基于哈肯模型的省域間碳效率與國家質量基礎設施（NQI）協同發展演化機制

王 斌，龍 妍

（華中科技大學能源與動力工程學院，湖北武漢 430074）

0 引言

全球氣候變化是當今世界各國需要共同面臨的重大議題，中國發布《2030 年前碳達峰行動方案》對推進碳達峰工作作出總體部署，現階段保證我國社會經濟高質量發展與實現碳達峰碳中和宏偉目標的過程中離不開國家質量基礎設施（national quality infrastructure，NQI）的深度參與。中國計量科學研究院、中國標準化研究院、中國合格評定國家認可中心共同發布《計量、標準、認可攜手支撐碳達峰、碳中和目標共同宣言》，在此共同宣言框架下，國家質量基礎設施（NQI）的組成工具計量、標準和認可將協同發展，為共同支持我國碳達峰、碳中和目標作出貢獻。

1 相關研究基礎

1.1 省域層級低碳發展水平的研究概況

關于在省域層級開展碳排放水平發展的研究，通常結合宏觀層面碳排放大數據進行分析，主要內容一般可分為3 個層次。第一種是基于面板數據進行省域間的排放量對比分析。這一方面的研究內容與方法較為豐富，楊紅雄等［1］通過全國及各地統計年鑒等面板數據篩選構造反映經濟水平、社會發展及能源消耗等大數據中構造研究指標，再基于面板數據進行數據分析并集合數學模型探尋地區間碳排放的特征差異和演變趨勢。劉自敏等［2］在此基礎上部分研究重點分析地區間碳排放量的時空演變特征，在省域尺度分析碳排放量的集聚水平、流動路徑、增減轉折趨勢等時空特征；張詩卉等［3］、姜博等［4］研究側重碳排放量的影響關聯因素，構建起經濟發展水平、生態環境質量與社會生產碳排放的耦合演變關系，以及數字經濟、消費結構和產業結構對碳排放的聯動關系。第二種是針對特定省份或地區內部碳排放結構及因素的解析。特定省份的研究更能凸顯出地區自身發展過程中存在的特征，如關偉等［5］針對東北地區的研究表明產業結構、能源消費強度和經濟水平中產業結構調整對當地碳排放影響最大，李永明等［6］、吳唯等［7］研究長三角地區將重點依靠新能源與新興產業升級完成碳達峰任務，丁凡琳等［8］研究西北地區經濟對能源消耗依賴巨大，人均碳排放、碳排放強度和碳排放總量控制間已展現出強脫鉤跡象。針對具有不同碳排放特征的地區應采取的節能降碳措施也將充分圍繞經濟增長、產業轉型、環境治理、能源消耗與地方需求、城市建設、綠色經濟、能源供應之間的復雜關系來合理制定。第三種是在省域地區層面對該地區未來碳排放數據進行建模預測以及能源體系謀劃?；跉v史數據分析地區發展方向及能源需求和碳排放，郝瑞軍等［9］、潘喜蓮等［10］主要通過分析不同類型產業和能源消費在碳排放總量中占比值進行未來合理布局，分時間與舉措研究對減排降碳的貢獻值。Alexandros 等［11］結合不同情景下環境、經濟與社會多領域的政策工具實現控制未來省域層面各部門間的能源活動水平和溫室氣體排放量的總量目標。

1.2 國家質量基礎設施狀況的研究概況

我國經濟發展需求現已由高增速發展轉為高質量發展，實現高質量發展對全社會未來經濟發展思路與政策規劃提出了新要求與新任務。國家質量基礎設施作為提供社會生產標準、保證產品服務質量、推進發展模式轉變的重要工具，在企業提升發展效益、政府提高服務效率和社會增強發展潛力方面能夠提供重要支持作用。中共中央、國務院印發的《質量強國建設綱要》指出，建設質量強國是推動高質量發展、促進我國經濟由大向強轉變的重要舉措，是滿足人民美好生活需要的重要途徑［12］。

國家質量基礎設施的發展理念在我國日益得到重視，通過加強對計量、標準、檢驗檢測與認證認可的發展布局不斷完善NQI 的整體建設。目前關于NQI 體系發展的研究主要呈現出三大特點：一是偏向宏觀整體結構分析，缺少具體領用應用總結。陳岳飛等［13］、程彥等［14］的研究從政策支持、技術措施及市場機制等頂層概念入手，強調政府決策加強對NQI 的考慮傾向，從人才培養、財政投入、創新能力研究、體系建設、國際交流等角度分析現階段發展水平，在具體行業應用中，僅有少數如光伏、紡織等領域初步構建了系統性體系。二是要素單體獨立發展缺少協同互通。由于NQI 單體要素內容較多，在我國行政管理體系上“條塊化”管理，在實際效果上也形成了“碎片化”發展態勢，計量數據與方法與標準制定水平不協調，檢測驗證水平整體落后于計量標準建設要求［14］，難以提供有權威保證作用。三是多地正積極嘗試城市試點服務平臺建設。地方政府也意識到NQI 工具能為新興產業轉型和高質量發展提供保障服務，通過政府試點建設質量服務平臺，服務部分企業如廣西建成“一站式”服務平臺、泰州“泰檢易”［15］、煙臺NQI+服務云平臺［16］、武漢形成“岱家山模式”等政府機構整合當地計量［17］、標準、合格評定等服務要素探索NQI 發展模式經驗，促進NQI 服務效果與經濟發展模式深入融合。

針對NQI 發展總體而言偏重理論層面分析，重政策經驗梳理而缺少實證類定量研究，并且缺乏在獨立的產業領域內調研分析的經驗。在《質量強國建設綱要》中提出對碳減排領域中的重點行業產品節能降耗、綠色供應鏈建設與低碳零碳負碳技術攻關進程中作出了獨立規劃，將建設健全統一的綠色碳計量檢測機制、低碳標準、認證標識體系作為重點研究方向［18］。結合新時代下碳達峰碳中和目標與NQI 協同發展的實際需求，實現降低碳排放與高質量發展協同演化，本文借助協同理論思想建立起省域層面碳排放效率與NQI 協同演化模型，根據面板統計數據和質量發展指標參數進行實證分析，探究我國省域層面碳效率與NQI 協同演化機制。

2 系統協同演化的模型構建

2.1 構造運動演化方程

協同學的主要內容是利用演化方程來研究子系統之間的動態相互作用，Haken［19］模型用以描述具有自組織特征的系統在演變過程中所呈現的協同效果與趨勢。將省域層面碳效率發展情況看作一個子系統，各地區的NQI 建設發展情況看作另一個子系統［20］，在推進經濟社會高質量轉型發展的背景下，碳效率控制與NQI 建設之間相互影響，彼此適應從低耦合和協同到強關聯適配、從無序到有序的復雜系統演變過程，可以看作區域高質量發展系統。因此，本文所構造的研究對象在實際發展過程中具有自組織演化特征。

運用哈肯模型構造自組織演化系統要求系統具備開放性、非線性、遠離平衡狀態、漲落性這4 個基本特征［21］。區域高質量發展系統中NQI 作為服務高質量生產建設的支撐工具，運用技術規范、數據核驗、計量檢測等工具在省域層面碳監測時與社會系統交互影響，因此具備開放性。區域高質量發展系統的NQI 服務工具建設具備非線性特征。碳達峰路徑下省際區域碳效率變化將脫離原有發展模式下平衡狀態?？梢灶A見的是省際區域發展碳效率將總體逐步提升，NQI 建設水平逐步強化，碳達峰碳中和總體進程中呈現波動前進特征具備漲落性特點。

Haken 模型描述了系統在兩個變量交互作用下的演化過程，其中慢變量主導系統演化，并對快變量產生影響，哈肯模型公式如式（1）和式（2）所示：

基于Hermann Haken的協同理論和自組織理論，在研究區域高質量發展系統的協同作用時，方程式（1）和（2）可進一步離散化和改進如下：

其中t為以年為單位的時間計量參數。

2.2 求解勢函數

物理學中因為物體位置的改變會產生勢能。勢函數可以用來判別系統是否處在一種相對穩定的狀態。哈肯基于此通過對系統演化方程以及序參量求出勢函數，來判斷系統所處狀態。對的相反數積分可以求得系統的勢函數，判斷系統所處狀態：

3 變量選取與數據來源

隨著中央與各地區《碳達峰行動方案》出臺，針對省域層面的節能降碳任務已成為地區發展重要目標與轉型動力。實現高質量推進碳減排任務實施離不開NQI 工具提供多方面的技術支持與監督保證作用，計量、標準和合格評定協同發展，共同支持碳達峰、碳中和目標，能夠為實現可持續發展、高質量發展作出貢獻。為研究現階段中國省域地區間碳排放控制水平與NQI 低碳建設之間的協同進度，將碳排放控制領域在此劃分為省域間碳效率控制發展和省域間NQI 建設低碳應用兩個子系統，選取兩個指標變量來描述子系統的發展水平：一是選取碳效率發展指數表示省域間碳效率控制發展子系統演化水平；二是選取NQI 低碳應用指數來表示省域間NQI 建設低碳應用子系統發展水平。本文以和為哈肯模型的代表變量分析中國省域間碳排放控制與NQI 低碳建設應用間的系統協同演化機制。

3.1 碳效率指數

碳排放作為社會行業生產運作必然的產物之一，來源廣泛且治理難度較大。在評價一個大范圍地區的碳排放總量的時空演變特征時就需要選擇一些關鍵指標，碳效率研究成熟、應用廣泛，不僅直指碳排放本身，并且兼顧了地區對比中重要的經濟發展和環境質量。本文選取碳排放總量、碳排放強度、碳電效率、人均碳排放量這些關鍵因素共同構成碳效率指數，指標內涵見表1，2021 年中國碳效率指數省份分布情況如圖1 至圖4 所示。

圖2 中國火力發電量分布

圖3 中國各省份人均碳排放分布

圖4 中國各省份碳排放量分布

表1 碳效率指數指標

3.2 NQI 低碳應用指數

NQI 作為完成社會發展質量提升的技術支撐體系，主要包括標準、計量和合格評定（認證認可和檢驗檢測）。NQI 整體結構概念尚未在碳排放控制領域形成系統結構，但其包含的要素單體在低碳領域已形成部分基礎。計量主要通過計量器具實現數據質量保證，實現量值傳遞與溯源；標準作為計量與合格評定的技術要求，也引領著NQI 整體發展方向；合格評定通過提高檢測水平和提升認證能力實現質量監督和權威保障作用。加強碳計量技術攻關，積極融入國際碳排放標準研制體系，提升檢驗檢測、校準認證在綠色低碳領域的關鍵技術支撐作用，將為實現“雙碳”目標提供重要支撐力量，因此選取NQI 在低碳領域重要評價指標構成NQI低碳應用指數，指標要素見表2，2021 年中國NQI 低碳應用指數省份分布情況如圖5 至圖8 所示。

圖5 中國計量檢定機構省份分布

圖6 中國各省份標準研制綜合指數

圖7 中國CNAS 認可檢驗校準實驗室分布

圖8 中國碳核查機構省份分布

圖9 中國省域間碳排放控制系統勢函數曲線

表2 NQI 低碳應用指數指標

本文選取中國省域層面年鑒統計數據和專職部門與機構的年度統計報告數據為研究樣本，以省級單位為整體對象開展實證分析，分析地區間碳排放控制與NQI 協同建設的地域差異，總結NQI 低碳應用建設與省域碳效率協同演變關系。數據來源《中國統計年鑒》、中國碳核算數據庫（CEADs）、中國國家市場監督管理總局、中國質量協會、國家標準館標準大數據平臺、全國團體標準查詢網站、中國標準服務網、中國合格評定國家認可委員會以及官方發布的《全國檢驗檢測服務業統計報告》《中國質量監督檢驗檢疫年鑒》《認證機構年度工作報告》等，通過對30 個省份（未含港澳臺和西藏地區）面板數據匯總處理，用以揭示地區發展差異和演變趨勢。具體處理數據見表3。

表3 中國省域間碳效率與NQI 低碳應用指數數據統計

4 實證分析

分時間段觀察，從2017 年與2021 年兩年綜合指標結果來看，本文涵蓋的全國30 個省份碳效率指數與NQI 低碳應用指數均有所提高，表明所有省份在完成社會經濟發展工作中不僅更加注重減少產生單位社會效益時帶來的碳排放，而且也在推進NQI這一新型工具在碳排放控制中的建設應用。兩項指標數據直接對比來看，碳效率指數指標得分均高于NQI 低碳應用指標得分，這表明在控制碳排放控制方面結果經驗更為豐富，可執行措施更多，這也符合NQI 建設理念在我國開展時間較短，基礎建設較少的實際情況。

分地區來看，兩項指標以華北地區、華中地區得分領先，西北地區、西南地區得分靠后，較明顯與地區經濟發展水平呈現高度相關。表明在我國東部地區踐行綠色低碳發展、高質量高標準發展水平更高，西北、西南地區發展不足。無論是控制碳排放還是開展NQI 工具建設都是推動地區高質量發展的重要方向，一方面良好的經濟發展水平能為低排放、高質量發展提供基礎支撐，另一方面高水平發展能促進經濟加速向高質量發展轉型，兩者耦合促進，關系緊密。

5 結論

本文在省域層面針對碳排放控制效率與NQI 低碳建設應用之間的相互關系，分別構建起碳效率指數和NQI 低碳應用指數指標變量為基礎，運用哈肯模型借助協同演化理論與序參量識別方法研究我國現階段省域層面碳排放控制與NQI 建設的協同演化關系模型。運用實證分析方法確定碳排放效率控制作為序參量主導著地區低碳發展進程，分析省域NQI低碳應用建設產生的重要影響，并得到以下結論。

第一，根據省域層面碳效率指數和NQI 低碳應用指數數據結果看，全國整體碳排放控制效率都在進步，NQI 低碳工具建設也呈現全面開展的良好局面。以碳排放控制和NQI 在低碳領域應用所構成的大系統符合哈肯模型依賴的自組織系統，并呈現出開放性與自組織演化特點。

第二，省域層面的碳效率控制發展是主導區域低碳排放發展的序參量，是決定系統演化方向與速度的決定性變量；NQI 低碳建設應用是大系統的快變量，對系統演化起關鍵影響。兩者互相變化演變實現達到大系統回歸穩定狀態。

第三，現階段NQI 低碳建設應用是促進地區碳排放效率控制的重要工具，但NQI 工具建設以及與碳排放有效協同發展進度緩慢，如何在兩者之間建立起廣泛充分的正反饋機制是接下來發展的重點。