海上風電綠色發展的評價及實現路徑
——基于DPSIR 模型

章 蒙，管紅波

（上海海洋大學經濟管理學院，上海 200120）

隨著能源危機、環境污染和氣候變化等人類共同難題的日益突出，大力發展可再生能源成為一項全球性的能源革命。海上風電是優質的可再生能源，其利用海洋上空的風能轉化為電能，提供給陸上電網，供應電力。我國海上風電靠近東部電力負載重心，起步滯后，但發展迅速，2021 年中國占到全球新增海上風電容量的80%［1］。黨的二十大報告中強調要加快發展方式綠色轉型，加快推動能源結構調整優化［2］，進一步明確了新時代我國能源發展的方向，綠色發展已經成為社會發展的主旋律。海上風電作為優質新能源，其綠色發展水平的量化評估值得我們思考，因此，開展海上風電產業的綠色發展評價研究顯得尤為重要。

綠色發展的概念是伴隨著可持續發展思想推動下提出的，不斷增加可持續性是實現綠色發展的基本路徑［3］。綠色發展是在不損害資源承載力、環境承載力及人地協調的前提下，使經濟活動綠色化、生態化［4］。張旖琳等［5］認為綠色發展指在資源和環境的約束條件下，轉變發展的動力機制，從而達到經濟、社會和生態三者之間的協調與均衡。海上風電作為一種受制于海風資源與海洋環境來發展的產業，其評估及發展路徑引起學者們廣泛關注，烏云娜等［6］提出了基于灰色決策試驗與評價實驗室方法的海上風電障礙分析框架，確定了影響中國海上風電的四類障礙：經濟、技術、環境和社會政治障礙；何正霞等［7］利用SWOT 方法分析了中國海上風電行業的發展趨勢及影響其發展的內外部因素；趙東來［8］基于宏觀環境模型分析中國海上風電影響因素及存在問題。從風電消納與負荷增長、風電并網、海上風電與多能源系統協同優化和海上風電產業的綜合效益評價四個方面做了深入研究。劉秋華等［9］選取我國某個海上風電示范項目進行仿真模擬，構建指標評價體系，并與傳統的火力發電進行比較，得出海上風電節能減排的效益值遠大于火力發電的結論。

基于以上背景，本文以前人的研究為基礎，創新性地將考慮了人、環境、經濟變化的DPSIR 模型（Driving Force-Pressure-State-Impact-Response）應用于我國海上風電產業的綠色發展評估中，與其他模型相比，DPSIR 模型與綠色發展的概念更加契合，且擁有DPSIR五大維度的內部作用機制，可進行路徑分析。本文首先構建出海上風電產業綠色發展的評價指標體系，從5 個新的視角對綠色發展水平進行綜合評價；再根據五大維度的內部路徑分析結果，探討實現海上風電綠色發展的最優路徑。進而揭示海上風電產業綠色發展存在的突出問題并指出未來轉型方向，以期為更好地實現綠色發展提供決策依據。

1 海上風電產業發展現狀

我國東部沿海地區海岸線綿長。風能資源豐富，部分地區年平均風速每秒可達5 米，年風能有效數可達6 000 小時。海域寬廣、基礎設施少、臺風侵擾概率低。優越的地理條件給我國發展海上風電產業帶來了得天獨厚的優勢。發展海上風電產業靠近東部電力負載重心，就地消納方便，海上風電產業作為發展方式綠色轉型和新能源體系構建的契合點之一，是實現中國式現代化道路的必然選擇。海上風電作為一種綠色清潔能源，在生態效益、社會效益和經濟效益上都貢獻出自己的力量，為“十三五”期間的產業綠色發展作出重大貢獻。2021 年，國際可再生能源機構官網數據顯示我國海上風電累計裝機容量和排名均居全球首位，海上風電累計裝機容量26.39 GW，與2010 年相比，裝機容量增加了26.23 GW，裝機排名由全球第六躍升至第一，海上風電產業的發展獲得了顯著成就［10］。東部沿海地區是我國主要的電力負荷中心，2022 年夏季的持續高溫使得沿海區域實施階段性限電，為應對未來極端的氣候變化和電力短缺問題，大力發展海上風電是我國實現能源轉型的重要途徑。評估海上風電產業的綠色發展水平將為國家新能源產業結構的進一步優化，“雙碳”目標的落實以及電力供應的綠色可持續發展提供關鍵支持。

2 評價指標體系的構建

2.1 DPSIR 模型的適用性分析

1995 年歐洲環境署提出了DPSIR 模型，并將其定義為用來描述社會與環境相互作用的框架模型［11］。DPSIR 模型包含五大要素，驅動力代表使環境發生變化的潛在因子，它們塑造了需求和消費模式。一般選取社會、經濟和制度的變化指標；壓力為人類活動對生態環境的影響，是生態環境的直接壓力因子，一般選取與人類具體活動相關的指標；狀態為在壓力作用下生態環境所展現的現狀；影響為生態環境、社會環境于前3 個要素作用下的反饋變化；響應為社會和政府為預防、減輕環境破壞而采取的舉措。且DPSIR 五大維度內部之間互相影響。

DPSIR 模型的5 個要素涵蓋人類社會與自然環境的多個層面，由該模型建立的指標體系更能體現綠色發展的思想，適合計算綠色發展指數。本文針對海上風電產業的綠色發展水平進行評價，這一問題涉及到該產業的需求量、經濟發展狀況、污染氣體減排量及海洋環境保護情況等多個方面，可基于DPSIR 模型歸屬于五大準則層。故本文結合DPSIR模型的定義與實際［12］，選取21 個指標，依據傳統的DPSIR 框架（見圖1）構建了“D-P-S-I”的作用路徑。創新性地將代表了政府政策的響應R單獨作為調節變量，探究其對“D-P”“P-S”“S-I”這三條路徑的調節作用。

圖1 DPSIR 框架

2.2 數據來源與指標選取

本文原始數據來源于2007—2021 年的《中國電力統計年鑒》《中國統計年鑒》《中國海洋經濟統計公報》《全球可再生能源成本》《中國環境統計年鑒》《電力工業統計資料匯編》《中國可再生能源發展報告》等。其中，海上風電二氧化碳減排量的測度借鑒吳漢棟等［13］研究的IPCC 清單法計算；二氧化硫及氮氧化物減排量的測度參考了汪斌等［14］研究的燃煤發電機組的二氧化硫及氮氧化物的排放系數進行計算。

本文從DPSIR 模型框架和綠色發展的內涵出發，按照科學性、全面性、可操作性以及數據可獲得性的選取原則［15］，參考綠色發展評價指標構建已有研究成果［16］，結合海上風電產業發展的實際情況，選取21 個指標以構建中國海上風電產業綠色發展的評價指標體系（見表1）。

表1 海上風電產業綠色發展水平評價指標體系

首先，按照DPSIR 模型構建驅動力、壓力、狀態、影響及響應5 個準則層，驅動力是海上風電產業綠色發展的需求端，是促使產業發展的動力，選取了人均地區生產總值（GDP）、人均用電量、人均可支配收入及海洋電力業GDP 4 個指標。壓力是當今海上風電產業綠色發展的制約因素，本文結合當下海上風電產業發展的瓶頸及現狀選取了海上風電單位造價成本、平準化度電成本及工業廢水直排量3 個負向指標［17］，選取上網電價這一正向指標劃分到壓力層是因為自2022 年開始，海上風電的上網電價不再執行標桿電價，而是執行指導價格，逐漸邁入市場競爭化階段。上網電價越低，補貼減少，廠商裝機的驅動力不足，一定程度上阻礙了產業的綠色發展，故作為限制性因素。狀態準則層考慮了海上風電產業所處的自然環境狀態及產業發展狀況。分別是優良海域面積占比、海上風電裝機容量、風電平均利用小時數及海上風電機組平均單機容量。影響準則層選取了海上風電產業對于環境、社會及經濟的影響指標，即涉海就業崗位、二氧化碳減排量、二氧化硫減排量［18］、氮氧化物減排量及海上風電發電量。“響應”指人類為預防、減輕或消除負面影響而采取的相關舉措，會反過來對前4 個要素的變化趨勢產生一定影響。主要體現在政府為促進海上風電產業的綠色發展水平上升而采取的一系列應對措施，本文選取如下指標：研究與試驗發展(R&D)經費投入強度、財政支出—環境保護支出、海上風電專利公開數量及立案查處環境違法案件。

2.3 數據預處理及指標權重確定

2.3.1 指標標準化

因各類評價指標不具有統一量綱和單位，無法直接進行比較，本文采用極差法標準化處理方法進行指標的無量綱化處理，其標準化如公式（1）-（2）所示。

2.3.2 利用熵權法確定各項指標權重

權重是相對概念，用以權衡某一指標在整個評價體系中的重要程度。熵權法是一種客觀賦權法，根據評價指標的數據構造判斷矩陣來計算熵值，最大程度地降低人的主觀性［20］。熵值越大，表示數據越是雜亂無章，所包含的信息就越少，效用就越小，因此給出的權重也就越低；相反，較低的熵，則攜帶較多的信息并賦予較高的權重。熵權法計算步驟為：

首先，計算第j個指標下第i個樣本占該指標的比重如公式（3）所示。

其中n為樣本數，m為指標數。

其次，計算第j項指標的熵值如公式（4）所示。

再次，計算第j項指標的差異性系數如公式（5）所示。

最后，計算各項指標的權重如公式（6）所示。

2.4 貢獻度模型

為進一步探究海上風電綠色發展的準則層對目標層的影響，本文引入貢獻度模型識別準則層指標對海上風電綠色發展水平的作用程度［21］。

第i年第m個準則層貢獻度Cim的計算公式（7）所示。

其中，Mim為第i年第m個準則層中各項指標標準化值與指標權重的乘積之和；h為準則層的數量；n為指標體系中指標的數量 ；為第i年第j項指標的標準化值 ；Ej為第j項指標的權重。

3 海上風電產業綠色發展的實證評價

根據統計的數據及計算得到的指標的權重，計算第j年海上風電產業綠色發展水平值Sj，計算公式（8）所示。

Sj取值范圍為［0，1］，分值越接近1，則表明海上風電產業綠色發展水平越高，反之則綠色發展水平越低。根據Sj 取值范圍確定綠色發展水平等級（見表2）。

表2 海上風電產業綠色發展水平等級

本文依據中國2007—2021 年的21 個指標數據，按照熵值法對其賦予權重，根據綠色發展水平計算公式，得到中國2007—2021 年度的海上風電產業綠色發展水平評價結果，如圖2 所示。

圖2 海上風電產業綠色發展評價值

由表1、圖2 可知，指標層中海上風電累計裝機容量、海上風電發電量權重賦值分別為0.113 2 和0.097 7，對目標層綠色發展水平值影響較大。我國海上風電的綠色發展水平自2007 年至2021 年經歷了快速增長的階段，從0.009 4 躍升至0.958 9，綠色發展等級由低升到高，年均增長率達36.12%。2007 至2021 年科技創新促使風機單機容量不斷擴大；良好的營商環境與優越的海風資源吸引廠商投資海上風電項目，裝機容量迅速增加。高水平的綠色發展離不開中央對海上風電產業政策的大力支持［22］、我國東部沿海優越的地理環境及海上風電廠商的支持。

而2020 年至2021 年綠色發展水平值陡然升高，由0.705 陡升至0.958 9。主要歸因于海上風電廠商的裝機潮，爭相在中央政府取消海上風電補貼之前進行大規模裝機，裝機容量大幅增加，發電量多，碳減排強度大，綠色發展水平高。自2022 年1 月1日起中央財政不再對新建海上風電項目進行補貼，2022 年之后的海上風電產業如何在無補貼時代實現高質量綠色發展成為亟待解決的重要問題，建立綠色發展指標評價體系利于海上風電產業后續發展的政策導向的設計。

依據貢獻度模型得到 2007—2021 年我國海上風電綠色發展評價體系中五大準則層的貢獻度，其變化趨勢如圖3 所示。驅動力D準則層的貢獻度自2007—2021 年呈現先升后降的趨勢，我國海上風電產業起步晚，由人民的用電量、收入及海洋電力業GDP 形成強力需求促使海上風電起步時期（2007—2014 年）獲得綠色發展，驅動力功不可沒。2015 年之后驅動力D讓位于影響I和狀態S，貢獻度較小。

圖3 海上風電準則層綠色發展各維度貢獻率

壓力P準則層貢獻度不斷下降，得益于我國政府的產業政策支持及技術進步，綠色發展遇到的阻力不斷減少。主要影響指標為不斷下降的海上風電單位造價成本、海上風電平準化度電成本及不斷減排的工業廢水。

狀態S準則層的貢獻度自2010 年開始一直比較平穩，是海上風電產業綠色發展的穩定要素。2007—2009 年的產生較高貢獻度是由于我國海上風電處于萌芽階段，各項技術、風機制造和產業規劃仍不成熟，綠色水平的評價多依賴于海上風電產業自身的狀態，即海上風電裝機容量、風電機組平均單機容量等指標。但2010 年后東海大橋海上風電項目的并網標志我國海上風電產業正式拉開帷幕，自此狀態S讓步于影響層影響I，一直處于穩定水平。

影響I準則層自2007 年開始，對我國海上風電綠色發展水平的貢獻度不斷上升，2021 年貢獻度攀升至42.97%，處于五大準則層的主導地位。該項準則層準確地體現了綠色含義，涉及到了碳減排量、二氧化硫減排量及氮氧化合物減排量指標。受益于政府政策支持、發展海上風電的能源轉型的政策導向及風電廠商的努力，海上風電發電量在我國風電發電量中占比逐漸增高，非化石能源發電使得我國燃煤量減少，二氧化碳排放減少，二氧化硫減少，氮氧化合物減少。實現了高質量綠色發展，為我國實現能源轉型及綠色經濟做出突出貢獻。

響應R準則層的貢獻度2021 年占比達14.07%，落后于影響I與狀態S，未來的貢獻度有較大進步空間。響應是政府為了提升綠色發展水平而對海上風電產業所采取的一系列措施，這一時期我國在節能環保以及海上風電電源基礎建設的預算資金支出大幅增加，打擊環境違法行為的力度增大，環境違法查處件數增加。我國海上風電專利公開數量及研發投入強度逐年增長。以上措施在維護海岸帶生態環境、保持良好的海上風電建設質量及科技助力產業增長上產生了顯著效果。

4 海上風電產業綠色發展的路徑分析

結構方程模型是以偏最小二乘分析法（PLS）為基礎，可以處理多變量復雜關系的建模工具，它將方差分析、回歸分析、路徑分析等多種方法結合起來，可以對 DPSIR 五大變量之間的因果關系以及多因素間的內在邏輯關系進行很好的解釋。為此，本文擬構建結構方程模型來探究海上風電綠色發展的內部作用路徑。

4.1 提出假設與模型構建

首先依據上文設置的DPSIR 框架提出假設：H1驅動力D對壓力P產生負向作用；H2壓力P對狀態S產生負向作用；H3狀態S對影響I產生正向作用；H4響應R對驅動力D影響壓力P存在著正向調節作用；H5響應R對壓力P影響狀態S存在著負向調節作用；H6響應R對驅動力狀態S對影響I存在著正向調節作用。接下來構建本文的PLS 結構方程模型，該模型分為測量模型與結構模型兩部分。測量模型用于描述顯變量對潛變量的解釋關系。如式（9）所示。

該式中yi代表D、P、S、I、R，為潛變量。Xji是顯變量，代表組成D、P、S、I、R顯變量的各項指標。λ為顯變量對潛變量的因子載荷系數，反映顯變量和潛變量之間存在的關系；ε為誤差修正項。

結構模型是構建各潛變量之間的關系，如式（10）所示。

該式中，yi和yj是兩個不同的潛變量，βij是yj對yi的路徑作用系數，表示不同潛變量之間的相互作用關系，即D、P、S、I、R不同的潛變量可能存在的內部勾稽關系；θ為結構模型的誤差修正項。

4.2 路徑分析的實證結果

4.2.1 信度與效度檢驗

為了判斷模型設計是否合理可靠，第一步需要進行DPSIR 5 個潛變量的信度和效度檢驗。信度檢驗通常以內部一致性水平為檢驗標準，并以此判斷檢驗結果是否具有可靠性,常用指標有Cronbach Alpha 值（CA 值）和Composite reliability（CR 值），效度是指對數據的匹配性進行評價。本文建立的海上風電產業綠色發展指標體系的檢驗結果見表3。

表3 信度與效度檢驗

驅動力D、壓力P、狀態S、影響I的R2值都大于0.9，表明潛變量對內部模型解釋的程度高達90%以上，擬合度高。（響應指標作為調節變量不存在R2值）。五大潛變量DPSIR 的CA 值、CR 值都超過了0.9，表明數據具備良好的一致性；AVE 值反映了模型的聚合效度，表明潛變量對應的顯變量對該潛變量的平均差異的解釋能力，表中的潛變量的AVE 值均超過了0.8，因此各顯變量均能夠較好地解釋潛變量。表3 表明本文選取的樣本數據通過了信度與效度檢驗，穩定性和數據匹配性較強，可進行下一步的路徑分析。

4.2.2 路徑分析

如圖4 所示，本文利用SmartPLS 4.0 對DPSIR結構方程模型進行路徑分析，得出各環節的路徑系數、調節系數及因子載荷系數。因子載荷系數表示顯變量對潛變量的解釋能力，當絕對值大于0.7 時可信度較高。圖4 中所有顯變量的因子載荷系數都大于0.8，表明各顯變量均能夠在80%的置信水平上解釋潛變量，指標代表性較好。

圖4 海上風電產業綠色發展結構方程模型分析結果

顯著性檢驗采用自助Bootstrapping 算法，選擇在1%、5%顯著性水平下進行5 000 次的重復抽樣，計算出各路徑系數及調節系數的標準差及P值，判斷各項系數的顯著程度，Bootstrapping檢驗結果見表4。

表4 海上風電產業綠色發展路徑系數、調節效應及Bootstrapping 檢驗

如圖4、表4 所示：（1）驅動力D對壓力P的路徑系數為-1.245，這反映了“驅動力—壓力”存在負向作用，壓力層選取的為阻礙海上風電綠色發展的指標，隨著2007 年至2021 年我國經濟、海洋電力業的高速發展，驅動力指標不斷上升，形成高需求。對于海上風電的負面阻礙因素有著負向作用，促使著海上風電產業持續的正向綠色發展。（2）而壓力P對狀態S的路徑系數為-1.055，這表明伴隨著壓力的不斷上升，海上風電的狀態會逐漸走向低迷，不斷上升的造價成本、平準化度電成本會增加產業鏈上中下游廠商的負擔，從而減少項目建設，導致海上風電目前所處的狀態惡化，如海上風電裝機容量減少、風電平均利用小時數減少。政府想要改善海上風電的狀態，需要從壓力指標入手。（3）狀態S對影響I的路徑系數為0.156，未通過顯著性檢驗，路徑系數不顯著。但是加入調節變量—響應R后，響應R對于“狀態—影響”的這一路徑的調節效應在1%的置信水平上是顯著的，說明通過單一的狀態S難以產生單向的正向路徑作用于影響I，需要加入響應R，即社會、政府等的響應措施，才能正向作用于DPSIR 模型的結果—影響I（最符合綠色發展概念的準則層）。（4）同時響應R對于“驅動力—壓力”“壓力—狀態”的路徑的調節效應也是顯著的，調節系數分別為0.150 與-0.242。其表示了響應R對“驅動力—壓力”的負向路徑是進一步增強的作用，只要加強響應手段，那么就可以形成“響應+需求”的雙重效果，去降低綠色發展的阻礙因素，促使其快速發展。相反，響應R對于“壓力—狀態”的負向路徑是起了一定的緩解作用。即壓力指標上升1%，則狀態指標則要下降1.055%，加入了響應R后，狀態指標的下降幅度會減少。故響應這一調節作用對于促使海上風電產業綠色發展是切實有效的。

5 結論

本文基于DPSIR 理論框架，從驅動力、壓力、狀態、影響及響應五個維度對海上風電產業的綠色發展水平構建指標評價體系。通過文獻研究法并且結合實際選取21 個指標，利用熵值法確定每項指標權重。從2007—2021 年對我國海上風電產業的綠色發展水平作出科學評價并進行路徑分析，得出以下結論及對策：

（1）2007—2021 年我國海上風電產業綠色發展水平呈現快速上升的發展趨勢，由2007 年的0.009 4提升至2021 年0.958 9，年均增長率達36.12%。綠色發展水平等級由低升到高。如此的高增長速度在未來的無中央補貼時代能否繼續保持？過渡時期需要沿海省市的各級政府跟進并落實海上風電項目的地方補貼，給予廠商立項信心，避免項目的裝機容量急劇下降。未來的根本措施仍是要轉變產業驅動方式，由政策驅動轉為市場需求驅動。降低海上風電的成本（包含單位造價成本與平準化度電成本），嚴厲打擊惡意的投標低價競爭，力求在較低的上網電價（壓力P的指標）的基礎上，廠商仍能獲得正向的利潤率，使廠商真心實意地建設海上風電項目，參與到國家的綠色能源發電中，實現海上風電全產業鏈的綠色發展。

（2）指標評價體系中五大準則層貢獻度最大的為影響I和狀態S，響應R仍存在較大的增長空間，需要加強政府響應力度。在指標層中，海上風電累計裝機容量、海上風電發電量、二氧化碳減排量及海上風電專利公開數量所占權重較大，說明風機大型化、專利研發與地方海上風電項目擴建是短期內提高海上風電產業綠色發展水平行之有效的方法。沿海各省市可從DPSIR 評價過程中涉及的重點指標出發，以保障海洋生態環境為前提，充分利用自身獨特的海上風電產業鏈上下游的產能及技術優勢，構建出核心競爭力的同時與其他沿海城市形成優勢互補以達到協同效應。

（3）在路徑分析的假設H1至H6中，除了H3不成立，其余假設都成立。表明了“驅動力—壓力”“壓力—狀態”負向作用顯著。將響應R作為調節效應加入路徑分析中，結果顯示響應對于“驅動力—壓力”“壓力—狀態”，“狀態—影響”路徑的調節效應顯著。政府應在“驅動力—壓力”的路徑中，鼓勵技術創新，支持海上風電裝備研發和應用。從而降低壓力的海上風電成本指標；在“壓力—狀態”路徑中推動資源開發與生態保護協同發展［23］，注重保護建設電力項目的海域生態環境，加大環保支出力度，嚴格海洋環境執法；在“狀態—影響”路徑中支持風機制造企業對標國際先進水平，通過自主創新和引進消化相結合等方式，加快大容量、抗臺風機組研發，增大海上風電機組平均單機容量，提升平均利用小時數，實現綠色發電，減少大氣污染氣體排放。