能源—经济—环境系统协调发展研究——以呼包银榆经济区为例

宋宇辰，闫昱洁，薛建春，李昊东

(内蒙古科技大学 经济与管理学院， 内蒙古 包头 014010)



能源—经济—环境系统协调发展研究
——以呼包银榆经济区为例

宋宇辰，闫昱洁，薛建春，李昊东

(内蒙古科技大学 经济与管理学院， 内蒙古 包头 014010)

呼包银榆经济区能源-经济-环境系统的协调发展是实现该区域可持续发展的关键。研究以该经济区中呼包鄂银榆五个能源城市为例，通过构建指标体系，采用灰色预测方法、熵值法和耦合协调度评价模型研究其能源-经济-环境系统的协调发展水平。结果表明：2006-2010年，能源-经济-环境系统耦合协调度排名为：包头>银川>呼和浩特>鄂尔多斯>榆林；2011-2015年排名为：包头>呼和浩特>鄂尔多斯>榆林>银川；2016-2020年排名为：包头>鄂尔多斯>呼和浩特>榆林>银川。

能源-经济-环境；灰色预测；熵值法；耦合协调度；呼包鄂银榆经济区

一、引 言

2012年10月8日，国务院正式批准《呼包银榆经济区发展规划》，2013年国家主席习近平提出“一带一路”战略构想。推进“一带一路”建设，呼包银榆经济区将充分发挥西部地区优势。而寻求呼包银榆经济区能源-经济-环境(Energy-Economy-Environment，3E)系统的协调发展不仅是可持续发展理论最本质的要求，也是实现三省区经济又好又快发展、深入推进“一带一路”战略的有效途径。

国内外许多研究学者展开了一系列对3E系统协调发展的研究。日本长冈理工大学提出3Es-Model，描述了能源、环境和经济之间的数量关系。Lenzen选取能源消费、温室气体排放和经济参数来分析澳大利亚3E系统间的关系[1]。范中启等人探讨了3E系统协调发展评价指标体系的设计原则，并构建了指标体系[2]。赵芳借助主成分分析法和模糊数学隶属度数对中国2000-2007年3E系统协调度进行测算[3]。陈一鸣等人从协同学角度出发构建了山东省3E系统协调度评价模型[4]。胡绍雨运用主成分分析法和因子分析法，测算了能源、经济与环境系统之间的协调发展系数[5]。

呼包银榆经济区作为我国重要的能源和矿产资源富集区、生态功能区，西部重要的经济增长极，学者们对其3E系统协调发展的研究却很少，仅有的也只是单纯地针对个别城市研究其能源、经济与环境之间的二元关系，很难找到有目的性地对呼包银榆经济区3E系统协调发展的研究成果[6-8]。本文以呼包鄂银榆五市为例，通过构建3E系统协调发展评价指标体系，收集整理2006-2013年能源、经济与环境指标数据，采用灰色系统预测模型GM(1,1)预测2014-2020年各指标值，运用熵值法和耦合协调度评价模型对呼包鄂银榆三个五年规划期内的3E系统协调发展水平进行评价。

二、评价指标体系的构建与研究方法

(一)呼包银榆经济区概况

呼包银榆经济区地处我国鄂尔多斯盆地腹地，是沟通华北和西部地区的重要枢纽，包括呼和浩特、包头、鄂尔多斯、银川、榆林等共13个市的59个县区，该区总面积38.5万平方公里，常住人口1950万人。西部大开发战略实施以来呼包银榆地区经济社会发展取得巨大成就，主要体现在以下方面：(1)能源矿产资源富集。该经济区煤炭保有储量、石油可采储量、天然气探明地质储量分别占全国近27%、10%、30.1%，稀土资源十分丰富，岩盐、铁、铜、铝、铅、锌、镁等矿产资源储量均居全国前列。(2)产业特色鲜明。煤炭、油气、电力、新能源成为支柱产业，新材料、冶金和装备制造等产业在国内占据重要地位。(3)交通枢纽地位突出。高速公路横贯东西连接南北，已建有呼和浩特、银川等9个民用机场，境内有4个口对蒙边境口岸。(4)城镇化水平较高。呼和浩特、银川的首府城市功能日趋完善，包头、鄂尔多斯、榆林等重要城市支撑能力较强[9-11]。

(二)构建评价指标体系

学者们在构建3E系统协调发展评价指标体系方面取得了丰硕成果，本文结合呼包银榆经济区能源、经济与环境发展现状，遵循科学性、全面性、系统性和可操作性原则[12]，经历了理论准备、选择参考指标体系和指标体系优化三个环节构建了呼包鄂银榆3E系统协调发展评价指标体系，如表1所示。该指标体系分为三级。一级指标为能源子系统、经济子系统和环境子系统。二级指标包括总量指标、结构指标、效益指标、环境污染、环境控制和环境质量。三级指标由能源子系统的8项指标(En11-En32)、经济子系统的12项指标(Ec11-Ec34)和环境子系统的9项指标(Ev11-Ev32)构成。

呼包银榆经济区包括13个市的59个县区，考虑到数据的可得性和可比性，选取呼包鄂银榆这五个重要的能源城市研究其3E系统的协调发展水平。所需数据来自呼和浩特市、包头市、鄂尔多斯市、银川市和榆林市2007-2014年统计年鉴，个别缺失值利用线性插值法加以补充。

表1 呼包鄂银榆经济区3E系统协调发展评价指标体系

(三)GM(1,1)模型预测评价指标数据

(四)熵值法确定评价指标权重

(五)3E系统协调发展评价模型与评判标准

能源-经济-环境系统的协调发展指系统内部要素间相互配合以及系统相互作用，保持互利共生的关系，从而使区域整体利益不断提高的发展状态。借鉴物理学中的耦合度概念来构建耦合协调度模型，对能源、经济与环境的协调发展状况进行测度。

分别表示系统ui和uj，则多个系统相互作用的耦合度模型可以表示为：

学者通常将评价标准划分为7个等级，即优级协调、良好协调、中级协调、初级协调、勉强协调、濒临协调和失调[15-16]，如表2所示。

表2 耦合协调度标准划分

三、实证结果与分析

(一)能源、经济与环境指标权重分析

熵值法作为一种客观赋权法，在评价中常被用来确定指标权重。在此基础上得到各子系统的评价值。根据上述熵值法的计算步骤得出呼包鄂银榆能源、经济与环境各指标所占权重，如表3所示。

能源子系统中：呼和浩特的En21和En13权重分别为56.91%和14.34%，相对较大，说明这两项指标对呼和浩特能源子系统的协调评价影响最大，应重点关注；包头的En21、En22和En23权重相对较大，表明这些结构指标对包头能源子系统的协调评价影响最大；鄂尔多斯En11、En12、En13、En22的权重相对较大，说明这些指标对鄂尔多斯能源子系统的协调评价起着主要作用；银川的En11、En12、En22权重分别为23.37%、16.62%、16.17%，相对较大，说明这三项指标是影响银川能源子系统协调评价的主要因素；榆林的En21、En22、En12权重分别为25.86%、22.78%、18.85%，相对较大，表明这三项指标对榆林能源子系统协调评价的影响最大。

表3 呼包鄂银榆能源、经济与环境各指标的权重

经济子系统中：呼和浩特的Ec11-Ec14、Ec31-Ec33这些指标所占权重较大，说明呼和浩特经济子系统协调评价中总量指标和效益指标起着主要作用，结构指标对其影响较小；包头的Ec11-Ec14、Ec32和Ec33这些指标的权重较大，说明包头经济子系统协调评价的主要影响因素为总量指标和效益指标；鄂尔多斯的Ec11、Ec12、Ec14、Ec32和Ec33这些指标所占权重较大，说明它们对鄂尔多斯经济子系统协调评价的影响最大；银川的Ec11、Ec12、Ec14和Ec32所占权重较大，说明这四项指标对银川经济子系统协调评价的影响最大；榆林的Ec11-Ec14、Ec32和Ec33这些指标的权重相对较大，表明它们是影响榆林经济子系统协调评价的主要因素。

环境子系统中：呼和浩特的Ev14、Ev12和Ev15的权重分别为52.20%、14.77%和13.67%，相对较大，说明呼和浩特环境子系统协调评价中这些总量指标作用最大；包头的Ev15、Ev12和Ev14的权重分别为35.31%、27.38%和11.25%，相对较大，表明包头的环境子系统协调评价主要受这些因素影响；鄂尔多斯的Ev31、Ev15和Ev11这三个指标的权重分别为28.34%、23.91%和19.16%，相对较大，说明它们是影响鄂尔多斯环境子系统协调评价的主要因素；银川的Ev13、Ev15、Ev14、Ev12所占权重分别为32.76%、21.96%、18.48%、17.82%，相对较大，说明这四项指标是影响银川环境子系统协调评价的主要因素；榆林的Ev31、Ev11、Ev12的权重分别为26.48%、25.59%、24.21%，相对较大，表明榆林环境子系统的系统评价受这些因素影响最大。

(二)能源、经济与环境子系统评价值

由熵值法得到各指标权重后，利用fij=ωj×dij，依次计算得出呼包鄂银榆2006-2020年能源、经济与环境各子系统发展水平的评价值En、Ec和Ev，结果见表4。

通过分析表4，可以看出呼包鄂银榆2006-2020年能源、经济与环境发展水平。

1.2006-2010年，呼和浩特能源子系统和经济子系统评价值持续上升，环境子系统评价值表现出下降趋势。包头能源子系统和经济子系统评价值也表现为持续上升，但是，环境子系统评价值出现波动变化。鄂尔多斯能源子系统评价值起点低，除2008年出现短暂的快速增长外，其他年份上升缓慢，经济子系统评价值持续上升，环境子系统评价值出现波动变化。银川能源子系统评价值2010年下降到0.16，经济子系统2009年下降到0.17,2010年上升至0.21，环境子系统评价值2008-2010年一直处于下降趋势。榆林能源、经济子系统都在持续上升，但是起点非常低，而环境子系统评价值却在持续下降。总体而言，2006-2010年能源子系统评价值排序为银川>呼和浩特>包头>鄂尔多斯>榆林；经济子系统评价值排序为呼和浩特>包头>银川>鄂尔多斯>榆林；环境子系统评价值排序为银川>包头>榆林>鄂尔多斯>呼和浩特。

表4 2006-2020年呼包鄂银榆能源、经济与环境各子系统的评价值

2.2011-2015年，呼和浩特能源子系统评价值2012年下降为0.28，其余年份表现为上升趋势，其经济子系统和环境子系统评价值均表现为稳定增长。包头能源子系统和经济子系统评价值保持持续增长态势，但是，环境子系统评价值2012年、2013年有所下降，之后继续增长。鄂尔多斯能源子系统和经济子系统评价值保持上升趋势，环境子系统评价值2013年下降到0.26，之后又表现为上升趋势。银川和榆林的能源、经济子系统评价值都在持续上升，而环境子系统依然保持下降趋势。总体而言，2011-2015年能源子系统评价值排序为包头>呼和浩特>鄂尔多斯>银川>榆林；经济子系统评价值排序为呼和浩特>包头>银川>鄂尔多斯>榆林；环境子系统评价值排序为包头>鄂尔多斯>榆林>呼和浩特>银川。

3.2016-2020年，呼和浩特能源子系统、经济子系统和环境子系统评价值均表现为快速上升趋势，预测到2020年能源子系统评价值将达到1.00，经济子系统达到1.00，环境子系统达到0.67。包头能源子系统、经济子系统和环境子系统评价值表现为快速上升趋势，预测2020年能源子系统评价值将达到1.00，经济子系统达到1.00，环境子系统达到0.77。鄂尔多斯能源子系统、经济子系统和环境子系统评价值也表现为快速上升趋势，预测到2020年能源子系统评价值将达到0.78，经济子系统达到1.00，环境子系统达到0.66。银川能源、经济子系统评价值都在持续上升，而能源子系统评价值越来越低，预测到2020年能源子系统评价值将达到0.84，经济子系统达到1.00，而环境子系统仅为0.08。榆林能源子系统、经济子系统和环境子系统评价值呈现上升趋势，预测2020年能源子系统评价值将达到1.00，经济子系统也达到1.00，环境子系统达到0.37。总体而言，2016-2020年能源子系统评价值排序为包头>呼和浩特>榆林>银川>鄂尔多斯；经济子系统评价值排序为呼和浩特>包头>鄂尔多斯、银川>榆林；环境子系统评价值排序为包头>鄂尔多斯>呼和浩特>榆林>银川。

(三)能源-经济-环境系统协调发展水平分析

根据3E系统耦合协调度公式，计算得出呼包鄂银榆2006-2020年能源-经济-环境系统的耦合协调度D(En,Ec,Ev)，并根据耦合协调度评判标准确定其所处的协调等级，结果见表5。

分析表5可以看出呼包鄂银榆2006-2020年能源-经济-环境系统协调发展水平如下：

1.2006-2010年，呼和浩特市能源-经济-环境系统的耦合协调度都小于0.4，协调等级均表现为失调。包头市能源-经济-环境系统的耦合协调度2006-2008年小于0.4，属于失调等级，2009年达到0.425，进入濒临协调等级。鄂尔多斯市能源-经济-环境系统的耦合协调度都小于0.4，协调等级均表现为失调。银川市能源-经济-环境系统的耦合协调度2006年为0.410，属于濒临协调，2007年为0.516，达到勉强协调，2008-2010年都低于0.4，属于失调等级。榆林市能源-经济-环境系统的耦合协调度都小于0.4，协调等级均表现为失调。

2.2011-2015年，呼和浩特市能源-经济-环境系统的耦合协调度始终低于0.4，停留在失调等级。包头市能源-经济-环境系统2011-2013年保持濒临协调等级，2014年耦合协调度达到0.523，进入勉强协调等级。鄂尔多斯市、银川市和榆林市能源-经济-环境系统的耦合协调度始终低于0.4，停留在失调等级。

表5 2006-2020年呼包鄂银榆能源-经济-环境系统的耦合协调度

3.2016-2020年，呼和浩特市3E系统的耦合协调度于2017年达到0.422，2018年达到0.515，2019年达到0.662，2020年达到0.989，经历由失调-濒临协调-勉强协调-初级协调-优级协调的等级变化。包头市能源-经济-环境系统的耦合协调度于2016年达到0.644，2017年达到0.723，2018年达到0.818，2019年达到0.932，2020年达到1.000，经历由勉强协调-初级协调-中级协调-良好协调-优级协调的等级变化。鄂尔多斯市3E系统的耦合协调度2016年仍然低于0.4，处于失调等级，2017年达到0.439，2018年达到0.544，2019年达到0.687，2020年达到0.886，经历了失调-濒临协调-勉强协调-初级协调-良好协调的等级变化过程。银川市3E系统的耦合协调度2016-2019年始终低于0.4，属于失调等级，2020年耦合协调度将达到0.408，进入濒临协调等级。榆林市能源-经济-环境系统的耦合协调度2016-2017年低于0.4，处于失调等级，2018年耦合协调度达到0.432，2019年将达到0.559，2020年将达到0.736，依次经历了失调-濒临协调-勉强协调-中级协调等级。

四、结 论

在了解国内外研究综述的基础上，结合呼包银榆经济区能源、经济与环境发展现状，构建了呼包鄂银榆能源-经济-环境系统协调发展评价指标体系。采用2006-2013年呼包鄂银榆能源、经济与环境数据，运用灰色预测模型GM(1,1)预测得到2014-2020年能源、经济和环境各指标数据。采用熵值法确定呼包鄂银榆能源、经济与环境子系统中各指标所占权重，得到呼包鄂银榆能源、经济与环境各子系统的评价值。运用耦合协调度评价模型对呼包鄂银榆3E系统协调发展水平作了综合评价。从实证分析结果来看，得出以下结论：

第一，呼包鄂银榆的能源子系统协调评价主要受总量指标和结构指标的影响；经济子系统协调评价受总量指标和效益指标的影响较大；环境子系统的协调评价受总量指标的影响最大。能源、经济与环境系统的协调发展需要保持总量提高的同时合理调整结构并且促进效益的提高，应该根据呼包鄂银榆能源、经济与环境子系统中指标所占权重，针对性地进行合理调整，以期促进呼包鄂银榆各市3E系统的协调发展。

第二，分析呼包鄂银榆五市能源-经济-环境系统的耦合协调度可以看出：2006-2010年，能源-经济-环境系统的协调发展水平包头最好，其次是银川、呼和浩特、鄂尔多斯，榆林最差；2011-2015年，能源-经济-环境系统的协调发展水平包头依然排名第一，呼和浩特紧随其后，鄂尔多斯排列第三，榆林位居第四，银川排到了最后；2016-2020年，能源-经济-环境系统的协调发展水平排名依次为包头、鄂尔多斯、呼和浩特、榆林和银川。

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(责任编辑：任红梅)

Research on Energy-Economy-Environment System Coordinated Development：Based on Hu-Bao-Yin-Yu Economic Region

SONGYu-chen，YANYu-jie，XUEJian-chun，LIHao-dong

(School of Economics and Management,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010,China)

The energy-economy-environment system coordinated development of Hu-Bao-Yin-Yu Economic Region is the key to realize the regional sustainable development. This article taking the five energy cities Hu-Bao-E-Yin-Yu as an example, builded the evaluation index system, and using the grey prediction method, the entropy value method and coupling coordination degree evaluation model to research the Hu-Bao-E-Yin-Yu energy-economy-environment system coordinated development level. It turned out that, the ranking of energy-economy-environment system coupling coordination degree is Baotou>Yinchuan>Hohhot>Erdos>Yulin from 2006 to 2010. The ranking of energy-economy-environment system coupling coordination degree is Baotou>Hohhot>Erdos>Yulin>Yinchuan from 2011 to 2015. The ranking of energy-economy-environment system coupling coordination degree is Baotou>Erdos>Hohhot>Yulin>Yinchuan from 2016 to 2020.Keywords:energy-economy-environment; grey predict； entropy value method； coupling coordination degree； Hu-Bao-Yin-Yu economic region

2015-10-26

国家自然科学基金项目(71363040)；教育部人文社会科学研究规划基金项目(11YJAZH077)

宋宇辰(1958-)，女，内蒙古包头人，内蒙古科技大学经济与管理学院教授，博士生导师，研究方向为经济资源环境可持续发展；闫昱洁(1989-)，女，山西太原人，内蒙古科技大学经济与管理学院硕士研究生，研究方向为经济资源环境可持续发展；薛建春(1978-)，女，内蒙古包头人，内蒙古科技大学经济与管理学院副教授，研究方向为土地资源管理、土地利用规划环境影响评价；李昊东(1988-)，男，内蒙古呼和浩特人，内蒙古科技大学经济与管理学院硕士研究生，研究方向为经济资源环境可持续发展。

F127.4

A

1672-2817(2016)04-0039-07