基于系統動力理論的江蘇省能源經濟環境耦合系統的關系研究

潘成龍

摘要：21世紀以來，江蘇省社會經濟在獲得了迅速發展的同時，也受到了人口、資源、環境等因素的影響和制約。文章在定性研究江蘇省經濟發展模式的基礎上，建立江蘇省能源、經濟、環境的系統動力學模型，結合江蘇省2000～2015年的歷史數據，設立模型變量與回歸方程式，實現對江蘇省各項指標未來10年發展模式及變化趨勢的短中期預測，并設定多種方案情景，進行政策模擬，最后為政府將來制定相關政策提供理論依據。

關鍵詞：江蘇能源經濟環境系統動力；模擬；仿真

一、引言

21世紀以來，經濟全球化的興起促進全球經濟得到了迅速的發展，與此同時，伴隨而來的還有能源枯竭和生態環境的不斷惡化等問題，尤其是全球氣候變化所引發的極端氣候現象和災難已成為當今世界將要面臨的最嚴峻的挑戰之一。由于關系到人類未來的生存和發展，能源和環境問題也越來越受到各國政府的強烈關注。2016年年初，我國“十三五”規劃綱要正式啟動，計劃到2020年，我國單位GDP能耗相比2015年下降15%，單位GDP二氧化碳排放累計下降18%。江蘇作為我國經濟較為發達的省份，扮演著領頭羊的作用，在經濟得到了迅速發展的同時，也遭遇了能源結構不合理和生態環境惡化等一系列問題。

在此大背景下，本文旨在通過理論模型分析江蘇省能源、經濟、環境耦合系統的相互影響機制。能源在推動經濟社會發展中扮演重要作用，對人民生活水平的改善發揮著重要的促進作用和保障作用。與此同時，隨著經濟發展，能源的過度消費和結構的不合理所帶來的社會環境問題也日益增多，如全省各大城市持續不散的霧霾。現如今，江蘇社會經濟發展遇到了人口、資源、環境越來越強烈的制約，協調人口、資源、環境和社會可持續發展之間錯綜復雜的互動關系，實現整體的可持續發展，是江蘇政府當前亟待解決的一項戰略任務。鑒于江蘇省在可持續發展過程中存在的一系列問題，本文通過構建江蘇省能源、經濟、環境的系統動力學模型，對江蘇未來10年的發展模式及變化趨勢做短中期預測，并設定多種方案情景，進行政策模擬，最后為政府將來制定相關政策提供理論依據。

二、模型簡介與構建

系統動力學是由Forrester教授在1956年創立的一門研究信息反饋系統的學科，以定性分析為主導，定量分析為支撐的綜合性的分析方法，也是系統學科和管理科學中的一個分支。系統動力學模型的理論基礎是系統動力學的理論和方法，其研究方法是計算機仿真實驗法，關鍵任務是建立系統動力學模型體系。

江蘇省能源、經濟、環境系統是一個復雜且相互關聯的耦合系統，理清層次關系，保持系統發展過程中的穩定性和可持續性，就顯得至關重要。江蘇省能源、經濟、環境系統是一個主要由經濟發展、能源消費、社會人口、環境和政府調控五大子系統構成的開放系統，其中，五大個子系統間也同時存在著互相耦合的輸入輸出關系。在對系統結構進行整體分析的基礎上，結合系統各個變量自身的特征和以往學者的文獻研究，確定各個變量間的因果關系，然后依據已確定的各個子系統因果關系，最終建立能源、經濟、環境系統的因果反饋回路圖。為了完成系統動力模型的構建，還需要進一步地分析各個變量的屬性種類，包括庫存量、流量、輔助量和常量等。能源、經濟、環境系統的系統模型的建立涉及的因素也較多且復雜，對能源、經濟、環境系統的整體結構分析，以及因果反饋回路圖中對各變量間的因果關系研究，運用Vensim軟件繪制出系統流程圖，如圖1所示。其中系統的方程式主要是通過回歸方程的形式來體現，同時模型涉及的參數也直接影響整個模型的準確性，通常需要估計的參數可分為三類：常數、表函數和仿真初始值。

三、系統仿真與預測

（一）模型檢驗

在對構造的系統模型進行預測和模擬之前，必須先對模型的真實性和準確性進行必要的檢驗。首先設置系統初始時間為2000年，完成時間為2015年，時間間隔為1年。根據已經建立的系統動力模型，模擬江蘇省在2005～2015年間的運行情況，并將仿真的模擬的結果與實際結果進行比較分析，檢驗結果如圖2和圖3所示。

從圖2和圖3中可以發現，地區GDP和碳排放的幾項指標的仿真值和實際值相對來說偏差不大，誤差率都基本保持在7%以內，僅2007年的碳排放量的誤差率超過了7%，達到了12%，這主要是由于系統本身所存在的許多不確定的因素以及國家政策等其他外部因素造成的，導致了統計數據在個別年份上波動較大。因此，可以判定該模型符合系統動力模型的真實性和準確性要求。

（二）情景模擬

系統動力學作為一種仿真模型，不僅可以對未來經濟的發展趨勢進行預測，還可以通過自身設置情景來進行情景模擬，本文設置了四種情景，一共12種模擬方案，如表1所示，其中，經過vensim軟件運行后，各類情景的模擬曲線如圖4～圖7所示。

通過圖4～圖5中的系統情景模擬仿真曲線可知，隨著社會經濟發展速度的逐漸提高，江蘇省的能源消費總量、碳排放量和污染物排放強度都會隨之增加，而且增加速度也會隨著時間增加變得越來越快，由于人口逐漸減少的原因，人口經濟彈性系數則會從逐年增加的狀態變化為逐年遞減。通過圖6的系統情景模擬仿真曲線可知，隨著能源結構的調整，即煤炭消費占比逐漸增加，相反石油消費占比逐漸減少，碳排放強度和污染物排放強度也都會隨之增加，意味著煤炭的消費將會比石油消費帶來更多的環境污染。通過圖7的系統情景模擬仿真曲線可知，當人口出生率增加時，因為會逐漸抵消環境污染對死亡率的影響，人口社會總量則會由減少狀態逐漸轉變為增加，但同時因為生活能耗的增加，碳排放量仍會一直會保持著遞增的狀態。

因此，相對于可持續發展或緩速發展的情況，社會經濟增長過快、煤炭消費占比過高和人口數量暴增等因素都帶來了環境污染問題，如碳排放量的增加，污染物排放強度的增加等，這些都屬于高耗能，高污染的發展模式。

四、結論與政策建議

通過上述分析可以得出，江蘇省未來10的經濟發展應該保持的總體發展目標可調整為為：全省生產總值年增長率為0.1～0.13之間，煤炭和石油消費占比分別保持在為0.65、0.20左右，社會人口的出生率應該被控制在0.08左右，在這種發展模式下，江蘇省才可以更加高效高質地實現經濟的可持續性發展。為了達成目標，本文還提出了如下幾點意見。

1. 優化能源結構，降低煤炭消費占比。新世紀以來，江蘇地區的生產中，仍以煤炭消費為主，而煤炭占大頭是一種極為不合理的發展模式。江蘇政府需要加快能源消費結構轉變，優先扶植發展低能耗，低污染的高新技術產業，替代高能耗，高污染的傳統產業。

2. 增加研究與發展經費支出，提高能源轉化率。研究與發展經費支出反映了一個地區的科技水平，是自主創新能力的體現。貫徹落實政府政策，增加研究與發展經費支出，有助于提高科技發展水平，同時提高能源轉化和利用率，來減少能源消費量，降低各類污染物排放。

3. 注重經濟發展質量，普及循環經濟理念，未來10年是江蘇省經濟發展質量提升的關鍵時期，江蘇經濟實力趨于我國前列，扮演者領頭羊的角色，保持良好的經濟發展態勢有利于起到示范作用。循環經濟不僅局限于經濟方面，也同時涵蓋了社會文化和社會環境各個方面，循環經濟符合黨中央提出的可持續發展戰略，符合人類社會的發展需求。

4. 政府應該重視開發水能、風能等新型能源。江蘇屬沿海地區，水資源和風力資源都極為豐富，適合進行大規模地開發利用，因此在清潔能源的利用方面，應該將水能和風能工程作為工作重點，爭取到2025年使得清潔能源地開發初具規模。

參考文獻：

[1]國家發改委.中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要[Z].2016.

[2]蘇靜，胡宗義，唐李偉.我國能源—經濟—環境（3E）系統協調度的地理空間分布與動態演進[J].經濟地理，2013（09）.

[3]陳國衛，金家善，耿俊豹.系統動力學應用研究綜述[J].控制工程，2012（06）.

[4]李杰蘭，陳興鵬，王雨，張子龍.基于系統動力學的青海省可持續發展評價[J]. 資源科學，2009（09）.

[5]秦彩燕.基于系統動力學建模的中國“能源—環境—經濟”系統研究[D].哈爾濱工業大學，2015.

[6]陳海濤.基于系統動力學的中國石油需求系統模型及預測[J].統計與決策，2010（20）.

[7]肖仁俊，董志，李秀婷，董紀昌.新疆能源可持續發展的系統動力學模型與分析[J].管理評論，2014（08）.

[8]潘婧，楊山，沈芳艷.基于系統動力學的港城耦合系統模型構建及仿真——以連云港為例[J].系統工程理論與實踐，2012（11）.

[9] 李瑋，楊鋼.基于系統動力學的山西省能源消費可持續發展研究[J].資源科學，2010（10）.

（作者單位：江蘇大學）