陕西省能源供给与经济及生态环境协调性分析

沈 明，沈 镭，张 超，刘立涛，钟 帅，3

(1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101;2.中国科学院大学研究生院，北京100049;3.中国地质大学(北京)人文经管学院，北京100083)

0 引言

协调度是可持续发展能力评价的重要指标，研究系统协调性的主要目的在于监测相互矛盾或相互制约子系统的兼容性，以保证整体发展的协调性和持续性［1］。从研究尺度来看，中国资源—经济—生态环境系统协调性研究经历了“全国—区域—省域”的发展过程，逐步体现出具体问题具体分析和分类研究的思想［2-4］。如陈长杰等基于可持续发展的PREEST模型对中国1980—2000年经济、资源系统发展协调性进行了系统定量评价，认为这期间中国经济资源系统发展势头良好，具有较高的相关协调性［5］。涂正革以30个省份的数据为基础分析环境技术效率，得出各区域资源环境和工业增长的协调情况，并认为西部较中东部地区的工业和环境失衡更加严重［6］。薛静静等运用全局主成分分析法和ArcGIS空间分析技术等对中国八大经济区经济发展水平和能源效率水平进行系统评价，研究表明中国经济发展和能源效率水平呈线状分布和面状扩展特点，协调水平从东部沿海向中西部内陆递减［7］。洪开荣等对中国中部六省“资源—环境—经济—社会复合系统”协调水平进行定量评价，认为中部六省在1999—2010年间协调发展程度不高且地区差异明显［8］。焦兵引入“资源诅咒”假说，通过面板数据模型实证考察陕西省油气能源和经济增长的联动关系，发现虽然油气资源开发对经济增长起显著正效应，但引入技术和人力资源变量后其促进效应将大大减弱［9］。张闪闪通过构建能源—经济—生态环境指标体系并运用模糊评价、熵值法等方法，综合评价河南省能源—经济—生态环境系统协调度，得出子系统发展水平及两两协调关系［10］。可见，对细分区域进行协调性分析是未来研究的趋势，资源禀赋的不均衡和特殊的地理环境也决定了需要因地制宜地看待能源—经济—生态环境系统协调问题。目前，以资源经济类型、地理区位条件和生态环境为基础的研究尚较缺乏，需要进一步加强以此为切入点的针对性分析［11］。

陕西省作为能源输出大省，能源经济对其发展具有重要的拉动作用［12-14］，且在资源条件、地理区位和生态环境上具有显著的特殊性:第一，陕西省拥有丰富的能源资源，是中国西煤东运、西气东输、西电东送的重要基地，而相比能源消费，陕西省能源供给对本省乃至全国的能源供给安全均具有更显著的意义。第二，陕西省脆弱的生态环境决定了其能源经济发展的特殊性。一方面，陕西省生态环境具有结构复杂、类型繁多、变化性强等特点，整体生态环境较为脆弱，干旱和半干旱的气候环境下可利用土地及水资源都极度缺乏;另一方面，能源开采行业对生态环境破坏性强，地表及地下破坏和污染严重且耗水量大，这种矛盾关系要求陕西省在制定发展战略时需多方考虑，科学布局。目前关于能源—经济—生态环境系统大量研究主要集中在能源消费与增长的相互关系上［15-20］，较少有从供给角度出发研究能源经济协调性问题，因此，从能源供给的角度分析陕西省能源供给、经济增长与生态环境的协调关系更切合陕西省能源开发利用的现实情况。

1 现状分析

1.1 经济发展现状

2002—2012年间陕西省经济快速增长，GDP年均增速在9%～15%。2013年陕西省GDP总值16 045亿元，是2000年的8.9倍。从产业结构来看，陕西省第二产业的比重超过40%，并长期占据主导地位。虽然2009年受到全球经济危机的影响第二产业比重略有下调，但总体仍呈现攀升的趋势，2012年达55.9%。根据陕西省政府网站公布数据，陕西省第二产业主要由能源化工业、装备制造业、有色冶金工业、食品工业、非金属矿物制品业、医药制造业、纺织服装工业、计算机通信及其他电子设备制造业八大支柱工业构成。2012年，八大工业的产值占陕西省第二产业总值的97.9%。其中，能源化工业对整个第二产业总值的贡献率达到了61.14%，是支撑第二产业发展的主要动力。由此可见，陕西省经济是以第二产业为主导，整体经济呈现快速发展的局面，而经济的快速增长主要源于丰富的能源物质基础。

1.2 主要能源供给现状

1.2.1 煤炭供给。煤炭资源主要分布在渭北、彬长和陕北地区，其中，榆林年产煤2.57亿t，占全省总产量的71.17%。陕西煤炭以低硫、低磷、低灰、中高发热量的优质动力煤和化工用煤为主，现已探明加预测储量1 470亿t，占全国探明储量的11%左右。目前国家规划重点建设的13个大型煤炭基地中，陕西省有神东、陕北和黄陇3个基地。陕西省大部分煤炭调往省外。2012年供省内消费煤炭有15 292.84万t，占32.7%。调出省外的煤炭总量(含出口)达 31 474.48万 t，占总量的 67.3%。

1.2.2 石油供给。石油资源主要分布在陕北地区的榆林、延安两市，区域面积8万km2，属于特低渗透油田。石油预测资源总量约40亿t，累计探明地质储量19亿t，居全国第5位。陕西省石油资源主要输往省外，2012年输出比例高达61.23%。

1.2.3 天然气供给。天然气资源主要分布在陕北地区的榆林、延安两市，区域面积8万km2。天然气预测资源量11.7万亿m3，累计探明地质储量1.2万亿 m3，居全国第3位。天然气甲烷含量95% ～98%，热值35 579～36 835 kJ/m3。陕西省的天然气省外输出所占比例较大。2000—2011年，陕西省天然气省外输出比例年均69.14%，2011年输出比例更达77.30%。

基于经济增长、产业贡献率、能源产业占二产比例、能源省内外供给比例等数据的倒推和定性分析，发现陕西省经济增长主要依靠能源。但因陕西省能源绝大部分输往省外，故而在能源经济上属于供给型，与中东部省份有明显差异。

2 能源供给与经济和生态协调性分析

2.1 指标体系构建

基于陕西省供给型能源经济增长特点，以能源供给为切入点分析能源—经济—生态(3E)系统协调性问题，基于现有研究成果构建能源供给与经济及生态环境协调性评价指标体系(表1)。选取2001—2012年共12年的数据样本，主要数据来源于历年的《陕西统计年鉴》。需要说明的是，能源供给总量是指一个区域通过自身能力(包括产能和库存)所能够提供的所有能源，以能源供给总量、能源供给弹性系数和人均能源供给量表示。其中，能源供给量=一次能源生产量+能源期初库存量-能源期末库存量(不包含区域以外能源的调入量以及进口量);能源供给弹性系数=能源供给量年平均增长速度/国民经济年平均增长速度。

2.2 指标权重确定

指标权重的确定主要有主观赋权法、客观赋权法和综合集成赋权法［21-23］。主观赋权法有德尔菲法、环比评价法以及层次分析法;客观赋权法有因子分析法、熵值法、变异系数法及主成分分析法;综合集成赋权法有加法集权法和乘法集权法，是主观判断与客观考究的结合。为避免过分依赖单一的方法，采用综合集成赋权法，结合主观的层次分析法和客观的熵值法来确定权重，设定主客观评判各占50%，得到各指标权重(表1)。

表1 能源供给与经济及生态环境协调性分析指标体系Tab.1 3E index system for coordination degree evaluation

2.3 系统发展水平

模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法，是由模糊数学的隶属度理论，通过使用期望把定性评价转化为定量评价，即对受多种因素影响的事物或者对象做出总体评价。模糊综合评价具有系统性强、结果清晰的特点，适用于解决非确定性问题。

设能源供给、经济以及生态环境3个子系统的发展水平分别为EA、EB、EC，其期望值公式为:E=P × ω。式中:P为无纲量化后的标准矩阵;ω为n个评价指标的权重所组成的向量。由此可以分别得到3个子系统的发展水平(表2)，而后在子系统不同年份各自发展水平的基础上分别赋予1/3的权重，即E*=(EA+EB+EC)/3，由此计算得到整体发展水平(表2)。

表2 2001—2012年陕西省能源供给与经济及生态环境系统发展水平Tab.2 The 3E system developmental level in Shaanxi Province from 2001 to 2012

结果显示，2001—2012年，陕西省的能源供给、经济、生态环境以及整个系统发展水平总体呈现出上升趋势(图1)。发展阶段上，3个子系统在2004年以前发展不断增速，2005—2007年间发展水平略有下降，2007年以后逐渐提升;发展差异性上，经济子系统的发展波动性明显高于其他两类，能源供给子系统则呈现出平稳增长的趋势，整体上三者在趋势上是保持一致的。

图1 2001—2012年陕西省能源供给与经济及生态环境系统发展水平趋势Fig.1 Trend of the 3E system developmental level in Shaanxi Province from 2001 to 2012

2.4 系统协调度

在得出各子系统以及系统整体的发展水平的基础上可进一步求得各子系统的协调度以及整体协调度。

式中:E*表示系统整体发展水平;d Ei/d t表示子系统i的发展增速;d E*/d t表示系统整体的发展增速，且［d E*/d t］t= ［(E*)t-(E*)t-1］/(E*)t-1;SAB 表示系统A和系统B的协调度。结合前文所得系统发展水平数据可得到相应的每一年的子系统发展协调度(图2)。

图2 2002—2012年陕西省能源供给与经济及生态环境各子系统协调度Fig.2 The 3E subsystem coordination degree in Shaanxi Province from 2002 to 2012

根据协调度模型可知，当d Ei/d t＜d E*/d t时，表明子系统的发展速度超过了系统整体的速度，即子系统发展过快;相应地，当d Ei/d t＞d E*/d t时，表明子系统的发展速度不及整体速度，即子系统发展较慢;只有当d Ei/d t=d E*/d t时，系统之间才处于协调状态，且此时的协调度达到最大状态为1。

基于目前协调性研究经验，将协调水平处于［0，0.2)区间视为濒临失调，［0.2，0.4)区间视为勉强协调，［0.4，0.6)区间视为中级协调，［0.6，0.8)区间视为良好协调，［0.8，1)区间视为优质协调，当协调水平为1时即达到完全协调。从能源供给、经济增长、生态环境两两相关协调度(图3)可以看出，两两协调度大部分的时间序列点都落在0.6～1.0内即良好和优质协调水平，且2010年以来一直处于优质水平，反映了陕西省能源供给、经济与生态环境三者大致处于同步协调发展状态。

图3 2002—2012年陕西省能源供给与经济及生态环境两两相关协调度Fig.3 Pairwise correlation coordination degree of the 3E system in Shaanxi Province from 2002 to 2012

2.5 系统协调度波动率

为了进一步探究能源供给、经济增长和生态环境三者间的协调关系特点，通过计算协调度波动率对协调度水平的波动性进行分析，其中，协调度波动率=(本年度协调水平-上年协调度水平)/上年协调度水平。结果显示:(1)2004—2010年陕西省能源、经济与生态环境协调度呈现出较大波动。其中2005年能源与生态环境协调度波动率最大，达到了38.84%，与2008年的极低值-32.78%相比，波动率超过70%;(2)2004年以前和2010年以后这两段时间中协调度的波动性呈缓和趋势;(3)2003—2012年间，能源供给、经济增长和生态环境的波动性具有较高的一致性(图4)。

图4 2003—2012年陕西省能源供给与经济及生态环境协调度波动率Fig.4 Coordination degree volatility of the 3E system in Shaanxi Province from 2003 to 2012

3 结论

基于陕西省特殊的供给型能源经济特点，结合定性及定量分析方法对陕西省能源供给、经济增长和生态环境三者间协调关系进行实证研究，结果表明:(1)陕西省能源供给、经济增长与生态环境间具有较高的协调性，在高强度能源供给的前提下，2002年以来陕西省三者之间基本处于良好或优质的协调水平。(2)陕西省能源供给、经济增长和生态环境协调关系波动大，2004—2010年陕西省能源、经济与生态环境协调度呈现出较大波动。其中，极高值为2005年的38.84%，极低值为2008年的-32.78%，波动幅度超过70个百分点，不稳定性强。(3)能源供给、经济增长和生态环境协调度对能源供给变化具有较高的敏感性。结合协调度的波动规律和能源供给水平的变化规律发现，两者恰好在2003—2010年之间同时呈现出较强波动性，且在时间点上波动幅度具有较高的一致性。因此，三者间的协调关系对能源供给变化的敏感性较强，虽然协调程度水平较高，但一定程度上是建立在能源供给的高水平前提之下。

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