河南省能源体系与产业体系耦合关系研究
河南是以煤为主的能源生产和消费大省。近年来，河南省依托地处中原的区位优势，持续推动能源发展方式转变。“十二五”期间，在严峻复杂的国内外形势下，全省主动适应经济发展新常态，经济呈现出稳中有进、稳中向好的发展态势，结构调整、转型升级步伐明显加快，产业体系逐步优化。在经济新常态和供给侧结构性改革背景下，研究能源体系和产业体系之间的相互关系，并进行耦合度评估，有利于促进河南省能源和经济统筹协调发展，从而保障河南经济社会的可持续发展。
一 河南省能源经济总体情况分析
（一）经济发展概况
改革开放以来，河南省经济持续快速增长。1978年河南省GDP总量为162.9亿元，2015年增长至37002.2亿元，在近40年的时间中，河南省GDP年均增长11.6%，比全国平均水平高1.9个百分点（见图1）。“十五”以来，河南省经济社会保持平稳快速发展态势，国民经济持续快速发展，生产总值年均增长9.6%，为我国经济发展最快的省份之一，全省综合实力明显增强。
图1 1978～2015年河南省GDP总量及增速
河南省产业结构优化调整进程不断推进。经济产业结构加快调整，经济结构逐渐优化，第一、第二、第三产业结构发生明显变化。从产业结构看，全省三次产业结构由2000年的23∶45.4∶31.6转变为2015年的11.4∶49.1∶39.5，第三产业占比明显提高，新业态、新模式不断涌现，产业结构呈现不断优化的良好态势（见图2）。
图2 2000～2015年河南省三次产业结构变化
（二）能源发展概况
改革开放以来，河南的能源消费持续增长。1978年河南省的能源消费总量仅为3353万吨标准煤，2015年达到23161万吨标准煤。在近40年的时间中，河南省能源消费年均增长5.4%，比全国平均水平低0.2个百分点，1978～2015年河南能源消费总量详见图3。
图3 1978～2015年河南省能源消费量
分区域看，河南省各地市能源消费水平有较大差异。其中郑州、安阳、洛阳、平顶山和新乡市能源消费水平较高。2015年河南省各地市规模以上工业企业能源消费量详见图4。
图4 2015年河南省各地市规模以上工业企业能源消费量
分行业看，2015年河南制造业[1]能源消费量在第二产业中占比最高，达到65.61%；其次为电力、燃气及水的生产和供应业[2]。2015年，河南分行业规模以上工业企业能源消费比例详见图5。
图5 2015年河南省规模以上工业企业分行业主要能源消费比例
二 河南省产业体系特征分析
总体上看，河南省三次产业结构不断优化，服务业、电子设备制造、食品等低能耗、高附加值行业成为支撑能源消费增长的重要力量，河南产业转型发展的效果在能源消费中逐步显现。未来随着产业结构调整继续深入推进，传统的高载能行业能源消费增速将进一步放缓，高成长性制造业、服务业将成为河南新的用能增长点。
（一）产业结构持续优化
“十五”以来，河南省产业结构优化进程加速，第二产业占比持续走低，第三产业占比快速上升。2015年第二产业增加值17917.4亿元，占比48.4%，较2010年降低7.1个百分点，降幅达12.8%；2015年第三产业增加值14875.2亿元，占比40.2%，较2010年上升9.2个百分点，增幅达29.7%。总体来看，工业仍是河南经济发展的支柱产业，但工业中传统产业特别是能源原材料产业占比较大，创新能力不足，竞争力不强。服务业发展持续向好，对经济增长贡献不断上升，成为河南省经济发展的重要引擎。
（二）高耗能行业发展放缓
河南省六大耗高能产业为：煤炭开采和洗选业，化学原料及化学制品制造业，非金属矿物制品业，黑色金属冶炼及压延加工业，有色金属及冶炼业，电力、热力的生产和供应业。“十五”以来，河南省六大高耗能产业增加值增速总体呈现先增后降态势，各大高耗能产业增加值增速波动普遍较大。“十五”和“十一五”期间，高耗能产业增加值占GDP比重总体呈上升趋势，在2011年达到峰值（16.2%）后呈缓慢下降趋势，2015年占比15.5%。从产业增加值来看，2007年以后六大高耗能产业增加值增速开始下滑，2008年下降13.7个百分点，此后呈缓慢下降趋势；河南省GDP增速与剔除六大高耗能产业后的GDP增速有趋同迹象，高耗能产业增加值增速对河南省GDP的影响在逐步减弱，河南省产业结构调整初显成效。
（三）战略性新兴产业蓬勃发展
以医药制造业，航空、航天器及设备制造业，电子及通信设备制造业，计算机及办公设备制造业，医疗仪器设备及仪器仪表制造业，信息化学品制造业等高技术产业为主体的战略性新兴产业已经成为支撑河南工业发展的重要力量。2015年，全省高新技术企业达1008个，同比增加110个；增加值占规模以上企业比重为8.8%，同比增加1.2个百分点；增加值同比增长20.0%，高于第二产业12.3个百分点，其中航空、航天器及设备制造业增加值同比增长222.5%。老工业城市正在通过大力发展战略性新兴产业构建新型产业体系，以洛阳为例，它已基本形成以机器人及高端装备制造业为代表的战略性新兴产业。战略性新兴产业的爆发式增长成为河南工业经济发展的一道亮丽风景，在河南工业转型中发挥着重要作用。
（四）产能过剩行业去产能约束趋紧
以实现“三去一降一补”为目标，推进供给侧结构性改革是当前河南省产业发展的重要方向。省委省政府打出组合拳，已正式出台1个《专项行动方案》、2个《总体方案》和4个《实施意见》，明确了河南化解过剩产能路线图。[3]以钢铁、煤炭行业为重点，兼顾水泥、电解铝、平板玻璃等产能严重过剩行业，运用市场化和法治化手段，严格产业政策和环保、能耗、质量、安全、技术等标准，强化政策引导和国企改革，积极压减过剩产能，推动产品结构升级。河南省去产能的总体目标是到2018年，压减生铁产能100万吨、粗钢产能240万吨、煤炭产能6254万吨，继续化解煤炭过剩产能和实行结构调整。河南除了关闭现有产能，还严格控制新增产能，引导煤炭产业清洁化利用，预计2017年原煤产量下降10%，尽快使钢铁、煤炭、电解铝、水泥、平板玻璃等产能严重过剩行业的产能利用率趋于合理。随着压减产能任务的落实、淘汰落后和退出低效产能、清理违法违规产能，以及严禁建设新增产能、强化等量减量置换等政策持续推进，五个产能过剩行业缺乏增长动力。
三 河南省能源体系特征分析
（一）能源结构相对偏重
河南省第二产业的能源消费总量和能源消费强度均处于较高水平。从能源消费结构看，2015年河南省一次能源消费总量中第二产业能源消费占比70.8%，第一产业占比2.9%，第三产业占比26.3%；从煤炭消费结构看，全省煤炭消费中第二产业占比高达95.7%，第一产业、第三产业占比分别仅为0.4%、3.9%；从电力消费结构看，第二产业占比71.4%，第一产业占比3.0%，第三产业占比25.6%。第二产业在全省能源、煤炭、电力消费中的比重均在70%以上，远高于其在产业结构中48.4%的占比，河南省能源消费结构相对偏重，在第二产业推进节能减排、提高能源综合利用效率是河南能源供给侧结构性改革和能源绿色转型发展的关键。
（二）能源开发利用水平较高
河南能源产业品种齐全，煤炭、油气等传统能源开发起步较早。焦作煤矿已有120年历史，中原油田、河南油田20世纪70年代开发建设，全国首条500千伏、1000千伏线路以及首台国产30万千瓦、60万千瓦，中部首台100万千瓦机组均在河南率先建成投产。全省骨干煤炭企业煤矿采、掘煤机械化程度达到85%、88%，分别比2010年提高14个和9个百分点，2015年全省燃煤火电机组装机构成中，单机30万千瓦及以上机组占81.3%，较2010年提高5.9个百分点。2015年全省火电机组供电标准煤耗311克标准煤/千瓦时，较2010年下降17克标准煤/千瓦时，较全国315克标准煤/千瓦时的平均水平低4克标准煤/千瓦时，累计节约290万吨标准煤。河南生物质能技术全国领先，拥有国家车用生物燃料重点实验室，纤维素燃料乙醇产业化技术在国内居先进水平。
（三）多元能源保障体系基本确立
河南省坚持高效开发省内能源，并着力提高吸纳省外能源能力。2015年，煤炭产能保持2.2亿吨左右，年产量1.32亿吨，分别居全国第5位、第8位，保持了全国14个大型煤炭基地之一的重要地位；全火电总装机量达到6213.1万千瓦，火电装机占华中电网五省一市火电总装机量的40%，河南作为全国区域火电基地地位进一步巩固；石油加工能力达到1010万吨/年，洛阳石化1800万吨/年扩能改造项目具备开工条件，燃料乙醇产能80万吨，中原炼化基地建设取得积极进展。焦枝、陇海、宁西、晋豫鲁等铁路输煤通道均途经河南，蒙西-华中铁路输煤通道正在加紧建设，为建设全国重要煤炭储配中心奠定了坚实基础；全国首条1000千伏交流特高压输电工程（晋东南-南阳-荆门）、首条疆电外送±800千伏直流特高压输电工程（天山-中州）相继建成投产，省间交换能力达到1300万千瓦，2015年吸纳省外电力350亿千瓦时，占全社会用电量比重达到12%，全国电网枢纽地位进一步加强；兰郑长成品油，西气东输一线、二线，端氏-博爱煤层气等跨省油气管线相继建成，全省天然气、石油长输管道分别达到5000、2500公里，形成以郑州为中心的多渠道、多气源的油气供应网络。
（四）新能源发展促进新业态形成
河南太阳能、风能、生物质能、地热能等资源相对丰富，但新能源产业发展起步较晚，2015年以来，河南省新能源发展开始提速，2015年全年新能源新增装机达到历史峰值，达到92万千瓦，相当于“十二五”前四年投产的总和，全年累计发电量39.6亿千瓦时，同比增长25.3%。在新能源高速发展的同时，能源领域的科技革命和产业变革也正在兴起，电动汽车分时共享、分布式能源站、智能微网等新模式快速发展，大规模储能、高性能电池等前沿技术的孕育和突破，对能源发展模式和能源体系的构建产生了重要影响，以新能源发展推动传统能源转型的新业态、新模式正在形成。
四 河南省能源体系与产业体系耦合度评估
（一）耦合度评估模型
1.耦合理论
耦合度是一个物理学概念，通常用来描述系统间相互作用、相互影响的程度，是对系统之间相互影响、相互作用程度的有效度量。产业发展将消费更多的能源资源，能源资源对产业发展也会产生约束作用，二者相互影响、相互作用，构成彼此耦合的交互体。借鉴物理学中的容量耦合（Capacitive coupling）的原理及容量耦合系数模型，本文分析能源和产业两者的耦合度。系统耦合度C的函数表达式可设定为：
U1代表能源体系综合指数，U2代表产业体系综合指数。
其中，
xij为标准化之后的指标值，λij代表指标值的权重。
2.指标选择
为构建能源体系综合指数和产业体系综合指数，需要选取并设定一系列子指标来衡量能源和产业体系。能源体系方面，从总量、结构两个维度构建相应的指标体系，衡量能源生产和消费。产业体系方面，从产业总量指标（GDP总量）、发展指标（第三产业占比）和结构指标三个维度构建指标体系；其中，结构指标又分解为产业间结构（第二产业占比）和工业内部结构[4]（见表1）。
表1 能源体系和产业体系指标
表1 能源体系和产业体系指标-续表
3.耦合度计算
首先，为保证数据的可比性，剔除不同指标数据间的量纲影响，笔者对数据指标进行标准化处理，具体变换公式为：
第二步，确定权重λij的具体数值。采用德尔菲法计算系统内的各个分类指标的权重系数（见表2）。
表2 各个指标的权重设定
第三步，计算耦合度。计算河南省能源体系和产业体系之间的耦合度。
4.耦合度结果判据
系统耦合的演变可分为六个阶段：C=0表示耦合度极低，系统并无关联且无序发展；0＜C≤0.3表示勉强耦合；0.3＜C＜0.5表示系统处于低度耦合阶段；0.5≤C＜0.8表示系统处于中度耦合阶段；0.8≤C＜1表示系统处于高度耦合阶段，二者互动强劲；C=1表示二者达到良性耦合且趋向新的有序结构。受政策、自然及政治等因素影响，也可能退化到之前的耦合阶段。
（二）耦合度评估
1.河南省耦合度评估
2001～2015年河南省能源体系和产业体系之间的耦合度详见表3。
表3 2001～2015年河南省能源体系和产业体系的耦合度
根据耦合度计算结果可知，2001～2015年，河南省能源体系和产业体系的整体耦合度始终低于0.50，河南能源和产业体系处于低度耦合的状态。
从发展趋势看，河南省能源体系和产业体系的耦合度在不断上升。2001～2005年，全省能源和产业体系耦合度在0.47以下；2006～2010年，耦合度上升至0.47以上；“十二五”以来，全省能源和产业体系耦合度总体呈现波动上升的态势，2015年达到0.489，15年来均值为0.467。
2.全国耦合度评估
从全国层面看，2001～2015年全国的能源和产业体系的耦合度详见表4。
从中国能源体系和产业体系的耦合度看，2001～2015年中国能源体系和产业体系平均耦合度为0.486，也处于低度耦合状态。
表4 中国能源体系和产业体系的耦合度
从发展趋势看，2001年以来全国能源体系和产业体系耦合度始终在0.5以下，2003年以前呈上升趋势，2003年基本达到0.5；2004年和2005年耦合度有所回落，“十一五”以来，全国能源和产业体系耦合度总体平稳，2015年达到0.497，15年来均值为0.486。
3.与全国对比评估
河南省的能源体系和产业体系的耦合程度低于全国整体水平4个百分点。从发展趋势看，河南能源体系与产业体系的耦合度与全国平均水平的差距在不断缩小，特别是在2007年以后，河南和全国的能源体系与产业体系的耦合水平基本平稳（见图6）。
图6 河南省与全国能源体系和产业体系耦合度变动情况
五 结论
（一）河南省能源体系优化效果初显
河南省能源体系优化进程开始加速，以新能源发展推动传统能源转型的新业态、新模式正在形成。2015年，河南省新能源发展明显提速，全年新能源新增装机量达到92万千瓦，相当于“十二五”前四年投产的总和，传统能源转型的新业态和新模式正在形成，能源体系优化效果初现。但是受资源禀赋影响，河南能源生产消费结构中煤炭比重较高，非化石能源比重较低，能源结构转型升级仍是河南省未来能源工作重点。
（二）河南省产业体系转型升级态势明显
“十二五”期间河南省产业体系具有一系列较为明显的转型特征。一是产业结构持续优化，第三产业占比快速上升，成为河南省经济发展的重要引擎；二是高耗能产业发展放缓，“十二五”以来河南省高耗能产业增加值增速对河南省GDP的影响在逐步减小，河南省产业结构调整初现成效；三是战略性新兴产业蓬勃发展，以高技术产业为主体的战略性新兴产业成为支撑河南工业发展的重要力量，其爆发式增长已成为河南工业经济发展的一道亮丽风景，在河南工业转型中发挥着重要作用；四是产能过剩产业去产能约束趋紧，钢铁、煤炭、电解铝、水泥、平板玻璃等产能严重过剩行业缺乏增长动力。
（三）河南省能源与产业体系的耦合关系日趋紧密
河南能源体系与产业体系的耦合度偏低，但总体呈上升的态势。2001～2015年，河南省能源体系和产业体系的整体耦合度始终低于0.50，河南能源体系和产业体系处于低度耦合的状态。从发展趋势看，河南省能源体系和产业体系的耦合度在不断上升。2001～2005年，全省能源体系和产业体系耦合度在0.47以下；2006～2010年，耦合度上升至0.47以上；“十二五”以来，全省能源体系和产业体系耦合度总体呈现波动上升的态势，2015年达到0.49。与全国对比来看，河南省的能源体系和产业体系的耦合程度比全国低4个百分点，但差距逐步收窄。