基于生態理論的能源經濟復雜系統協調度研究

□郭金童 [武漢大學 武漢 430072]

□趙光明 [北京大學 北京 100045]

基于生態理論的能源經濟復雜系統協調度研究

□郭金童 [武漢大學 武漢 430072]

□趙光明 [北京大學 北京 100045]

隨著社會的進步，能源與經濟發展、生態環境等問題越來越密切相關。本文從復雜系統的角度出發，建立了基于生態理論的我國能源經濟復雜系統協調發展模型，該模型涵蓋了可持續發展及循環經濟的理念，并對我國二十年來的能源經濟復雜系統協調度進行了實證研究。結果表明，在我國的能源經濟復雜系統走向有序化的進程中，環境保護問題出現了波動和倒退，這為后續政策的制定提供了可靠的依據。

生態理論; 復雜系統; 協調度

引言

在2008年全球經濟危機的背景下，我國先后推出了四萬億的經濟刺激計劃、十大產業振興規劃等方針政策，從目前取得的成績來看，2009年上半年我國的GDP增長已經達到了7.1%，其中二季度增長為7.9%，我國經濟復蘇的勢頭已經基本確立，而且全年的經濟增長很有可能將超過8%的既定目標。但是，我國這一輪的經濟復蘇依然是典型的以加大基礎設施建設投入為主的投資拉動型復蘇模式。通過對數據進行比較可以看出，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%。盡管我國早已經認識到傳統的經濟增長模式不可持續，但在經濟危機背景下，這又將是一輪以重化工業為主的新的經濟發展周期，而這種情況下的增長勢必將進一步導致礦產能源的高消耗及環境的破壞，給我國的經濟發展帶來不協調的因素。因此，為了更好地建設可持續發展的和諧社會，就必須研究能源與經濟系統之間的協調發展機制，并深入探討其影響因素，這將對我國可持續發展的能源經濟戰略具有非常積極的現實意義。

一、我國能源經濟復雜系統協調發展模型的建立及構成分析

國內外學者在如何實現能源、環境、經濟之間的協調發展方面進行了大量的研究，主要成果包括Markal模型、多目標規劃模型、CEG模型、投入產出模型、系統動力學模型等[1-4]。而隨著生態理論在經濟學中的廣泛應用，結合生態學理論與可持續發展思想的研究方法為能源經濟系統的研究提供了新的思路和廣闊的發展空間。國內的張雷等最早用現代生態學和能源系統的觀點，提出了能源生態系統的理論[5-6]，其在研究中將能源生態系統劃分為三大子系統：內生系統、外生系統和共生系統，并在能源生態系統的基礎上進行了實證研究，為后續的能源生態研究奠定了良好的基礎。本研究以上述研究為基礎，將能源經濟復雜系統協調發展模型劃分為三大系統和一個約束，即內生能源生產系統、外生消費系統、共生治理系統和外界生態環境約束，圖1示意了所建立的模型。

（一）內生能源生產系統

內生能源生產系統是指包括一次能源開發及二次加工在內的各類能源產品的生產系統。現代內生能源生產系統目前正處于一個向多元化內生能源系統的轉變過程中，但是，受其他兩個系統中資本和技術積累要素的限制，這種多元化的轉變較為緩慢，礦物燃料依然占據現代能源的主導地位，各種可再生能源（如太陽能、風能、核能和潮汐能等）的大規模開發仍處在起步階段。

圖1 能源經濟復雜系統協調發展模型

（二）外生消費系統

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

（三）共生治理系統

共生治理系統是指維系和穩定其他兩大系統生存和發展空間為目的所建立的系統，其基本任務包括兩個方面。一方面是確保另兩個子系統的正常運行和效益發揮；另一方面是緩解乃至消除各個子系統發展過程中對外部生態環境約束的破壞效應。

（四）外界生態環境約束

環境約束與各子系統之間存在著協調和矛盾兩種關系：環境承載力的上升取決于環保投入和環境改造技術水平，從這方面看，經濟發展可以提高生產系統與消費系統的水平，從而為環境改善和治理提供必要的資金和技術，這是協調的；但是經濟增長和消費水平提高會增加污染的排放，導致環境承載力下降，兩者又是有矛盾的。

二、我國能源經濟復雜系統協調發展的實證研究

（一）協調度基本理論及度量方法

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

1．確定各子系統有序度

對于子系統Si，[1,]il∈，設其發展過程中的序參變量為，其中 1n≥ ，是描述子系統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的有序度成正向相關關系，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的有序度成反向相關關系，該指標可以稱為費用型指標。因此可以定義子系統Si的序參量分量eik的有序度為：

式中：ikEI和ikEM 是子系統的第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，可以根據該子系統的發展趨勢或規劃目標選擇未來某規劃年的預測值或規劃值，也可利用時間序列回歸方程預測得到。

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

2．計算復合系統協調度

給定初始時刻t0，為各子系統序參量的系統有序度，其中定義下式為復合系統協調度：

（二）指標體系的建立及數據樣本的選取

根據針對性、簡明性、區域性、動態與靜態相結合的原則，本文“能源―經濟”系統的序參量選擇為如下種類，如表1所示[7]。考慮數據的可得性及權威性等原因，本文將對我國1987～2006年能源―經濟復雜系統的協調度進行實證研究。本文的數據來源于《中國統計年鑒》、《中國能源統計年鑒》及《中國統計摘要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《中國能源藍皮書》、《中國經濟藍皮書》對我國2020年經濟指標預測值整理所得。

表1 能源經濟復雜系統序參量指標體系及指標上下限

三、能源經濟復雜系統協調度實證分析結果

（一）子系統序參量有序度計算結果

將各個指標的數據代入公式（1），計算得到的三個子系統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據，由表2的計算結果可以看出，在能源生產這個子系統中，我國的石油生產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石油資源的潛力；煤炭生產的有序度在2001年前后經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經歷了較大的變動和改革，如大量關閉小煤窯和煤炭價格逐漸放開等；能耗水平的有序度在2001年以后也出現了有序度降低的現象，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的超速發展是緊密聯系在一起的。

表2 內生能源生產系統序參量有序度計算結果

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

表3 外生消費系統序參量有序度計算結果

表4為共生治理系統序參量有序度計算結果，從表中可以看出，除了森林覆蓋率的有序度呈現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展，這表明我國的環境保護工作仍然需要加大治理力度，避免出現污染加重的趨勢。

表4 共生治理系統序參量有序度計算結果

（二）子系統有序度計算結果

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

圖2 三個子系統有序度結果

（三）復雜系統協調度計算結果

選取系統初期1987年的協調度為基準，將“能源―經濟”協調發展復雜系統協調度作為中間變量，利用公式（3）進行計算可得該復雜系統綜合協調度，結果如圖3所示。從圖3中可以看出，系統的綜合協調度呈現了由無序到有序的總體走勢，這表明這一階段的發展還是體現了可持續及和諧發展的特點。但是通過前面的分析可以知道，內生能源生產子系統和外生消費系統對整個子系統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的有序度降低對整個復雜系統的負面影響。由此可見，能源經濟復雜系統中三者之間存在不協調的現象，有必要采取繼續保持經濟的快速增長、調整產業和行業結構、避免產能過剩、降低環境污染、促進技術進步等措施以確保系統整體的可持續發展。

圖3 復雜系統協調度計算結果

四、結論

本文從生態學的角度出發建立了我國的能源經濟復雜系統模型，分析了模型的基本構成要素，并利用復雜系統協調度理論定量研究了我國能源經濟復雜系統的協調度。分析結果表明，我國能源經濟系統的協調度整體上是逐漸由不協調向協調方向發展的，但是需要注意在能源開發利用過程中尤其要加大環境保護的力度，避免子系統在有序化的過程中出現波動和倒退的現象。因此，我國必須要繼續深入強化可持續發展的能源政策，否則就可能對國家的經濟、環境、安全等方面產生重大的影響。

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[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. 區域發展中的能源-經濟-環境復雜系統[J]. 天津大學學報（社會科學版），2005,(5)：362-365.

[5] 張雷，能源生態系統發育——兼論西部能源資源開發[J]. 自然資源學報，2006,(2)：188-195.

[6] 謝輝，張雷. 能源生態系統建設問題探討[J]. 遼寧工程技術大學學報，2004,(4)：573-576.

[7] 續競秦，呂永成. 廣西“經濟-能源-環境”復合系統協調度實證分析[J]. 廣西社會科學，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，武漢大學經濟與管理學院博士后流動站暨中國華融資產管理公司博士后工作站；趙光明（1975 ?）男，博士后，北京大學經濟與管理學院博士后流動站.