山东省能源―经济―环境协调发展SD建模与仿真研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇山东省能源―经济―环境协调发展SD建模与仿真研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

[摘要] 山东省作为中国经济大省，已经取得了显著的经济发展成就，但能源-经济-环境复合系统的协调发展问题已经成为制约山东省可持续发展的瓶颈。应用系统动力学理论和方法，可确定主要指标及指标间的量化关系，构建并验证山东省3E系统动态仿真模型，对山东省3E系统协调进行仿真预测。研究发现，在当前经济发展模式下，山东省能源对外依存度将日趋严峻，经济发展结构将失衡，环境治理压力将日趋加大。

[关键词] 系统动力学；能源-经济-环境；协调发展；仿真研究

[中图分类号]N94512[文献标识码]A[文章编号] 1673-5595（2013）02-0005-05

自改革开放以来，山东省经济取得了长足的发展，2012年，全省GDP突破5万亿美元。但是，经济的高速增长极大地提高了能源需求，并对自然环境带来了极其深远的影响，GDP“含金量”仅列全国第26位。谋求能源-经济-环境复合系统的协调发展已经成为实现山东省经济、社会可持续发展，构建和谐社会的瓶颈。要解决上述问题，首先就需要对当前山东省能源-经济-环境复合系统协调发展情况开展系统评价。

一、研究的必要性

区域能源-经济-环境复合系统是一个不断动态演化的开放的复杂巨系统，该复合系统的演化有多种宏观表现特征，从发展的层面可以分为演进与退化两个方向，从协调的层面可以分为协调演化和非协调演化两种方式[1]。协调发展方式是指从无序走向有序、从简单走向复杂、从低级走向高级的有效演化方式，但是事实上该复合系统的演化并不能保证一直延续协调发展的路径。开展复合系统协调发展评价就是要把握该复合系统的演化现状，明确当前复合系统的演化是处在一个什么样的路径上。众多学者对经济-环境复合系统、经济-环境-社会复合系统的协调发展问题进行了深入研究，但是研究成果还存在以下不足：（1）能源系统作为区域经济发展动力和环境变化的重要因素，在能源-经济-环境复合系统协调发展过程中扮演着越来越重要的角色，但是当前对该复合系统的研究较少[2-4]；（2）当前对复合系统协调发展评价的研究，更多的学者关注对复合系统当前发展状况的评估，而对复合系统未来协调发展的评估研究不足[5-7]。

基于此，本文以能源-经济-环境复合系统为研究对象，根据评估现状预测未来的研究思路，构建能源-经济-环境复合系统协调发展评价模型，并以山东省能源-经济-环境复合系统协调发展评价问题为例，验证模型的适用性，为山东省能源-经济-环境复合系统协调发展提供理论基础。

二、研究设计

能源-经济-环境（3E）是一个有机的整体。能源是经济发展所必需的生产要素，一方面经济增长对能源有依赖性，另一方面，能源的发展要以经济增长为前提。环境污染与能源消费呈高度正相关关系，能源的逐渐耗竭及带来的生态、环境问题，都将阻碍经济的发展。环境也是经济发展的基础，为经济发展提供物质条件，既可以直接促进经济的发展，也会阻碍经济的发展。经济是环境的主导，通过经济与环境的协调发展，使环境得到保护，不恰当的经济发展，将导致能源耗竭和环境破坏[8]。能源、经济、环境三大子系统之间存在复杂的非线性关系，因此，探究三大系统之间的关系，构建能源-经济-环境复合系统动力学模型，可以准确地仿真3E复合系统，评估3E系统协调发展现状，而且能够对3E系统未来协调发展进行预测[911]。

（一）复合系统因果关系分析

本文应用VensimPLE构建山东省能源-经济-环境复合系统sd模型，根据数据的可得性，应用山东省2000―2010年的数据进行分析。能源子系统主要对一次能源生产、能源调出、能源调入、能源消费这几个指标进行研究，探讨能源供给与能源消费之间的协调关系，以及能源状况对环境和经济的影响；环境子系统主要对工业污染进行研究，研究工业污染排放、工业污染治理、工业污染治理投资等指标，探讨经济与环境之间的内在联系；经济子系统主要对资本形成总额、最终消费支出、货物与服务净流出、通货膨胀等因素进行研究，探讨经济增长对环境、能源系统的影响。

中国石油大学学报（社会科学版）2013年4月第29卷第2期张海云：山东省能源-经济-环境协调发展SD建模与仿真研究在对山东省2000―2010年的数据进行分析的基础上，建立如图1所示的能源、经济、环境复合系统因果关系模型。由图1可以看出：（1）随着区域GDP的增长，环境污染治理投资量不断增加。污染治理投资量不断增加可以不断降低环境污染程度，环境污染程度的降低使得区域GDP损失减少。（2）区域GDP增长可以带动能源生产能力增强，进而使得能源生产力增加，能源供给增加。能源供给可以保障区域GDP增长。（3）随着区域GDP的增长，能源消费量不断增加，能源消费增加导致能源短缺状况恶化，能源短缺导致区域GDP损失。（4）区域GDP增加带动最终消费支出、资本投资、货物和服务进出口能力增加，从而带动区域GDP增长。（5）科技水平的提高可以降低单位GDP能耗，减少能源消费，改善能源短缺状况，减少因能源短缺带来的GDP损失。同时随着科技水平的提高，单位投资污染治理能力不断提高，环境污染程度不断降低，因环境污染带来的GDP损失不断降低。

图1山东省能源-经济-环境因果关系模型（二）复合系统流图分析

因果关系模型反映各种变量之问的逻辑关系以及描述系统的反馈结构，但并不能反映不同性质变量之间的区别。在上述分析的基础上，构建了能源-环境-经济系统模型流图，见图2。图2山东省能源-环境-经济系统模型（三）模型主要反馈回路

根据前文对能源-经济-环境复合系统因果关系及流图的分析，模型主要反馈回路有：

1.区域GDP环境污染治理投资量环境污染程度区域GDP

区域GDP的增加，政府对环境污染治理投资力度会加大，投资额增加。环境污染治理力度加大，环境污染程度会降低，而环境的改善能够促进经济的更好发展。因此该反馈回路是正反馈回路。

2.区域GDP污染排放量污染程度区域GDP

区域GDP的增加使得污染排放量增加，从而污染程度加剧。污染程度的加剧导致环境破坏严重，从而影响了GDP的更好发展。因此该反馈回路是负反馈回路。

3.区域GDP能源生产能力能源生产量能源供给量能源充足程度区域GDP

区域GDP的增加使得能源生产能力得到提升，生产能力提升使得能源生产量增加，进而能源供给量增加。能源供给增加使得能源充足程度提高，能源充足从而带动区域GDP的更好发展。因此该反馈回路是正反馈回路。

4.区域GDP能源消费量能源充足程度区域GDP

区域GDP的增加导致能源消费量增加，能源消费增加造成能源充足程度降低，从而影响GDP的增长。因此该反馈回路是负反馈回路。

5.区域GDP能源消费量污染排放量污染程度区域GDP

区域GDP增加导致能源消费量增加，能源消费增加带来污染排放的增加，从而使得污染程度增加，环境状况恶化，最终导致GDP发展受到限制。因此该反馈回路是负反馈回路。

6.区域GDP资本形成总额、最终消费支出、货物和服务净流出区域GDP

区域GDP增加带动区域GDP各分量的提高，从而直接带动区域GDP的良性发展。因此，该反馈回路是正反馈回路。

7.区域GDP能源消费量最终消费支出区域GDP

区域GDP的增加导致能源消费增加，能源消费是最终消费的一部分，从而最终消费支出增加，区域GDP增加。因此该反馈回路是正反馈回路。

能源、环境、经济各子系统之间物质信息流通循环都受到区域GDP的影响，而区域GDP又受到能源总消耗量、环境污染程度影响。因此本文研究的主要指标围绕区域GDP、区域GDP各分量、能源供给、能源消费、工业污染排放、工业污染治理投资等指标展开。

（四）模型有效性检验

本文选取三个核心指标（能源消费量、年污染排放量、名义GDP）进行模型检验，在仿真时，通货膨胀率和实际GDP增长率预期值均采用历史真实值。结果发现，三个核心指标2001―2009年实际值与仿真值误差均在5%以内，2010年实际值与仿真值误差为503%。由此可以发现，本文构建的能源-经济-环境复合系统SD模型具有较好的拟合能力，可以用于该系统的仿真预测。

三、山东省能源-经济-环境复合系统协调发展仿真预测

在应用上述SD模型对山东省能源-环境-经济系统的基本行为模拟时，选择的参数基本与目前的政策保持一致，下面分别对能源系统、环境系统、经济系统的基本仿真模拟数据进行说明。

（一）能源系统仿真预测

根据上述模型，山东省2011―2020年能源供给、消费、调入、调出及单位GDP能耗指标如表1所示。

由表1可见，2011―2016年，山东省能源供给基本能够满足能源消费需求，并未出现严重的能源短缺现象；2017―2020年，能源消费量呈现平稳运行态势，能源消费量逐年增加；2019年能源消费量将达到最大值531686万吨标煤。能源对外依赖度（能源调入/能源消费）将持续提高，2011年能源对外依赖程度为576%，2020年将达到8768%。因此，当前的经济发展模式在未来对能源依赖的压力将日趋严峻。

（二）经济系统仿真预测

在一定通货膨胀率和GDP增速下，山东省经济系统未来发展如表2所示。

由表2可见，山东省未来资本形成总额的增长率较大，平均为1495%，最终消费支出在2011―2016年出现平稳增长的态势，2016年之后增长率逐年减小，至2020年，最终消费支出的增长率仅为187%，货物和服务净流出增长率呈现逐年下降的趋势。在经济快速发展的同时，山东省经济增长结构出现不协调的态势。资本形成总额占GDP的比重保持在50%以上，且呈逐年增长的趋势；货物和服务净流出所占比重呈现逐年降低态势；最终消费支出所占比重也呈现逐年下降的趋势。由此可见，在当前经济发展模式下，未来山东省经济增长仍旧主要依靠投资形式拉动，最终消费支出、货物和服务净流出增长动力不足，经济增长结构趋向不合理。

（三）环境系统仿真预测

伴随山东省经济的增长和能源系统的不断演化，环境系统的发展如表3所示。

由表3可见，山东省2011―2020年工业污染排放量呈逐年增加趋势，年均增长率约为371%，工业污染治理压力将逐年增大。与此同时，工业污染治理投资也将呈现逐年增加的趋势，增长率约为864%。在假设万元投资工业污染治理量为2001―2010年均值的前提下，由于通货膨胀因素的影响，万元投资工业污染治理量在2011―2020年呈现逐年下降的趋势。因此，未来几年山东省工业污染治理效率有待进一步提高，工业污染治理领域的科技水平和科技成果转化能力需要进一步加强。

四、结论

本文通过系统分析山东省能源-经济-环境复合系统因果关系，构建并验证了该复合系统的SD模型，进而对该复合系统未来协调发展情况进行了预测分析，研究发现：

其一，在当前的经济发展方式下，在经济高速增长的牵引下，未来山东省能源对外依存度将非常严峻，通过有效的方式改变“以煤为主”的单调的能源供给，增加其他种类能源的供给，尤其是应当大力开发、使用绿色能源，这是缓解山东省能源困境的重要途径之一。

其二，以GDP为代表的经济快速增长评价方式，将引发严重的经济结构失衡问题；当前以投资为主的经济发展动力将在一定程度上诱导资源转向政府投资方向，而消费增长将日趋乏力。

其三，经济的快速增长和能源供给、需求的增长，将进一步恶化当前业已脆弱的生态环境，未来山东省的污染治理压力将进一步加大，先污染后治理的环境保护模式将引发严重的生态问题。从源头上监控环境污染、环境破坏问题已成当务之急。

[参考文献]

[1] ROBERT GROSS. Resource productivity innovation： Systematic review[C]. An evaluation of the systematic review process， 2003（10）：10211033.

[2] LIANG JINSHE， ZHANG WEI， CAI JIANMING. Regional faetor decompositions in Chinas enevgy intensity change： Base on LMDI technique[J]. Journal of Finance and Economics， 2008，34（8）：5262.

[3] 包群，彭水军.经济增长与环境污染：基于面板数据的联立方程估计[J].世界经济，2006（11）：4859.

[4] 陈祖海.基于环境与经济协调发展的环境容量分析[J].中南民族大学学报：自然科学版， 2006（6）：4548.

[5] 柯健，汪燕敏.安徽省资源、环境、经济系统协调发展评价[J].资源开发与市场，2007（8）：688691.

[6] 杜凯，周朝民.基于库茨涅茨曲线经济增长与环境质量的实证分析――以南京为例[J].上海管理科学，2009（3）：5659.

[7] GUTTORMSEN A G. Gausality between energy consumption and economic growth[D].Norway： Agricultural University of Norway，2004.

[8] 魏一鸣，吴刚，刘兰翠，等. 能源经济环境复杂系统建模与应用进展[J]. 管理学报，2005（2）：159170.

[9] 涂正革.环境、资源与工业增长的协调性[J].经济研究，2008 （2）： 93105.

[10] BRIAN DYSON， NIBIN CHANG. Forecasting municipal solid waste generation in a fast growing urban region with system dynamics modeling [J]. Waste Management， 2005（25）：669679.

[11] SALVADOR ENRIQUE PULIAFITO， JOS LUIS PULIFITO， MARIANA CONTE GRAND. Modeling population dynamics and economic growth as competing species： An application to CO2 global emissions [J]. Ecological economics， 2008（65）：602615.