī)模報酬測算結(jié)果見表3(因篇幅限制，僅列出2000年、2014年、2017年計算結(jié)果)。

表3 2000、2014、2017年省際能源效率測算結(jié)果

圖1 2000—2017年中國省際能源效率及分解指數(shù)變化Fig.1 Changes of China’s inter-provincial energy efficiency and decomposition index from 2000 to 2017

由圖1可知，2000—2014年全國能源效率呈下降趨勢，由0.564降至0.422；2014—2017年能源效率呈上升趨勢，由0.422升至0.440。從指數(shù)分解層面上看，規(guī)模效率始終高于0.8，而技術(shù)效率與能源效率波動趨勢相同，2000—2014由0.750降至0.582，2014—2017年由0.582升至0.610，因此能源效率波動的主要原因為技術(shù)效率波動。技術(shù)效率波動的原因為:2000—2014年中國經(jīng)濟(jì)高速增長，能源密集型產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，但此類產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排技術(shù)落后、設(shè)備陳舊、管理效率低下，導(dǎo)致技術(shù)效率呈下降趨勢，而十八大提出“五位一體建設(shè)”后，中國大力開展生態(tài)文明建設(shè)，引進(jìn)綠色產(chǎn)業(yè)，研發(fā)節(jié)能減排技術(shù)，2014年后各省份生態(tài)文明建設(shè)成果逐步顯現(xiàn)，技術(shù)效率由降轉(zhuǎn)升。從規(guī)模報酬角度看，規(guī)模報酬遞增省份個數(shù)明顯多于規(guī)模報酬遞減省份個數(shù)，表明中國多數(shù)省份仍處于收益遞增階段，產(chǎn)出增長空間較大，可通過合理增加能源投入規(guī)模提升能源效率，但受要素邊際報酬遞減規(guī)律制約，越來越多的省份無法僅依靠要素增加維持經(jīng)濟(jì)增長，應(yīng)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)集約型增長。

由表4可見，中國三大區(qū)域的能源效率呈現(xiàn)東部、中部、西部遞減的空間分布格局，2017年東部能源效率為0.654，遠(yuǎn)高于中部、西部的0.366、0.280。其中高能源效率(能源效率>1)省份基本為東部沿海地區(qū)；而低能源效率(能源效率<0.3)省份除山西外均屬于西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)。從指數(shù)分解層面看，2017年東部地區(qū)技術(shù)效率維持在0.8以上，而中、西部地區(qū)低于0.5。東部地區(qū)依靠自身經(jīng)濟(jì)實力與地理位置，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，淘汰耗能污染型企業(yè)，引進(jìn)清潔型企業(yè)，發(fā)展節(jié)能減排技術(shù)，使技術(shù)效率水平處于高位；而中、西部地區(qū)為進(jìn)一步發(fā)展經(jīng)濟(jì)放寬高能耗、高污染項目的準(zhǔn)入條件，導(dǎo)致技術(shù)效率持續(xù)低下。從規(guī)模報酬角度看，東部地區(qū)規(guī)模報酬遞減省份遠(yuǎn)多于中西部地區(qū)，已進(jìn)入規(guī)模報酬遞減階段，經(jīng)濟(jì)增長向集約型發(fā)展；中部地區(qū)規(guī)模報酬遞減省份逐年增多，應(yīng)減少投入水平冗余量，轉(zhuǎn)變要素型增長模式。但西部地區(qū)僅四川為規(guī)模報酬遞減，經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍需依靠增加投入。

表4 2000、2014、2017年不同區(qū)域的能源效率

2.2 3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度時空演變分析

2000—2017年30個省份3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度結(jié)果見表5。

表5 省際3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度計算結(jié)果

由表5可見，全國2000—2017年3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度均值由0.483升至0.672，由瀕臨失調(diào)衰退升至初級協(xié)調(diào)發(fā)展，表明研究期內(nèi)中國優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加快經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、加強生態(tài)保護(hù)成效顯著。

從三大區(qū)域看，2000—2017年東、中、西部3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度由0.550、0.456、0.448上升為0.735、0.650、0.626，呈東、中、西遞減的空間規(guī)律。其中中、西部地區(qū)低于全國均值，與東部地區(qū)差距明顯，但中部地區(qū)資源豐富，隨生產(chǎn)要素投入增加，經(jīng)濟(jì)崛起，耦合協(xié)調(diào)度增速最快；西部地區(qū)能源利用率低，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，生態(tài)環(huán)境脆弱，耦合協(xié)調(diào)度增速最慢；東部地區(qū)耦合協(xié)調(diào)度最高，率先實現(xiàn)中級協(xié)調(diào)發(fā)展。

2000年、2017年全國省際3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度分級情況見表6。從時空演變看，2000—2017年省際3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度空間上呈由東部沿海地區(qū)向周邊省份發(fā)展的時空規(guī)律。北京、上海依靠區(qū)位優(yōu)勢與資本積累，以高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)為動力發(fā)展知識經(jīng)濟(jì)，領(lǐng)先由初級協(xié)調(diào)發(fā)展為良好協(xié)調(diào)，并通過經(jīng)濟(jì)外溢與技術(shù)輻射帶動周邊天津及江蘇等沿海城市由勉強協(xié)調(diào)發(fā)展為中級協(xié)調(diào)；東部沿海地區(qū)外圍城市河北、安徽等由瀕臨失調(diào)發(fā)展為初級協(xié)調(diào)；而山西、內(nèi)蒙古、黑龍江等省份資源密集型產(chǎn)業(yè)較多，距東部沿海區(qū)域較遠(yuǎn)，經(jīng)濟(jì)外溢與技術(shù)輻射效應(yīng)較小，僅發(fā)展為勉強協(xié)調(diào)。

表6 2000、2017年省際3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度分級

2.3 預(yù)測分析

2018—2022年全國省際3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的預(yù)測結(jié)果見表7。預(yù)測結(jié)果各省份均方差比重<0.35，小誤差概率>0.95，預(yù)測精度為一級，結(jié)果可信。

由表7可見，各省2018—2022年3E系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度延續(xù)2000—2017年的上升趨勢，總體從初級協(xié)調(diào)上升為中級協(xié)調(diào)發(fā)展，其中上海率先實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，北京、天津、浙江、廣東、江蘇等發(fā)展為良好協(xié)調(diào)；山西、內(nèi)蒙古、黑龍江、貴州、云南、甘肅、新疆等僅發(fā)展為初級協(xié)調(diào)；寧夏發(fā)展速度最慢，依然為勉強協(xié)調(diào)。西部地區(qū)增速較慢，省際間耦合協(xié)調(diào)度差距依然明顯。

表7 省際3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展預(yù)測

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié) 論

(1) 研究期內(nèi)中國能源效率整體先降后升，2000—2014年呈下降趨勢，2014—2017年呈上升趨勢，主要原因為技術(shù)效率波動。整體呈東、中、西遞減的空間特征，北京、上海、廣東等東部省份能源效率較高，而貴州、青海、寧夏、新疆等西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)能源效率最低。

(2) 研究期內(nèi)全國省際3E系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度呈穩(wěn)定上升趨勢，由瀕臨失調(diào)衰退升至初級協(xié)調(diào)發(fā)展。東部地區(qū)耦合協(xié)調(diào)度顯著領(lǐng)先中、西部地區(qū)，呈現(xiàn)從東部沿海地區(qū)向周邊省份發(fā)展的時空規(guī)律。

(3) 預(yù)測結(jié)果顯示，2018—2022年省際3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度仍呈上升趨勢，除寧夏外其他地區(qū)均在初級協(xié)調(diào)之上，但西部地區(qū)發(fā)展緩慢，省際之間差距依然明顯。

3.2 建 議

各省份在探索3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展時，應(yīng)結(jié)合省份發(fā)展情況及優(yōu)勢，縮小地區(qū)間差異，有效提升中國3E系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度水平。東部地區(qū)應(yīng)依托雄厚經(jīng)濟(jì)實力，發(fā)揮比較優(yōu)勢，強化技術(shù)創(chuàng)新，帶動能源高效利用，推動集約型經(jīng)濟(jì)發(fā)展；中部地區(qū)應(yīng)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，淘汰落后產(chǎn)能，將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，擺脫粗放式發(fā)展模式；西部地區(qū)在追求經(jīng)濟(jì)增長的同時應(yīng)堅持綠色發(fā)展導(dǎo)向，特別是寧夏、新疆等生態(tài)脆弱、經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)，發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時，應(yīng)加大環(huán)境保護(hù)力度。