關于能源-經濟-環境耦合協調發展評價
——以近15 年的福建省為例

陳柔昀 王 珊 王智苑 劉金福

本文以福建省為研究對象，以能源、經濟和環境三者間關系為研究重點構建能源—經濟—環境（3E）系統綜合評價指標體系，運用熵值法對福建省2005-2020 年可持續發展情況進行綜合評價，并對三者間耦合關系進行定量分析。研究結果表明：15 年來福建省能源、經濟和環境各子系統發展水平穩步上升，3E 系統綜合發展趨勢良好；能源、經濟和環境子系統間耦合協調發展態勢良好，呈現波動增長，但仍存在不平衡因素，表明福建省需進一步合理調整社會經濟結構，提高資源利用效率。

一、前言

近年來，我國經濟快速發展，能源消耗加劇，帶來的環境污染、資源過度消耗等問題又制約著經濟的發展，能源、經濟和環境間矛盾日益突出，為社會及環境帶來嚴重的發展問題，如水資源的稀缺和污染、化石資源的枯竭、生態環境的惡化以及社會與經濟發展之間的不平衡。能源可持續性是基礎，環境可持續性是條件，經濟可持續性是最終目標。能源、經濟和環境的協調發展至關重要。研究人員對3E 系統關注逐漸增多。

2016 年8 月，福建省成為全國首個國家生態文明試驗區。為了深入貫徹黨中央提出的要實現碳達峰碳中和戰略目標，福建省多舉措推進生態省建設。作為中國沿海經濟區域重要組成部分，在經濟發展的驅動下，福建省能源供需缺口日益增大，能源供給率從2005 年的43.25%持續下降，到2020 年降為28.75%，不到能源消費總量1/3。針對能源、經濟和環境間耦合協調關系的研究，分析3E 綜合發展水平的時間演變趨勢，在促進福建省能源、經濟和環境健康可持續發展方面具有重要意義。

二、數據來源

福建省位于我國東南沿海，陸地總面積12.4 萬平方千米，是歷史上和現代海上絲綢之路的起點，2019 年入選國家數字經濟發展試驗區。研究數據包含福建省能源、經濟、環境數據，收集福建省2005-2020 年數據作為研究對象。原始數據來源于《福建省環境統計公報》、《福建省統計年鑒》、《中國城鄉建設統計年鑒》。

三、研究方法

（一）能源、經濟、環境綜合評價指標體系

遵從指標構建整體性、全面性、科學性、可獲得性、代表性和層次性原則，在充分研究相關參考文獻基礎上設計指標體系。第一層次為目標層，即福建省能源-經濟-環境發展水平；第二層次為準則層，即能源子系統、經濟子系統、環境子系統三個準則層；第三層次為實施層。

通過熵值法計算出的福建省3E 系統綜合評價指標權，在能源子系統中，指標按權重大小排序，排名前三的分別是，能源生產總量>能源消費總量>煤炭消費占比，三個指標權重之和為38.254%，超過1/3，說明能源生產、消費總量以及煤炭消費在一定程度上決定能源子系統發展水平。在經濟子系統中，權重大小前三指標分別是第三產業占比>第二產業占比>固定資產投資總額，說明福建省經濟發展水平主要受第二、三產業的影響。在環境子系統中，森林覆蓋率權重最大，達到24.976%，接近1/4，其次是環境污染治理投資額和工業固體廢棄物綜合利用率，除工業廢氣排放量，其余指標權重均在10%以下。指標體系構建結果見表2-1。

表2-1 福建省能源-經濟-環境（3E 系統）發展評價指標體系

由于各個指標單位和量綱不一樣，無法直接進行比較。因此，采用極差標準化法進行標準化處理。將指標劃分為正向指標和負向指標。通過指標標準化處理后，所有指標評價方向處于相同方向，且單位相同。正指標公式見公式（2-1），逆指標公式見公式（2-2）。

式中，i 為年份，j 為指標，xij是原數據，max(xj)和min(xj)分別為第j個指標最大值和最小值，x'ij是標準化數據。

（二）熵值法

為避免評價指標體系主觀性較強的缺點，采用熵值法對福建省進行綜合評價。熵值法[5]評價計算過程如公式（3-3）至（3-6）所示：

式中，m、n 分別代表福建省樣本數據量和指標個數；i 為樣本數，j 為指標序號；x'ij是標準化數據；Hj代表第j 項信息熵；wj代表第j 項權重；Fi代表綜合得分水平。

（三）耦合協調度模型

為找到系統間內在關系，建立3E 系統及其子系統間的協調度[6]，對3 個子系統間協調度進行評價研究，公式如下：

式中，F1、F2、F3分別代表能源、經濟、環境的綜合效益，C 為省三個系統間的耦合度，D 為福建省三個系統間耦合協調度，T 為福建省3E 系統的綜合評價指數，α、β、δ 分別為各子系統的貢獻份額，由于能源、經濟、環境三者間耦合協調發展重要性相同，因此取α、β 和δ 的值相等，均為1/3。

四、結果與分析

（一）福建省能源-經濟-環境現狀分析

根據查詢2005-2021 年福建省統計年鑒，可知2005-2020 年福建省能源-經濟-環境現狀。

福建省能源總產量總體上呈現曲折上升的趨勢，年均增長率為6.2%。一次能源生產結構特征獨特，變化顯著。福建省生產的能源主要是由原煤和水電、風電、核電構成，2011 年福建省原煤產量占能源生產總量的66.8%，超過福建省能源總產量的2/3，2012 年后，原煤產量迅速下降，比例逐年降低，到2020 年，原煤僅占福建省能源總產量的12.2%。與原煤產量的占比減少相反，水電、風電、核電的迅速上升，到2020 年，水電、風電、核電產量占比達到福建省能源總產量的74.8%。

福建省經濟現狀。福建省GDP 總量逐年增長，2020年福建省GDP 總值43904 億元，相對于2005 年產值增長6.8 倍。從GDP 增速來看，GDP 總值增長率波動明顯，2010 年以來GDP 增速呈現明顯的下降趨勢，在2015-2020 年又呈現先上升后下降的倒“U”型趨勢。

福建省自然條件優越，森林和旅游資源豐富，連續42 年森林覆蓋率全國第一。但在目前發展模式下，福建省經濟的快速增長和能源消耗的不斷增加，加大環境污染，影響生態環境。

根據查詢福建省環境統計公報，2005-2020 年福建省廢水排放總量不斷上升，年均增長率為3.57%，廢水排放量的上升給水資源污染治理工作施加壓力。與此相反，2005-2020 年，福建省二氧化硫排放量和煙粉塵排放量顯著下降，年均降幅分別為7.27%和2.44%，說明福建省在控制大氣污染物排放方面取得一定成果，福建省空氣質量狀況持續保持優良狀態。

福建省2005-2020 年環境污染治理投資總額呈現曲折上升的趨勢，在2014-2016 年有大幅度下降，波動幅度較大。總體上來看，福建省環境污染投資和生態環境治理要求存在差距，且福建省環境污染治理投資總額占GDP 比重不斷下降，因此，應加大福建省的環境污染治理投資力度。

（二）福建省3E 系統綜合發展評價

運用熵值法計算權重加權得出2005-2020 年福建省能源-經濟-環境綜合發展水平如圖3-1 所示。2011 年以前3E 系統得分呈現總體正向波動趨勢，2007 年為得分最低點，經濟子系統的快速發展導致能源和環境兩個子系統被牽制，總體效益出現不平穩狀態。2011 年后經濟發展進入新常態，環境可持續發展、新能源等相關政策的出臺較好的改善了社會經濟發展與能源環境之間的矛盾，以經濟增速放緩換來社會能源-經濟-環境綜合系統水平的穩步上升，2005 年-2020 年福建省綜合評價結果總體上呈現不斷上升趨勢，發展前景好。

圖3-1 福建省能源-經濟-環境綜合得分和子系統得分Fig.3-1 Fujian Province Energy-Economy-Environment Comprehensive score and Subsystem Score

從能源子系統來看，2005-2020 年能源子系統綜合得分趨勢變化不穩定，時高時低，總體增長不明顯，且在三個子系統中的得分比重不斷下降，2012 年開始，能源子系統得分占比最低，說明隨著社會經濟的發展，福建省對于能源資源的合理開發利用不足。

從環境子系統來看，2005-2020 年環境子系統整體發展水平不斷提高，呈現倒“U”型變化趨勢，說明福建省環境發展水平具有不穩定、曲折上升的特點，從2012 年開始綜合得分超過能源子系統，2012-2016 年福建省環境發展水平位于領先地位。對環境子系統影響最大的是森林覆蓋率，福建省森林覆蓋率逐年提升，2013 年以來森林覆蓋率超過65%。

（三）耦合協調發展水平分析

根據3E 系統指標數據及熵值法計算出的指標權重，利用耦合協調度公式計算得到2005-2020 年福建省3E 系統及其子系統間發展耦合協調度，見圖3-2。

圖3-2 福建省3E 系統協調發展水平Fig.3-2 The coordinated developmentlevel of the 3 Esystemin Fujian Province

如圖所示，2005-2020 年能源與經濟子系統協調發展水平逐年遞增，波動幅度變化不明顯；能源與環境子系統協調發展水平總體上呈現先上升后下降的倒“U”型變化趨勢；環境與經濟子系統在2005-2012 年，協調發展水平逐年增加，在2013 年協調發展水平增幅較大，至2020 年基本處于領先地位。整體而言，3E 系統協調發展水平波動上升，整體發展趨勢良好。

采用通用系統協調等級對系統協調發展水平進行劃分，見表3-1。

表3-1 系統協調等級度量標準Tab.3-1 System coordination level metrics

福建省能源-經濟耦合協調度在2005-2020 年間耦合度呈現波動上升趨勢且波動幅度較大。2005-2009 年能源與經濟協調發展水平處于“臨界協調”狀態，耦合協調度逐漸上升，從2010 年開始轉為“初級協調”，耦合協調度處于高水平穩定發展，2015 年轉為“中級協調”，且于2019 年后達到“良好協調”。

福建省能源-環境耦合協調度從2005 年的0.530 增至2020 年的0.798，增長50.566%，協調等級從“臨界協調”過渡到“中級協調”，耦合協調度在2005-2012 年間均保持領先水平。這表明隨著能源發展水平不斷提高，環境質量也保持良好發展，能源與環境之間耦合協調關系越來越協調。

環境-經濟耦合協調度呈線性上升趨勢，至2020 年增長為2005 年的兩倍。但2005-2008 年間環境與經濟協調等級處于“瀕臨失調”狀態，耦合協調度低于其余兩個子系統。2009 年轉為“臨界協調”。2012 年起環境與經濟耦合協調度增長迅速，2017 年起保持領先水平。

2005-2020 年，福建省3E 系統整體耦合協調發展水平均高于子系統，年均值0.764，耦合協調度呈現波動上升趨勢，且增長迅速，2013 年由“初級協調”轉為“良好協調”狀態，2020 年耦合協調度與2005 年相比增長44.895%。根據協調度趨勢特征，大致可分為2005-2011年和2012-2020 年兩個階段。階段一（2005-2011 年），系統協調度整體呈現緩慢上升趨勢，其間多次出現上下波動，協調度的波動代表子系統間相互依賴程度的變動，這表明3E 系統內部子系統出現失衡現象，此階段所產生的波動恰好印證了21 世紀初期我國經濟飛速發展伴隨能源和環境的大量犧牲。階段二（2012-2020 年），系統協調度波動減少，呈現穩步上升趨勢，此階段的變化說明2012 年后經濟增長沖破以能源消耗和環境破壞為代價的模式，在未來還有較大上升空間。

五、結論與建議

本研究以福建省為研究對象，收集2005-2020 年間福建省能源-經濟-環境數據，構建福建省3E 系統評價體系。運用熵值法對福建省3E 系統耦合協調性進行評價，得到如下結論：一是能源、經濟和環境各子系統發展態勢良好。經濟、環境子系統穩步上升，能源子系統得分比重不斷下降，意味著福建省正由傳統經濟結構轉向新形勢轉變。二是能源、經濟和環境系統耦合協調度不斷提升，還具上升空間。能源-環境、經濟-環境子系統系統協調發展水平呈波動上升，能源-經濟變化不明顯，整體而言三個子系統相互影響支撐。

結合數據分析福建省能源-經濟-環境當前現狀，建議如下：一是轉變高耗能產業經營模式，降低環境污染與能源短缺對經濟約束。粗放式經濟增長模式是造成環境污染和能源消費量快速增加原因之一，減少環境污染和增加福建省能源供給能減小能源外省調入量，率促進濟增長。二是增加能源生產和環境保護的投資。2012年以來，水風核電占福建能源生產主體地位，但福建省能源消費仍依賴煤，加大對新能源研發和生產投資，可以加快構建清潔低碳、安全高效的現代能源體，改善福建省能源消費結構。三是加快數字經濟高質量發展，加快建設數字經濟“人才高地”。福建地處東南沿海，地理位置優越，充分利用海外技術、人才等資源，發展節能技術，制定相應地優惠政策發展高新技術產業，鞏固拓展人才集聚“虹吸效應”，圍繞做大做強戰略性新興產業聚才。