山东省经济-能源-生态环境耦合协调研究
作者：张凤,聂雪琪
单位：山东建筑大学管理工程学院
文章刊发：《煤炭经济研究》2023年第7期
摘要:在城市发展进程中,经济、能源、生态环境三系统相互制约,彼此促进,正确认识并处理好三系统之间的关系是实现协调发展的关键。本文将经济-能源-生态环境看作一个结构复杂并具有耦合关系的开放型系统;建立三系统协调发展评价指标体系,运用三系统耦合协调模型,计算2016—2020年山东省及16地市耦合协调度并分析其空间集聚程度,结果显示:山东省三系统协同发展仍处于萌芽阶段,耦合协调度呈逐年增长态势;山东半岛16地市三系统耦合协调度总体呈现上升态势,空间上大致呈东高西低的发展格局;16地市耦合协调度趋向随机分布,空间分布集聚效应较弱。基于上述结论,提出现阶段促进三系统协调可持续发展的相关对策建议。
关键词:经济-能源-生态环境;耦合协调;空间聚集;山东省
0 引言
经济-能源-生态环境是一个结构复杂并具有耦合关系的开放型系统。在城市发展进程中,要想实现经济、能源和生态环境三系统协调可持续发展,必须统筹发展全局。其中生态环境是发展基础,社会经济是重要支撑,能源产业是协调关键。习近平总书记在二十大报告中指出:“积极稳妥推进碳达峰碳中和,立足我国能源资源禀赋,坚持先立后破,有计划分步骤实施碳达峰行动,深入推进能源革命,加强煤炭清洁高效利用,加快规划建设新型能源体系,积板参与应对气候变化全球治理”。近年来,山东省聚焦风电、核能、氢能、储能等重点领域,持续推进产业创新,培育发展新业态模式,全省新能源产业蓬勃发展,势头强劲,2022年第1季度,新能源新材料产业实现经营收入3236亿元,产业增加值同比增长21.4%。
学者们对中国、京津冀一带、黄河流域一带城市的经济-能源-生态环境三系统协调关系进行过许多研究,并取得丰硕成果。山东省是中国能源消费第一大省,但目前关于山东半岛城市群三系统协调发展情况的研究却相对较少。因此本文参考已有研究成果,以山东半岛城市群为例,构建经济-能源-生态环境三系统协调发展指标体系,计算耦合协调度,分析山东省及16地市三系统耦合协调情况,并分析耦合协调度的空间聚集效应,旨在弄清山东省三系统协调可持续发展现状,为现阶段山东省三系统协调可持续发展提出可供参考的对策建议。
1 研究方法与数据来源
1.1 评价指标体系构建
分析能源产业与区域经济发展和生态环境保护之间的耦合关联关系,需要构建能源产业与区域经济发展质量和生态环境保护三系统的指标体系。为了客观、真实地对能源产业系统、生态环境系统与区域经济发展质量系统的状态、问题等情况进行系统的说明,本文本着多元、多维、多层次的观念以及可获得性、综合性、客观性、连贯性的原则构建三系统指标体系,以评价和衡量能源产业与区域经济发展质量和生态环境保护间的内在相互作用和相互协调程度。
将指标拆分为“环境水平”、“经济水平”、“能源资源”3个大类,并具体列出17个三级指标,见表1。比如,将反映能源资源发展水平的指标归纳为资源与能源消耗、资源与能源效益两大维度,设置6个三级指标。
1.2 熵权法
熵权法是以被评价指标确定指标权重的一种客观评价方法。本文采用熵权法对上述17项指标进行赋权,具体计算步骤如下。
首先对山东省2016—2020年17项指标的初始面板数据进行标准化。标准化后,发现数据中存在数值为0的情况,因此将数据全部向后平移0.00000001,以保证后续运算效果。平移0.00000001后,面板数据中仍存在负数,导致有关ln(m)的运算无法进行,必须确保任意m的数值都大于零,因此再对平移过的面板数据向后平移0.013377618;随后运行上式(1)所示运算,得到的面板数据为标准矩阵p;运行上式(2),计算信息熵和冗余度;最后运行上式(3),得出最终17个指标的权重,见表1。
1.3 三系统耦合协调度模型
经济、能源与生态环境3个系统呈现复杂、多目标的系统特性,应进行耦合关联分析。三系统之间的耦合度具体计算公式如下。
引入耦合协调指数,构建经济-能源-生态环境三系统耦合协调模型,公式如下。
另外,本文借鉴刘婷、曹琳剑等的研究,将经济、能源与生态环境三系统协调发展状况分为6种不同情形,具体见表2。
1.4 空间相关性
空间自相关模型。采用Moran’s指数,对山东半岛城市群三系统耦合协调度的空间集聚态势进行检验,计算公式如下。
1.5 数据来源
本文涉及到的数据主要来源于2016—2020年的《山东统计年鉴》,并参考2016—2020年国民经济和社会发展统计公报、山东各市统计年鉴、山东各市国民经济发展统计公报。
2 计算耦合协调度
经过上述的标准化、平移、赋权重等一系列计算后得到的经济、能源和生态环境各系统的综合评分(指数)被用于进一步计算耦合协调度。运行公式(4)(5),计算得到2016—2020年山东省经济-能源-环境三系统的耦合度C、协调指数T以及耦合协调度D,并根据上表1划分协调程度,得到山东省三系统耦合协调度(表2)、山东省16地市三系统耦合协调度(表3)
2016—2020年,运用三系统耦合协调模型计算所得的三系统耦合度均在0.9以上,表示经济、能源和生态环境系统之间的互相关联性很强,三系统耦合状态好。2016—2020年山东省三系统耦合协调度均在[0.3,0.4)范围内,表示目前山东省三系统呈现轻度失调状态,这说明山东省2016—2020年仍处于实现经济、能源、生态环境三系统协调可持续发展的起步阶段(第1阶段)。此阶段的特征主要表现为经济功能在三系统中占绝对优势地位,能源带动地位逐渐提升,而由于能源发展而导致的生态问题也开始凸显,经济发展、能源产业与生态保护之间的矛盾仍然严峻。
从时间角度来看,16地市三系统耦合协调度呈现稳定上升或波动上升态势,各城市耦合发展主要制约因素各有不同,见表4和图1。2016年、2018年,青岛市、济南市、烟台市三系统耦合协调度位列前三;而到2020年,临沂市三系统耦合协调度位列第3,烟台市位列第4。淄博市、烟台市、济宁市、日照市、临沂市、菏泽市大力推进能源发展,提高能源保障能力,积极转变能源发展方式,在能源结构调整、能源消费强度和总量控制、清洁化利用等方面取得了显著成效,三系统耦合协调度呈现稳步增长态势。淄博市、枣庄市、东营市、潍坊市、泰安市、德州市、聊城市、滨州市三系统协调程度呈现波动增长态势。
从协调程度上看,淄博、烟台、济宁、潍坊、临沂呈轻度失调状态,这说明上述城市2016—2020年仍处于实现经济、能源、生态环境三系统协调可持续发展的起步阶段(第1阶段)。此阶段的特征主要表现为经济功能在三系统中占绝对优势地位,能源带动地位逐渐提升,而由于能源发展而导致的生态问题也开始凸显,经济发展、能源产业与生态保护之间的矛盾仍然严峻。青岛市、济南市三系统呈基本协调状态,这表明该城市经济功能相比生态、能源功能的绝对优势开始逐步缩小,三系统之间协调性得到明显提升,能源产业的带动地位开始凸显,随之而来的是对能源高质量发展进程的推动,能源产业发展带来的生态环境问题也开始得到修复。枣庄、东营、滨州、德州、聊城、菏泽、泰安、日照、威海三系统呈中度失调状态。其中枣庄作为山东省唯一的资源枯竭城市,能源资源的枯竭严重阻碍该地区能源产业发展,2016—2020年间三系统耦合协调度虽呈总体上升态势,但上升幅度很低;也正是因为能源系统在三系统协调发展中与其他两系统交互作用最强,最终造成枣庄市三系统耦合协调度增长不明显,能源资源的枯竭严重阻碍枣庄协调可持续发展。
从空间上看,6地市耦合协调度的空间分布并不均匀,整体上呈现中部和东部高、西部低的状态,如图2所示。且各地区的三系统耦合协调度仍存在很大的上升空间。可见,山东省16地市三系统协调发展水平空间分布不均也是造成山东省三系统呈中度失调状态的重要原因。山东省56.3%的城市呈现三系统中度失调状态,主要集中在山东省西部;31.3%的城市处于轻度失调状态,主要集中在山东省的中部和东部;仅有12.5%的城市达到了基本协调。自2016年至2020年,山东省各地市三系统耦合协调度均呈现稳步上升态势,但5年来,各地市协调等级并未发生改变。2020年,青岛市三系统耦合协调度为0.498,预计自2021年起,将超过0.5,由基本协调状态跨越到中度协调状态,成为山东省最先实现三系统中度协调的城市。山东半岛大部分中东部城市产业结构以第二、三产业为主,经济发展速度较快;而西部城市主要以第一产业为主,服务业发展滞后,严重阻碍经济发展,而经济发展的带动作用对三系统耦合协调发展水平的提升影响最大,严重阻碍三系统协调可持续发展进程。
3 协调发展水平的空间集聚
本文利用GeoDa软件计算全局莫兰指数,并运用局部自相关模型,分析山东半岛城市群三系统耦合协调空间分布情况。首先建立Queen权重矩阵,计算得到山东半岛城市群耦合协调度全局Moran’sI指数,以此分析山东省经济、能源和生态环境三系统的空间集聚特征。Moran’sI指数相关计算结果见表5。
结果显示,2016年、2018年、2020年山东半岛城市群经济、能源与生态环境三系统耦合协调度的莫兰指数均小于零,取值范围为[-0.192,-0.18]。由于Moran’sI<0表示空间负相关性,其值越小,空间差异越大,说明2016年、2018年、2020年三系统耦合协调分布具有负相关关系,其中2016年空间差异最大,2018年空间差异最小。此外,上述3年的P-value值均大于0.05,未通过5%的显著性水平检验,表明山东半岛城市群三系统耦合协调度趋向随机分布,空间分布集聚效应不明显。整体来看,Moran’sI指数在2016—2020年分布不均匀,并没有呈现出逐年上升趋势,数值波动较大,表示随着时间推移,耦合协调度与空间的相关性并没有进一步增加,三系统耦合协调度与空间的相关性呈现波动趋势,进一步印证了山东半岛城市群耦合协调度空间分布集聚效应不强。
使用局部自相关模型,具体分析城市耦合协调空间分布存在的问题。将山东半岛城市群划分为5个空间聚集类型,分别为高—高、低—高、低—低、高—低、不显著5个类型区,2016、2018、2020年耦合协调度空间聚集分布类型变化对见表6。
山东省16地市耦合协调度空间聚集类型主要是高—高聚集、低—高聚集及聚集效果不显著,绝大多数城市的耦合协调度与其周边城市无明显的聚集效应。少部分城市表现出高—高聚集的状态,表示该城市具有较高经济、能源、生态环境发展水平,三系统关系协调程度高,并与相邻城市呈现高耦合协调聚集现象,2018年该类型的代表城市为潍坊市、烟台市。日照市一直呈现低—高聚集的状态,表示是一个低耦合协调度的城市,其相邻城市为高耦合协调度,但此类城市发展难以受到周围高耦合协调度城市的辐射影响,该类型主要代表为日照市。不显著表示三系统耦合协调度的城市空间分布聚集效应较弱,山东半岛绝大多数城市与周围城市的协调发展关系并不突出。由此可见,山东半岛城市群经济、能源和生态环境三系统耦合协调的空间集聚效应较弱。
4 结语
本文将经济-能源-生态环境看作一个结构复杂并具有耦合关系的开放型系统,构建了经济、能源和生态环境三系统评价指标体系,运用三系统耦合协调模型,计算山东省及山东省16地市经济、能源和生态环境三系统耦合协调度;并利用空间自相关模型,对三系统耦合协调性的空间集聚程度进行了分析,得到主要结论如下。
1)山东省经济、能源和生态环境三系统之间耦合协调度呈现逐年增涨趋势,协调程度逐年提高。目前山东省三系统耦合协调度呈中度失调状态,处于实现协调可持续发展的第一阶段(起步阶段),16地市三系统协调发展水平时空分布不均是造成这一现象的重要原因。
2)从时间角度来看,16地市三系统耦合协调度总体呈现上升态势,空间上大致呈东高西低的发展格局,且耦合发展主要制约因素东中西部各有不同。
3)从空间角度来看,山东半岛城市群经济、能源和生态环境三系统耦合协调度趋向随机分布,空间分布集聚效应较弱。
因此,现阶段为促进三系统协调可持续发展,区域政府可考虑从以下几方面实现宏观调控。
从区域经济的发展角度,转变经济发展方式,摆脱粗放式的经济发展方式,通过经济手段,为环境优化和生态保护助力,为开发绿色、清洁、可再生的低能耗能源资源提供资金保障和技术支持;完善能源基础设施,尤其是新型能源基础设施的建设,包括公共产品、公共服务、后勤保障等方面的供给和支持,为能源产业的绿色可持续发展及高质量发展提供重要保障和强有力支撑。
从能源产业角度,能源管理部门应对能源进行进一步统一管理,协调好能源内部的矛盾;实施严格市场准入制度,优化能源的供需结构;加快智慧能源的推广应用;优化能源的供需结构,优化调整能源产业产业链、产业结构,促进能源产业高级化;通过为能源产业提供更为完善的基础设施与服务,推动区域经济发展,进而促进能源产业高级化;注重能源产业同上下游相关产业的协同发展,促使能源及能源相关产业成为区域经济发展新动能,进而带动山东半岛城市群经济发展。
从生态环境角度,应降低传统能源的消耗,减轻生态压力;加强清洁能源的开发和利用,加大对可再生能源合理的研发和利用力度,在保证经济稳定持久增长和推动能源产业高质量发展的同时,更大程度上保护生态环境;大力发展可再生能源,推进能源结构绿色转型,为实现生态环境质量持续改善,落实碳达峰、碳中和目标任务、应对全球气候变化助力;以生态优先协同融合促进可再生能源高质量发展,在生态优先、因地制宜、多元融合等绿色发展原则下,促进可再生能源高质量发展。
