城市能源—经济—环境（3E）协调度评价比较研究

雷仲敏+李宁

[摘 要]基于当前供给侧结构性改革背景下城市可持续发展问题，运用能源-经济-环境（3E）协调度评价方法，以山东省17个城市为样本进行“3E”系统协调度评价。山东省17个城市的“3E”系统协调发展存在结构不合理、生态失衡等问题。因此，借鉴国内外先进经验，应采取实施创新驱动发展战略、深化经济体制改革、推动制造业转型升级改造、促进能源消费转型、推动生态文明建设、推进城市“3E”大数据平台建设等措施，以促进城市“3E”系统协调发展。

[关键词]“3E”系统；协调度评价；协调发展

[中图分类号]F290 [文献标识码]A [文章编号]1671-8372（2016）04-01-0001-08

当前，中国经济进入发展的新常态，通过供给侧结构性改革培育新的增长动力成为这一时期的主旋律。供给侧改革具体到城市层面的重要任务之一，就是坚持“创新、协调、绿色、开放、共享”的五大发展理念，通过优化城市发展的基础环境，进一步增强城市发展的综合竞争力。然而，长期以来，我国城市能源、经济、环境协调发展在不同程度上存在着能效低下、资源浪费、环境污染、生态失衡、结构失调、增长低效等一系列不可持续问题，这些问题在一定程度上已成为制约城市经济社会发展的关键。为此，有必要高度重视城市能源-经济-环境发展的失衡问题，并将其协调发展作为促进供给侧结构性改革的重要任务。

一、文献回顾

（一）研究现状

为了全面、准确、客观地分析国内外学者在该领域的研究情况，本文借助Web of Science 数据库和CNKI期刊数据库检索，研究了1990—2015年相关文献的分布情况。并借助于Citespace软件的系统化文献研究方法，对CNKI数据库中的文献进行初步归纳整理。

1.文献分布

文献检索主题设定为能源与经济、经济与环境、能源与环境、经济-能源-环境（3E），共检索出3676篇相关文献，经过剔除和去重，整理出3174篇文献。其中，能源与经济相关的有820篇，占比为25.83%；经济与环境相关的有1823篇，占比为57.44%；能源与环境相关的有121篇，占比为3.81%；经济-能源-环境（3E）相关的有410篇，占比为12.92%。每年的发文量如图1所示。其中，“3E”的研究文献在2008年之前较少，2008年之后开始增多，说明关于“3E”的研究还基本处于起步阶段，尚未形成系统化的知识体系（见图2）。

2.关键词分析

以关键词为条件进行分析，得到图3，具体关键词频次如表1所示。从表1我们可以看到，出现次数最多的是协调发展，出现频次为135；经济增长和经济发展两个关键词分别排在第二和第三，出现频次分别为110和79。

（二）主要观点梳理

毛汉英对县域经济和社会同人口、资源、环境协调发展的理论、目标、思想和研究方法进行了分析[1]。杨士弘设计了环境与经济协调发展评级体系，并对广州市环境与经济的协调发展进行了预测[2]。廖重斌推导出环境与经济协调发展的评价体系及评价标准，并以珠江三角洲城市群为研究对象进行了实证分析[3]。David等运用投入-产出分析方法对英国能源、经济、环境系统进行模拟分析，并对它们之间的相互作用进行了深入研究[4]。Lenzen等在分析能源、环境、经济系统间关系的基础上，构建了能源、经济、环境系统发展水平测度指标体系，并对能源、环境、经济系统间的协调状态进行了测度与评价研究[5]。柯健、汪燕敏以系统科学思想为基础，根据1990—2005年安徽省的发展，定量分析了安徽省资源、环境、经济系统协调发展的状况[6]。于金芳以山东省经济与生态环境的协调发展为目标，对山东省1991—2005年的经济和环境协调发展度进行了综合评价[7]。贺晟晨、王远、高倩等运用系统动力学方法，建立了包括经济子系统和环境子系统的苏州市经济环境协调发展系统动力学模型[8]。赵芳通过构建能源-经济-环境（3E）综合发展水平指标体系，对中国2000—2007年的“3E”系统协调度进行了测算[9]。王俊岭等构建了河北省“3E”系统协调度评价指标体系，对河北省的“3E”系统协调度进行了分析[10]。陈黎明、邓玲玲在建立“3E”系统协调度测算模型的基础上，对我国27个省市区的“3E”系统协调度进行了测算[11]。聂春霞等通过建立城市经济、环境与社会协调发展的评价指标体系，以西北五个省会城市为研究对象，对其经济、环境与社会协调发展的程度进行了评价和分析[12]。宋杰鲲、李婷婷、赵美多基于主成分TOPSIS价值函数和离差函数，构建了系统协调发展评价模型，对山东1995—2010年的“3E”系统协调度进行了评价研究[13]。曹瑞瑞、蒋震运用主成分分析法建立了能源-经济-环境（3E）系统发展的评价指标体系，分析了上海地区的“3E”系统发展综合指数，并对系统之间的发展协调度进行了评价[14]。

二、城市能源-经济-环境（3E）协调度评价的理论基础与方法

（一）协调与协调发展的概念界定及科学内涵

协调中的“协”和“调”有相同的意义，都具有和谐、统筹、均衡的含义。《辞海》解释为“和谐”“同心协力，相互配合”。《牛津哲学词典》认为，协调“是各方利益相一致的状态以及使各方利益都得到满足的手段”。我们从两个方面来理解协调的定义：一是协调是一种状态，这种状态表现出来的是各个子系统之间，系统内部的各因素之间，系统的结构、作用、目标之间的一种和谐关系；二是协调是一种调节手段，起到管理和控制的作用。

协调在不同的学科中又有着不同的意义。经济学中的协调多指在各种经济力的作用下，经济系统趋向均衡的过程；管理学中的协调主要是指实现管理目标的过程和手段，强调的是对多种管理要素的综合考量；而系统科学中的协调多指为了实现系统总体目标，两种或两种以上相互关联的系统或系统要素之间相互协作、共同进步的态势及过程。

一般系统论（General System Theory ）认为，系统是由若干要素以一定结构形式联结构成的具有某种功能的有机整体，系统中各要素不是孤立地存在着，每个要素在系统中都处于一定的位置，起着特定的作用，要素之间相互关联，使系统成为不可分割的整体。系统的协调涉及系统、要素、结构、功能四个方面，以及要素与要素、要素与系统、系统与环境三种关系。其“整体大于局部之和”的命题和系统的整体性、开放性、动态性原理，揭示了系统运动与系统协调的内在机理，为从全局和整体上认识协调与协调发展，从系统内部结构、功能和系统与外部的关系角度把握协调与协调发展，提供了新的思路、方法和分析框架。

协调发展是“协调”与“发展”的交集，是系统或系统内要素之间在和谐一致、配合得当、良性循环的基础上由低级到高级，由简单到复杂，由无序到有序的总体演化过程。在协调发展中，“发展”是系统运动的指向，而“协调”则是对这种指向行为的有益约束和规定。强调的是整体性、综合性和内在性的发展聚合，不是单个系统或要素的“增长”，而是多系统或要素在“协调”的约束和规定下的综合的、全面的发展。协调发展不允许一个系统或要素使整体或综合发展受影响，追求的是在整体提高基础上的全局优化、结构优化和个体共同发展的理想状态。因此，协调发展具有以下主要特征：1.协调发展是以人为本、尊重客观规律的发展，2.协调发展以尊重资源和环境承载力为前提，3.协调发展是总体目标下的各个系统或要素之间的多层次协调，4.协调发展具有系统性。

（二）城市“3E”系统协调发展评价的逻辑框架和方法模型

1.逻辑框架

协调发展不是单一系统或要素的发展，而是各个系统或要素综合、全面的发展，强调的是整体性、综合性和内在性的发展聚集，追求的是在整体提高基础上的全局优化、结构优化和个体共同发展的理想状态。对于城市能源、经济、环境来说，协调发展不仅表现在各系统在总量上要达到一定程度的要求，而且发展的结构要合理，效益要好。因此，衡量城市“3E”系统的协调发展状况，首先需要判定不同子系统自身的发展水平，然后在此基础上分析各子系统相互之间的关联性，进而才能对其协调状态进行评价。

测度系统发展指数是开展城市“3E”系统协调发展评价的基础，是从整体上反映系统发展的水平、质量及其在区域发展中的地位与影响。测度系统发展指数可以从总量、结构、效益、地区影响等四个方面进行描述。

系统耦合是对两个以上的系统相互之间动态互补性的判定，可根据各子系统的发展指数求得。系统耦合度反映了各系统间从无序到有序的融合状况。各系统之间的耦合发展状况越好，则系统的耦合度指数越高。只有系统耦合度通过检验（耦合度不小于0.50），才满足对系统进行耦合协调度评价的要求，也就是说，系统耦合度检验是系统进行协调评价的前提条件，若两个系统之间没有任何关联，系统间的所谓协调也就无从谈起了。

耦合协调发展是对系统间协调发展状况的最终判断。其总体目标是：在不影响经济发展的前提下，能源、生态环境趋向良性循环。耦合协调是一个时间概念，表现为某一状态的值，是指某一时期不同区域或某一区域不同时段内，各子系统内部要素间相互配合以及相互作用程度的定量描述。耦合协调度主要由发展指数和系统耦合度两方面因素决定。

2.方法模型

（1）系统发展指数测评。系统发展指数测评是开展城市“3E”系统协调发展评价的前提。基于城市能源、经济、环境三者之间的相互关系和特殊性，本文从总量、结构、效益和地区影响等四个方面构建城市“3E”系统发展指数测评体系（见表2）。

（2）系统间耦合关系分析。城市“3E”系统是由复杂多样的要素组成的，若将系统中的每一要素对系统发展的贡献视为系统发展的一个目标，则我们可以将城市“3E”系统的耦合协调发展看成是多目标问题。在进行城市“3E”系统决策时，我们总是希望经济得到最大程度的发展，同时能源消耗最少，环境污染最低。然而，这种多目标决策之间往往相互矛盾，难以达到最优状态。因此，我们可以利用多目标系统决策方法中的效用函数法对“3E”系统进行分析。

记Mij（i=1，2……n；j=1，2……n）是城市“3E”系统中第i个系统的第j个序参量，其值为Xij（i=1，2……n；j=1，2，……n），αij和βij是系统稳定临界点上的序参量的上、下限值。序参量对系统有序的功效函数可表示如下。

对于正功效函数，即指标值越大，它对系统的正贡献越大，M（mij）有：

对于负功效指标，即指标值越大，它对系统的贡献就越小，M（mij）有：

公式（1-2）中，M（mij）为变量M对系统有序的功效函数。M（mij）反映各指标达到目标的满意程度。M（mij）=0表示最不满意，M（mij）=1表示最满意，所以0≤M（mij）≤1。

利用有序功效函数的计算公式以及加权算数平均法分别计算城市能源子系统、经济子系统、环境子系统以及城市“3E”耦合系统的“总贡献”，分别用EA、EB、EC、T来表示：

其中，W1j为城市能源子系统中各序参量的权重，W2j为城市经济子系统中各序参量的权重，W3j为环境子系统中各序参量的权重。α、β、γ分别为城市能源、经济、环境子系统对整个耦合系统发展影响的权重。此处，α+β+γ=1。本文认为，能源、经济与环境三者之间的贡献值是相等的，所以取等值权重α=1/3、β=1/3、γ=1/3。T为能源、经济与环境的综合发展指数，它反映能源、经济、环境的整体协同效应或贡献。

（3）系统耦合协调度评价。根据物理学中的容量耦合（capacitive coupling）概念及容量耦合系数模型，即

因为有三个子系统，所以我们可以得到城市能源-经济-环境（3E）系统的耦合协调度函数，表示为：

耦合度Ct反映了城市能源、经济、环境耦合的数量程度。由式（8）可以看出，Ct的取值范围为0≤Ct≤1，Ct的值越大，说明三者之间的耦合性越好；其值越小，说明耦合性越差。

为了克服耦合度函数的某些缺陷，真实反映城市能源、经济、环境之间的实际情况，构造城市能源、经济、环境耦合协调度模型。这样不仅可以判断不同城市能源、经济、环境三个子系统之间交互耦合的协调程度，而且能反映出城市能源、经济、环境发展的相对水平。本文将度量城市能源、经济、环境发展水平的定量指标称为耦合协调度：

式（9）中，D代表城市能源子系统、经济子系统与环境子系统间的耦合协调度，T为能源、经济与环境的综合发展指数。

（三）评判标准

1.系统发展指数

“3E”子系统发展指数的高低反映子系统的发展水平。根据系统发展的状况，可将“3E”系统的发展水平分为以下五种类型：（1）D≤0.2，“3E”系统发展处于滞后状态；（2）0.2

此外，我们还可以对各子系统发展指数之间的差距进行分析，若三者之间的差距超过0.1，则视为异步发展；如果三者之间的发展差距不超过0.1，则视为同步发展（见表4）。

2.耦合度

耦合度是反映“3E”系统耦合程度的指标。根据系统耦合评价标准，将“3E”系统的耦合度分为以下四种类型：（1）0

3.耦合协调度

系统的耦合协调水平大体分为五种类型：（1）C2≤0.2，“3E”系统发展处于轻度失调阶段；（2）0.2< C2≤0.4，“3E”系统发展处于一般协调阶段；（3）0.4< C2≤0.6，“3E”系统发展处于中级协调阶段；（4）0.6< C2≤0.8，“3E”系统发展处于良好协调阶段；（5）0.8< C2≤1，“3E”系统发展处于优质协调阶段（见表6）。

三、山东省17个城市能源-经济-环境（3E）协调度综合评价

（一）“3E”系统发展指数测评

1.数据来源

本文选取2014年山东省17个城市能源-经济-环境时间序列数据，数据来自《山东省统计年鉴》《山东省环境统计公报》《各省市统计年鉴》《山东省统计公报》、各省市统计公报及山东省17个城市统计局网站等。

2.权重确定

作为一种客观赋值法，本文拟采用变异系数法进行赋值。变异系数又称“标准差率”，是衡量各观测值变异程度的一个统计量，采用标准差与平均数的比值得到。由于评价指标体系中的各项指标的量纲不同，不宜直接比较其差异程度。为了消除各项评价指标的量纲的不同影响，需要用各项指标的变异系数来衡量各项指标取值的差异程度（见表7）。

3.“3E”系统综合发展指数计算

根据公式1—公式6，可以分别计算出17个城市的能源、经济、环境各子系统发展指数和综合发展指数（见表8、表9）。

由表8可见，17个城市能源子系统发展指数均值为0.42，其中，低于平均值的城市有8个，为济宁、威海、日照、莱芜、德州、泰安、菏泽、枣庄，占比为47.06%。高于0.50的城市有4个，为东营、淄博、青岛和烟台。整体分析，17个城市能源子系统发展指数参差不齐，发展指数最高和最低的城市差距较大，差距值为0.32。17个城市经济子系统发展指数均值为0.35，济宁、泰安、临沂、滨州、德州、枣庄、日照、聊城、莱芜、菏泽10个城市的发展指数均未达到均值，占比为58.82%。发展指数最高的青岛和最低的菏泽，发展差距达到了0.73。整体分析，17个城市的经济子系统发展呈现出两极化的趋势。17个城市环境子系统发展指数均值为0.49，有10个城市的发展指数超过均值，低于发展水平均值的城市占41.18%。

由表9可见，17个城市“3E”系统综合发展指数可以大体分为三类。第一类青岛，属于良好发展型；第二类威海、济南、烟台、东营、淄博、日照、潍坊7个城市，属于中级发展型；第三类泰安、临沂、枣庄、莱芜、济宁、聊城、滨州、德州、菏泽9个城市，属于一般发展型。从“3E”系统发展的协调性来看，除烟台和济宁表现出同步型特征外，其他城市不同程度地表现出能源滞后性、经济滞后性和环境滞后性特征，特别是青岛、威海和济南3个城市，尽管其综合发展指数较高，发展状态良好，但能源系统的发展却较为滞后，表明这些城市在能源系统改进方面仍存在一定潜力。

（二）“3E”系统耦合度分析

根据公式8，计算出17个城市的“3E”系统耦合度。从表10可以看出，17个城市的“3E”系统耦合度都比较高，均大于0.8，且差距不大，处于良性共振耦合阶段，均具备进行系统协调度评价的条件。

（三）“3E”系统耦合协调水平评价

根据公式9，计算出17个城市的“3E”系统耦合协调水平并进行排名。从表11可以看出，青岛的“3E”系统耦合协调水平最高，为0.80，菏泽的耦合协调水平最低，只有0.50，与青岛相比，相差0.30。根据耦合协调水平评价标准，17个城市的耦合协调类型大体可以分为两类：青岛、烟台、济南、东营、威海、淄博、潍坊7个城市处于良好协调阶段，为第一类；日照、临沂、泰安、济宁、枣庄、聊城、莱芜、德州、滨州、菏泽10个城市处于中级协调阶段，为第二类。

四、城市能源-经济-环境（3E）协调发展的若干建议

（一）实施创新驱动发展战略，培育新的经济增长点

坚持以科技创新为核心的全面创新发展战略，形成具有国际竞争力的产业体系。实现创新资源的合理有效配置，营造良好创新创业环境，强化以产品开发为纽带、产学研用一体的新型合作关系。推动科技创新、产业创新、体制机制创新与经济发展深度融合，实施创新工程，通过创新转变经济发展方式，助力产业向智能化、网络化、高端化转型升级。

（二）深化经济体制改革，适应经济发展新常态

全面深化经济体制改革，进一步完善现代市场体系。大力发展民营经济和混合所有制经济。加快构建开放型经济新体制，以开放的主动赢得发展的主动、国际竞争的主动。推进重点功能区体制改革，发挥重点功能区的示范引领作用。

（三）推动制造业转型升级改造，提高企业智能制造水平

建立淘汰落后产能、化解过剩产能矛盾的长效机制，完善倒逼机制，坚持严控增量与优化存量相结合，按照“消化一批、转移一批、整合一批、淘汰一批”的要求，围绕钢铁、船舶、水泥和平板玻璃四大行业，有针对性地详细制定淘汰、化解方案，使过剩产能规模与区域环境承载力、资源保障以及市场需求相适应。

重视企业用能管理，加强重点用能企业的监测，推进能源管理中心建设，推广应用节能新工艺、新技术、新装备以及重点行业清洁生产技术方案，推进清洁生产向重点行业、重点企业和产业集聚区拓展。

（四）促进能源生产消费转型，提高经济发展效率，减少环境污染

逐步降低煤炭、油品等传统能源的使用，增加天然气供应，建设发展风能、生活垃圾、秸秆、太阳能等可再生能源发电项目，推动区域污水源、海水源、地热资源利用，促进能源产业可持续发展。

工业领域以经济结构调整和转型升级改造为契机，通过搬迁和整合淘汰石化、钢铁、化工和建材等行业高碳落后产能。对工业企业投资项目实行节能减排准入制度，从源头上控制“两高”行业新增产能。结合企业实际，推进节能新工艺、新产品、新设备和新技术的研究和应用，推广国家重点节能技术推广目录中推荐的技术、产品和工艺，促进企业生产工艺优化。

利用新一轮科技革命的优势，加强能源互联网基础设施建设，推动能源生产、运输、储藏、消费智能化，建设综合能源网络体系，特别是智能电网的建设，营造开放的能源互联网合作平台，探索新的能源发展商业模式。

（五）推动生态文明建设，扎实开展有效工作

加强基础能力建设，建立生态文明综合评价指标体系。加快推进对能源、矿产资源、水、大气、森林、草原、湿地、海洋和水土流失、土壤环境、地质环境、温室气体等的统计监测核算能力建设，提升信息化水平，提高准确性、及时性，实现信息共享。完善环境保护的地方性政策法规和科技支撑体系。

（六）推进城市“3E”大数据平台建设

建设城市“3E”大数据平台可以对能源、经济、环境数据进行挖掘和分析，集数据整合、综合分析、专业应用、数据共享为一体，为相关部门及机构的决策提供智力支持。“3E”大数据平台的建设，要立足于本地，反映当地的实际情况，以提高“3E”系统协调水平为基本目标；要打破过去能源、经济、环境等管理部门各自为政的局面，协调各部门之间的联系和沟通。

参考文献

毛汉英.县域经济和社会同人口、资源、环境协调发展研究[J].地理学报，1991（4）：385-393.

杨士弘.广州城市环境与经济协调发展预测及调控研究[J].地理科学，1994（2）：136-143.

廖重斌.环境与经济协调发展的定量评判及其分类体系-以珠江三角洲城市群为例[J].热带地理，1999（2）：171-177.

David.Energy and environment equilibrium model for assessment of emission control in Britain [J].Energy Economics，1995（1）：103-124.

Lenzen M， Dey Christopher J， Murray S.A Historical accountability and cumulative impacts： the treatment of time in corporate sustainability reporting[J].Ecological Economics，2004，51：237-250.

柯健，汪燕敏.安徽省资源、环境、经济系统协调发展评价[J].资源开发，2007（8）：688-694.

于金芳.山东省经济与生态环境的协调发展研究[D].济南：山东师范大学，2007：12-45.

贺晟晨，王远，高倩，石磊，陈根法.城市经济环境协调发展系统动力学模拟[J].长江流域资源与环境，2009（8）：698-702.

赵芳.中国能源-经济-环境（3E）协调发展状态的实证研究[J].经济学家，2009（12）：35-41.

王俊岭，赵瑞芳，王贤.能源-经济-环境（3E）系统和谐度评价研究—以河北省为例[J].经济与管理，2012（9）：94-97.

陈黎明，邓玲玲.我国3E系统协调度测度及其影响因素分析[J].统计与决策，2012（16）：126-129.

聂春霞，何伦志，甘昶春.城市经济、环境与社会协调发展评价—以西北五省会城市为例[J].干旱区地理，2012（3）：517-524.

宋杰鲲，李婷婷，赵美多.山东省能源经济环境系统协调度发展评价研究[J].河南科学，2012（9）：1348-1352.

曹瑞瑞，蒋震.上海市能源-经济-环境（3E）系统协调发展的实证研究[J].统计与决策，2015（12）：134-136.

[责任编辑 王艳芳]