中國省際能源利用-經濟發展-環境保護系統的時空耦合協調度分析*

羅福周 張諾楠

(西安建筑科技大學管理學院，陜西 西安 710055)

2000年以來，中國在經濟高速增長的同時也付出了高昂的資源與環境成本。隨著后工業時期的到來，前期“高投入、高污染、高耗能”的粗放式發展導致各省份能源、經濟與環境系統間的矛盾日益顯現，成為制約中國經濟增長的瓶頸之一。因此實現能源利用-經濟發展-環境保護(3E)系統的協調發展是中國實現可持續發展的突破口。以能源效率為切入點準確把握中國省域間3E系統耦合協調水平現狀及時空演變趨勢是實現3E系統協調發展的重要前提。

能源效率根據是否考慮污染物等非期望產出分為兩類，其中考慮非期望產出的能源效率更接近真實值[1]。常用測度方法有數據包絡分析(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越性。因此本研究采用Super-SBM模型測度考慮非期望產出的能源效率。

關于3E系統耦合協調度的研究多針對能源、經濟、環境的總量指標體系[5-6]，缺少對能源效率指標的測算，而多重指標綜合測度的效率指標更易全面真實地反映能源系統的內部狀態[7]；此外，3E系統間耦合度只表示子系統間相互作用程度，無法反映子系統間耦合協調水平的高低[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(由于數據可獲取性等原因，西藏、香港、澳門、臺灣未納入統計)的能源效率為基礎構建能源利用評價系統，并選取多項綜合指標表征經濟發展與環境保護系統，探討30個省份2000—2017年3E系統耦合協調度的時空演變特征。運用灰色GM(1,1)模型對2018—2022年30個省份3E系統耦合協調度進行預測，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模不變時考慮非期望產出的能源效率。當能源效率≥1時，決策單元相對有效，表示投入不變，縮減產出或產出不變、增加投入，都可達到有效狀態；當能源效率<1時，決策單元無效。為進一步衡量省際技術進步與規模經濟水平，將能源效率分解為技術效率與規模效率[10]。技術效率表示地區技術進步水平，規模效率表示規模經濟情況。當技術效率≥1，規模效率<1時，表明該地區技術水平較高，但尚未實現規模經濟；當技術效率<1，規模效率≥1時，表明雖實現了規模經濟，但技術水平較為落后。規模報酬表示地區要素投入變化時產生的產出變化，規模報酬遞減時表明地區處于收益遞減階段，要素增加比例大于產出增加比例，規模報酬遞增時表明地區處于收益遞增階段，要素增加比例小于產出增加比例。

根據TONE[11]提出的包含壞產出的Super-SBM模型，以能源、資本、勞動力作為投入指標，各省份生產總值、污染物排放作為產出指標，在MAXDEA 7.9 Ultra軟件中計算2000—2017年30個省份的能源效率。能源投入指標選取各省一次能源消耗，數據源于中國統計年鑒；資本投入指標選取各省資本存量，參考文獻[12]中的永續盤存法，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，數據源于中國統計年鑒及各省統計年鑒；勞動力投入指標選取當年就業人數，數據來源于中國統計年鑒；期望產出指標選取各省國內生產總值(GDP)，GDP以2000年為基期的實際GDP折算，數據源于中國統計年鑒；非期望產出指標選取CO2、SO2和COD等污染物排放量，根據聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)2006年提出的折減系數，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排放量數據均源于中國能源統計年鑒。

1.2 3E系統的表征

基于3E系統間的作用機理，參考MA等[13]的研究，結合省際間經濟發展差異與能源使用特征選取評價指標。能源利用方面，從能源效能及能源現狀出發選取7個指標測算能源利用綜合指數；經濟發展方面，從經濟規模和經濟增長潛力出發選取8個指標測算經濟發展綜合指數；環境保護方面，從環境污染與環境治理出發選取8個指標測算環境系統綜合指數。采用線性內插法補齊缺失數據，采用極差標準化無量綱化處理三級指標，采用變異系數法計算各指標權重，3E系統綜合評價指標體系見表1。

表1 3E系統綜合評價指標

1.3 耦合協調關系

耦合度僅描述系統間相互作用程度，無法表示系統間耦合協調水平高低，因此在廖重斌[14]二元系統耦合度模型的基礎上，構建三元系統耦合協調模型(見式(1)至式(3))，分析3E系統是否健康可持續發展。

(1)

(2)

T=αX×βY×γZ

(3)

式中：D為耦合協調度；C為耦合度；T為綜合協調指數；X、Y、Z分別為能源、經濟、環境系統綜合評價值；α、β、γ分別為能源、經濟、環境系統的待定系數，因3個系統同等重要，取α=β=γ=1/3。

參考文獻[15]，耦合協調度劃分標準見表2。

表2 耦合協調度劃分標準及類型

1.4 灰色預測

基于灰色GM(1,1)模型，借助Matlab軟件，用數列預測對2018—2022年中國省際3E系統耦合協調度進行預測。

2 實證分析

2.1 省際能源效率時空演變分析

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

表3 2000、2014、2017年省際能源效率測算結果

圖1 2000—2017年中國省際能源效率及分解指數變化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。從指數分解層面上看，規模效率始終高于0.8，而技術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效率波動。技術效率波動的原因為:2000—2014年中國經濟高速增長，能源密集型產業飛速發展，但此類產業節能減排技術落后、設備陳舊、管理效率低下，導致技術效率呈下降趨勢，而十八大提出“五位一體建設”后，中國大力開展生態文明建設，引進綠色產業，研發節能減排技術，2014年后各省份生態文明建設成果逐步顯現，技術效率由降轉升。從規模報酬角度看，規模報酬遞增省份個數明顯多于規模報酬遞減省份個數，表明中國多數省份仍處于收益遞增階段，產出增長空間較大，可通過合理增加能源投入規模提升能源效率，但受要素邊際報酬遞減規律制約，越來越多的省份無法僅依靠要素增加維持經濟增長，應優化能源結構，促進經濟集約型增長。

由表4可見，中國三大區域的能源效率呈現東部、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；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達地區。從指數分解層面看，2017年東部地區技術效率維持在0.8以上，而中、西部地區低于0.5。東部地區依靠自身經濟實力與地理位置，調整產業結構，淘汰耗能污染型企業，引進清潔型企業，發展節能減排技術，使技術效率水平處于高位；而中、西部地區為進一步發展經濟放寬高能耗、高污染項目的準入條件，導致技術效率持續低下。從規模報酬角度看，東部地區規模報酬遞減省份遠多于中西部地區，已進入規模報酬遞減階段，經濟增長向集約型發展；中部地區規模報酬遞減省份逐年增多，應減少投入水平冗余量，轉變要素型增長模式。但西部地區僅四川為規模報酬遞減，經濟發展仍需依靠增加投入。

表4 2000、2014、2017年不同區域的能源效率

2.2 3E系統耦合協調度時空演變分析

2000—2017年30個省份3E系統耦合協調度結果見表5。

表5 省際3E系統耦合協調度計算結果

由表5可見，全國2000—2017年3E系統耦合協調度均值由0.483升至0.672，由瀕臨失調衰退升至初級協調發展，表明研究期內中國優化產業結構、加快經濟轉型、加強生態保護成效顯著。

從三大區域看，2000—2017年東、中、西部3E系統耦合協調度由0.550、0.456、0.448上升為0.735、0.650、0.626，呈東、中、西遞減的空間規律。其中中、西部地區低于全國均值，與東部地區差距明顯，但中部地區資源豐富，隨生產要素投入增加，經濟崛起，耦合協調度增速最快；西部地區能源利用率低，經濟基礎薄弱，生態環境脆弱，耦合協調度增速最慢；東部地區耦合協調度最高，率先實現中級協調發展。

2000年、2017年全國省際3E系統耦合協調度分級情況見表6。從時空演變看，2000—2017年省際3E系統耦合協調度空間上呈由東部沿海地區向周邊省份發展的時空規律。北京、上海依靠區位優勢與資本積累，以高新技術產業為動力發展知識經濟，領先由初級協調發展為良好協調，并通過經濟外溢與技術輻射帶動周邊天津及江蘇等沿海城市由勉強協調發展為中級協調；東部沿海地區外圍城市河北、安徽等由瀕臨失調發展為初級協調；而山西、內蒙古、黑龍江等省份資源密集型產業較多，距東部沿海區域較遠，經濟外溢與技術輻射效應較小，僅發展為勉強協調。

表6 2000、2017年省際3E系統耦合協調度分級

2.3 預測分析

2018—2022年全國省際3E系統耦合協調度的預測結果見表7。預測結果各省份均方差比重<0.35，小誤差概率>0.95，預測精度為一級，結果可信。

由表7可見，各省2018—2022年3E系統的耦合協調度延續2000—2017年的上升趨勢，總體從初級協調上升為中級協調發展，其中上海率先實現優質協調發展，北京、天津、浙江、廣東、江蘇等發展為良好協調；山西、內蒙古、黑龍江、貴州、云南、甘肅、新疆等僅發展為初級協調；寧夏發展速度最慢，依然為勉強協調。西部地區增速較慢，省際間耦合協調度差距依然明顯。

表7 省際3E系統耦合協調發展預測

3 結論及建議

3.1 結 論

(1) 研究期內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、新疆等西部欠發達地區能源效率最低。

(2) 研究期內全國省際3E系統的耦合協調度呈穩定上升趨勢，由瀕臨失調衰退升至初級協調發展。東部地區耦合協調度顯著領先中、西部地區，呈現從東部沿海地區向周邊省份發展的時空規律。

(3) 預測結果顯示，2018—2022年省際3E系統耦合協調度仍呈上升趨勢，除寧夏外其他地區均在初級協調之上，但西部地區發展緩慢，省際之間差距依然明顯。

3.2 建 議

各省份在探索3E系統耦合協調發展時，應結合省份發展情況及優勢，縮小地區間差異，有效提升中國3E系統耦合協調度水平。東部地區應依托雄厚經濟實力，發揮比較優勢，強化技術創新，帶動能源高效利用，推動集約型經濟發展；中部地區應調整產業結構，淘汰落后產能，將資源優勢轉化為經濟優勢，擺脫粗放式發展模式；西部地區在追求經濟增長的同時應堅持綠色發展導向，特別是寧夏、新疆等生態脆弱、經濟落后地區，發展經濟的同時，應加大環境保護力度。