关于能源-经济-环境耦合协调发展评价——以近15 年的福建省为例

陈柔昀 王 珊 王智苑 刘金福

本文以福建省为研究对象，以能源、经济和环境三者间关系为研究重点构建能源—经济—环境（3E）系统综合评价指标体系，运用熵值法对福建省2005-2020 年可持续发展情况进行综合评价，并对三者间耦合关系进行定量分析。研究结果表明：15 年来福建省能源、经济和环境各子系统发展水平稳步上升，3E 系统综合发展趋势良好；能源、经济和环境子系统间耦合协调发展态势良好，呈现波动增长，但仍存在不平衡因素，表明福建省需进一步合理调整社会经济结构，提高资源利用效率。

一、前言

近年来，我国经济快速发展，能源消耗加剧，带来的环境污染、资源过度消耗等问题又制约着经济的发展，能源、经济和环境间矛盾日益突出，为社会及环境带来严重的发展问题，如水资源的稀缺和污染、化石资源的枯竭、生态环境的恶化以及社会与经济发展之间的不平衡。能源可持续性是基础，环境可持续性是条件，经济可持续性是最终目标。能源、经济和环境的协调发展至关重要。研究人员对3E 系统关注逐渐增多。

2016 年8 月，福建省成为全国首个国家生态文明试验区。为了深入贯彻党中央提出的要实现碳达峰碳中和战略目标，福建省多举措推进生态省建设。作为中国沿海经济区域重要组成部分，在经济发展的驱动下，福建省能源供需缺口日益增大，能源供给率从2005 年的43.25%持续下降，到2020 年降为28.75%，不到能源消费总量1/3。针对能源、经济和环境间耦合协调关系的研究，分析3E 综合发展水平的时间演变趋势，在促进福建省能源、经济和环境健康可持续发展方面具有重要意义。

二、数据来源

福建省位于我国东南沿海，陆地总面积12.4 万平方千米，是历史上和现代海上丝绸之路的起点，2019 年入选国家数字经济发展试验区。研究数据包含福建省能源、经济、环境数据，收集福建省2005-2020 年数据作为研究对象。原始数据来源于《福建省环境统计公报》、《福建省统计年鉴》、《中国城乡建设统计年鉴》。

三、研究方法

（一）能源、经济、环境综合评价指标体系

遵从指标构建整体性、全面性、科学性、可获得性、代表性和层次性原则，在充分研究相关参考文献基础上设计指标体系。第一层次为目标层，即福建省能源-经济-环境发展水平；第二层次为准则层，即能源子系统、经济子系统、环境子系统三个准则层；第三层次为实施层。

通过熵值法计算出的福建省3E 系统综合评价指标权，在能源子系统中，指标按权重大小排序，排名前三的分别是，能源生产总量>能源消费总量>煤炭消费占比，三个指标权重之和为38.254%，超过1/3，说明能源生产、消费总量以及煤炭消费在一定程度上决定能源子系统发展水平。在经济子系统中，权重大小前三指标分别是第三产业占比>第二产业占比>固定资产投资总额，说明福建省经济发展水平主要受第二、三产业的影响。在环境子系统中，森林覆盖率权重最大，达到24.976%，接近1/4，其次是环境污染治理投资额和工业固体废弃物综合利用率，除工业废气排放量，其余指标权重均在10%以下。指标体系构建结果见表2-1。

表2-1 福建省能源-经济-环境（3E 系统）发展评价指标体系

由于各个指标单位和量纲不一样，无法直接进行比较。因此，采用极差标准化法进行标准化处理。将指标划分为正向指标和负向指标。通过指标标准化处理后，所有指标评价方向处于相同方向，且单位相同。正指标公式见公式（2-1），逆指标公式见公式（2-2）。

式中，i 为年份，j 为指标，xij是原数据，max(xj)和min(xj)分别为第j个指标最大值和最小值，x'ij是标准化数据。

（二）熵值法

为避免评价指标体系主观性较强的缺点，采用熵值法对福建省进行综合评价。熵值法[5]评价计算过程如公式（3-3）至（3-6）所示：

式中，m、n 分别代表福建省样本数据量和指标个数；i 为样本数，j 为指标序号；x'ij是标准化数据；Hj代表第j 项信息熵；wj代表第j 项权重；Fi代表综合得分水平。

（三）耦合协调度模型

为找到系统间内在关系，建立3E 系统及其子系统间的协调度[6]，对3 个子系统间协调度进行评价研究，公式如下：

式中，F1、F2、F3分别代表能源、经济、环境的综合效益，C 为省三个系统间的耦合度，D 为福建省三个系统间耦合协调度，T 为福建省3E 系统的综合评价指数，α、β、δ 分别为各子系统的贡献份额，由于能源、经济、环境三者间耦合协调发展重要性相同，因此取α、β 和δ 的值相等，均为1/3。

四、结果与分析

（一）福建省能源-经济-环境现状分析

根据查询2005-2021 年福建省统计年鉴，可知2005-2020 年福建省能源-经济-环境现状。

福建省能源总产量总体上呈现曲折上升的趋势，年均增长率为6.2%。一次能源生产结构特征独特，变化显著。福建省生产的能源主要是由原煤和水电、风电、核电构成，2011 年福建省原煤产量占能源生产总量的66.8%，超过福建省能源总产量的2/3，2012 年后，原煤产量迅速下降，比例逐年降低，到2020 年，原煤仅占福建省能源总产量的12.2%。与原煤产量的占比减少相反，水电、风电、核电的迅速上升，到2020 年，水电、风电、核电产量占比达到福建省能源总产量的74.8%。

福建省经济现状。福建省GDP 总量逐年增长，2020年福建省GDP 总值43904 亿元，相对于2005 年产值增长6.8 倍。从GDP 增速来看，GDP 总值增长率波动明显，2010 年以来GDP 增速呈现明显的下降趋势，在2015-2020 年又呈现先上升后下降的倒“U”型趋势。

福建省自然条件优越，森林和旅游资源丰富，连续42 年森林覆盖率全国第一。但在目前发展模式下，福建省经济的快速增长和能源消耗的不断增加，加大环境污染，影响生态环境。

根据查询福建省环境统计公报，2005-2020 年福建省废水排放总量不断上升，年均增长率为3.57%，废水排放量的上升给水资源污染治理工作施加压力。与此相反，2005-2020 年，福建省二氧化硫排放量和烟粉尘排放量显著下降，年均降幅分别为7.27%和2.44%，说明福建省在控制大气污染物排放方面取得一定成果，福建省空气质量状况持续保持优良状态。

福建省2005-2020 年环境污染治理投资总额呈现曲折上升的趋势，在2014-2016 年有大幅度下降，波动幅度较大。总体上来看，福建省环境污染投资和生态环境治理要求存在差距，且福建省环境污染治理投资总额占GDP 比重不断下降，因此，应加大福建省的环境污染治理投资力度。

（二）福建省3E 系统综合发展评价

运用熵值法计算权重加权得出2005-2020 年福建省能源-经济-环境综合发展水平如图3-1 所示。2011 年以前3E 系统得分呈现总体正向波动趋势，2007 年为得分最低点，经济子系统的快速发展导致能源和环境两个子系统被牵制，总体效益出现不平稳状态。2011 年后经济发展进入新常态，环境可持续发展、新能源等相关政策的出台较好的改善了社会经济发展与能源环境之间的矛盾，以经济增速放缓换来社会能源-经济-环境综合系统水平的稳步上升，2005 年-2020 年福建省综合评价结果总体上呈现不断上升趋势，发展前景好。

图3-1 福建省能源-经济-环境综合得分和子系统得分Fig.3-1 Fujian Province Energy-Economy-Environment Comprehensive score and Subsystem Score

从能源子系统来看，2005-2020 年能源子系统综合得分趋势变化不稳定，时高时低，总体增长不明显，且在三个子系统中的得分比重不断下降，2012 年开始，能源子系统得分占比最低，说明随着社会经济的发展，福建省对于能源资源的合理开发利用不足。

从环境子系统来看，2005-2020 年环境子系统整体发展水平不断提高，呈现倒“U”型变化趋势，说明福建省环境发展水平具有不稳定、曲折上升的特点，从2012 年开始综合得分超过能源子系统，2012-2016 年福建省环境发展水平位于领先地位。对环境子系统影响最大的是森林覆盖率，福建省森林覆盖率逐年提升，2013 年以来森林覆盖率超过65%。

（三）耦合协调发展水平分析

根据3E 系统指标数据及熵值法计算出的指标权重，利用耦合协调度公式计算得到2005-2020 年福建省3E 系统及其子系统间发展耦合协调度，见图3-2。

图3-2 福建省3E 系统协调发展水平Fig.3-2 The coordinated developmentlevel of the 3 Esystemin Fujian Province

如图所示，2005-2020 年能源与经济子系统协调发展水平逐年递增，波动幅度变化不明显；能源与环境子系统协调发展水平总体上呈现先上升后下降的倒“U”型变化趋势；环境与经济子系统在2005-2012 年，协调发展水平逐年增加，在2013 年协调发展水平增幅较大，至2020 年基本处于领先地位。整体而言，3E 系统协调发展水平波动上升，整体发展趋势良好。

采用通用系统协调等级对系统协调发展水平进行划分，见表3-1。

表3-1 系统协调等级度量标准Tab.3-1 System coordination level metrics

福建省能源-经济耦合协调度在2005-2020 年间耦合度呈现波动上升趋势且波动幅度较大。2005-2009 年能源与经济协调发展水平处于“临界协调”状态，耦合协调度逐渐上升，从2010 年开始转为“初级协调”，耦合协调度处于高水平稳定发展，2015 年转为“中级协调”，且于2019 年后达到“良好协调”。

福建省能源-环境耦合协调度从2005 年的0.530 增至2020 年的0.798，增长50.566%，协调等级从“临界协调”过渡到“中级协调”，耦合协调度在2005-2012 年间均保持领先水平。这表明随着能源发展水平不断提高，环境质量也保持良好发展，能源与环境之间耦合协调关系越来越协调。

环境-经济耦合协调度呈线性上升趋势，至2020 年增长为2005 年的两倍。但2005-2008 年间环境与经济协调等级处于“濒临失调”状态，耦合协调度低于其余两个子系统。2009 年转为“临界协调”。2012 年起环境与经济耦合协调度增长迅速，2017 年起保持领先水平。

2005-2020 年，福建省3E 系统整体耦合协调发展水平均高于子系统，年均值0.764，耦合协调度呈现波动上升趋势，且增长迅速，2013 年由“初级协调”转为“良好协调”状态，2020 年耦合协调度与2005 年相比增长44.895%。根据协调度趋势特征，大致可分为2005-2011年和2012-2020 年两个阶段。阶段一（2005-2011 年），系统协调度整体呈现缓慢上升趋势，其间多次出现上下波动，协调度的波动代表子系统间相互依赖程度的变动，这表明3E 系统内部子系统出现失衡现象，此阶段所产生的波动恰好印证了21 世纪初期我国经济飞速发展伴随能源和环境的大量牺牲。阶段二（2012-2020 年），系统协调度波动减少，呈现稳步上升趋势，此阶段的变化说明2012 年后经济增长冲破以能源消耗和环境破坏为代价的模式，在未来还有较大上升空间。

五、结论与建议

本研究以福建省为研究对象，收集2005-2020 年间福建省能源-经济-环境数据，构建福建省3E 系统评价体系。运用熵值法对福建省3E 系统耦合协调性进行评价，得到如下结论：一是能源、经济和环境各子系统发展态势良好。经济、环境子系统稳步上升，能源子系统得分比重不断下降，意味着福建省正由传统经济结构转向新形势转变。二是能源、经济和环境系统耦合协调度不断提升，还具上升空间。能源-环境、经济-环境子系统系统协调发展水平呈波动上升，能源-经济变化不明显，整体而言三个子系统相互影响支撑。

结合数据分析福建省能源-经济-环境当前现状，建议如下：一是转变高耗能产业经营模式，降低环境污染与能源短缺对经济约束。粗放式经济增长模式是造成环境污染和能源消费量快速增加原因之一，减少环境污染和增加福建省能源供给能减小能源外省调入量，率促进济增长。二是增加能源生产和环境保护的投资。2012年以来，水风核电占福建能源生产主体地位，但福建省能源消费仍依赖煤，加大对新能源研发和生产投资，可以加快构建清洁低碳、安全高效的现代能源体，改善福建省能源消费结构。三是加快数字经济高质量发展，加快建设数字经济“人才高地”。福建地处东南沿海，地理位置优越，充分利用海外技术、人才等资源，发展节能技术，制定相应地优惠政策发展高新技术产业，巩固拓展人才集聚“虹吸效应”，围绕做大做强战略性新兴产业聚才。