长三角地区节能减排演化情景分析及预测田立新 刘雅婷江苏大学能源发展与环境保护战略研究中心摘要以长三角地区经济发展为基础综合考虑该地区能源环境现状 基于节能减排动态演化模型结合情景分析法对长三角地区２０１５年经济产值能源消耗及污染排放进行预测并分析２００９ ２０１５年经济产值能源消耗及污染排放演化情况 旨在为未来长三角地区实施节能减排策略实现可持续发展提供理论依据关键词系统工程节能减排情景分析演化中图分类号Ｃ９３Ｎ９４５ 文献标识码Ａ 文章编号１６７２－８８４Ｘ２０１２０４－０６１１－０４ＴｈｅＥｖｏｌｕｔｉｏｎＳｃｅｎａｒｉｏＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＦｏｒｅｃａｓｔｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄＥｍｉｓｓｉｏｎＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＤｅｌｔａＴＩＡＮＬｉｘｉｎ ＬＩＵＹａｔｉｎｇＪｉａｎ ｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＺｈｅｎｊｉａｎ ｇＪｉａｎ ｇｓｕ ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｃｏｎｏｍｙｉｎＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＤｅｌｔａｔｈｅｐａｐｅｒａｎａｌ ｙｚｅｓｔｈｅｓｔａｔｕｓｑｕｏｏｆｅｎｅｒｇｙａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎｔｈｅａｒｅａ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃ－ｔｉｏｎｄｙｎａｍｉｃｅｖｏｌｕｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｎｄａｐｐｌｙｉｎｇｓｃｅｎａｒｉｏａｎａｌ ｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｉｔｆｏｒｅｃａｓｔｓｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｏｕｔｐｕｔｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｐｏｌｌｕｔｉｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＤｅｌｔａｉｎ２０１５ａｎｄｔｈｅｎａｎａｌ ｙｚｅｓｔｈｅｅｖｏ－ｌｕｔｉｏｎｏｆｅｃｏｎｏｍｉｃｏｕｔｐｕｔｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｐｏｌｌｕｔｉｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍ２００９ｔｏ２０１５．Ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｏｒ ｙｂａｓｉｓｆｏｒＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＤｅｌｔａｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｓｔｒａｔｅ ｇｙｏｆｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇａｎｄｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅ－ｄｕｃｔｉｏｎａｎｄａｃｈｉｅｖｅｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｃｏｎｏｍｙｅｎｅｒｇｙａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｙｓｔｅｍｓｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｓｃｅｎａｒｉｏａｎａｌ ｙｓｉｓｅｖｏｌｕｔｉｏｎ收稿日期２０１１－０６－２１基金项目国家自然科学基金资助项目７１０７３０７２９１０１００１１ 国家教育部博士点基金资助项目２００９３２２７１１００１２ 教育部人文社会科学研究资助项目０８ＪＡ７９００５８ 江苏省高校哲学社会科学重点研究基地资助重大项目２０１０－２－７江苏省高校优势学科建设工程资助项目江苏省社会科学基金资助重点项目０７ＥＹＡ０４０长三角地区经济快速增长产业结构不断优化其经济产值由１９７８年的６４５．７７亿元增长到２００９年的７２４９４．１０亿元占全国国内生产总值的比例也由１９７８年的１７．７２％上升到２００９年的２１．２９％ 初步统计２０１０年长三角地区经济产值为８４８７５．４２亿元较２００９年上涨了１７．０８％ 高速的经济增长造成了大量的能源消耗和环境污染 对于节能减排问题已有不少相关的研究 吴红梅１从能耗增速人均能耗能源结构能耗强度等方面研究了长三角地区的能耗特点及产业用能结构特点在此基础上分析了该地区面临的节能形势提出节能减排相关建议 俞林等２通过建立向量自回归模型ＶＡＲ对长三角区域经济增长与能源环境贸易ＦＤＩ关系进行了计量分析对发展对外贸易和合理利用ＦＤＩ促进经济可持续发展提供政策参考 吴开尧等３基于模糊层次分析法通过建立多维度和多层面的长三角能源可持续发展综合评价指标体系对长三角两省一市的能源可持续发展进行综合评价最后根据评价结果提出政策建议ＯＬＵＴＯＭＩ等４ＦＥＲＤＡ５ ＳＥＲＧＩＯ等６从节能减排技术对外贸易能源强度能源需求以及能源利用效率等方面对能源消耗进行分析研究提出节能减排相关建议ＪＩＮ等７利用最小二乘拟合和回归分析建立非线性动力系统论模型分析了长三角地区碳排放趋势并提出相应的减排策略ＬＩＵ等８综合考虑长三角地区经济能源环境现状运用投入产出分析法建立节能减排动态演化 模 型 运用模型对长三角地区２００４１１６第９卷第４期２０１２年４月管 理 学 报ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｎａｇｅｍｅｎｔＶｏｌ．９Ｎｏ．４Ａｐｒ．２０１２２００８年的经济产值能源消耗及污染排放等量进行拟合并给出节能减排建议本研究在文献８的基础上基于节能减排动态演化模型分析预测长三角地区２０１５年经济产值能源消耗及污染排放并分析２００９２０１５年各变量的动态演化情况１节能减排动态演化模型１．１模型假设假设１每个产业只生产一种同质产品不同产业产品之间不能替代假设２一个产业每生产一个单位的产出所需要的其他产业的投入固定不变且一个产业每单位产出投入到其他产业的比例固定不变假设３几个产业的产出合计等于对这几个产业分别投入量的合计不存在本身生产活动之外的外部经济因素的影响假设４能源包括煤炭石油水力核能风能和太阳能等为便于研究不区分各能源的差异以能源统称单位统一为万吨标准煤假设５各种污染物之间无差异将污染物简单地分为废水废气和固体废弃物３种单位均统一为万ｔ假设６长三角的经济产值能源消费及污染排放等各项数据指标由江苏省浙江省和上海市的简单加总所得数据来源于长三角地区两省一市２００４ ２００８年各年度统计年鉴１．２目标函数１产业能源消费目标 规划期内三次产业能源消耗总增长量最小为统一量纲以其总量与前一时期能源消耗量之比计算即ｍｉｎｆｔ＝Ｔｔ＝１３ｉ＝１ｃｉｔｘｉｔＣ０１式中ｆｔ表示规划期内三次产业能源消耗总增长量ｘｉｔ为第ｉ产业第ｔ期的国内生产总值称为经济产值ｃｉｔ为第ｉ产业第ｔ期能源消耗强度即单位经济产值的能源消耗量能源消耗量由长三角地区两省一市统计年鉴中能源平衡表中的能源消费总量计算Ｃ０表示第０期能源消耗总量即为规划期前一时期的能源消耗量ｉ表示产业ｉ＝１２３ｔ表示某产业生产经济产值的生产周期ｔ＝０１２ ＴＴ表示整个规划期Ｔ０且为整数２能源消费演化趋势目标 各生产周期能源消费演化率不断降低即有ｍｉｎ ｆｔ＝Ｔｔ＝２３ｉ＝１ｃｉｔｘｉｔ－ｃｉｔ－１ｘｉｔ－１ｔｃ ｉｔ－１ｘｉｔ－１２式中ｆｔ表示规划期内能源消耗总演化率３污染控制目标 环境污染主要包括废水废气和固体废弃物污染各污染实际排放总量分别为Ｅｔ＝３ｉ＝１ｉｔｘｉｔ－ ｔＥｔ＝３ｉ＝１ｉｔｘｉｔ－ ｔＥｔ＝３ｉ＝１ｉｔｘｉｔ １－ｔ式中ｉｔ ｉｔ ｉｔ分别为第ｉ产业废水废气和固体废弃物排放强度即单位经济产值所产生的污染排放量各排放量均由长三角地区两省一市统计年鉴中排放指标计算 ｔ为废水污染处理量 ｔ为废气排放去除量 ｔ为固体废弃物综合利用率污染控制目标表述为规划期内污染物排放总增长量最小为统一量纲分别以其总量与前一期排污总量之比计算ｍｉｎｇｔ＝Ｔｔ＝１１ＥｔＷ０＋２ＥｔＧ０＋３ＥｔＳ０３式中ｇｔ为规划期内污染物排放总增长量Ｗ０Ｇ０Ｓ０分别为第０期废水废气和固体废弃物等污染物排放量即规划期前一时期的各污染物排放量１ ２ ３分别为废水废气和固体废弃物等污染物对总污染物的影响系数即废水废气固体废弃物排放量分别占污染排放总量的比例４污染排放演化趋势目标 各生产周期污染排放演化率不断降低即有ｍｉｎ ｇｔ＝Ｔｔ＝２１Ｅｔ－Ｅｔ－１ｔＥ ｔ－１＋２Ｅｔ－Ｅｔ－１ｔＥ ｔ－１＋３Ｅｔ－Ｅｔ－１ｔＥ ｔ－１４式中 ｇｔ表示规划期内污染物排放总演化率为便于模型求解采用评价函数法将以上４个目标转化为单目标设４个目标的权数分别为１ ２ ３ ４ 使得４ｉ＝１ｉ＝１ｉ ０ 构造评价函数ｕ＝１ｆｔ＋２ｆｔ＋３ｇｔ＋４ｇｔ则目标函数转化为ｍｉｎ１Ｔｔ＝１３ｔ＝１ｃｉｔｘｉｔＣ０＋２Ｔｔ＝１３ｔ＝１ｃｉｔｘｉｔ－ｃｉｔ－１ｘｉｔ－１ｔｃ ｉｔ－１ｘｉｔ－１＋３Ｔｔ＝１１ＥｔＷ０＋２ＥｔＧ０＋３ＥｔＳ０＋２１６管理学报第９卷第４期２０１２年４月４Ｔｔ＝２１Ｅｔ－Ｅｔ－１ｔＥ ｔ－１＋２Ｅｔ－Ｅｔ－１ｔＥ ｔ－１＋３Ｅｔ－Ｅｔ－１ｔＥ ｔ－１５１．３约束条件１动态演化投入产出平衡约束 运用投入产出理论提出该约束条件ｔ＝Ａｔ＋ ｔ＋１－ ｔ＋Ｆｔ＋Ｋｔ ６式中 ｔ＝ｘ１ｔｘ２ｔｘ３ｔＴ为三次产业经济产值列向量 ＝ａｉｊｎ×ｎ为投入产出直接消耗系数矩 阵元 素ａｉｊ＝ｘｉｊｘｊ为 直 接 消 耗 系 数 ＝ｂｉｊｎ×ｎ为投资系数矩阵ｂｉｊ为投资系数 ｔ＋１－Ｘｔ表示资本形成列向量 Ｆｔ为经济最终消费列向量 Ｋｔ为经济净出口列向量２能源生产消费约束 能源的生产消费约束表示为ｙｔ＋ｏｔ＋ａｔ３ｉ＝１ｃｉｔｘｉｔ＋ｚ１ｔ＋ｚ２ｔ７式中ｙｔ为能源生产量ｏｔ＝ｏｉｎｔ－ｏｏｕｔｔ为能源进出口差量ｏｉｎｔ为能源进口量ｏｏｕｔｔ为能源出口量ａｔ表示本地区能源调入调出差量ｚ１ｔ和ｚ２ｔ分别表示生活耗能量和能源库存量由年初库存量减去年末库存量所得正表示库存减少负表示库存增加３能源消耗演化约束３ｉ＝１ｃｉｔｘｉｔＣｔ－１ｋ ８式中Ｃｔ－１表示第ｔ－１期实际能源消耗量ｋ表示能源消耗相对上一期的增长幅度的上限４经济增长演化约束 长三角地区实施节能减排的前提是经济可持续增长设定经济增长约束为Ｔ ｔ－ ｔＴ ｔ－１－ ｔ－１９式中＝１１１Ｔ为单位列向量 表示三次产业总产值在第ｔ期相对于第ｔ－１期的增长幅度５污染控制约束 对污染排放提出总量约束Ｅｔ ＷｔＥｔ ＧｔＥｔ Ｓｔ １０式中ＷｔＧｔＳｔ分别为所允许废水废气和固体废弃物排放量最大值６非负约束 由于ｘｉｔ表示经济产值为保证其有实际意义设为非负量即ｘｉｔ ０ ｉ＝１２３ｔ＝１２ Ｔ １１２数据处理数据处理过程中 多目标转化为单目标时４个目标的权数分别为１ ２ ３ ４ 设１＝２＝３＝４＝０．２５ 污染控制目标中１ ２ ３分别表示废水废气和固体废弃物的加权系数根据２００４ ２００８年３种污染物的实际排放量平均数占总排放量比例计算所得为１＝０．８９８ ２＝０．０８２ ３＝０．０２０ 在能源总量约束中ｋ表示能源消耗增长幅度的上限根 据２００４ ２００８年长三角地区能源消费增长率确定将增长率最大值赋予ｋ即ｋ＝１．１６８０３在经济增长约束中 为第ｔ期相对第ｔ－１期三次产业产值的增长幅度根据长三角地区２００４ ２００８年三次产业生产总值增长率计算而得将增长率最小值赋予 即＝１．１００５７所用数据中ＣｔＷｔＧｔＳｔ ｔ ｉｔｔ＝ Ｆｔ Ｋｔｙｔｚ１ｔｚ２ｔ ｏｔ ａｔ等均来源于江苏浙江和上海的统计年鉴３演化情景分析以２００８年为基准年根据长三角地区能源消耗现状及污染排放情形同时考虑节能减排策略进行情景假设 本研究构造了基准情景产业结构优化情景及节能减排情景３种模式具体的情景构想如下１不采取节能减排对策的基准情景情景１ 即以各种可能发展模式设计的情景主要驱动因素是经济发展能源技术进步与消费结构按照以往的历史发展趋势演进仍然以经济增长作为社会发展的主要目标能源消耗与污染排放与日俱增２产业结构优化情景情景２ 考虑到经济发展过程中产业结构不断优化促使能源消耗降低污染排放减少３节能减排情景情景３ 主要考虑到长三角地区能源供需矛盾国内环境约束政策导向以及低碳发展要求的因素采取国家政策促进所能够实现的节能减排 这种情景同时考虑到区域能源经济环境各方面的发展需求通过强化技术进步转变经济发展模式采取低能耗低污染政策来实现节能减排目标基于建立的模型结合不同情景对长三角地区２０１５年经济产值能源消耗及污染排放见表１进行预测分析并对２００９ ２０１５年经济产值能源消耗及污染排放演化情景见表１进３１６长三角地区节能减排演化情景分析及预测 田立新 刘雅婷行分析研究表１２０１５年经济产值能源消耗污染排放情景预测表情景 经济产值亿元 能源消耗万ｔ 污染排放万ｔ１ １７５１９１．７２ １０７３１４．０６ ８３４５２．１７２ １７５０６１．２７ １０４４５５．８７ ７７７０３．０９３ １７５０５５．９０ １０３８４７．９７ ７８４１０．６８对２０１５年经济产值能源消耗及污染排放的预测值进行比较分析情景１为基准情景经济产值较其他２种情景偏大同时能源消耗和污染排放也最大情景２考虑了产业结构的优化能源消耗和污染排放较基准情景都大幅降低但经济产值也偏低情景３采取节能减排相关策略同时考虑了技术进步经济产值较基准情景有所降低同情景２相差不大但能源消耗量最小污染排放较情景２偏大对２００９ ２０１５年经济产值能源消耗及污染排放演化情景比较分析从经济产值来看情景１各年份经济产值略大情景２和情景３相差不大 从能源消耗来看情景１能源消耗最大情景２次之情景３最小同时能源消耗增长演化具有 阶 段 性 特 征分 为４阶 段２００９２０１０２０１０ ２０１３２０１３ ２０１４２０１４ ２０１５一三阶段能源消耗增长较慢二四阶段增长较快这可能与市场能源供需机制有关有待进一步研究证实 从污染排放来看情景１各年污染排放都超出情景２和情景３尤其是２０１３２０１５年情景２和情景３相差不大污染排放演化率整体有所降低通过对不同情景的分析及比较综合考虑经济增长能源消耗及污染排放演化情景将情景２或情景３作为未来长三角地区实现节能减排的基本情景将有助于节能减排目标的实现有利于经济能源和环境可持续发展表２２００９ ２０１５年经济产值能源消耗污染排放演化情景年份经济产值亿元情景１ 情景２ 情景３能源消耗万ｔ情景１ 情景２ 情景３污染排放万ｔ情景１ 情景２ 情景３２００９ ７２５４８．２２ ７２５４０．９８ ７２４９０．２１ ５１８６０．３５ ５１７３０．６６ ５１５７８．７１ ３６７７９．５２ ３６４３２．７９ ３６４７６．６１２０１０ ８４７０４．０６ ８４６６３．７３ ８４５８０．６１ ５３０４３．８５ ５２５２８．８２ ５２３２２．１６ ４２６９１．１７ ４１８１１．４４ ４１８２５．２５２０１１ ９８９３２．１９ ９８８８４．８５ ９８７５２．４２ ６１７５９．４９ ６２０７８．９８ ６０５００．４２ ４９５５３．０１ ４７９８４．１４ ４７９５８．１７２０１２ １１５５８９．８６ １１５５７７．７０１１５３７３．７０ ７６１２３．４０ ７５８１６．３３ ７４０４６．８９ ５７５１７．７６ ５５０６８．１４ ５４９９０．３７２０１３ １３５０９６．４５ １３５１８３．５０１３４８７８．９０ ９１３１５．１０ ８９８３４．３６ ８８１４０．５２ ５７５１７．７６ ６３１９７．９６ ６３０５３．７２２０１４ １４９１２４．２２ １４９４６８．００１４９７９３．６０ ９４１１０．３５ ９３０１１．１５ ９１１１５．９４ ７１５２６．４２ ６７７０７．３２ ６７５５２．７９２０１５ １７５１９１．７２ １７５０６１．３０１７５０５５．９０ １０７０５６．６６ １０４４５５．９０１０３５７６．００ ８３４５２．１７ ７７７０３．０９ ７８４１０．６８４结语从长三角地区能源环境现状出发采用动态投入产出分析法基于节能减排下的离散动态演化模型结合情景分析法对长三角地区经济产值能源消耗及污染排放进行预测分析结果表明将产业结构优化情景和节能减排情景作为未来长三角地区实现节能减排的基本情景将有助于节能减排目标的实现有利于经济能源和环境的可持续发展参 考 文 献１吴红梅．长三角地区能耗特点与节能对策研究Ｊ．中国能源２００７２９８２２ ３４．２俞林徐立青．长三角能源环境与经济增长关系计量分析和比较Ｊ．云南财经大学学报２０１０２５４８２ ８４．３吴 开 尧朱 启 贵．长三角能源可持续发展综合评价 基于模糊层次分析法Ｊ．现 代 管 理 科 学２０１０８６８．４ＯＬＵＴＯＭＩＩＡＬＥＳＴＥＲＣＨ．ＭｏｄｅｌｌｉｎｇＯＥＣＤＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｎｅｒｇｙＤｅｍａｎｄ ＡｓｙｍｍｅｔｒｉｃＰｒｉｃｅＲｅ－ｓｐｏｎｓｅｓａｎｄＥｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｈａｎｇｅＪ．Ｅｎ－ｅｒ ｇｙＥｃｏｎｏｍｉｃｓ２００７２９４６９３ ７０９．５ＦＥＲＤＡＨ．ＡｎＥｃｏｎｏｍｅｔｒｉｃＳｔｕｄ ｙｏｆＣＯ２ＥｍｉｓｓｉｏｎｓＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ＩｎｃｏｍｅａｎｄＦｏｒｅｉ ｇｎｔｒａｄｅｉｎＴｕｒ－ｋｅ ｙＪ．ＥｎｅｒｇｙＰｏｌｉｃｙ２００９３７３１１５６ １１６４．６ＳＲＧＩＯＭＭＩＲＡＮＤＡ－ＤＡ－ＣＲＵＺ．ＡＭｏｄｅｌＡｐ－ｐｒｏａｃｈｆｏｒＡｎａｌｙｓｉｎ ｇＴｒｅｎｄｓｉｎＥｎｅｒｇｙＳｕｐｐｌｙａｎｄＤｅｍａｎｄａｔＣｏｕｎｔｒｙＬｅｖｅｌＣａｓｅＳｔｕｄｙｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎＣｈｉｎａＪ．ＥｎｅｒｇｙＥｃｏｎｏｍｉｃｓ２００７２９４９１３ ９３３．７ＪＩＮＲＬＴＩＡＮＬＸＱＩＡＮＪＬｅｔａｌ．ＴｈｅＤｙｎａｍｉｃＥｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＣａｒｂｏｎＥｍｉｓｓｉｏｎｓｉｎＹａｎ－ｇｔｚｅＤｅｌｔａＪ．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｎｌｉｎｅａｒＳｃｉ－ｅｎｃｅ２０１０１０３２５９ ２６３．８ＬＩＵＹＴＴＩＡＮＬＸＪＩＮＲＬ．ＴｈｅＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｅｒ－ｖａｔｉｏｎａｎｄＥｍｉｓｓｉｏｎＲｅｄｕｃｔｉｏｎＤｙｎａｍｉｃＥｖｏｌｕｔｉｏｎＭｏｄｅｌＢａｓｅｄｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＤｅｌｔａＪ．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｎｌｉｎｅａｒＳｃｉｅｎｃｅ２０１０１０３３７８ ３８４．编辑 丘斯迈通讯作者田立新１９６３ 男江苏姜堰人江苏大学江苏省镇江市２１２０１３副校长教授博士研究生导师 研究方向为能源经济与能源系统工程Ｅ－ｍａｉｌｔｉａｎｌｘ ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃｎ４１６管理学报第９卷第４期２０１２年４月