基于生态理论的能源经济复杂系统协调度研究

□郭金童 [武汉大学 武汉 430072]

□赵光明 [北京大学 北京 100045]

基于生态理论的能源经济复杂系统协调度研究

□郭金童 [武汉大学 武汉 430072]

□赵光明 [北京大学 北京 100045]

随着社会的进步，能源与经济发展、生态环境等问题越来越密切相关。本文从复杂系统的角度出发，建立了基于生态理论的我国能源经济复杂系统协调发展模型，该模型涵盖了可持续发展及循环经济的理念，并对我国二十年来的能源经济复杂系统协调度进行了实证研究。结果表明，在我国的能源经济复杂系统走向有序化的进程中，环境保护问题出现了波动和倒退，这为后续政策的制定提供了可靠的依据。

生态理论; 复杂系统; 协调度

引言

在2008年全球经济危机的背景下，我国先后推出了四万亿的经济刺激计划、十大产业振兴规划等方针政策，从目前取得的成绩来看，2009年上半年我国的GDP增长已经达到了7.1%，其中二季度增长为7.9%，我国经济复苏的势头已经基本确立，而且全年的经济增长很有可能将超过8%的既定目标。但是，我国这一轮的经济复苏依然是典型的以加大基础设施建设投入为主的投资拉动型复苏模式。通过对数据进行比较可以看出，2007年，消费、投资、净出口三驾马车分别拉动GDP增长4.4%、4.3%和2.7%，而2009年上半年，消费、投资、净出口对GDP增长的拉动则为3.8%、6.2%、-2.9%。尽管我国早已经认识到传统的经济增长模式不可持续，但在经济危机背景下，这又将是一轮以重化工业为主的新的经济发展周期，而这种情况下的增长势必将进一步导致矿产能源的高消耗及环境的破坏，给我国的经济发展带来不协调的因素。因此，为了更好地建设可持续发展的和谐社会，就必须研究能源与经济系统之间的协调发展机制，并深入探讨其影响因素，这将对我国可持续发展的能源经济战略具有非常积极的现实意义。

一、我国能源经济复杂系统协调发展模型的建立及构成分析

国内外学者在如何实现能源、环境、经济之间的协调发展方面进行了大量的研究，主要成果包括Markal模型、多目标规划模型、CEG模型、投入产出模型、系统动力学模型等[1-4]。而随着生态理论在经济学中的广泛应用，结合生态学理论与可持续发展思想的研究方法为能源经济系统的研究提供了新的思路和广阔的发展空间。国内的张雷等最早用现代生态学和能源系统的观点，提出了能源生态系统的理论[5-6]，其在研究中将能源生态系统划分为三大子系统：内生系统、外生系统和共生系统，并在能源生态系统的基础上进行了实证研究，为后续的能源生态研究奠定了良好的基础。本研究以上述研究为基础，将能源经济复杂系统协调发展模型划分为三大系统和一个约束，即内生能源生产系统、外生消费系统、共生治理系统和外界生态环境约束，图1示意了所建立的模型。

（一）内生能源生产系统

内生能源生产系统是指包括一次能源开发及二次加工在内的各类能源产品的生产系统。现代内生能源生产系统目前正处于一个向多元化内生能源系统的转变过程中，但是，受其他两个系统中资本和技术积累要素的限制，这种多元化的转变较为缓慢，矿物燃料依然占据现代能源的主导地位，各种可再生能源（如太阳能、风能、核能和潮汐能等）的大规模开发仍处在起步阶段。

图1 能源经济复杂系统协调发展模型

（二）外生消费系统

外生消费系统主要包括经济系统中的所有能源产品使用者和消费者系统，对能源产品的使用和消费几乎覆盖了现代经济社会的所有方面。实质上，正是由于庞大的外生消费系统的发育和消费增长，才使得能源产品成为和劳动力及资本相提并论的凌驾于其他所有产品之上的生产要素，但同时也增加了能源产品生产和消费过程中对外部生态环境破坏的能量和空间。

（三）共生治理系统

共生治理系统是指维系和稳定其他两大系统生存和发展空间为目的所建立的系统，其基本任务包括两个方面。一方面是确保另两个子系统的正常运行和效益发挥；另一方面是缓解乃至消除各个子系统发展过程中对外部生态环境约束的破坏效应。

（四）外界生态环境约束

环境约束与各子系统之间存在着协调和矛盾两种关系：环境承载力的上升取决于环保投入和环境改造技术水平，从这方面看，经济发展可以提高生产系统与消费系统的水平，从而为环境改善和治理提供必要的资金和技术，这是协调的；但是经济增长和消费水平提高会增加污染的排放，导致环境承载力下降，两者又是有矛盾的。

二、我国能源经济复杂系统协调发展的实证研究

（一）协调度基本理论及度量方法

哈肯教授（Hermenn Haken）于1971年最先提出了协同论的观点，他认为系统控制参量决定了系统是否会发生相变，序参量是系统通过各要素的协同作用而形成，同时它又支配着各个子系统的行为。序参量是系统从无序到有序变化发展的主导因素，它决定着系统的自组织行为。当系统处于混乱的状态时，其序参量为零；当系统开始出现有序时，序参量为非零值。而协调则是指系统之间或系统要素之间的和谐运动，协调度正是这种和谐运动作用的量度。

1．确定各子系统有序度

对于子系统Si，[1,]il∈，设其发展过程中的序参变量为，其中 1n≥ ，是描述子系统Si运行机制与运行状况的若干宏观指标，不失一般性，假定前m个指标取值与该子系统的有序度成正向相关关系，该指标可以称为效益型指标；后n m个指标的取值与该子系统的有序度成反向相关关系，该指标可以称为费用型指标。因此可以定义子系统Si的序参量分量eik的有序度为：

式中：ikEI和ikEM 是子系统的第k个指标的下限值和上限值。对于下限值，可以选取该指标过去某年的实际值；对于上限值，可以根据该子系统的发展趋势或规划目标选择未来某规划年的预测值或规划值，也可利用时间序列回归方程预测得到。

因此，子系统Si的的系统有序度可以通过的集成来实现，这种集成的常用方法有几何平均法和线性加权和法，为简便起见，本文采用几何平均算法，如下式所示：

2．计算复合系统协调度

给定初始时刻t0，为各子系统序参量的系统有序度，其中定义下式为复合系统协调度：

（二）指标体系的建立及数据样本的选取

根据针对性、简明性、区域性、动态与静态相结合的原则，本文“能源―经济”系统的序参量选择为如下种类，如表1所示[7]。考虑数据的可得性及权威性等原因，本文将对我国1987～2006年能源―经济复杂系统的协调度进行实证研究。本文的数据来源于《中国统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》及《中国统计摘要2007》。对于表中指标的上下限值，本文选取了1987年的值作为其下限值，指标上限则根据《中国能源蓝皮书》、《中国经济蓝皮书》对我国2020年经济指标预测值整理所得。

表1 能源经济复杂系统序参量指标体系及指标上下限

三、能源经济复杂系统协调度实证分析结果

（一）子系统序参量有序度计算结果

将各个指标的数据代入公式（1），计算得到的三个子系统序参量分量的有序度如表2、3和4所示。鉴于篇幅，表中仅列出了部分代表年份数据，由表2的计算结果可以看出，在能源生产这个子系统中，我国的石油生产的有序度是逐渐提高的，这也说明尽管我国的石油进口量逐渐增加，但依然充分挖掘了国内石油资源的潜力；煤炭生产的有序度在2001年前后经历了一个有序度先降低再提高的波动过程，其主要原因是由于这一阶段我国的煤炭行业经历了较大的变动和改革，如大量关闭小煤窑和煤炭价格逐渐放开等；能耗水平的有序度在2001年以后也出现了有序度降低的现象，而且直至2005年仍然是处在有序度下降的阶段，这也和我国该阶段重化工业的超速发展是紧密联系在一起的。

表2 内生能源生产系统序参量有序度计算结果

从表3可以看出外生消费系统序参量有序度是在逐渐提高的，表现出了较强的相关性。值得注意的是GDP、工业总产值与全社会固定资产投资总额的有序度几乎完全一致，这说明我国的经济模式在现阶段还属于典型的投资拉动型增长模式。

表3 外生消费系统序参量有序度计算结果

表4为共生治理系统序参量有序度计算结果，从表中可以看出，除了森林覆盖率的有序度呈现出了阶梯状上升的趋势，其余“三废”排放量的有序度的波动与幅度都较大，序参量指标向无序方向发展，这表明我国的环境保护工作仍然需要加大治理力度，避免出现污染加重的趋势。

表4 共生治理系统序参量有序度计算结果

（二）子系统有序度计算结果

将表2至表4的数据代入公式（2），得到三个子系统的有序度如图2所示。由图2中可以看出：内生能源生产系统整体趋于有序，但局部存在波动现象；外生消费系统的变动趋势较为平稳，一直处于从无序向有序发展的状态；共生治理系统的变动较大，特别是2000年后，子系统有序度下降趋势明显，且下降幅度较大，子系统演化态势很不乐观。其主要原因是这一时期我国各地普遍以GDP为纲，只关注经济增长而忽视环境生态的和谐发展所致。

图2 三个子系统有序度结果

（三）复杂系统协调度计算结果

选取系统初期1987年的协调度为基准，将“能源―经济”协调发展复杂系统协调度作为中间变量，利用公式（3）进行计算可得该复杂系统综合协调度，结果如图3所示。从图3中可以看出，系统的综合协调度呈现了由无序到有序的总体走势，这表明这一阶段的发展还是体现了可持续及和谐发展的特点。但是通过前面的分析可以知道，内生能源生产子系统和外生消费系统对整个子系统的有序度起到了提升作用，从而在一定程度上弥补了共生治理子系统的有序度降低对整个复杂系统的负面影响。由此可见，能源经济复杂系统中三者之间存在不协调的现象，有必要采取继续保持经济的快速增长、调整产业和行业结构、避免产能过剩、降低环境污染、促进技术进步等措施以确保系统整体的可持续发展。

图3 复杂系统协调度计算结果

四、结论

本文从生态学的角度出发建立了我国的能源经济复杂系统模型，分析了模型的基本构成要素，并利用复杂系统协调度理论定量研究了我国能源经济复杂系统的协调度。分析结果表明，我国能源经济系统的协调度整体上是逐渐由不协调向协调方向发展的，但是需要注意在能源开发利用过程中尤其要加大环境保护的力度，避免子系统在有序化的过程中出现波动和倒退的现象。因此，我国必须要继续深入强化可持续发展的能源政策，否则就可能对国家的经济、环境、安全等方面产生重大的影响。

[1] 吴宗鑫,陈文颖. 以煤为主多元化的清洁能源战略[M]. 北京：清华大学出版社，2001

[2] 曾国雄. 模糊多目标规划应用于经济—能源—环境模型之研究[J]. 管理学报，1998,(4)：25-27.

[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] 杜慧滨，顾培亮. 区域发展中的能源-经济-环境复杂系统[J]. 天津大学学报（社会科学版），2005,(5)：362-365.

[5] 张雷，能源生态系统发育——兼论西部能源资源开发[J]. 自然资源学报，2006,(2)：188-195.

[6] 谢辉，张雷. 能源生态系统建设问题探讨[J]. 辽宁工程技术大学学报，2004,(4)：573-576.

[7] 续竞秦，吕永成. 广西“经济-能源-环境”复合系统协调度实证分析[J]. 广西社会科学，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

编辑 范华丽

2009 − 11 − 10

郭金童（1980 −）男，博士后，武汉大学经济与管理学院博士后流动站暨中国华融资产管理公司博士后工作站；赵光明（1975 −）男，博士后，北京大学经济与管理学院博士后流动站.