石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

1石油工業(yè)用水資源的動(dòng)態(tài)仿真研究石油工業(yè)作為能源工業(yè)，是經(jīng)濟(jì)干果之一。石油資源作為一次性能源,又具有不可再生的特性。為此,石油工業(yè)如何有效地利用有限的資源并減小對(duì)環(huán)境的污染,是當(dāng)前各國石油工業(yè)最為關(guān)注的問題。綜觀近年來國內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài),學(xué)者們大多是從指標(biāo)體系的選擇或評(píng)價(jià)方法的運(yùn)用角度出發(fā)進(jìn)行研究,沒有反應(yīng)出每個(gè)影響因素之間的相互動(dòng)態(tài)關(guān)系,從而無法提出系統(tǒng)的解決方案。本文運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法,從資源和環(huán)境的承載力的角度出發(fā),對(duì)石油工業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)分析,提出資源和環(huán)境有限的承載力是影響石油工業(yè)實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的最主要的因素。2可持續(xù)發(fā)展的配套對(duì)策石油工業(yè)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng),它不僅與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、國家政策等方面密切關(guān)聯(lián),而且還直接影響生態(tài)環(huán)境和自然資源。石油工業(yè)的持續(xù)性發(fā)展與潛在的效應(yīng)是多種因素相互交織在一起共同作用的結(jié)果。石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式的建立是涉及到眾多因素的復(fù)雜的系統(tǒng)工程,因此,必須從石油工業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略、法規(guī)政策、組織管理、技術(shù)手段等不同的角度,采用配套的對(duì)策與措施。這就需要在宏觀、中觀、微觀等方面加以綜合體現(xiàn)。構(gòu)造石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展運(yùn)行框架的基本出發(fā)點(diǎn)是對(duì)石油工業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)及相關(guān)的外部系統(tǒng)進(jìn)行分析、了解與管理。關(guān)于石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題,通過研究可以確定該模型由三個(gè)大的部分構(gòu)成,即社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、石油工業(yè)自身子系統(tǒng)、環(huán)境資源子系統(tǒng),如圖1所示:2.1社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展拉動(dòng)對(duì)石油制品的需求,經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平?jīng)Q定了對(duì)石油產(chǎn)品需求總量的大小及其需求結(jié)構(gòu)。因此,經(jīng)濟(jì)發(fā)展是石油工業(yè)發(fā)展的原動(dòng)力。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用是雙向的:一方面不可避免地帶來資源消耗、環(huán)境污染;另一方面也為自然資源的再生、環(huán)境的改造提供了科學(xué)技術(shù)與堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。2.2石油工業(yè)發(fā)展環(huán)境與資源承載力水平的決定資源過去被人們的各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)無節(jié)制地消耗,所造成的惡果使人們意識(shí)到了資源環(huán)境有其基本承載力,它決定了社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)規(guī)模與范圍。石油工業(yè)的發(fā)展程度受到環(huán)境和資源承載力水平的制約。對(duì)資源環(huán)境的超度索取一旦超過一定的允許閾值,無論是社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng),還是石油工業(yè)本身,都將受到自然資源規(guī)律的懲罰。2.3建立石油工業(yè)發(fā)展補(bǔ)償機(jī)制石油工業(yè)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)過程中必不可少的一部分,一旦發(fā)展滯后,就不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,甚至阻礙社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。石油工業(yè)的發(fā)展需要大量的石油資源作為原材料,石油資源這種一次性消費(fèi)的資源在地下的存儲(chǔ)量是有限的。而且,石油工業(yè)的生產(chǎn)還會(huì)帶來相應(yīng)的副產(chǎn)品——環(huán)境污染,石油工業(yè)生產(chǎn)這種負(fù)面影響為長(zhǎng)期維持自然資源有效輸入帶來潛在的威脅。因此,形成石油工業(yè)與資源之間的補(bǔ)償良性互動(dòng)機(jī)制至關(guān)重要?？傮w而言,實(shí)現(xiàn)石油工業(yè)的持續(xù)發(fā)展,應(yīng)考慮以下問題:①從技術(shù)、管理等方面加大管理力度,提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力,使石油企業(yè)延長(zhǎng)其壽命周期,實(shí)現(xiàn)其發(fā)展的持續(xù)性;②石油資源、環(huán)境作為一種現(xiàn)實(shí)的約束條件,應(yīng)采取經(jīng)濟(jì)、行政、法規(guī)等多種手段建立環(huán)境代價(jià)修復(fù)與補(bǔ)償機(jī)制,實(shí)現(xiàn)石油工業(yè)、自然資源、環(huán)境的互動(dòng);③走集約型的石油工業(yè)發(fā)展道路,構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境經(jīng)濟(jì)型的石油工業(yè)系統(tǒng)是可持續(xù)發(fā)展運(yùn)行的方向;④石油工業(yè)系統(tǒng)是指在供給滿足近期需求的同時(shí),要考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的整體和長(zhǎng)期需要。3有可能形成三大三大循環(huán)循環(huán)的,可持續(xù)發(fā)展是消極的反映石油工業(yè)與經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、資源關(guān)系的可持續(xù)發(fā)展模型,可以通過因果關(guān)系圖來體現(xiàn)。首先分析石油工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的因果關(guān)系(如圖2所示)?？梢钥闯?石油工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀形成的因果關(guān)系是一種劣性關(guān)系:社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來石油工業(yè)的短缺、石油資源的消耗、環(huán)境的污染,最終對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平帶來負(fù)面的作用,并有可能形成惡性循環(huán),這與可持續(xù)發(fā)展是背道而馳的。我們所追求的是石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展,要考慮資源、環(huán)境的承載能力的因素,這就形成了新的因果關(guān)系圖(如圖3所示),使得整個(gè)系統(tǒng)處于良性運(yùn)行狀態(tài)。圖中:①表示社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展使對(duì)石油及石油制品的需求增大,引起石油工業(yè)的短缺加大,從而影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展;②表示為了滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的石油及石油制品的需求增加,一方面石油工業(yè)投資加大,分別從石油勘探、開發(fā)、加工等各個(gè)環(huán)節(jié);另一方面加大對(duì)石油及石油制品的進(jìn)口加大,從而導(dǎo)致石油工業(yè)短缺的減少,促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展;③石油工業(yè)的投資的增加是對(duì)石油資源的開發(fā)、加工能力的增加后,使得資源消耗、環(huán)境污染增加,影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展;④表示資源消耗、環(huán)境污染后,使得環(huán)境容量降低,從而使資源、環(huán)境承載力降低,最后導(dǎo)致約束石油工業(yè)的發(fā)展,防止石油工業(yè)的開采能力和石油工業(yè)的加工能力的無限期的增長(zhǎng),這也正是石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展和現(xiàn)行石油工業(yè)發(fā)展的機(jī)制的不同之處。4石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建4.1建立石油工業(yè)自身發(fā)展的管理機(jī)制石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展達(dá)到的基本目標(biāo)是在經(jīng)濟(jì)條件允許的前提下,建立一個(gè)既滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、石油工業(yè)自身協(xié)調(diào)發(fā)展、同時(shí)又必須考慮環(huán)境承載力和資源承載力的機(jī)制。4.2決策的作用點(diǎn)模型中根據(jù)目標(biāo)設(shè)立三個(gè)決策作用點(diǎn):石油供給總量、石油工業(yè)短缺量、資源環(huán)境承載能力。4.2.1提高石油工業(yè)的生產(chǎn)能力如果石油工業(yè)的開采能力大,則通過調(diào)整投資比例系數(shù),加大對(duì)石油工業(yè)加工能力的投資,反之亦然。這樣,使石油工業(yè)的開采、加工能力趨于平衡,協(xié)調(diào)發(fā)展。4.2.2加大對(duì)石油工業(yè)的投資,對(duì)石油工業(yè)進(jìn)行投資，并將其作為投資這個(gè)差值達(dá)到一定的程度勢(shì)必會(huì)影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,這樣就需加大對(duì)石油工業(yè)的投資;另一方面,若石油工業(yè)的短缺是個(gè)負(fù)值,說明供大于求,則考慮將減少對(duì)石油工業(yè)的投資。4.2.3資源和環(huán)境的承載力如果這個(gè)值超過承載力,則限制石油工業(yè)的開采和加工能力的發(fā)展。另外,值得注意的一點(diǎn)是資源和環(huán)境的承載力是一種動(dòng)態(tài)變化的能力,從短期來看,這種承載能力是不變的,是現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平的體現(xiàn);但從長(zhǎng)期來看,它隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平的提升而提升。4.3石油工業(yè)年小,石油和罪犯需求增長(zhǎng),具備發(fā)展兩通過前面的因果關(guān)系的分析,決策作用點(diǎn)的設(shè)立,建立符合實(shí)際情況的因果鏈及反饋環(huán),構(gòu)造動(dòng)力學(xué)流程圖(如圖4所示)。從模型我們可以看到影響石油工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的諸多因素。本文認(rèn)為,資源的承載力是制約石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最主要因素。經(jīng)過模型的模擬分析:假設(shè)石油資源是有限的,如何利用有限的資源使其工業(yè)的壽命周期變長(zhǎng)?因?yàn)槭凸I(yè)受到的不確定因素的影響,因此,無法用數(shù)據(jù)量化勘探與石油已知蘊(yùn)藏量之間的關(guān)系,并不是投入的資金越多,對(duì)已知原有的儲(chǔ)量就越多。所以,與石油的儲(chǔ)量有關(guān)的變量已經(jīng)去掉。本文采用平均統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得國家規(guī)定的開采政策參數(shù)為0.0075。預(yù)計(jì)在目前已知的石油儲(chǔ)量不增加的情況下,開采到2100年石油的儲(chǔ)量將接近零極限。另外,我國對(duì)石油的需求量也是逐年上升,2010年將超過3億噸;2020年,將達(dá)到4.2億噸。從圖5可以看到,預(yù)計(jì)到2010年前后,我國石油的年產(chǎn)量將開始減少,2010年、2020年、2030年石油產(chǎn)量分別為1.61×108噸、1.44×108噸、1.18×108噸。我國如果不采取任何措施,即保持現(xiàn)有的生產(chǎn)和消費(fèi)的條件下,將在2100年甚至更早的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)石油危機(jī)。環(huán)境方面,由于在此方面數(shù)據(jù)的難以獲得和環(huán)境污染范圍過廣,因而只作簡(jiǎn)單的定性分析。石油工業(yè)對(duì)環(huán)境污染源主要來自煉油化工的過程中,主要集中在加工過程中對(duì)大氣、水的污染及固體廢棄物的排放。5模擬檢驗(yàn)本文應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的知識(shí),并運(yùn)用Vensim軟件將對(duì)我國石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行模擬分析,分析結(jié)果表明,如果我國保持現(xiàn)有的生產(chǎn)和消費(fèi)的條件下,將在2100年甚至更早的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)石油危機(jī)。本模