河南省能源－经济－环境系统协调发展实证研究

李雄诒，薛静敏

（中原工学院，郑州450007）

河南省能源－经济－环境系统协调发展实证研究

李雄诒，薛静敏

（中原工学院，郑州450007）

建立了一个能源－经济－环境系统综合发展评价指标体系，并运用主成分聚类分析方法对河南省18个地市的能源、经济、环境（3E）系统进行了研究.结果表明：河南省各地市3E系统存在着较大的不协调，可分为规模主导型、资源匮乏型和资源主导型3类.最后提出了促进能源、经济、环境系统协调发展的对策和建议.

3E系统；综合评价；主成分分析；聚类分析

随着经济的快速发展以及科学技术的进步，能源成为关系一个地区发展的重要物质基础.安全可靠的能源供应和高效清洁的能源利用是实现社会经济持续发展的基本保证，因而能源问题是各个地区普遍关注的一个战略问题［1］.随着工业化进程的不断加快，人类对能源的需求量不断增加，经济的发展也越来越依赖于能源.然而，从能源开采到最终使用的整个过程中，会产生固体废弃物污染、水污染、大气污染等各种环境污染.随着能源消费的不断增长，环境污染也逐渐加重［2］.由此引发的各种能源、环境问题不但严重影响着社会经济的持续发展，更直接威胁着人类的生存与发展［3］.

鉴于能源、环境、经济三者之间相互影响、相互制约，众多学者和研究机构都深刻地认识到将能源、环境、经济三者联系起来的重要性.把三者看作一个整体，建立能源（Energy）、环境（Environment）、经济（E－conomy）3E系统，分析三者之间的内在关系与发展规律，可以达到3E系统发展最优化的目的［4－6］.本文建立了一个3E系统协调发展的评价指标体系，并运用主成分聚类分析方法对能源、环境、经济系统发展状况进行科学评价，从而为实现3E系统协调发展提供依据.

1 3E系统发展水平指标体系设计

为了能够全面、定量地反映3E系统的状况，基于以下原则，构建环境、能源和经济系统的评价指标.

（1）全面性原则.综合评价指标必须全面完整.本文选择正向指标和逆向指标2种指标，充分揭示3E系统发展的内在规律.

（2）代表性原则.评价指标应具有鉴别能力，可用来区分不同地区3个子系统得分的高低.

（3）实际可操作性原则.在考虑到指标体系完整、科学的前提下，从实际出发，尽可能地选择现行统计资料中容易获取的客观指标，保证操作的简便可行.

本文参考国内外相关3E系统的研究成果［7－9］，建立了环境、能源和经济系统的评价指标体系，然后运用主成分聚类分析方法对3个子系统的综合发展水平进行测算，得出了18个地市的3个子系统的得分，并将18地市分为规模主导型、资源匮乏型和资源主导型3类.3E系统综合发展水平指标体系见表1.其中逆向指标包括环境子系统中的工业废水排放量、工业废气排放量、二氧化硫排放量、烟尘排放量、工业粉尘排放量、工业固体废弃物产生量，以及能源子系统中的单位GDP能耗、单位GDP电耗、单位工业增加值能耗.

表1 环境－能源－经济系统发展水平指标体系

2 基于主成分方法的3E系统聚类分析

主成分的概念是由Karl Pearson在1901年提出，用于考察多个变量之间相关性的一种多元统计方法［10］.其基本思想是研究如何从原始变量中导出少数几个主成分变量，使它们尽可能多地保留原始变量的信息，且彼此间互不相关.聚类分析（cluster analysis）是将样品个体或指标变量按其具有的特性进行分类的一种统计分析方法［11］.其基本思想是寻找一种能客观反映事物之间亲疏关系或合理评价事物性质相似程度的统计量，然后根据这种统计量和规定的分类准则对事物进行分类.

在对河南省18个地市的3E系统进行分析和归类时，可以采用常规聚类方法，但由于指标较多，计算繁琐且容易出错.本文利用主成分分析方法，得到3个子系统的得分，再对18个地市的3E发展水平进行聚类分析，可使问题大大简化.

主成分聚类分析的步骤如下：

（1）原始数据的标准化.为了在变量之间进行比较，并消除原始数据数量级和量纲差别造成的影响，需要将原始数据标准化.计算公式如下：

式中：xij是第i个样本的第j个指标的观测数据是第j个指标的样本均值，是第j个指标的方差，

（2）计算各个标准化数据的相关系数，得到相关矩阵R.

（3）求相关矩阵R的特征值、方差贡献率和累计方差贡献率.

（4）确定主成分的个数和表达式.按照主成分个数的提取原则，一般提取对应特征值大于1的成分.主成分变量确定后，就可以计算各个主成分的表达式.

（5）进行主成分的综合评价.

（6）以综合评价值作为聚类分析的样本，计算环境、能源、经济3个子系统的平方欧氏距离：再进行聚类分析，画出聚类图，得到聚类分类结果.

3 实证分析过程

首先分别对河南省18个地市2010年的环境、能源、经济系统进行主成分分析.由于本研究中所建立的3E系统发展水平评价指标体系所涉及的评价指标较多，有正向指标和逆向指标2种，两者的衡量标准不同，需要对逆向指标进行正向转换.具体方法是在逆向指标前面加一个负号，将其转化为正向指标，再进行标准化.下面以经济子系统为例说明主成分的分析过程.

利用SPSS软件，将数据标准化，之后进行KMO检验和Bartlett球形度检验.这里采用主成分分析方法，分别求出各成分的特征值、方差贡献率和累计方差贡献率，如表2所示.

从表2可知，特征值大于1的变量有2个.提取这2个变量作为主成分变量，并把这2个主成分变量分别命名为FC1、FC2.然后确定主成分的表达式，即将以上提取的2个主成分FC1、FC2表示成8个变量的线性组合，表达式如下：

FC1＝0.101 XC1＋0.159 XC2＋0.140 XC3＋0.152 XC4＋0.163 XC5＋0.165 XC6＋0.135 XC7＋0.137 XC8

FC2＝0.491 XC1－0.204 XC2＋0.274 XC3－0247 XC4＋0.067 XC5－0.085 XC6－0.379 XC7＋0.267 XC8

重复上述步骤，能够分别得到环境和能源系统的线性组合.以每个系统主成分的方差贡献率为权重，得到3个子系统得分的函数表达式，即：

FA＝0.609 8FA1＋0.165 9FA2

FB＝0.572 9FB1＋0.258 6FB2

FC＝0.739 0FC1＋0.193 7FC2计算3个子系统的得分.

依据表3所示的河南省18个地市主成分的得分，按照平均组间的链锁方法进行聚类分析，得到聚类谱系图，如图1所示.

根据图1所示，取类间距离为1，将河南省18个地市分为3类，如表4所示.

表3 河南省各地市3个子系统的综合得分及排名

第一类，规模主导型.郑州市是中原经济区的中心城市，河南省省会，地处中原腹地，是中原城市群经济隆起带和中原崛起的龙头城市，在全国经济发展格局中具有承东启西、贯通南北的重要作用.郑州市具有较优的发展规模：发达的交通通信，区位优势明显；较好的工业体系，产业竞争力强；商贸优势突出.这些规模优势有助于其经济的发展.2011年，郑州市经济总量进入全国20强，其经济得分为2.587735，远远高于河南省的其他地市，但是其环境得分与其他地市相比为负数.这表明郑州市的经济与环境、能源极不协调.

第二类，资源匮乏型.漯河市、许昌市、周口市、开封市、驻马店市、南阳市、濮阳市、信阳市、鹤壁市、商丘市等地市大多处于平原地带，资源禀赋条件并不是很好.这与其地理位置、特定产业相关联.一方面，这些地市的能源储备均较低，不具备大规模发展工业的基础，竞争力较弱；另一方面，这些地市总体上经济发展水平较低，大多局限于农业的发展.鉴于能源、经济和环境相互影响，可以得出这些地市由于资源匮乏，能源得分不高，进而阻碍经济发展，但环境系统得分较高.总体而言，3个子系统仍然处于不协调状态.

图1 河南省18个地市主成分聚类谱系图

表4 河南省18个地市分类结果

第三类，资源主导型.焦作市、平顶山市、安阳市、新乡市、洛阳市、三门峡市、济源市等地市资源丰富，即能源储备较高，尤其是平顶山有“中原煤仓”之称.这些地市主要是通过矿产资源的开发，以矿业产品的输出来带动经济的全面发展.但是这些地市对当地的自然资源和区域以外市场的依赖性很强，一旦当地的自然资源枯竭或域外市场萎缩，其发展势必会受到严重影响.同时，能源的开发也会对环境产生不利的影响.从18个地市的环境得分能够清楚地看出，除了济源市的得分为正数以外，其他地市均为负数，可见这些地市的能源与环境存在着极度不协调.

4 结论与建议

能源、经济、环境是一个整体.科学发展要求在实践中使能源、经济、环境不断地协调统一起来，使能源、环境系统的动态平衡与经济系统的持续稳定同时得以实现.虽然河南省的经济发展较快，但是能源稀缺和环境污染成为制约其经济发展的主要因素之一.要实现中原经济区的可持续发展，就必须实现环境、能源和经济三者协调发展，努力建设环境友好型、能源节约型和经济高效型的中原经济区.

第一，能源的有限性要求必须采取措施，提高能源的使用效率，努力开发新能源和可再生能源.提高能源的使用效率是河南省18个地市保增长的重要基础，各地市应当优化能源结构，构建环境友好型和能源节约型地区，积极研发和推广节能减排技术，大力发展循环经济，促进低能耗的第三产业的发展；积极开发新能源和可再生能源，改变各个地市的能源结构，减少购买外部能源，因地制宜地发展风能、太阳能、地热能等可再生能源.这样才可以减少环境污染，实现经济的可持续发展.

第二，积极实施环境保护政策.制定促进能源有效利用的环境强制政策、工业相应污染物排放标准和能源消耗标准；完善执行环境标准的认证体系，建立一些优惠政策，鼓励工业企业向环境友好方向发展；健全环境保护的市场调节，完善排污许可和排污权交易制度，适当加大排污收费力度.

第三，注重经济的发展质量.对经济增速应适度把握，要以注重经济发展质量为导向，以经济结构的协调化为目标，合理调整产业结构布局，遵循经济发展规律，改变以消耗能源和破坏环境为代价的经济发展模式，建立与生态承载力相适应的经济发展模式，促进中原经济区的可持续发展.

［1］ 谷国锋，王淑玲.基于灰色系统理论的能源消耗、环境污染与经济发展研究［J］.生态经济，2009（9）：54－56.

［2］ 赵芳.中国能源－经济－环境（3E）系统协调发展状态的实证研究［J］.经济学家，2009（12）：35－41.

［3］ 黄蓉，肖海莲，边晶，等.能源、环境与经济关系的实证研究［J］.扬州大学学报，2011（1）：83－85.

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［5］ 吕连宏，罗宏，张征，等.中国“能源－环境－经济”复合系统的协调性分析［J］.北京林业大学学报，2009，8（2）：80－83.

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［10］ 马立平.应用统计学［M］.北京：首都经济贸易大学出版社，2011.

［11］ 王学民.应用多元分析［M］.第2版.上海：上海财经大学出版社，2004.

Empirical Study on the Coordinated Development of Energy－Economy－Environment in Henan Province

LI Xiong－yi，XUE Jing－min
（Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 450007，China）

This article establishes a comprehensive development index system of energy－economy－environment，and studies the 18cities’3Esystem in henan province through principal component analysis and cluster analysis.The results show that 3Esystem of each city in henan province exists in lager discordance，and divided the 18cities into scale leading type，resource scarcity type and resources leading type.Finally，this paper puts forward countermeasures and suggestions to promote energy，economy and environment systems’coordinated development.

3Esystem；comprehensive evaluation；principal component analysis；cluster analysis

F407.2

A

10.3969／j.issn.1671－6906.2012.05.006

1671－6906（2012）05－0023－05

2012－05－20

河南省政府决策研究招标课题（2012B805；2012B806）；河南省教育厅自然科学研究计划项目（2011A790032；12A630059）

李雄诒（1954－），男，湖南长沙人，教授，博士.