基于系统动力理论的江苏省能源经济环境耦合系统的关系研究

潘成龙

摘要：21世纪以来，江苏省社会经济在获得了迅速发展的同时，也受到了人口、资源、环境等因素的影响和制约。文章在定性研究江苏省经济发展模式的基础上，建立江苏省能源、经济、环境的系统动力学模型，结合江苏省2000～2015年的历史数据，设立模型变量与回归方程式，实现对江苏省各项指标未来10年发展模式及变化趋势的短中期预测，并设定多种方案情景，进行政策模拟，最后为政府将来制定相关政策提供理论依据。

关键词：江苏能源经济环境系统动力；模拟；仿真

一、引言

21世纪以来，经济全球化的兴起促进全球经济得到了迅速的发展，与此同时，伴随而来的还有能源枯竭和生态环境的不断恶化等问题，尤其是全球气候变化所引发的极端气候现象和灾难已成为当今世界将要面临的最严峻的挑战之一。由于关系到人类未来的生存和发展，能源和环境问题也越来越受到各国政府的强烈关注。2016年年初，我国“十三五”规划纲要正式启动，计划到2020年，我国单位GDP能耗相比2015年下降15%，单位GDP二氧化碳排放累计下降18%。江苏作为我国经济较为发达的省份，扮演着领头羊的作用，在经济得到了迅速发展的同时，也遭遇了能源结构不合理和生态环境恶化等一系列问题。

在此大背景下，本文旨在通过理论模型分析江苏省能源、经济、环境耦合系统的相互影响机制。能源在推动经济社会发展中扮演重要作用，对人民生活水平的改善发挥着重要的促进作用和保障作用。与此同时，随着经济发展，能源的过度消费和结构的不合理所带来的社会环境问题也日益增多，如全省各大城市持续不散的雾霾。现如今，江苏社会经济发展遇到了人口、资源、环境越来越强烈的制约，协调人口、資源、环境和社会可持续发展之间错综复杂的互动关系，实现整体的可持续发展，是江苏政府当前亟待解决的一项战略任务。鉴于江苏省在可持续发展过程中存在的一系列问题，本文通过构建江苏省能源、经济、环境的系统动力学模型，对江苏未来10年的发展模式及变化趋势做短中期预测，并设定多种方案情景，进行政策模拟，最后为政府将来制定相关政策提供理论依据。

二、模型简介与构建

系统动力学是由Forrester教授在1956年创立的一门研究信息反馈系统的学科，以定性分析为主导，定量分析为支撑的综合性的分析方法，也是系统学科和管理科学中的一个分支。系统动力学模型的理论基础是系统动力学的理论和方法，其研究方法是计算机仿真实验法，关键任务是建立系统动力学模型体系。

江苏省能源、经济、环境系统是一个复杂且相互关联的耦合系统，理清层次关系，保持系统发展过程中的稳定性和可持续性，就显得至关重要。江苏省能源、经济、环境系统是一个主要由经济发展、能源消费、社会人口、环境和政府调控五大子系统构成的开放系统，其中，五大个子系统间也同时存在着互相耦合的输入输出关系。在对系统结构进行整体分析的基础上，结合系统各个变量自身的特征和以往学者的文献研究，确定各个变量间的因果关系，然后依据已确定的各个子系统因果关系，最终建立能源、经济、环境系统的因果反馈回路图。为了完成系统动力模型的构建，还需要进一步地分析各个变量的属性种类，包括库存量、流量、辅助量和常量等。能源、经济、环境系统的系统模型的建立涉及的因素也较多且复杂，对能源、经济、环境系统的整体结构分析，以及因果反馈回路图中对各变量间的因果关系研究，运用Vensim软件绘制出系统流程图，如图1所示。其中系统的方程式主要是通过回归方程的形式来体现，同时模型涉及的参数也直接影响整个模型的准确性，通常需要估计的参数可分为三类：常数、表函数和仿真初始值。

三、系统仿真与预测

（一）模型检验

在对构造的系统模型进行预测和模拟之前，必须先对模型的真实性和准确性进行必要的检验。首先设置系统初始时间为2000年，完成时间为2015年，时间间隔为1年。根据已经建立的系统动力模型，模拟江苏省在2005～2015年间的运行情况，并将仿真的模拟的结果与实际结果进行比较分析，检验结果如图2和图3所示。

从图2和图3中可以发现，地区GDP和碳排放的几项指标的仿真值和实际值相对来说偏差不大，误差率都基本保持在7%以内，仅2007年的碳排放量的误差率超过了7%，达到了12%，这主要是由于系统本身所存在的许多不确定的因素以及国家政策等其他外部因素造成的，导致了统计数据在个别年份上波动较大。因此，可以判定该模型符合系统动力模型的真实性和准确性要求。

（二）情景模拟

系统动力学作为一种仿真模型，不仅可以对未来经济的发展趋势进行预测，还可以通过自身设置情景来进行情景模拟，本文设置了四种情景，一共12种模拟方案，如表1所示，其中，经过vensim软件运行后，各类情景的模拟曲线如图4～图7所示。

通过图4～图5中的系统情景模拟仿真曲线可知，随着社会经济发展速度的逐渐提高，江苏省的能源消费总量、碳排放量和污染物排放强度都会随之增加，而且增加速度也会随着时间增加变得越来越快，由于人口逐渐减少的原因，人口经济弹性系数则会从逐年增加的状态变化为逐年递减。通过图6的系统情景模拟仿真曲线可知，随着能源结构的调整，即煤炭消费占比逐渐增加，相反石油消费占比逐渐减少，碳排放强度和污染物排放强度也都会随之增加，意味着煤炭的消费将会比石油消费带来更多的环境污染。通过图7的系统情景模拟仿真曲线可知，当人口出生率增加时，因为会逐渐抵消环境污染对死亡率的影响，人口社会总量则会由减少状态逐渐转变为增加，但同时因为生活能耗的增加，碳排放量仍会一直会保持着递增的状态。

因此，相对于可持续发展或缓速发展的情况，社会经济增长过快、煤炭消费占比过高和人口数量暴增等因素都带来了环境污染问题，如碳排放量的增加，污染物排放强度的增加等，这些都属于高耗能，高污染的发展模式。

四、结论与政策建议

通过上述分析可以得出，江苏省未来10的经济发展应该保持的总体发展目标可调整为为：全省生产总值年增长率为0.1～0.13之间，煤炭和石油消费占比分别保持在为0.65、0.20左右，社会人口的出生率应该被控制在0.08左右，在这种发展模式下，江苏省才可以更加高效高质地实现经济的可持续性发展。为了达成目标，本文还提出了如下几点意见。

1. 优化能源结构，降低煤炭消费占比。新世纪以来，江苏地区的生产中，仍以煤炭消费为主，而煤炭占大头是一种极为不合理的发展模式。江苏政府需要加快能源消费结构转变，优先扶植发展低能耗，低污染的高新技术产业，替代高能耗，高污染的传统产业。

2. 增加研究与发展经费支出，提高能源转化率。研究与发展经费支出反映了一个地区的科技水平，是自主创新能力的体现。贯彻落实政府政策，增加研究与发展经费支出，有助于提高科技发展水平，同时提高能源转化和利用率，来减少能源消费量，降低各类污染物排放。

3. 注重经济发展质量，普及循环经济理念，未来10年是江苏省经济发展质量提升的关键时期，江苏经济实力趋于我国前列，扮演者领头羊的角色，保持良好的经济发展态势有利于起到示范作用。循环经济不仅局限于经济方面，也同时涵盖了社会文化和社会环境各个方面，循环经济符合党中央提出的可持续发展战略，符合人类社会的发展需求。

4. 政府应该重视开发水能、风能等新型能源。江苏属沿海地区，水资源和风力资源都极为丰富，适合进行大规模地开发利用，因此在清洁能源的利用方面，应该将水能和风能工程作为工作重点，争取到2025年使得清洁能源地开发初具规模。

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（作者单位：江苏大学）