山西省煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调关系研究

马 靖，田晓煜，陈怀超

(太原理工大学经济管理学院，山西省晋中市，030600)

在资源型经济转型背景下，煤炭产业的科技创新对于山西省打造全国能源革命排头兵，推动能源革命稳步发展，全面提升山西省经济发展质量和可持续发展水平具有战略意义。科技创新是提升创新能力的重要途径和经济发展的关键力量[1]。科技创新与可持续发展的关系已成为可持续发展理论体系的一项重要内容[2]。LARSON(2000)[3]指出，可持续创新是和生态环境有关的科技创新，二者之间存在密切关系。山西省作为传统能源大省，煤炭产业是经济发展的重要支柱，其科技创新水平直接影响省域可持续发展。因此，研究煤炭产业科技创新与可持续发展之间的关系对于推动山西省经济转型跨越式发展具有重要的理论和现实意义。

梳理相关文献后发现，科技创新和可持续发展之间的关系得到学者们的一定关注[4]。从研究行业来看，学者们分别从高新技术产业[5]、科技产业[6]、纺织服装产业[7]和战略性新兴产业[8]出发，研究了科技创新与可持续发展之间的关系。但是，现有文献缺乏以煤炭产业为切入点，对科技创新与可持续发展关系的研究。从研究对象来看，赵传松等(2018)[2]利用1995-2014年的面板数据，从省域层面分析了科技创新与可持续发展的耦合协调度和时空分异特征；祝恩元等(2018)[4]对山东省17个地市科技创新与可持续发展的综合水平、耦合度、耦合协调度进行了空间分析与类型划分。可以发现，已有研究虽然涉及省域和地市层面中科技创新与可持续发展关系的探讨，但尚未有研究选取山西省为研究对象，对其煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调关系进行研究。实际上，山西省作为煤炭资源大省，其煤炭产业科技创新与省域可持续发展之间存在密切联系，二者之间的关系问题亟需得到足够的重视和探讨。

鉴于此，笔者以山西省为研究对象，基于2014-2019年的相关数据，构建煤炭产业科技创新与可持续发展两大系统的评价指标体系，运用耦合协调度模型，对山西省煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调状况进行评价，为进一步推动山西省煤炭产业科技创新发展，提升山西省可持续发展水平提供理论依据和建议。

1 指标体系和数据来源

1.1 指标体系的构建

为了全面体现煤炭产业科技创新与可持续发展两大系统之间的关系，笔者将煤炭产业科技创新系统划分为投入子系统和产出子系统，将省域可持续发展系统划分为经济子系统、社会子系统和生态环境子系统。根据煤炭产业科技创新与可持续发展系统的耦合协调作用机理及科学性、系统性和可操作性等原则，分别构建二者的指标评价体系，见表1。

表1 山西省煤炭产业科技创新与可持续发展系统的指标评价体系

有关煤炭产业科技创新系统，笔者根据张曦、赵国浩(2012)[9]和范建红等(2019)[10]的观点，针对煤炭产业科技创新投入子系统选取R&D人员全时当量和R&D经费内部支出2个指标。其中，R&D人员全时当量指按照科研工作量折算后煤炭产业研发活动全时人员的总和，用来反映煤炭产业科技创新活动中实际投入的人力；R&D经费内部支出用来反映煤炭产业开展科技创新活动实际投入的资金。针对煤炭产业科技创新产出子系统选取新产品销售收入和有效发明专利数2个指标。其中，新产品销售收入用来反映煤炭产业终端产品的创新能力，有效发明专利数用来反映煤炭产业科技创新的知识成果和技术水平。

有关可持续发展系统，笔者根据赵传松等(2018)[2]的观点，将可持续发展系统分为3个子系统，分别是经济子系统、社会子系统和生态环境子系统。对于经济子系统，根据赵传松等(2018)[2]的观点，选取地区GDP、地区固定资产投资和第三产业占GDP比重3个指标。其中，地区GDP反映地区的经济规模，地区固定资产投资反映地区的经济发展能力，第三产业占GDP比重反映地区的产业结构。对于社会子系统，根据赵传松等(2018)[2]和陈怀超等(2020)[11]的观点，选取地区人均可支配收入、每平方公里长途光缆线路长度和大专以上人口占比3个指标。其中，地区人均可支配收入反映地区居民的现金收入水平，每平方公里长途光缆线路长度反映地区的基础设施水平，大专以上人口占比则反映地区人口的受教育程度。对于生态环境子系统，根据薛阳等(2018)[12]和马艳梅等(2015)[13]的观点，选取二氧化硫排放量、烟(粉)尘排放量和工业固体废物综合利用量3个指标。其中，二氧化硫排放量和烟(粉)尘排放量反映地区的污染物排放水平，工业固体废物综合利用量反映地区的工业固体废物利用水平。

1.2 数据来源与预处理

笔者以山西省为研究对象，基于2014-2019年相关数据，对山西省煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调状况进行评价，所有指标数据均来源于《山西省统计年鉴》(2015-2020)。依据范建红等(2019)[10]的观点，选择规模以上工业企业中煤炭开采和洗选业作为煤炭企业的数据。

考虑到物价变动的影响，笔者对与价格相关的R&D经费内部支出、新产品销售收入、地区GDP、地区固定资产投资和地区人均可支配收入数据进行了平减处理，平减公式为：

(1)

式中：X*——名义统计指标；

X——实际统计指标；

PI——以2014年为基期测算的价格指数。

R&D经费内部支出采用R&D价格指数进行平减，新产品销售收入采用工业生产者出厂价格指数进行平减，地区GDP采用GDP指数进行平减，地区固定资产投资采用固定资产投资价格指数进行平减，地区人均可支配收入采用GDP指数进行平减。

考虑到R&D经费支出主要由R&D活动人员消费和固定资产支出构成，根据朱平芳和徐伟民(2003)[14]的观点，R&D价格指数为：

PI=0.55PIc+0.45PIi

(2)

式中：PI——以2014年为基期测算的价格指数；

PIc——消费物价指数；

PIi——固定资产投资价格指数。

消费物价指数、固定资产投资价格指数、工业生产者出厂价格指数和GDP指数的相关数据均来自国家统计局网站。

考虑到科技创新活动具有连贯性，而《山西省统计年鉴》中的R&D经费内部支出是流量指标，因此，依据吴延兵(2006)[15]的做法，利用永续盘存法对R&D经费内部支出流量指标进行存量化处理，其核算公式为：

Kt=et+(1-δ)×Kt-1

(3)

式中：Kt-1和Kt——上一期和当期R&D经费内部支出的资本存量；

et——t期R&D经费内部支出的资本流量；

δ——折旧率，通常设为15%。

基期R&D经费内部支出的资本存量的测算公式如下：

(4)

式中：K0——基期R&D经费内部支出的资本存量；

e0——基期R&D经费内部支出的资本流量；

g——2014-2019年间R&D经费内部支出的平均增长率。

此外，为了消除不同量纲之间的差异，笔者对指标进行了归一化处理。根据祝恩元等(2018)[4]和逯进等(2016)[16]的做法，将指标划分为正向指标和负向指标，找出各指标数据中的最大值Xijmax和最小值Xijmin，进而采用组间极差值公式进行处理。

当Xij为正向指标时，

(5)

当Xij为负向指标时，

(6)

2 模型构建

2.1 指标权重的确定

为确保结果的准确性，笔者采用熵值法和相关矩阵赋权法[17]计算指标权重，具体赋权结果见表2。

表2 山西省煤炭产业科技创新系统与可持续发展系统指标权重

2.1.1熵值法

设Xij表示样本i的第j个指标的数值，其中i为样本个数，j为指标个数，i=1,2,…,n；j=1,2,…,m。

(1)对指标做比重变换

(7)

(2)指标的熵值

(8)

(3)熵值标准化

(9)

(4)计算指标xj的权重

(10)

2.1.2相关矩阵赋权法

(11)

(12)

2.2 协整检验

协整分析是为了认识一系列非平稳变量之间是否具有稳定平衡的关系[18]。笔者通过Eviews 7.0运用EG两步法验证山西省煤炭产业科技创新与可持续发展是否存在长期均衡关系。

利用2014-2019年山西省时间序列数据进行单位根检验，见表3。发现原始序列Innov和Susta的PP检验值和ADF检验值均大于1%、5%和10%显著性水平下的临界值，说明Innov和Susta均为存在单位根的非平稳序列。进一步发现，一阶差分序列ΔInnov的PP检验值小于5%和10%显著性水平下的临界值，ADF检验值小于10%显著性水平下的临界值；一阶差分序列ΔSusta的PP检验值小于5%和10%显著性水平下的临界值，ADF检验值小于10%显著性水平下的临界值。这说明山西省2014-2019年Innov和Susta序列皆为一阶单整，满足协整分析的前提。

表3 Innov与Susta的单位根检验

满足协整检验分析后，选取变量Susta对Innov进行OLS回归，协整回归方程为：

Sustat=α+βInnovt+εt

(13)

(14)

对式(13)中的残差项εt进行ADF单位根检验，残差序列的PP检验值小于1%、5%和10%显著性水平下的临界值，ADF检验值小于5%和10%显著性水平下的临界值，说明εt是平稳序列。因此，可判定Susta和Innov是协整的，二者具有长期均衡关系。

2.3 耦合协调度模型的构建

2.3.1耦合度模型

为从整体分析煤炭产业科技创新系统与可持续发展系统之间耦合作用的大小，笔者借助物理学中的容量耦合系数模型进一步构建两系统耦合度模型，以便分析二者相互影响、相互作用的程度。其表达式如下：

式中：C——耦合度，取值区间为[0，1]，数值越大表明两个系统的相互作用越强；

Innov——煤炭产业科技创新系统的综合评价值；

Susta——可持续发展系统的综合评价值；

ai、bj——两系统各指标权重。

2.3.2耦合协调度模型

耦合度仅仅反映两个系统之间的相互作用程度，无法针对不同水平的耦合度进行区分，从而无法反映两个系统真实的协调发展状况。因此，在上述耦合度模型基础上建立耦合协调度模型，其表达式如下：

(18)

式中：D——耦合协调度，数值越大代表两系统的耦合协调度越高；

C——耦合度，取值区间为[0，1]，数值越大表明两个系统的相互作用越强；

T——两系统综合调和指数，反应两系统整体发展水平对协调度的贡献；

Innov——煤炭产业科技创新系统的综合评价值；

Susta——可持续发展系统的综合评价值；

α1、α2——待定系数，一般设定α1=0.5，α2=0.5。

笔者参考刘娜娜等(2015)[19]、盛彦文和马延吉(2017)[20]的相关研究对耦合协调度进行了等级划分，见表4。

表4 耦合协调度等级划分

3 耦合协调度分析结果

通过进一步计算，得出山西省煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调度以及对应的耦合协调等级，见表5。

表5 山西省煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调关系评价

由表5可知，在运用熵值法和相关矩阵赋权法计算指标权重基础上求得的山西省煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调度以及对应的耦合协调等级结果基本一致。

总体来看，2014-2019年山西省煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调度数值介于0.6～0.9之间，二者始终处于高度耦合协调状态或极度耦合协调状态，表明山西省煤炭产业科技创新与可持续发展之间存在相互促进、相互协调的作用。同时，在所选取的研究年限里，山西省煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调度还未达到数值1，说明二者之间的耦合协调关系还有较大的提升空间。

笔者进一步绘制了山西省煤炭产业科技创新与可持续发展耦合协调度时间变化趋势图，如图1所示。

注：D1、D2分别为在熵值法和相关矩阵赋权法计算指标权重基础上求得的耦合协调度

从时间序列来看，山西省煤炭产业科技创新与可持续发展经历了两个阶段，耦合协调度先增加后减小，呈现倒“U”型。第一阶段(2014-2017年)：山西省煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调度数值变化呈稳步上升趋势，表明二者在发展过程中相互促进，耦合协调关系逐年改善；第二阶段(2018-2019年)：山西省煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调度数值开始减小，说明二者的耦合协调度存在波动，耦合协调发展的稳定性有待增强。观察折线D1，2014-2017年，耦合协调度从0.668升至0.783，增幅为17.2%；2018年耦合协调度为0.758，同比下降3.2%；2019年耦合协调度为0.624，同比下降17.7%。观察折线D2，2014-2017年，耦合协调度从0.632升至0.812，增幅为28.5%；2018年耦合协调度为0.808，同比下降0.5%；2019年耦合协调度为0.644，同比下降20.3%。说明2017年以来，山西省煤炭产业科技创新与可持续发展耦合协调关系的上升趋势产生波动，波动产生的原因可能是，2017年以来，山西省加速调整产业结构，经济发展速度暂时有所放缓，间接影响煤炭产业科技创新的投入和产出，同时随着产业结构的加速调整，山西省的生态环境加以改善，最终导致两个系统的耦合协调关系产生波动。

4 结论与建议

4.1 结论

笔者以山西省为研究对象，运用耦合协调度模型，构建了煤炭产业科技创新与省域可持续发展两大系统的评价指标体系，对2014-2019年山西省煤炭产业科技创新与可持续发展系统的耦合协调关系进行了分析和解释，并得出以下结论：

(1)山西省煤炭产业科技创新与可持续发展高度耦合协调，煤炭产业科技创新有助于提升山西省可持续发展的水平。2014-2019年山西省煤炭产业科技创新和可持续发展的耦合协调度介于0.6～0.9之间，总体处于高度耦合协调状态。说明就传统能源大省山西省而言，煤炭产业科技创新与可持续发展同频共振，省域可持续发展离不开煤炭产业的科技创新。

(2)山西省煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调度呈现倒“U”型，二者耦合协调发展的稳定性有待增强。2014-2017年，山西省煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调度数值逐年增大，2018-2019年耦合协调度数值有所回落，二者耦合发展的稳定性有待增强。说明煤炭产业科技创新与省域可持续发展相互影响，应当注重二者发展的持续性与稳定性，在长期发展过程中达到动态平衡。

4.2 建议

(1)提高煤炭产业科技创新投入产出比，不断提升山西省可持续发展水平。首先，在发展煤炭产业的过程中，山西省应加大对科技创新研发人员、研发经费、引进科学技术经费、技术改造经费等的投入，同时争取国家层面的产业政策扶持，营造良好的科技创新环境，促进煤炭产业科技创新能力不断提升；其次，山西省应当完善知识产权保护制度，引导、鼓励煤炭产业通过自主研发、借鉴吸收省域外部先进的发展理念和高端技术，不断推出新技术和新产品，同时推进市场化机制建设，促进煤炭产业科技成果的转化。

(2)保持煤炭产业科技创新政策的连续性，实现与山西省可持续发展的动态平衡。首先，山西省应当明确煤炭产业科技创新的战略地位和发展方向，在煤炭产业发展过程中给予人才和资金的政策支持，并且持续发力；其次，科学理解煤炭产业科技创新与省域可持续发展的双向互动关系，推动煤炭清洁高效转化技术的研发与应用，同时，山西省还应当坚持可持续发展理念，不断改善产业结构，合理控制污染物排放，加强对生态环境的保护，提升山西省煤炭产业科技创新与可持续发展的耦合协调关系，推动山西省经济转型跨越发展。