高耗能產業群復合生態效率系統協同發展研究

鄭季良，彭曉婷

（昆明理工大學管理與經濟學院，云南昆明 650093）

高耗能產業是資源消耗較為集中的產業，其產生的污染是導致空氣污染、霧霾及二氧化碳排放的重要來源之一。通過推進資源全面節約和循環利用來促進產業循環經濟建設和產業升級是近年來面臨的重要任務。由于生態產業鏈的鏈接作用，高耗能產業間的循環經濟建設緊密相關，有必要從產業間的兩兩協同和產業集群整體協同的視角分別對高耗能產業群復合生態效率系統協同發展水平進行深入探究。生態效率是測度高耗能產業群循環經濟發展的重要指標，本文將生態效率視為由資源效率和環境效率構成的復合生態效率系統，科學評估四大高耗能產業的資源效率和環境效率水平，并實證分析高耗能產業群的復合生態效率系統協同發展水平，為提升高耗能產業群生態效率和循環經濟水平、促進產業升級提供理論和決策參考。

一、文獻綜述

生態效率（eco-efficiency）是企業或產業的產出與投入的比值，世界可持續發展工商理事會（Word Business Council for Sustainable Development，WBCSD）將其定義為經濟價值與環境影響的比值［1］，涵括了資源節約和環境友好兩種理念［2］，強調經濟效益和環境效益的最大化［3］。能源短缺和環境污染制約了經濟增長，大力推動經濟發展的同時應考慮到能源和環境因素［4］，故許多學者將生態效率分解為資源效率和環境效率，對資源能源和環境兩個方面進行研究。如黃和平將生態效率分為資源能源效率和環境效率，對江西省循環經濟發展模式進行探究并總結其規律［5］；于會錄等用資源效率和環境效率測度了石嘴山地區工業生態效率以評估該區域的循環經濟水平［6］。

為量化評估資源效率和環境效率水平，程曉娟將能耗、水耗、資本投入和人力投入作為資源效率的投入指標，廢水、廢氣和固廢排放量作為環境效率投入指標，將經濟發展總量作為效率產出指標［7］；郭存芝等用水、電、氣的消耗量和廢水、廢氣、固廢的排放量分別測算資源效率和環境效率［8］；陳黎明等以資本、人力、水、電、土地和廢水、廢氣、粉塵排放作為經濟效率和環境效率的投入，以工業產值作為產出［2］。

協同學主要研究復合系統如何通過子系統相互作用形成有序結構［9］。隨著協同學在產業發展研究中的廣泛應用，王興明發現，產業協同發展體系主要包括產業內企業間協同、跨產業協同等［10］；關于產業間的協同發展，王必鋒等對京津冀地區高端服務業與先進制造業協同發展機理及其耦合協調度進行了研究［11］；吳衛紅等將六大高耗能產業的技術創新、節能效率和減排效率3個子系統視為復合系統，并量化測度子系統間的協同度［12］；鄭季良等對經濟子系統與環境子系統協同度進行了高耗能產業間的比較研究［13］。

綜上所述，目前生態效率的研究對象主要為某一區域范圍內的產業，對高耗能產業生態效率的評價很少；雖有一些學者將生態效率系統分為資源效率和環境效率，但對復合生態效率系統的有序度和協同度研究還比較少，以產業間和產業集群的雙視角對高耗能產業群復合生態效率系統協同發展水平的研究更為少見。在生態文明建設不斷推進的背景下，高耗能產業面臨著向綠色低碳型產業轉型升級的巨大壓力。故本文構建高耗能產業群復合生態效率系統模型，收集產業數據實證分析復合生態效率系統協同發展水平，以豐富高耗能產業群協同發展理論體系，為高耗能產業轉型升級和循環經濟發展提供參考價值。

二、高耗能產業復合生態效率

（一）高耗能產業復合生態效率評價指標體系

高耗能產業是指消耗大量能源并伴隨大量廢棄物和環境污染的產業，主要包括化工（化學原料及化學制品制造業）、建材（非金屬礦物制造業）、冶金（黑色金屬冶煉及壓延加工業）和火電（電力、熱力生產和供應業）4個行業。高耗能產業是資源消耗和污染排放較密集的產業，也是生態文明建設重點關注的產業。生態效率可以反映生產活動主體的資源利用情況及其對環境的影響程度，因此選用源頭的資源效率和末端的環境效率構成高耗能產業復合生態效率系統，以對生態效率進行針對性探究。其中，資源效率和環境效率均采用數據包絡分析法的CCR模型計算得出，其投入產出指標采用相對指標以確保信度，具體如表1所示。

（1）資源效率。選用萬元產值綜合能耗、萬元產值煤耗、單位產值勞動力投入和單位產值資本投入表示資源投入，平均工業產值表示資源產出，以反映高耗能產業能源、資源、人力和財力的投入，以及產品或服務價值的產出。其中，萬元產值煤耗為煤炭消耗總量與工業產值的比值，單位產值勞動力投入為從業人員數與工業產值的比值，單位產值資本投入為新增固定資產與工業產值的比值。

（2）環境效率。選用單位產值廢氣排放、單位產值廢水排放和單位產值固廢排放表示環境效率投入，平均工業產值表示環境效率產出，來反映高耗能產業以環境污染為代價獲取的經濟效益。其中，投入指標分別為廢水、廢氣和固體廢棄物的排放量與工業產值的比值。

表1 高耗能產業復合生態效率評價指標體系

（二）高耗能產業群復合生態效率系統模型

生態效率是循環經濟水平的量化體現，可通過減少資源投入和廢棄物排放量等方式降低環境負荷以提高生態效率水平。但單一產業內所有企業業務類型相似、產業鏈較短，導致產業內部的廢棄物無法實現充分的循環再利用，造成余熱和余能等的浪費，過剩的廢棄物、余熱余能等一般只能輸送至其他產業進行再加工利用或排放到自然環境系統中。相對而言，高耗能產業群內的各個產業可依附于生態產業鏈進行副產品以及廢棄物的產業集群內部循環再利用，在提高資源利用率的同時降低污染物排放強度。高耗能產業群生態效率系統如圖1所示。

高耗能產業的投入主要為不可再生的自然資源，如煤炭、金屬礦物質和化學原料等，以及勞動力投入和資本投入等社會資源，涵蓋了物力、人力和財力；產出主要包括產業生產經營活動產生的產品或服務的價值，并伴隨大量的污染物的產生，高耗能產業的污染排放物主要包括二氧化硫等廢氣、工業廢水和固體廢棄物。在高耗能產業群生態效率系統中，盡管產業群對環境的污染主要仍來源于三廢的大量排放，但各個高耗能產業在利用自身的資源投入的同時，還對其他產業的副產品和廢棄物進行傳遞和梯級利用，降低產業集群整體對自然系統的污染排放量。在此基礎上，各個產業聯系更加緊密、產業鏈不斷縱向延伸，實現經濟利益最大化的同時促進資源節約和環境改善。其中，建材產業可利用火電、化工和冶金產業產生的固體廢棄物生產水泥、磚塊等建筑材料；化工和冶金產業產生的余能可用于自身的生產活動，余熱可被火電產業用來發電；冶金產業產生的焦爐煤氣可作為原料經過化工產業的技術加工轉化為苯類、酚類等制品；化工產業產生的焦炭等副產品可作為燃料為冶金產業所使用；建材產業生產過程中產生的余熱也可被用于火電產業。

圖1 高耗能產業群生態效率系統

三、高耗能產業群復合生態效率系統協同發展

（一）高耗能產業群復合生態效率系統協同發展指標體系

高耗能產業群復合生態效率不僅存在產業之間的協同，還存在資源效率子系統與環境效率子系統間的協同。從產業間協同角度看，4個產業構成了4個生態效率子系統，每個產業生態效率水平不同，導致相互協同發展情況也各有不同，因此將4個產業兩兩組合構建6個復合生態效率協同模型，即化工與建材產業、化工與冶金產業、化工與火電產業、建材與冶金產業、建材與火電產業，以及冶金與火電產業。從資源效率子系統和環境效率子系統協同角度看，兩個系統評價指標均由4個產業的資源效率和環境效率構成，統籌高耗能產業群的資源效率和環境效率，以全面分析高耗能產業群的復合生態效率系統協同發展水平，進一步探究4個高耗能產業在能源梯級利用和降低環境負荷方面相互合作的程度和效果。具體如表2所示。

表2 高耗能產業群復合生態效率系統協同效應評價指標體系

（二）高耗能產業群復合生態效率系統協同指標賦權

（1）在測算高耗能產業間復合生態效率系統協同效應時，將化工、建材、冶金和火電產業視為4個子系統，均由資源效率指標和環境效率指標構成。計算任意2個產業子系統之間的協同度，將資源效率和環境效率視為產業子系統中同樣重要的兩部分，令其權重均為0.5。

（2）在測算資源效率子系統和環境效率子系統協同效應時，將資源效率和環境效率視為2個子系統，均由4個產業構成。采用相關系數矩陣法，分別對資源效率子系統和環境效率子系統中的4個產業賦權，以排除主觀因素影響。設（x1，x2，x3，…，xn）是一個n維隨機變量矩陣，即假設子系統有n個評價指標，xi與 xj的相關系數為 aij（i，j＝1，2，3，…，n），則相關系數矩陣為：

其中：Ai表示第i個指標對指標體系的影響程度，Ai值越大則該指標對指標體系的影響程度越高。對各指標賦予權重：

經計算，得到4個產業在資源效率子系統和環境效率子系統中的權重。在資源效率子系統中化工、建材、冶金和火電產業的權重分別為0．274、0．230、0．237和0．259，在環境效率子系統中權重分別為0.236、0．253、0．251和 0．260。

（三）高耗能產業群復合生態效率系統協同度計算

根據復合系統模型，首先對生態效率指標做歸一化處理。選取產業先進指標值作為基準值ε，用xji表示各指標值。對于數值越大越優的指標，評價值為ωji＝xji／ε；對于數值越小越優的指標，評價值為ωji＝ε／xji。若yji為各指標的權重，m為子系統個數，則第j個子系統的有序度為：

用Uj（xji）表示第j個子系統有序度，Ujo（xji）表示除第j個系統以外的某子系統有序度，則系統間協調系數C和協同度S為：

兩個子系統有序發展情況越一致，式（5）計算得到的協調系數越大。式（6）計算值越大，表示兩個子系統在該階段的協同發展水平越高，反之協同發展水平越低。其中，α和β采用上述的相關系數矩陣法確定，表示兩個子系統所占權重。由于生態效率值越大表示生態水平越高，且Deap 2.1軟件計算得到的資源效率值和環境效率值均處于區間［0，1］，故取基準值ε為1，此時資源效率和環境效率的評價值wji與效率值相同。

四、高耗能產業群復合生態效率系統協同效應實證分析

（一）數據來源及復合生態效率評價值

用于計算高耗能產業群復合生態效率的基礎數據主要來源于《中國統計年鑒》《中國能源統計年鑒》以及《中國環境統計年鑒》等。鑒于2016年以后統計數據披露尚不完全，故選取2004—2015年4個高耗能產業的數據進行相關實證分析。根據資源效率和環境效率的評價指標體系和DEA模型，運用Deap 2.1軟件計算得到復合生態效率評價值，如表3所示。

表3 高耗能產業復合生態效率評價值

從表3可以看出，化工、建材、冶金和火電產業的資源效率和環境效率水平均呈現明顯上升態勢。4個高耗能產業的資源效率均值分別為0.702、0.797、0.583和0.595，環境效率均值分別為0.529、0.482、0.691和0.690。其中，化工和建材產業的資源效率均值水平明顯高于冶金和火電產業，而化工和建材產業的環境效率均值水平明顯低于冶金和火電產業。

不同產業的資源利用和污染物排放情況之所以大相徑庭，主要是因為各產業對原材料的需求、生產產品種類以及廢棄物的可利用程度不同。

化工產業生產過程中產生的某些氣體或液體廢棄物具有腐蝕性或其他危險性，導致回收難度較高或難以被其他產業加工再利用，絕大部分只能作為污染物排放，故環境效率相對較低；建材產業雖然可以將高耗能產業群中的固體廢棄物作為原料進行水泥等建筑材料的生產，但由于建材產業處于產業群循環經濟產業鏈的末端，其產生的大部分廢棄物無法進行循環再利用，主要通過人工填埋等物理辦法處理并排放到自然環境系統中。此外，冶金和火電產業的廢棄物極少具有特殊性，資源再利用技術較為成熟，產生的副產品、氣體和固體廢棄物等可以通過產業鏈的物質流動為其他產業的生產活動所使用，余熱和余能可在產業群中循環利用，處理后的廢水也可作為冷卻水輔助產品的生產加工，故污染物排放量相對較低，在高效利用有限資源的基礎上提升了冶金和火電產業的環境效率。

（二）高耗能產業群復合生態效率系統協同水平

（1）產業間復合生態效率系統協同。根據2004—2015年4個高耗能產業復合生態效率評價值以及復合系統有序度和協同度的計算公式，得到復合生態效率在4個產業子系統中的有序度及4個產業間的協同度，具體如表4所示，演變趨勢如圖2和圖3所示。此外，根據相關系數矩陣賦權法和產業有序度，得到4個產業的權重分別為0.253、0.246、0.242和0.259，即式（6）中的α和β。

表4 高耗能產業復合生態效率有序度及協同度

圖2 4個產業復合生態效率系統有序度演變趨勢

圖3 4個產業復合生態效率系統兩兩協同度演變趨勢

從表4和圖2可以看出，化工、建材、冶金和火電產業的復合生態效率系統有序度在2004—2015年呈現總體上升態勢，均值分別為0.616、0.640、0.637和0.643，有序發展水平較高，即各個高耗能產業的資源效率與環境效率處于有序發展狀態。近年來，化工和建材兩個產業的復合生態效率系統有序度明顯高于冶金和火電產業。2004—2015年冶金產業有序度波動最大，受到2008年金融危機嚴重影響，2009年鋼鐵出口量占總產量的比例大幅降低，導致冶金產業的資源效率和環境效率增長放緩甚至減少，復合生態效率系統有序度也不免受其影響；2011年是我國經濟結構改革的初始年，資源浪費和環境污染情況有所緩解，產業內復合生態效率系統有序度大幅上升，但由于國際經濟環境惡化等外部因素影響，冶金產業復合生態效率系統有序度在2012年再次下降。相對而言，化工、建材和火電產業有序度增長穩定。總體來看，4個產業的復合生態效率有序度從2005年開始呈現穩步上升趨勢，但從2011年開始均出現了有序度增長放緩甚至下降的情況，受國內經濟改革、通貨膨脹等政治經濟因素影響，高耗能產業復合生態效率系統有序度變化顯著。

從表4和圖3可以看出，在2004—2015年4個產業復合生態效率兩兩之間的協同度呈現逐漸上升趨勢。協同度整體在（0.3，0.8），均值在（0.5，0.6）。從整體趨勢可以看出，化工、建材、冶金和火電4個產業之間的協同發展程度近年來不斷提高。此外，2011年以來產業間復合生態效率協同度呈現增長放緩甚至降低趨勢，其中化工與冶金產業、建材與冶金產業，以及冶金和火電產業的協同度水平變化最為明顯，導致該現象的原因是冶金產業復合生態效率有序度的降低，故與其有關的協同水平相應降低，單一產業復合生態效率系統的有序發展程度會影響產業之間的協同發展水平。由此可知，高耗能產業間復合生態效率整體處于基本協同發展水平，高耗能產業內的協同發展需進一步加強，資源使用和廢物循環等方面的協同尚有提升空間。

（2）資源效率子系統與環境效率子系統協同。根據2004—2015年高耗能產業群復合生態效率評價值以及有序度和協同度計算公式，得到相應的有序度以及子系統間的協同度，具體如表5和圖4所示。在計算協同度時，將資源效率子系統和環境效率子系統視為同樣重要的部分，故式（6）中的α和β均為0．5。

表5 高耗能產業群資源效率子系統與環境效率子系統有序度及協同度

從表5和圖4可以看出，2004—2015年高耗能產業群的資源效率子系統和環境效率子系統有序度呈現總體上升態勢。兩個子系統有序度總體處于（0.2，1），均值分別為0.668和0.600，近年來資源效率子系統和環境效率子系統的有序發展水平較好，說明高耗能產業群在資源利用和環境保護方面采取的措施初見成效。這期間資源效率子系統有序度波動較大，導致該現象的主要原因是近年來高耗能產業不斷探索并嘗試通過科學技術、生態工業園區建設等措施提高資源利用效率和循環利用水平。相對而言，環境效率子系統有序度增長穩定，基本呈現不斷上升趨勢，說明供給側改革、生態文明建設等措施在一定程度上推動了資源效率子系統和環境效率子系統的有序度增長。

圖4 高耗能產業群資源效率子系統與環境效率子系統協同度演變趨勢

在2004—2015年高耗能產業群的資源效率子系統與環境效率子系統的協同度呈現穩步上升態勢，但近年來有序度增長明顯放緩。協同度在（0.5，1），平均值為0.761，顯著高于4個高耗能產業兩兩組合時的復合生態效率協同發展程度，說明高耗能產業群整體協作下的生態效率高于單一產業或兩兩產業間合作的生態效率。高耗能產業群的復合生態效率系統協同效應有所提高，從基本協同發展提升為良好和高度協同發展，主要原因是產業集群內的能源高效利用、副產品相互利用以及廢棄物在產業鏈上的流動和利用等，這不僅提高了資源效率，還降低了環境污染，促進了高耗能產業群復合生態效率系統協同效應的提升。

五、結論與啟示

本文將生態效率視為資源效率與環境效率的有機結合，構建高耗能產業群復合生態效率系統，有助于探究產業間生態效率協同效應以及產業群整體的資源效率與環境效率協同水平。根據2004—2015年化工、建材、冶金和火電產業的數據進行實證，得到以下結論：

（1）化工、建材、冶金和火電產業的復合生態效率、各子系統有序度、產業間復合生態效率系統協同度總體呈現上升態勢，資源效率和環境效率均處于不斷上升的發展階段，且近年來效率水平較高，多次出現效率值接近于最大值1。結果表明高耗能產業生態效率整體處于良好發展水平，生態保護和資源節約意識的加強以及綠色發展相關政策的落實促進了高耗能產業循環經濟的健康發展。

（2）4個高耗能產業復合生態效率系統有序發展水平不同，冶金產業波動較大，其他3個產業上升趨勢較為平穩。冶金產業復合生態效率系統有序度波動較大，與冶金產業相關的產業間協同度變化態勢和冶金產業有序度變化態勢相似，提升高耗能產業間復合生態效率協同發展水平，應以提高各個高耗能產業復合生態效率有序度為基礎。

（3）高耗能產業群資源效率子系統與環境子系統的協同度水平高于任意兩個產業組合的復合生態效率系統協同度水平。說明產業集群的組織模式更有利于各產業的發展，產業集群內的資源循環利用等不僅減少了各個產業的資源浪費和環境污染，還加強了產業間的相互協作關系，在一定程度上促進了產業集群的循環經濟建設和產業轉型升級，提升了高耗能產業群的生態文明程度。

基于上述結論得出以下幾點啟示：

（1）促進高耗能企業循環經濟和生態文明建設。企業是構成產業的組織單位，產業構成產業集群，產業內各企業的副產品、廢棄物的物質流動形成微觀循環經濟網絡，產業間的物質和能量流動形成規模化生態產業鏈網，宏觀循環經濟發展水平和生態文明建設很大程度上取決于企業基礎單元的資源節約、環境保護意識和行動。產業群循環經濟網絡以各個企業為節點，提高其生態效率水平、有序發展度以及協同發展度是提升綠色績效的關鍵環節。

（2）提高高耗能產業內部節能減排效率。產業間的相互協作發展程度易受其中某一產業資源效率與環境效率有序發展度的影響，即節能減排的良好有序發展能夠促進該產業與其他產業協調合作。各個產業資源和能源消耗的減少以及環境污染物排放量的降低，影響著產業集群內的資源綜合利用率及其污染排放對自然環境造成的負荷程度。高耗能產業節能減排效率的提升有利于增強產業群生態產業鏈的鏈接強度，加快產業群循環經濟建設的步伐。

（3）大力推進產業集群和生態工業園區建設。產業群的產業組織模式更有利于生態效率的提高，應適當延長高耗能產業群內的生態產業鏈長度，以促進資源和能源的循環利用、降低廢棄物排放強度、提高生態效率水平。生態工業園區是區域內產業集群的表現形式，是循環經濟理念的實踐。基于生態產業鏈的鏈接作用，提高產業間的相互協作程度，對推進產業轉型升級、提高生態效率水平具有不可替代的作用。