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[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。 [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.
[责任编辑：张岩林]
[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。 [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.
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[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.
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[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.
[责任编辑：张岩林]