Evaluation on carrying capacity of fossil energy

Management Science and Research March 2014, Volume 3, Issue 1, PP.16-22

Evaluation on Carrying Capacity of Fossil Energy Li Li, Yalin Lei #, Xianhai Li School of Humanities & Economic Management, China University of Geosciences (Beijing), Beijing, 100083, China #Email: leiyalin@cugb.edu.cn

Abstract Energy is an important material foundation and guarantee for economic and social development. However, because energy especially fossil energy is t unrenewable and less efficient in usage, there exists a serious wasting phenomenon. Therefore, how to utilize energy effectively and reasonably to support China's economic and social development is the urgent problem to be addressed. Relevant experts and scholars have done many researches on the carrying capacity. This paper reviews and summarizes the domestic and foreign researches on carrying capacity of resources, environment and fossil energy...

Keywords: Fossil Energy; Carrying Capacity; Evaluation

化石能源承载力评价综述* 李莉，雷涯邻，李宪海 中国地质大学（北京），北京 100083 摘

要：能源是经济社会发展的重要物质基础和保障，经济的发展和人民生活水平的提高都离不开能源的支撑。但是由于

能源尤其是化石能源具有不可再生性，呈现逐渐衰竭趋势，且能源利用效率低，存在严重的浪费现象。因此如何合理有效 地配置利用能源以支撑中国的经济社会发展，是当前需要解决的问题，相关专家和学者对承载力进行了大量的研究探讨。 本文对承载力、资源承载力、环境承载力和化石能源承载力进行了国内外的研究综述，并进行了总结归纳。 关键词：化石能源；承载力；评价

引言 根据中国的能源现状及资源禀赋，以煤炭为主的能源结构在长期依然不会改变。中国既是能源生产大国， 也是能源消费大国。随着国民经济的快速增长和人民生活水平的稳步提升，我国能源消费量也呈现快速增长。 化石能源尤其是煤炭的开采利用排放出了大量 SO2、氮氧化物和粉尘等，对生态环境造成了严重的破坏。进 入新的发展时期，能源行业走出一条资源节约、生态环保的可持续发展道路迫在眉睫。党的十八大也提出， 面对能源资源约束趋紧，生态环境退化的趋势，必须把生态文明建设放在突出地位，从源头上扭转生态环境 恶化，为人民创造良好的生产生活环境，为全球生态安全做出自己的贡献。本文希望从生态文明的角度，对 承载力及资源环境承载力进行相关研究综述，以期探索出生态文明的合理发展路径。 国内外相关专家和学者主要从承载力的起源概念及演化进展、承载力评价方法及模型研究、不同区域不 同化石能源承载力三个方面进行了研究。

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国外对承载力的起源概念及演化进展的相关研究综述 公认承载力起源于 1758 年法国经济学家奎士纳的《经济核算表》一书，其中讨论了土地生产力与经济

财富的关系，他认为土地资源是财富的源泉。马尔萨斯(Malthus)重视环境对人口规模的影响，1798 年他首次 基金资助：受国家自然科学基金项目“基于动态 CGE 模型的燃料乙醇产业发展政策模拟与实证研究” （71173200）和中国地质 调查局“我国重点矿业经济区资源环境承载力评价及生态系统管理研究”（1212011220303）共同支持资助。 - 16 www.ivypub.org/msr

详细论述了食物对人口增长的最终约束限制。随后，很多学者在马尔萨斯的理论框架内对资源环境承载力进 行了量化研究。1838 年 Verhulst 根据相关人口统计资源将马尔萨斯的人口增长模型进行了数学模型化，采用 容纳能力指标衡量了环境对人口增长的限制约束。1933 年 Leopold 从密度角度出发，提出承载力即是在一定 的变化范围内，单位草场面积所能支撑的食草动物的最大密度。1949 年 William Vogot 以粮食为标准研究了 土地资源承载力，引起了理论界的重视。William Allan 也在 1949 年提出了某一区域的土地所能供养的最大 理论人口，并给出了以粮食为标志的土地承载力方程，计算出了承载人口的上限。60 年代末到 70 年代初， 米都斯等人在美国麻省理工学院 J·W·福雷斯特教授提出“世界模型Ⅱ”的基础上进一步提出“世界模型 Ⅲ”。其内容包括涉及人口、自然资源、工业、农业、环境（污染）等子系统的因果关系分析；设有 5 个状态变量、7 个决策变量、104 个方程的模型假设；据此模型预测到 21 世纪中期全球经济增长将 达到极限。米都斯的世界模型用于研究全球环境问题也存在缺陷，曾受到环境乐观主义的激烈批评， 被称为“崩溃的模型”、“世界末日模型”。1973 年，澳大利亚相关专家和学者采用了多目标决策方法，研究 了土地资源、水资源和气候资源等多种资源对人口的限制及能源限制。1977 年，联合国粮农组织对全球五个 区域 117 个发展中国家（不包括中国等东亚发展中国家）的土地资源的人口承载能力进行了研究，它通过对 每个国家进行计算分析，得出每公顷土地所能承载的人口数量。其所发表的《发展中国家土地的潜在人口支 撑能力》报告指出，这 117 个国家如果不改变耕作方式，则全部的可耕土地勉强仅供养活其预期人口，并且 其中超过一半的 64 个国家将无法供养其预期人口。这份报告给发展中国家敲响了警钟。在联合国教科文组 织的资助下，英国科学家 Malcolm Sleeser 教授等（1985）综合人口、资源、环境与发展之间的关系，通过模 拟不同策略方案下人口变化与承载力之间的动态变化，提出 ECCO 模型，该模型以“一切都是能量”做假设， 建立了一套同时满足人口、政治、环境与资源条件的目标和政策。该模型已经成功应用于肯尼亚、赞比亚等 非洲发展中国家，给这些国家提供了很多的决策服务。 之后，承载力的研究延伸到水、能源矿产、海洋等自然资源，进而扩展到整个生态系统。比如 Jonathan 等（2000）从供水的角度对城市水资源承载力进行了相关研究。Rijisberman 等（2000）在研究城市水资源评 价和管理体系中将承载力作为城市水资源安全保障的衡量标准。Sokhem Pech， Kengo Sunada（2008）以湄 公河为例，探讨了人口增长和自然资源承载力之间的关系。他们指出，湄公河资源丰富，但是随着经济的发 展和人口的增长，资源环境的压力越来越大。因此湄公河边区域需要执行可替代策略以促进其可持续发展能 力。Rampim, Leandro 等（2012）利用 GPS 设备，分析评估了巴西一个中等大农场的土壤化学性质性。经过 分析，把农场的土壤属性分为五类，根据不同的土壤属性建立保护利用计划，达到最大限度利用土壤，使得 土壤的资源承载力达到最大。

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国内对承载力研究的相关综述 国内对资源环境承载力的研究起步较晚，但是迫于资源环境的压力和可持续发展及社会生态文明建设的

要求，从 20 世纪 90 年代起我国相关专家和学者对资源环境承载力研究形成了一股热潮。 2.1

对资源承载力的研究 对资源承载力的研究颇丰，比如对土地资源、水资源、矿产资源、海洋资源的承载力研究等。本文主要

对土地资源、水资源和矿产资源进行综述研究总结。 由于土地资源承载力是人类生存最基本的自然资源，所以，被国内专家和学者首先关注研究。对土地资 源承载力的关注主要有对一定区域内的土地资源所能承载的人口数量进行评价。陈国先，徐邓耀，李明东 （1996）对土地资源承载力的不同定义述评后，提出了土地资源承载力的新概念，即“在不同时期，维持该区 域居民一定生活水平下，在当时的土地生产能力与投入下，最合理利用该去土地资源所能养活的最大人口数 量”。并结合南充地区进行了实证分析。刘长运，杨丰华，蒋国富（1998）分析了河南省土地资源的特点及生 产潜力，并依据当时的情况分析了 2000 年至 2030 年不同生活水平下土地所能承载的人口数量，提出了加强 土地管理、适当调整耕地利用结构以提升土地人口承载力的建议。孟旭光（2010）对北京、天津和辽宁的土 - 17 www.ivypub.org/msr

地承载力进行了研究，并对土地承载力的经济社会生态效益进行了详细的评价，提出了调整和完善区域土地 承载力的措施建议。郭艳红（2010）对北京市城市发展现状及土地开发利用情况进行了分析，建立了土地资 源承载力综合评价指标体系，分别对北京市土地资源人口承载力、生态承载力、建设规模承载力和经济承载 力进行了评价。得出北京市土地资源承载力与发达国家大都市相比还存在一定差距。 因为水资源短缺，尤其可用饮用水的总量更少，所以我国相关专家学者对水资源承载力的研究主要集中 于实践应用方面，基本主要关注两方面内容：一是水资源承载力评价方法的选择和评价模型的构建，评价水 资源的承载力并得出评价结果以提出政策和建议；二是对水资源所能承载的社会经济及人口规模进行预测， 并提出不使水资源超载的合适规模。我国对水资源承载力研究的代表性成果主要有：温跨达（1990）对新疆 水资源承载能力进行了估算分析，他认为在新疆水资源充分开发利用过程中首先要更新观念、提高水的重复 利用率、实行合理的水费制度、合理开发地下水等措施。李丽娟等（2000）提出了以期望人口为核心的水资 源承载力指标体系，并应用于柴达木盆地水资源承载力研究，用水资源承载力系统动力学仿真模型计算了高 中低三种方案的水资源承载力指标的预测值，并对预测值和期望值进行了比较，最终得到了一个经济和环境 协调发展的综合方案。刘明（2007）基于可持续发展理论，对大庆市地下水资源利用中的问题进行了分析， 建立了地下水资源承载力综合评价指标体系，并用灰色关联分析法对该指标体系的承载力指数和协调指数做 了量化分析，对大庆市地下水资源的承载力做了综合评价，为大庆市水资源的规划和管理提供了参考依据。 项爱枝（2008）结合成都市，建立了一套完整的水资源承载力预测模型，在保证水资源质量的前提下，得出 了水资源所能容纳的最大污染量以及人口、环境和经济之间的关系。杨婷婷（2012）以乌鲁木齐市为例，对 其水资源承载力进行了分析评价，并从水资源、社会发展、经济发展和生态发展四个子系统出发建立了水资 源承载力指标评价体系，从工业用水、农业用水和生活用水三个方面对评价结果的合理性进行了分析探讨。 对此，今后需要加强对水资源承载力理论的研究，充分考虑其影响因素，在此基础上找到合适的评价方法和 思路，更好地指导现实。在研究水资源承载力的同时，引进先进技术解决水资源承载力的问题，以便更好地 支撑社会工业、农业和民用水。 中国国土资源经济研究院的研究者们王玉平、卜算祥（1998）首先提出了矿产资源承载力的概念，即“指 在一个可预见的时期内，在当时的科技水平和自然条件允许下，矿产资源的经济可采储量对社会经济发展的 支持能力。” 在叶文虎教授提出的“物质生产——人口生产——环境生产”三大生产分类理论的基础上，他们 在“我国矿产资源与可持续发展研究”课题成果中，将矿产资源承载力进一步划分成对物质生产的承载力、对 人口生产的承载力和对环境生产的承载力，并构建出矿产资源承载力模型及其指标体系。他们测算了我国 37 种主要矿产资源对经济规模的承载能力，为我国矿产资源勘探和开发提供了重要的决策依据。齐亚彬（2003） 对天津的非金属建材矿产和非固体能源进行了承载力评价，并提出了天津市石油、天然气的资源承载力计算 公式。通过计算得出，天津市如果只消费本市可利用石油储量，经济规模以“十五”计划增速，则石油资源只 能够保证 4 年的持续利用。最后对天津的石油和天然气资源承载力提升提出了对策建议。徐大富，渠丽萍， 张均（2004）在区域可持续发展理论的指导下，通过建立定量评价模型，优选评价指标，进行了贵州省主要 矿产资源的经济承载力评价，并对贵州省煤炭资源、铝土矿资源和磷矿资源承载力进行了预测。魏景明（2006） 通过采用模糊综合评价法，对黑龙江矿产资源承载力进行了评判，得出黑龙江的矿产资源禀赋较强，开发条 件较好，具有较强的承载力。段彦炜（2011）在可持续发展理论、熵理论和承载力理论的支撑下，以湖南郴 州的矿产资源为研究对象，运用矩阵评价模型，评价了两种主要矿产资源煤和铁的经济承载力情况。结果发 现，郴州市的煤炭资源发展不平衡，随着经济的发展对煤炭的需求增加，煤资源的承载力不容乐观，不能承 载经济的可持续发展；铁资源在“十二五”期间也是会出现承载力不足的情况。矿产资源承载力在未来的研究 中会更注重理论体系的完善、评价方法由静态向动态发展、评价指标体系完善化及新技术和新方法的采用。 通过对资源承载力进行综述，可以发现目前研究关注最多的单要素承载力有缺陷，这些研究讲生态系统 割裂开来，只考虑单一的要素对经济社会人口的影响，而不考虑整个生态系统的整体效应。其次，对资源承 - 18 www.ivypub.org/msr

载力的评价往往采用静态评价法，而资源系统是一个动态的输入输出系统，与人、其他系统的互动会影响资 源承载力的大小。

2.2 对环境承载力的研究 环境承载力理论在区域规划、产业布局、环境评价方面具有核心指导作用，但是由于环境的复杂多变性， 环境承载力的理论研究和实践还处于摸索阶段，环境承载力的理论模型还有待完善，与经济社会环境之间的 作用机制还有待研究。目前国内外的专家学者对环境承载力的关注主要在于对环境单要素承载力的研究，如 对水环境承载力、旅游资源承载力、大气环境承载力等。 1991 年北京大学环境科学中心在其主持完成的国家级课题“我国沿海新经济开发区环境的综合研究—— 福建省湄洲湾开发区环境综合研究评价研究总报告”中，首次提出了以环境规划理论为出发点的“环境承载力” 的含义和表示方法，即在某一时期、某种状态或者条件下，某地区的环境所能承受人类活动作用的阀值。并 在此基础上把各微观研究成果有机统一起来，从而对湄洲湾开发区环境经济的协调发展提出了充分可靠的决 策建议和在福建省可以实行的、能保证规划目标实现的管理政策和措施建议。叶文虎等（1991）从环境承载 力的定义域表示方法入手，通过引入两个新变量即发展变量和限制变量及两者之间的关系，探讨了承载力的 内涵。并以福建省湄洲湾为例进行了实证研究，对其提出了相关建议。（高吉喜，1996）提出环境承载力就 是在一定生活水平和环境质量要求下，在不超出生态系统弹性限度条件下环境子系统能承纳的污染物数量， 以及可支撑的经济规模与相应的人口数量。包括三个方面的含义：一是在一定生活水平与生活质量限定下的 承载能力，反映在环境应具有的相应标准；二是可容纳的污染物数量，反映在环境方面为相应的环境容量； 三是在满足前两个条件下可支撑的经济规模与人口数量，而这在很大程度上取决于人类的生产活动方式。唐 剑武等（1997）从理论上分析了资源环境承载力的概念、衡量和应用模式，并进一步结合福建湄洲湾开发区 环境的综合规划和临淄地区水环境的规划，介绍了环境承载力的应用，结果显示，将环境承载力用于社会发 展中环境的规划是可行的。洪阳，叶文虎（1998）基于环境容量的概念探讨了环境承载力的概念、三个衡量 指标和可持续环境承载力的两种计量模型，对可持续环境承载力在环境制约型规划区的应用进行了讨论。 2002 年《中国大百科全书》明确定义了环境承载力，即在维持环境系统功能与结构不发生变化的前提下，整 个生物圈或某一区域内所能承受的人类作用在规模、强度和速度上的限值。徐盈之，孙剑（2009）结合我国 省域数据，通过因子分析法对区域环境承载力进行了比较，结果表明我国环境承载力的分布呈现地域性。 由于地域的不同，所在区域环境的复杂性，环境承载力的大小测算并没有一个统一的定论。因此，对于 环境承载力的定义和评价方法还需深入探讨研究。

2.3 对化石能源承载力的相关研究 能源承载力包括对经济和人口的承载能力，主要取决于所在区域的能源供给量和能源消费结构。由于现 在市场是开放的状态，所在区域的能源量不能满足自身经济社会发展的需求时，可以输入。由于不同区域的 资源禀赋和能源结构不同，因此相关专家和学者主要从区域和矿种两个角度研究化石能源承载力。 国外对能源的研究始于第一次石油危机。1973 年，阿拉伯国家发起了石油禁运行动，引发了第一次石油 危机，大规模的危机爆发，引起了众人对能源问题的关注。由于许多发达国家的能源消费是以石油为主，因 此相关专家和学者对石油的研究颇丰，对石油的关注主要集中在石油与各国能源安全的关系等。Daniel Yergin （1993）研究了石油给政治经济带来的巨大变化。John V.Mitchell，Peter Beck，Michael Grubb（1996）通过研 究认为应该使用替代能源以减少对石油的替代，这样可以减少石油危机。Jonathan E.Sinton（2000）对中国的 能源使用效率进行了评价，认为中国应该优化工业结构。还有一些学者如 Peter Zweifel 和 Susanne Bonomo （1995），Jabir（2001）通过线性规划、向量误差修正模型等对能源的储备进行了预测。国外对煤炭的研究主 要在各国煤炭产业的竞争态势方面，以便找出影响煤炭产业竞争力的主要因素。对天然气的研究集中在基础 设施的建设、相关政策和法律的支持等。通过检索文献资料，国外对能源承载力的研究不多。GavinM Hilson - 19 www.ivypub.org/msr

（2006）认为不必担心矿产资源的稀缺性，矿业的发展是可持续的，建议国家间进行矿业的跨国合作。 通过综合魏一鸣、范英、韩智勇等（2006），鲍泳宏、杨钟馗、杨俊（2010），彭穗生（2011）等专家 和学者对能源的研究可以看出，国内对能源的研究主要关注以下几个方面：能源消费与经济增长的关系、能 源安全与石油价格的关系、能源发展关联关系与替代关系、能源的总量与结构、能源消费带来的环境问题及 二氧化碳减排问题、国际石油市场波动对我国能源造成的冲击影响、能源技术的进步和更新等等。能源紧缺 和能源安全的现状要求对能源承载力进行研究，测算出能源对经济社会人口的承载力，以便为能源的可持续 循环利用和生态文明建设的实现提供一个参考。当能源处于封闭自给时，能源资源不能输入，因而能源供给 结构（煤炭、石油、天然气等）对能源的承载力具有较大的限制。当能源处于开放可以被调配状态时，能源 资源可以从外部输入，则能源供给结构对能源的承载力的约束限制不大。因此在测算能源承载力时需要考虑 自己供给和开放调配两种情况。此时在计算能源承载力时，不但需要结合当地的区域资源现状，还要引入外 部的能源输入量，同时考虑能源消费模式、技术进步等相关因素的变化。比如采用资源节约型方式或提高能 源利用技术，都可以提高能源对经济和人口的承载力。同时如果采用调整产业结构、降低单位 GDP 能耗、 降低人均能耗量，也可以提高能源资源的利用效率和效益，进而提高能源资源对经济和人口的承载力。 在对化石能源承载力的研究上，专家和学者着重研究的能源的评价方法和指标体系。尤其是矿产资源对 经济的承载力评价。由于我国能源的消费 70%以煤炭为主，因此专家和学者对煤炭资源的承载力相对石油和 天然气稍多。比如王玉平，卜善祥（1998）提出了矿产资源经济承载力的含义、承载力评价指标体系和矿产 资源承载力数学模型，对 37 种矿种进行了测算，得出中国主要矿产资源对经济总规模的存在能力并不乐观。 因此，必须从生态文明和可持续发展的战略高度审视我国矿产资源的勘查开发工作，分类确定我国地质矿产 勘查开发投入的比重，同时加大承载力较差矿产的国外资源供应基地投入，确保我国经济平稳持续增长。徐 大富，渠丽萍，张均（2004）提出了矿产资源承载力的概念，即“指在一个可预见的时期内，在当时的科学技 术、自然环境和社会经济条件下，矿产资源的经济可采储量（或其生产能力）对社会经济发展的承载能力”。 结合贵州矿产资源承载力实际情况，设置了现有矿产资源经济承载力和现有矿产资源经济平衡两个评价指 标，并建立静态评价模型，对贵州省近、中期煤炭、铝土矿、磷矿矿产资源经济承载力进行了分析和预测。 李静娜（2009）研究了煤炭资源承载力评价，着重分析了煤炭资源承载力的评价体系，在定性和定量方法的 基础上，建立了煤炭资源承载力的评价指标体系。最后采用 DEA 评价方法，对煤炭资源承载力进行了实证 分析，并提出了提升煤炭资源承载力的对策和建议。姜明君，鞠耀绩（2011）同样也运用 DEA 方法对煤炭 资源承载力进行了评价，并以黑龙江省煤炭资源为例，建立 C2R 模型，得出一些年份黑龙江省煤炭资源承载 力相对效率较优的客观性结论。同时，还有相关专家学者利用层次分析法、投影评价法对矿产资源承载力进 行了分析评价。齐亚彬（2003）以天津市为例，探讨了其石油和天然气的承载力评价。在承载力分析的基础 上，对天津市矿产资源开发利用现状模式进行了分析研究，并对未来开发模式进行了探讨。

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结语 综上所述发现，研究化石能源承载力时基本没考虑经济社会可持续发展、生态文明建设和新能源补充替

代的约束，如地热能、燃料乙醇等生物质能。而社会生态文明建设的要求和新能源的开发利用在很大程度上 会影响化石能源承载力的大小。 因此，在未来的研究和预测中，首先要考虑到生态文明建设和新能源的制约。承载力概念与生态文明理 论有着密切的关系，承载力的研究有助于对生态文明进行探讨和评价，是生态文明建设的基础。生态文明建 设必须兼顾资源环境保护和经济社会发展，统一认识，统筹区域协调发展，建立健全生态文明建设的法制、 机制，补充完善生态文明建设相关政策。对资源承载力进行综合评价，将人类活动控制在资源环境承载力范 围之内。 其次，还需考虑到矿产资源对人口的承载力，目前研究的多为矿产资源对经济的评价，人口因素对矿产 - 20 www.ivypub.org/msr

资源承载力的影响也是很大的。化石能源是不可再生资源，面临枯竭的困境。但是由于目前及未来一段时间 内能源结构仍以化石能源为主，因此研究矿产资源对人口的承载力，有利于调整产业结构，合理有效配置资 源，避免资源浪费，使得有限的资源发挥价值最大化，是生态文明建设的重要环节。 第三，也要考虑能源的输入对能源承载力大小的影响。目前的研究主要是静态研究，而世界的能源流动 是动态的。所以，下一步的研究需要转向动态研究，把相关能源制约因素考虑在内，以便得出化石能源对经 济人口的承载力数值，为国家的能源安全和保障提供参考借鉴。 通过对化石能源的综述，应将社会经济的发展与化石能源承载力有机结合起来，从源头上扭转资源浪费 恶化趋势，探讨生态文明社会的有效实施路径，为全球生态安全做出贡献。

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【作者简介】 1 李莉（1981-

），女，汉，博士在读，资源开发利用与环境

2 雷涯邻（1966-

），女，汉，博士，教授，能源资源经济，

管理，2011.9—至今，中国地质大学（北京）。

1993-1998，中国石油大学（北京）。

Email: lilyght@126.com

Email: leiyalin@cugb.edu.cn 3 李宪海（1978-

），男，汉，博士在读，资源开发利用与环

境管理，2011.9—至今，中国地质大学（北京） Email: lixianhai@126.com

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