基于區域經濟發展視角的煤炭資源合理產能分析與預測

馮夕文 閻 冬 賈紅果

（山東科技大學，山東省青島市，266590）

目前，煤炭在我國的能源消費結構中仍居主導地位，經濟社會的發展離不開煤炭資源，而作為一種非可再生資源，對其的開發能達到安全、綠色和高效三方面基本要求的全部產能僅占全國煤炭產量的1／3左右。在現有煤炭開采技術條件下，中國煤炭產量已經大大超出了煤炭行業在資源、環境、安全等方面所承載的生產能力。因此合理、規范、科學地開采煤炭資源，對于解決煤炭資源浪費、產能過剩、緩解環境承載力問題和加快煤炭產業結構調整等具有重要意義，同時也將為我國煤炭行業的可持續發展提供基本保障。

當前，結合區域經濟發展和煤炭企業成本、利潤來定量分析與預測煤炭資源合理產能的研究并不多。張士強等探討了以經濟調控為主的煤炭產能調控機制建立方法。李瑞峰對煤炭科學產能的影響因素和實現機制進行了探討。區域內煤炭資源合理產能系統是一個受區域經濟發展、煤炭企業成本控制、安全生產、環境承載力等多重約束條件影響的復雜大系統，而系統動力學理論為我們分析并預測煤炭合理產能提供了有效的研究方法。

1 系統模型構建

1.1 建模目的及邊界確定

本文建立的區域內煤炭資源合理產能系統模型的邊界確定為某個區域內的主要煤炭礦區，目的是綜合分析區域內經濟發展水平并結合整個煤炭企業煤炭總成本 （包括安全生產投入、環境成本、職工薪酬、稅費）對煤炭產能的制約影響，從而得出區域內煤炭資源的一個合理、適度的生產能力。

1.2 繪制因果關系圖

區域內煤炭資源合理產能系統是一個多變量、多重反饋回路的非線性動態系統，受到多種影響因素的促進或制約。本文運用系統動力學原理和方法對區域內煤炭資源合理產能系統的特點進行分析，繪制出區域內煤炭資源合理產能系統因果關系，見圖1。

圖1 區域內煤炭資源合理產能系統因果關系圖

由圖1可以看出，在區域內煤炭資源合理產能系統因果關系圖的6個反饋回路中既有正相關關系又有負相關關系。

（1）回路1：↑區域煤炭合理產能→↑區域內煤炭消費量→↑區域內煤炭動用量→↑區域內煤炭生產量→↑區域煤炭合理產能。

（2）回路2：↑區域煤炭合理產能→↑區域內煤炭消費量→↑區域內煤炭動用量→↑ （環境成本、煤炭安全生產成本、員工薪酬）→↑區域內煤炭總成本→↓企業利潤→↓企業經濟合理度→↓區域煤炭產能綜合合理度→↓區域煤炭合理產能。

（3）回路3：↑區域煤炭合理產能→↑區域內煤炭消費量→↑區域生產總值→↑區域內經濟合理度→↑區域煤炭產能綜合合理度→↑區域煤炭合理產能。

（4）回路4：↑區域煤炭合理產能→↑區域內煤炭消費量→↑區域內煤炭價格→↑企業利潤→↑企業經濟合理度→↑區域煤炭產能綜合合理度→↑區域煤炭合理產能。

（5）回路5：↑區域煤炭產能綜合合理度→↑政策增支→↑區域內煤炭價格→↑企業利潤→↑企業經濟合理度→↑區域煤炭產能綜合合理度。

（6）回路6：↑區域煤炭產能綜合合理度→↑政策增支→↑GDP 增長率→↑期望區域生產總值→↑區域內經濟合理度→↑區域煤炭產能綜合合理度。

1.3 建立系統流圖

在以上因果關系圖的基礎上，確定可采儲量、期望區域生產總值、區域煤炭合理產能為狀態變量，相應的區域內煤炭動用量、生產總值增加值、區域內煤炭生產量為速率變量，利用系統動力學建模軟件Vensim 建立區域內煤炭資源合理產能系統流圖，如圖2所示。

1.4 系統方程

從上述區域內煤炭資源合理產能系統流圖中可以看出，該系統包含3個狀態變量L 和3個速率變量R，其他變量為輔助變量A 或常量C。如下表1所示本文中構建的模型所用到的具體變量。

圖2 區域內煤炭資源合理產能系統流圖

表1 區域內煤炭資源合理產能系統模型的具體變量表

中文變量 英文變量期望區域生產總值CQSZZ期望煤炭綜合合理度 CQZHD區域煤炭合理產能LMHCN

建立區域內煤炭資源合理產能系統主要方程式如表2所示。

2 系統模型仿真試驗

2.1 模型檢驗

本文中建立的系統仿真模型能否準確可靠地反映出真實系統，將直接決定變量分析和模型仿真效果的好壞。因此，必須首先對模型進行有效性驗證。經過多次研究分析，模型的邊界、因果關系、各變量的定義以及方程式均通過檢驗。憑借Vensim 建模軟件自帶的提示糾錯和警告命令來檢查模型的準確度，結果顯示模型不存在錯誤，已通過運行檢驗。最后將模擬得出的數據與真實數據進行比較。該模型的數據來源是：山東省能源統計年鑒公布的相關數據、山東省煤炭工業局提供的煤炭儲量、開采量和煤炭價格等以及山東省主要煤炭企業提供的煤炭成本類數據。運用所建立的區域內煤炭資源合理產能模型，輸入山東省2003-2007年煤炭資源的歷史數據，得出山東省2008-2012年的仿真值。

表2 區域內煤炭資源合理產能系統主要方程式表

圖3 區域內煤炭資源合理產能仿真值和真實值的比較圖

圖3所示的是區域內煤炭資源合理產能仿真值和真實值的比較圖，從圖中可以看出，區域內煤炭資源合理產能仿真值與真實值擬合度較好，相對誤差小于10%，說明模型通過檢驗，可以用來預測未來煤炭資源合理產能情況。同時，模型輸出的仿真值低于煤炭實際產量，這是由于過去幾年煤炭企業為了盡可能滿足區域內的煤炭需求而過度開采煤炭資源，造成了煤炭開采量大于實際應開采量。

2.2 模型仿真預測

利用前面構建的系統動力學模型，可以對區域內煤炭資源合理產能情況 （以山東省為例）進行仿真預測。模型仿真起始年為2013 年，終止年為2022年，取仿真時間步長為1年。《山東省煤炭工業發展 “十二五”規劃》預計未來山東省GDP 年增長率為9%左右，到2020年山東省國民生產總值將實現84068億元。因此，對山東省的煤炭合理產能作以下3種方案的模擬：

（1）方案1 （低方案）：省內GDP 增長率為7.8%，2013年煤炭企業利潤期望值為279 億元，煤炭安全生產成本210億元，環境成本19.4億元，員工薪酬223.1億元。

（2）方案2 （中方案）：省內GDP 增長率為9%，2013年煤炭企業利潤期望值為322億元，煤炭安全生產成本242 億元，環境成本22.4 億元，員工薪酬257.4億元。

（3）方案3 （高方案）：省內GDP 增長率為9.5%，2013年煤炭企業利潤期望值為340 億元，煤炭安全生產成本255.7億元，環境成本23.6億元，員工薪酬271.7億元。

將區域內煤炭資源合理產能系統模型在Vensim 環境下運行，通過調整GDP 增長率、期望企業利潤、煤炭安全生產成本、環境成本、員工薪酬等變量的數值，可以得到上述3種方案的仿真模擬結果，如圖4所示。

圖4 區域內煤炭合理產能仿真結果

3 結論

本文基于系統動力學原理，構建了區域內煤炭資源合理產能系統模型。通過對模型進行有效性驗證，得到了與實際數據較為接近的仿真結果，表明了該系統模型的可行性和有效性。然后，利用該系統模型對未來10年區域內煤炭資源的合理生產能力進行了預測。從仿真輸出的結果可以看出，3種不同的區域經濟發展速度和煤炭企業期望利潤、煤炭總成本的投入會產生不同的煤炭資源合理產能，低方案下的煤炭資源合理產能最小，高方案的煤炭資源合理產能最大。由于國家大力強調控制和減少化石能源消費總量，逐步提高清潔能源的使用比例。因此3種方案下 的煤炭資源合理產能之差并不大，而且煤炭資源合理產能都有下降趨勢，到2020年生產能力趨于平穩狀態。鑒于山東省是我國煤炭資源消費大省，且煤炭儲量不斷下降，所以更應該合理控制煤炭資源開采量，以保證煤炭工業的可持續發展。

［1］ 謝和平.煤炭科學產能及發展戰略初探 ［J］.中國工程科學，2011 （13）

［2］ 張士強，曾憲迪.煤炭產能調控機制初探 ［J］.中國煤炭，2013（2）

［3］ 齊琪，張金鎖，杰瑞·C·田.宏、微觀視角下的我國煤炭科學產能內涵研究.中國煤炭，2012 （8）

［4］ 王其藩.復雜大系統綜合動態分析與模型體系［J］.管理科學學報，1999 （2）

［5］ 孫玉峰.煤炭資源開發系統動態仿真研究 ［J］.煤炭學報，2008 （2）