（管理科学与工程专业论文）面向工业园区的循环经济理论与方法研究.pdf

摘要 作为一种资源和生态环境协调发展的经济模式，循环经济在我国得到了 前所未有的重视。要全面建立循环经济的发展模式，必须首先在工业领域大 力发展循环经济工业园区这一循环经济的主要载体。循环经济工业园区是二 个由多个企业以及管理机构通过物质流、能量流、信息流等联系起来的链网 结构。本文基于循环经济的二重性，主要运用经济学、自然与工程科学手段， 研究面向工业园区的循环经济理论与方法。其中，从经济学视角的研究包括 政府如何反向激励企业发展循环经济，以及在循环经济网络中如何通过经济 手段实现循环经济相关各方利益平衡的目标；自然与工程科学视角包括循环 经济网络物质流建模和网络稳定性研究。 研究企业发展循环经济的反向激励机制时，首先构建了循环经济型企业 的企业模型及其经济函数，通过对排污费和资源税两种反向激励机制进行了 比较分析后认为，资源税能够从源头上促进企业发展循环经济。考察了两种 措施对完全竞争市场和垄断市场条件的产业的影响。 其次，针对循环经济网络中普遍存在的正外部性导致企业间利益失衡问 题，借助经济学中外部性相关理论研究循环经济网络的利益平衡机制。通过 构建数学模型，定量研究了怎样通过“庇古税”和科斯定理两种途径，使循 环经济网络中的正外部性实现内部化，从而实现企业间的利益平衡。 再次，基于循环经济网络与生态网络的相似性，将生态学中物质流输入 输出分析方法进行修正，构建了循环经济网络的物质流模型，揭示了循环经 济网络形成和运行机理的本质，并用模型分析了蒙西高新技术工业园区循环 经济网络碳元素物流质。 最后，针对循环经济网络运行过程中企业间高度依赖导致的网络稳定性 问题，参照生态学中关于生态网络稳定性的研究成果，将循环经济网络抽象 成具有垂直结构的循环经济链，根据微分方程的拉格朗日稳定性理论给出了 循环经济网络的稳定性条件。并用该方法对蒙西高新技术工业园区c 0 2 循环 经济链的稳定性进行了研究。 关键词：循环经济；工业园区；反向激励；外部性；物质流模型；稳定性 a b s t r a c t r e c y c l e de c o n o m y ( r e ) ，w h i c hi sr e g a r d e da san e we c o n o m i cm o d ef o r h a m o n i z a t i o no fr e s o u r c e sa n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lp e r f b n n a n c e ，h a sb e e n s e r i o u s l yc o n c e m e dt h a ne v e rb e f i o r ei nc h i n a t be s t a b l i s ht h em o d e ，t h e r e c y c l e de c o n o m yi n d u s t r i a lp a r k ( r e i p ) ，w h i c hi st h ep r i m a r yc a 玎i e ro fr e ， s h o u l db ed e v e l o p e df a s ti ni n d u s t r i a ls y s t e m r e i pi san e t w o r kt h a tc o n s i s t so f m a n ye n t e 印r i s e sa n dg o v e m o r ，i nw h i c hm a t e r i a lf l o w s ，e n e r g yn o w sa n d i n f b n n a t i o nn o w se x i s t s b a s i n go nt h et w o n e s so fi 也，t h i sd i s s e r t a t i o nf 0 c u s e s o nt h e o r i e sa n dm e t h o d so fr e c y c l e d e c o n o m yf 1 0 r i n d u s t r i a lp a r kb yu s i n g e c o n o m i c s ，n a t l l r a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n gs c i e n c e e c o n o m i cr e s e a r c h e si n c l u d e h o wt os t i m u l a t e 丘m st or e c y c l ew a s t en e g a t i v e l ya n dh o wt oe s t a b l i s hi n t e r e s t b a l a n c em e c h a n i s m n a t u r a la n d e n g i n e e r i n g s c i e n t i f i cr e s e a r c h e si n c l u d e m a t e r i a ln o w sm o d ea n ds t a b i l i 哆o fn e t w o r k s w h e nr e s e a r c h i n go nn e g a t i v ei n c e n t i v e ，t h ed i s s e n a t i o nf i r s t l yd e r i v e s e m c i e t l t p r o d u c t i o n f i l n c t i o n s行o mp r o d u c t i o np r o c e s s e sw i t hw a s t e a s西 b y - p r o d u c t i nac o m p a r a t i v ea n a l y s i st h ed i s s e r t a t i o nc o m p a r et h ee f f b c to ft a x e s o nw a s t ev s v i r g i nm a t e r i a lo ne f f o nt op r o d u c ei nar e s o u r c es a v i n gm a n n e ! r t h ed i s s e n a t i o nf i n a l l yc a r r i e so u tac o m p a r a t i v ea n a l y s i so fw a s t ei n t e n s i v e f i 衄so p e r a t i n gi nd i f 绝r e n tm a r k e ts t m c t l l r e s a i m i n ga t t h e e x t e m a i i t ) rp r o b l e mi nr e c y c l e de c o n o m yn e t w o r k ，也e d i s s e n a t i o ne s t a b l i s l l e si n t e r e s tb a i a n c em e c h a n i s mb yu s i n ge x t e m a l i t ) rt h e o r ) r a n dd i s c u s s e sh o wt ou s ep i g o ut a xa n dc o a s et h e o r e mt oa c h i e v e i n t e m a l i z a t i o no fp o s i t i v ee x t e m a l i t ) ，i nr e c y c l e de c o n o m yn e t w o r k b a s i n go nc o m p a r a b i l i t ) ， o fr e c y c l e de c o n o m yn e t w o r l ( a n de c o l o g i c a l n e t w o r k ，t h ed i s s e r t a t i o nd e s i g n sam a t e r i a ln o w sm o d e lf o rr e c y c l e de c o n o m y n e 铆o r kb yu s i n gi n p u to u 印u ta n a l y s i s ( i o a ) i ne c 0 1 0 9 yf 0 rr e f e r e n c ea n d 印p l i e st h em o d e l t or e c y c l e de c o n o m yn e 佃o r ko fm e n g x ii n d u s t r i a lp a r k i na l l u s i o nt o s t a b i l i 哆p r o b i e mi nr e c y c l e de c o n o m yr e s u l t e df r o mh i g h d e p e n d e n c er e l a t i o n s h i pb e t w e e nf i n n s ， t h ed i s s e n a t i o ns t u d i e s s t a b i l i t ) r c o n d i t i o nb yu s i n gl a g r a n g et h e o r yo fd i f f e r e n t i a le q u a t i o ni ne c o l o g ya n df i n a i l y a p p l i e st h es t a b i l i t ) rc o n d i t i o nt oc 0 2r e c y c l e dc h a i ni nm e n g x ii n d u s t r i a lp a r k k e yw o r d s ：r e c y c l e de c o n o m y ； i n d u s 仃i a l p a r k ；n e g a t i v ei n c e n t i v e ； e x t e m a l i 锣；m a t e r i a lf l o wm o d e l ；s t a b i l i 哆 表目录 表2 1 西方学者对循环经济的贡献 表3 1 两种反向激励机制对经济变量的影响 表4 1循环经济工业园区负外部性 表4 2循环经济工业园区负外部性 表4 3不同生产水平组合下的口值 表似企业b 不同生产水平下的运行成本 表4 - 5企业a 不同生产水平下的运行成本 表4 6企业a 不同生产水平组合下的利润 表4 - 7 企业b 不同生产水平组合下的利润 表4 8 不同生产水平组合下的社会收益 表4 9产权界定情况下企业a 不同生产水平组合下的利润 表5 1 国民经济的输入输出表示例 表5 2 循环经济网络物质流输入输出矩阵 表5 3蒙西工业园物质流流量原始数据 表5 _ 4 蒙西工业园碳元素物质流流量与说明 表6 1 高新材料公司主要生产数据 表6 2纳米材料公司主要生产数据 表6 3可降解塑料项目主要生产数据 表6 4 进入节点h 1 的资源 表6 5进入节点h 2 的资源 表6 进入节点h 3 的资源 表6 7蒙西工业园c 0 2 循环经济链相关参数 表6 8 c 0 2 循环经济链稳定的资源进入条件 图目录 图1 1本文研究路线 图2 1循环经济的经济学理论基础 图2 2循环经济的自然科学与工程科学基础 图2 3循环经济网络节点模型 图2 4 循环经济网络链接模型 图2 5 循环经济工业园区中错综复杂的链接关系 图2 6 具有垂直结构的循环经济网络 图2 7 具有垂直结构的循环经济网络模型 图3 1 传统的企业模型 图3 2循环经济型企业模型 图4 _ 1 存在负外部性时，m e c 、m s c 、m p c 间的关系及利益平衡 图4 2 存在正外部性时，m e b 、m s b 、m p b 间的关系及利益平衡 图4 _ 3企业间废弃物循环利用模式 图5 1循环经济网络节点模型 ， 图5 2蒙西工业园现有循环产业链 图5 3蒙西工业园碳元素物质流网络 图5 _ 4引入氧化铝项目的蒙西工业园碳元素物质流网络 图6 1循环经济网络稳定性示意 图6 2循环经济链模型 图6 3相应于矩阵a 丑的符号有向图 图6 4分支循环经济链模型图 图6 5蒙西工业园c 0 2 循环经济链模型 图6 6c 0 2 循环经济链模型 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：哮砂藩签字吼砷年，月；口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘奎态堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：踟卷 导师签名： 乏府 签字日期：砷年j 月弓。日 签字隰神年j 月 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 1 ) 循环经济模式的提出 循环经济( r e c y c l e de c o n o n l y ) 的提出可以追溯到二十世纪六十年代，1 9 6 2 年， 美国生物学家卡逊【1 】出版了寂静的春天一书，用触目惊心的案例阐述了大量 使用杀虫剂对人类的危害，敲响了工业社会环境危机的警钟。但直到二十世纪八、 九十年代，在全球人口剧增、资源短缺、环境污染和生态蜕变的严峻形势下，人 们开始重新认识自然界，尊重客观规律，探索新经济规律，循环经济的概念才被 正式地提出，并得到高度的关注。 传统经济模式是“资源产品污染排放”的单向线性经济，其特征是高开采、 低利用、高排放，对资源的利用是粗放的和一次性的，通过持续不断地消耗资源 来追求经济的数量型增长。循环经济贝i 上要求把经济活动组成一个“资源一产品再 生资源”的反馈式流程【2 】其基本原则是减量化( r e d u c e ) 、再利用( r e u s e ) 和再循环( r - c c v c l e ) ，即3 r 原则。 循环经济模式的建立具有高度的综合性，涵盖了工业、农业和消费等各类社 会活动，并需要各种新型的技术作为支持，需要法律、法规的保障。工业系统是 现代社会经济系统的核心，是人类社会与自然生态系统相互作用最为强烈的一个 子系统，是社会发展不可缺少的动力，它提供的产品和服务构成了现代文明生活 的物质基础，所以只有通过充分发展循环经济型工业【3 1 ，才能推动社会其它各个 方面循环经济模式的全面建立。 2 ) 循环经济的三个层面 在工业领域发展循环经济的三个层面【4 】中，即企业层面、园区层面和社会层 面，循环经济工业园区依据循环经济理念和工业生态学原理，通过模拟自然生态 系统建立工业系统“生产者消费者分解者”的循环途径和链网结构，采用生态 设计、清洁生产、废物交换利用等手段使一个企业产生的副产品或废物用作另一 个企业的原料，实现了物质闭路循环和能量多级利用，从而形成了一个相互依存、 类似于自然生态系统食物链网的循环经济网络p 】，达到了物质能量利用效率最大 化和废物排放最小化，实现园区经济、社会和环境的协调发展。 循环经济工业园区尽管有不同的类型，园区也各具特色，但其核心内容框架 是相同的，包括管理集成与技术集成【6 】。管理集成主要针对各级政府和有关管理 机构而言。其中政府应着眼于宏观方面进行战略管理、政策导向、法规建设和建 立激励机制，园区管理则侧重保障和协调企业之间的链接关系，企业管理主要是 第一章绪论 推行清洁生产、节能降耗，按照废物交换关系保障生产。技术集成主要是在园区 和企业层面实现物质、能量、信息的循环与共享，因此技术集成包括物质集成、 水集成、能量集成和信息集成等四部分内容。 3 ) 循环经济的二重性 循环经济作为一种经济活动，一方面是社会与自然之间物质、能量和信息的 变换活动，另一方面是经济体之间的利益分配和利益交换活动；循环经济这种内 在的二重性，要求对循环经济的研究一方面要采用自然科学和工程科学的方法和 工具，以揭示其自然的、资源的、环境的、生态的、系统的、工程的内在规律和 技术操作方面的要求，另一方面也一定要采用社会科学、管理科学、人文科学， 特别是经济科学的方法和手段，以揭示其社会的、市场的、价值的、经济的内在 法则和效益基础。 所以，本文的研究目的一是从经济学视角，借助相关经济理论研究政府如何 反向激励企业发展循环经济，以及在循环经济网络中如何通过利益平衡实现资源 配置的社会最优目标，以期为政府等管理部门决策提供理论依据和支持工具；二 是从自然科学和工程科学视角，借助自然科学原理、生态学、系统论等，研究循 环经济网络物质流模型和网络稳定性，为循环经济网络高效、稳定运行提供分析 手段。 1 2 国内外研究状况 1 2 1 经济学视角 1 ) 国外研究状况 国外主流经济界对循环经济的研究很少。从经济学的角度研究循环经济时， 国外经济学家是从两方面着手，即微观上通过合理设定资源和废物处理价格，修 正经济主体的成本收益约束条件；宏观上把物质循环作为内生变量纳入经济增长 模型。 微观层面上，c o n r a d 【刀修正了企业的生产函数，用双成本函数方法建立了废 弃物循环利用下的企业理论。t h o m 粥e i c h n e r 、r n d i g e rp e t h i g 【8 】分析了德国废弃 物管理组织( w m o ，w a s t em a n a g e m e n to r g a n i z “o n ) 如何向各企业收取合理的 税费以促进企业有效设计产品、提高产品的可回收性。他们考察了当产品由多种 物质成分组成时，根据组成物质的可回收性不同进行合理的补贴和征税，就可以 鼓励企业增加可回收性高的物质成分在产出中所占比重，提高产品的整体可回收 性。 2 第章绪论 宏观层面上，g i i l s e p p ed iv i 铲】研究了废弃物循环利用的宏观经济学影响， 主要以凯恩斯乘数理论为分析框架，评价了废弃物循环利用的增加对国民生产总 值、工资以及就业率的影响，以期为政府促进废弃物循环利用提供决策依据。 k a r e np i t t c l ，j e 卸p i e r r ea m i g u e s ，1 1 1 0 m a sk l i h n 【l o 】把物质平衡条件引入经济 增长模型。他们的模型指出，当把废弃物看成是有用的投入时，废弃物库存就是 利润源泉之一，企业就会设法加以再利用和再循环。这样废弃物库存随时间推移 呈现出递减的趋势，可回收的废弃物也逐渐成为稀缺资源，不循环利用废弃物在 经济上就不是最优的。 美国经济学家库兹涅茨【i l 】指出了经济增长与收入分配关系的“倒u ”形假定， 即在经济发展初期，国民收入分配将随着经济发展水平的提高而趋于不平等。其 后，收入分配经历暂时平稳维持时期。当到达经济充分发展的阶段收入分配又 将趋于平等。这一假定被后人称为“环境库兹涅茨曲线”( 简称e k c ) ，e k c 为发 展循环经济过程中协调经济发展与环境保护的关系提供了分析工具。 b o u l d i n g 【1 2 】在提出了宇宙飞船理论，认为未来地球经济类似于宇航员经济， 地球是一艘孤独的宇宙飞船，没有无限物质的储备库，既没有开采也不能被污染。 人类必须寻找自己在生态系统循环中的位置，进行物质再生产。 p e a r c e 和1 1 u m e 一1 3 】提出了一个旨在建立可持续发展的资源管理规则的循环经 济模型，勾画了自然资源储量、环境的吸收能力、经济生产和消费中产生的废弃 物以及废弃物的循环利用，通过环境经济系统的物质流产生的效用。 c l “1 4 】从生态经济学角度提出，在强调可更新资源生产的同时，资源保护 也是资源在一定时间内的最优化利用问题，他将资源保护理论建立在动态数学模 型基础上，并与动态最优问题联系起来。 2 ) 国内研究状况 相对于国外较少的研究成果，国内一些学者从经济学的多个方面对循环经济 进行了研究。 受国家发改委资源节约和环境保护司委托，以中国人民大学经济学院杨志教 授为课题主持人，中国人民大学风险资本和网络经济研究中心、中国人民大学经 济科学实验室共同承担了“循环经济的经济学基础实证分析计量模型”课题【l5 1 ， 课题组主要进行了以下方面的研究： 1 ) 发展和实施循环经济对经济学理论支持的迫切性性。指出从经济学理论 的视角，研究循环经济的内在本质、中介特征和外在状态，无论在理论上还是在 实践中都势在必行； 。 2 ) 循环经济研究的方法论。与传统经济研究方法相比，循环经济研究方法 的变化主要表现在：( 1 ) 从分散的研究到综合的研究；( 2 ) 从静态的研究到重视 第一章绪论 演化过程( 计算机模拟与分析) ；( 3 ) 对策论以及复杂适应系统理论的应用；( 4 ) 研究工具与手段的扩展； 3 ) 复杂系统理论在经济研究中应用。如应用a c e ( a g e n t b 猫e dc o m p 讹l 虹o n a l e c o n o n l i c s ) ，即基于主体的计算经济学建立和研究循环经济企业集群模型； 毒) 任群罗博士将觊愚掰理论魄总需求一总供给分析框架从经济系统扩震裂 生态系统，对生态系统的总需求总供给进行了分析； 5 ) 马克思有关循环经济的观点和方法。从研究对象、研究内容等方嚣研究 资本论中循环经济的理论依据； 6 ) 从网络经济角度研究循环经济。指出网络经济是循环经济的载体，对循 繇经济具有促进作耀； 7 ) 囡外循环经济研究状况。通过学术搜索收集了国外循环经济的研究论文， 通过搜索结果的统计、分类等，梳理? 国外循环经济研究的脉络； 8 ) 我国循环经济研究状况。通过查询1 9 9 8 年至2 0 0 6 核心期刊上发表的关 于循环经济的论文，按照研究阶段和研究领域对我国循环经济研究情况进行了综 述： 9 ) 我国关于循环经济相关政策体系状况。阐述了我国出台发展循环经济相 关政策的依据、阶段及主要逡容。 解振华【l 刀从人与自然的关系入手，沿着人类经济发展的技术范式和要素结 构演变的历史轨迹，分析了人类社会生产模式由农业经济到工业经济，再到循环 经济的客观必然性。指出了循环经济的实质是要在原来的工业经济形态下，把环 境变成一种经济资源要素，必须用经济规律，来推动环境保护。 徐嵩龄渊认为，循舔经济这一概念与二十煎纪丸十年代年代薏期出现的知 识经济的命运迥然不同。其中的关键原因在于，两者对现有经济学理论和经济制 度的依赖关系不同。知识经济是将知识从传统生产要素入力资本中提炼并独立出 来，它的发展丰富了现有的经济学理论和经济制度；循环经济则不同，它将环境 由经济外部的制约性因素提升为经济内部的新的生产要素。这里除了对传统经济 理论与制度的认同外，还需要进行剑薪性乃至革命性的变革。 徐大伟、王子蘑【l6 】从循环经济的经济学理论基础研究入手，对环境经济学、 生态经济学等菲主流经济学进行了理论分析和比较论证，阐述了环境经济学、生 态经济学等对循环经济的经济学理论的贡献。 诸大建、朱远【1 9 1 对环境经济学和生态经济学进行了比较，认为环境经济学 不能成力循环经济的经济学基础，丽生态经济因为以下兰方面原因能够为循环经 济提供有力的经济学理论支撑：1 ) 生态经济学涉及经济与环境系统的完整关系， 镪括输人溃麓资源消耗和输邀端的污染产生；2 ) 生态经济学要求将稀缺的蛊然 4 第一章绪论 资本作为经济过程的内生变量，要求提高自然资本的生产率；3 ) 生态经济学对 经济过程中的规模、效率与公平问题同时给予关注。 王守安【2 0 】认为生态经济学是循环经济的理论基础，污染治理的经济学特征 是负外部性，循环经济的战略核心是环境经营。 黄海峰、曹燕辉【2 l 】等从经济系统与循环经济体系之间的关系出发，论述了 大力建设循环经济体系的关键点；描述了传统经济系统中存在的主要问题，分析 了现有循环经济研究框架的不足；从系统经济学角度提出了一些完善中国循环经 济体系建设的对策，认为复杂系统理论、宇宙飞船理论、生命周期经济理论、物 质闭环流动理论、自组织理论等构成了理论体系研究的基础；环境k l l z n e t s 曲线 模型、环境污染的经济增长模型、自然资本的经济增长模型、绿色经济系统预测 模型则组成了循环经济模型分析的基础等，对循环经济理论基础研究具有一定的 借鉴意义。 黄英娜，张天柱【2 2 】等，通过分析经济学的两大主题“稀缺”和“效率”在 循环经济理念中的新内涵，阐述了循环经济理论产生和发展的经济学基础，即： 稀缺性向自然资源要素的转移和追求生态效率目标的变革，论证了循环经济是 种适应现代社会的经济发展模式。 7 王志雄、孙伟利【2 3 】构建了循环经济效用函数，借助这一函数及其基本特性 分析，解释了循环经济发展中存在的市场失灵、政府失灵等问题，澄清了循环经 济与市场经济的关系，并提出了循环经济学研究的核心问题：在可能的发展路径 上，选择循环经济效用函数增长速度最大化的路径，认为与此相关的如何选择、 如何实施、如何避免信息不对称等问题也是循环经济研究的重要内容。 曹葵、牛恒云【2 4 】利用“边干边学 内生经济增长模型，将耗竭性资源纳入 生产函数，并考虑到环境外部性影响，以动态优化作为基本分析工具，讨论了在 推行循环经济时，耗竭性资源利用、人均消费与环境质量在长期增长过程中的相 互关系以及模型的稳态增长解。 闰敏【2 5 】归纳了循环经济条件下现有经济增长理论的不足：1 ) 从理论出发点 看，舍去了资源与环境要素对经济增长产生的基础性制约关系；2 ) 从研究视野 上看，没有看到经济增长是经济要素同自然资源、环境要素有机结合的过程；3 ) 衡量标准缺乏生态维度。之后从新制度经济学的角度对循环经济进行了剖析，并 提出了发展循环经济的制度框架。 与大多数人观点不同的是，郑春梅，丁娟娟【2 6 】认为尽管循环经济发展带来 了新的理念和新的发展模式，却并没有对经济学的基本原理产否定作用；而只是 对经济学基本原理做了补充发展。一方面，循环经济使得生产函数更加重视长期 的效果；另一方面，循环经济要求单个的经济单位在生产或消费中，为了长远的 第一章绪论 效果，要从循环经济的角度考虑问题。 黄立洪，柯庆吲2 7 】依据外部性理论提出发展循环经济需要建立一整套循环 经济激励机制，使发展循环经济的外部效益内部化，从正反两方而激励循环经济 发展；依据替代理论提出在生态极限范围内的循环、再循环的关键是追求资源利 用合理性和可持续性而不是永久性，而要实现资源的可持续利用，寻求替代技术 迫在眉睫；依据产品生命周期理论提出，发展循环经济过程中应尽量延长产品的 使用寿命周期，实现从生产优先向服务优先的转变，实现把中心概念建立在交换 价值之上的线性经济发展模式，转向把中心概念建立在使用价值之上的循环经济 发展模式；依据效用价值论提出要转变消费者的消费观念，在不影响消费者本身 需要的前提下实现从满足效用最大化向满足适量化转变，实行绿色消费、适量消 费。 杨敬辉、武春友【2 8 j 运用外部性理论分析了解决环境问题的内部化方法。并 以生态工业业园为例，从环境经济学角度分析了生态工业园的正外部性和负外部 性的内部化方法。 王岩，蔡小掣2 9 】在对生态工业园项目进行技术经济评价研究时认为，生态 工业园所具有的正外部性效应，是进行生态工业园项目技术经济评价的主要特 征。从产品产权属性来看，生态工业园的产品是一种典型的公私混合品。作为社 会利益代表的政府应该定量测算生态工业园各企业的生态正外部性，进而通过科 斯手段或者“庇古税 手段使生态工业园的正外部效应内部化。 1 2 2 运行机理视角 1 ) 国外研究状况 国内外学者研究工业领域循环经济问题时，大多沿着工业生态学的研究思 路。e d c n l 锄【3 0 】认为工业代谢( i n d l l s t r i a lm e t a b o l i s m ，简称讧) 是分析循环经济 系统物质循环机理的有力工具。根据质量守恒原理，对物质从最初的开采， 到土业生产、产品消费，直至变成最终的废弃物这一全过程进行跟踪。它通过建 立物质衡算表，测量或估算物质流动与储存的数量及它们的物理的和化学的状 态，描绘其行进的路线和动力学机制。 l o h m 【3 1 】关于金属铅的代谢研究揭示出工业提炼出的铅大部分是通过电池、 汽油添加剂等消费途径耗散至环境中而造成重金属污染。f m 】哟【3 2 】等关于电子芯 片的代谢分析指出，一般被认为是清洁产业的电子工业其实是单位产品生产全过 程污染最为严重的行业之一。 n e w c o n l b e 【3 3 j 用m 方法研究了香港的城市代谢过程，他们用大量的平衡研 究，将城市代谢模型向前推进了一步，而且描述了通过城市的物质流、能量流的 物理指示器和影响人口数量的社会特征，包括工作、健康、死亡率等。 6 第一章绪论 从物质流角度研究循环经济的另一个方法是由a v r e s 和k n e e s e 3 4 】提出的物质 流核算与分析方法( m a t 甜a lf l o w a c c o u n t i n g 姐d a n a l y s i s ，简称m f a ) ，加队是 指用物理单位对物质从采掘、生产、转换、消费、循环使用直到最终处置进行的 结算，其分析的物质可包括化学元素，原材料及产品。分析内容有两个方面，一 是物质总量分析模型，另一个是物质使用强度模型。物质总量分析模型分析了一 定的经济规模所需要的总物质投入、消耗和总循环量；而物质使用强度模型则主 要关注一定生产或消费规模下，物质的使用强度、消耗强度和循环强度。 b a i l e y 【j 刈认为可以借鉴生态学对生态系统中营养物质流的分析方法，研究生 态工业系统的结构与物质流效率。他还以卡伦堡生态工业系统为研究对象，利用 软件s t e l l a 建立系统动态响应模型【3 6 】，并在此基础上构建了一个多目标线性优 化模型，优化目标包括成员之间物料和能量的供应与需求之间偏差最小、整个系 统的废弃物排放最小。 d u c h i n l j 川、h e n “c k s o n 【3 8 】等将输入输出方法与产品生命周期评价方法结合 起来，首先运用传统的经济投入产出模型计算出各生产部门为生产、消费、回收 和最终处理某种产品所需的货币投入向量，然后左乘以一个环境负荷系数矩阵i 最终得到该产品对应的环境负荷向量。 l 0 u 、k u 锄血、s i n 曲口9 】等认为生态工业系统存在一定的不确定性，这种不 确定性可能通过投入产出关系在系统的成员之间传播、放大，通过引入博弈论 的思想，将工业生态系统成员作为“博弈者”讨论成员之间的相互关系。通过建 立由各成员生产策略构成的g 矩阵，找到系统成员最优策略组合纳什平衡，使得 工业生态系统处于环境和经济的最优状态；利用假想数据对博弈论方法的应用进 行了案例分析。 l 0 w e m 】等指出，工业生态园区的企业利用彼此之间的废弃物作为原材料，使 得在一家企业倒闭时会出现原材料供应不足和市场风险。 a n j a - 鼬f l e i g 【4 u 从规避生态工业园内部风险角度出发进行研究，认为企业 之间依赖性带来系统复杂性，这种复杂性进一步造成企业间合作程度越高，彼此 依赖程度越大，从而风险越大。 2 ) 国内研究状况 金涌、李有润、胡山鹰、陈定江【6 】等提出了生态工业系统工程的概念，认为 生态工业系统工程作为生态工业工程的重要组成部分，是系统科学的重要发展领 域，其研究对象为区域系统，研究方法是从整体目标出发，分析和确定循环经济 和生态工业系统在分析、集成、调控和管理方面的最优策略，其内容包括生态工 业系统分析、集成、演化调控三个部分，在各个部分又包括若干方法。 陈定江【4 2 】在其博士论文中进行了以下三方面研究：1 ) 提出了生态工业系统 7 第一章绪论 的效用输入输出分析方法，利用该方法的结果，进一步提出了耦合度的概念及其 计算方法，以反映生态工业系统各节点之间通过流相互关联的紧密程度；2 ) 提 出了一个引入逻辑表达式约束的生态土业园区模型，通过对一个混合整数非线性 规划问题进行求解来获得有价值的参考信息。模型可以分为成员模型和连接模型 两部分，成员模型作为积木，通过连接模型搭建成不同拓扑结构的生态土业园区 方案。3 ) 基于多主体的系统演化仿真模型，提出一个基于多主体的工业生态系 统演化仿真( m a b s s e ，m u l 廿a g e n tb a l s e ds i n m l a t i o no fi n d u s t r i a le c o s y s t e m e v o l u t i o n ) 模型，借此研究了工业生态系统复杂性。 房鑫、李有润【4 3 】研究了对带有子系统间物流联接的大系统的柔性分析方法， 采用化工过程系统中的柔性指数来衡量大系统的柔性大小，认为此种方法可以用 于生态工业系统的柔性研究。 王兆华j 尹建华】认为生态产业链的结构是决定园区整个工业生态系统的 稳定性和可持续性的关键因素，构建了由生态工业园生物群落、公共设施、生态 产业链和支持服务构成的生态产业链模型，并进行了活性因子分析。 徐大伟、王子彦【4 5 】以工业代谢为理论基础，运用系统分析与建模的方法对工 业生态系统中的企业及其所构建的工业生态链进行理论分析与描述揭示了工业 生态系统中物质代谢及循环流动机理，并提出了一个简化的工业生态链的梯级循 环物质流模式及其数学表达模型。 毛玉如、孙启型4 6 】等分别以贵港国家生态工业示范园区、包头国家生态工 业示范园区、苏州高新区国家生态工业示范园区等为案例，分析了具有行业特点 和具有区域特点的生态工业园区的链网结构特点。 袁增伟、毕军【4 刀等提出了基于社会子系统、环境子系统、经济子系统和资 源子系统的四维一体生态工业园区复合生态系统结构框架，并给出了系统功能协 调度、调节费用及其系统效益之间的理论变化曲线；又从工业生态系统功能流的 角度分析了其物质流、能量流、信息流、价值流、技术流和知识流，并给出了各 功能流的表征指标和衡算方法；从系统优化调控的角度提出了基于绿色招商和绿 色供应链管理的生态工业园区生态系统控制管理体系。 秦颖、武春友【4 8 】认为由于生态工业自身形成路径和运作模式的复杂性，在 运作过程中存在诸多问题和风险，成为制约其发展的瓶颈，如何提高其柔性化是 生态工业正常运转的前提。针对生态工业网络运作中存在的问题和障碍，从经济 学和社会学的角度进行柔性化分析。 魏晓平、李昆【4 9 】以生态工业链接的关键环节“谁负责废弃物处理”作为研 究的着力点，以数量生态学中“复制动态”模型，并结合进化博弈论对工业生态链 接机制进行了剖析和研究，认为企业的生态型进化具有自我维持特征，经济群落 8 第一章绪论 中已有的生态型企业的占有率、下游企业对上游企业废弃物资源的依赖度以及环 境法规约束等因素对企业向生态型企业种群方向演化具有重要的影响。 彭丹旗【5 0 】认为循环经济系统是由各个产业链( 圈) 结成的网络状链接结构， 循环经济系统稳定性是指循环产业链( 圈) 在受到来自内外部环境的风险因素的 干扰时，仍能正常进行物质代谢能力的强弱，抗干扰能力越强，循环产业链( 圈) 的稳定性越高。他构建了由综合风险层、属性层和风险种类层构成的综合风险评 价体系，并用模糊多属性评价方法对循环经济系统的稳定性进行了评价。 武春友、邓华【5 l 】等研究产业生态系统时指出，由于产业生态系统独特的生 态化产业链接属性和成长环境，造成了大量不稳定问题，并且已经成为影响产业 生态系统取得成功的重要障碍。他们参照生态系统稳定性的“抵抗性”方面的含 义，将产业生态系统稳定性定义为，产业生态系统内外部环境出现不同程度的变 化时，系统维持稳定状态的能力。并将产业生态系统的稳定性因素总结为结构因 素、技术因素和外部条件因素。 赵禹骅、赵禹鹏【5 2 】分析了工业生态链的风险，强调增加工业生态链稳健性 的政策设计指向应针对工业生态链的特征风险，讨论了单源性风险与多源性风险 的逻辑关系，指出单源性是范围经济、规模经济、协同经济的必要条件，认为园 区化是增强工业生态链稳健性和统一资源效率与经济效率的最有效方法。 1 3 国内外实践状况 1 3 1 国外工业园区实践状况 二十世纪七十年代初丹麦【5 3 】建立卡伦堡工业园区，以发电厂、炼油厂为核 心，包括生物制药厂、硫酸厂、水泥厂、地区农业、养鱼场以及居民区域供热。 在这些工厂和部门之间实现废弃物有偿供给和交换，实现了物质的部分循环和能 量的逐级应用。更为有意义的是，这些企业之间的物质和能量交换均是以经济合 同形式实现的，不仅改善了区域环境，在经济上也取得了很大的效益。 美卧”】是当前世界上最积极投身于生态工业园规划和建设的国家。从1 9 9 3 年开始，美国已有2 0 个城市的市政当局与大公司合作规划建立生态工业园区。 美国可持续发展总统委员会进行了马里兰州的f a i m e l 扒佛吉尼亚的c a p e c h 砌e s 、德克萨斯和墨西哥交接的b r 0 、釉s v i l l e 、田纳西州的c h a t t a n o o g a 等4 个生 态工业园区示范项目的建设。美国环保局也与1 9 9 9 年资助两个生态工业园区计 划。 加拿大【5 别自1 9 9 2 年开始在b u m s i d c 工业园区开始进行工业园区改造的试验， 其后一些分布在加拿大各地的工业园区也逐步开展向生态工业匿区的转型的计 划。 9 第一章绪论 法国啪l 的o 砖e ，作为欧洲环境合作伙伴组织的发起机构之一，正致力于其 p a l m e 计划。p a l m 巳计划并不着重于建立物质能量的循环网络，而是侧重于环 境管理，旨在为工业园区的建设提供技术支持和规范。通过加强环境管理，可以 促进企业间废弃物和废能的交换。到1 9 9 5 年，已有s o p h i a 、e s t e r e l 等5 个工业园 区在p a j l m 巳指导下取得了p ! a l m e 的生态认证标志。 日本【57 】提出了与生态工业园类似的零排放社会的概念。在日本通商产业省 和环境厅的财政支持下，川崎零排放工业园于2 0 0 1 年开始运作。该园区的特点 是利用湿地进行废水处理并进行再利用，能量的逐级利用，再生能源的开发，将 废弃物转化为能量以及用于水泥和陶瓷制品等。 1 3 2 国内工业园区实践状况 我国目前已经建成和正在建设的生态工业园区和循环经济产业园区很多，这 里介绍一些具有代表性的工业园区。 广西糖业基地之一的贵港市【5 8 】于2 0 0 1 年6 月在国家环保总局的支持下建立 了“贵港国家生态工业( 制糖) 示范园区”，共进行1 2 个生态工业建设项目，包 括现代化甘蔗园建设i 甘蔗渣绿色制浆、废糖蜜制能量酒精技改项目等，形成蔗 田系统、制糖系统、酒精系统、造纸系统j 热电系统等，各系统内分别由产品产 出，系统之间通过中间产品和废弃物的相互交换而连接，组成_ 个较为完整和闭 合的生态工业网络。 浙江衢州沈家园斟”i 是以精细化工为主的改造型综合性的生态工业园区， 在规划过程中，着重从以下几个方面入手：( 1 ) 产品规划和物质集成；( 2 ) 废水 和能量集成；( 3 ) 信息系统的建设。 蒙西高新技术工业园区【1 1 6 】围绕以水泥为核心产业发展循环经济，通过不断 的摸索逐步形成了循环经济发展的基本框架，延伸了资源循环利用的产业链，大 大提高了资源利用率，降低了废弃物最终处置量。2 0 0 5 年1 1 月，园区被确定了 1 3 家国家循环经济试点( 第一批) 产业园区之一。目前，园区已形成煤矸石综 合利用产业链、二氧化碳综合利用产业链和煤化工产业链。 天津经济技术开发区唧】以水资源可持续利用为出发点，结合园区工业企业 特点，兴建了污水处理厂、电镀废水处理中心等设施。在园区的企业中以推广清 洁生产作为循环经济建设切入点。 广东南海国家生态工业示范园斟6 1 】以华南环保科技产业园为核心，拟建立 环保仪器仪表、可降解塑料、绿色板材加工等工业生态链，由环保科技园与外部 其他企业共同构成一个虚实结合的生态工业园区。 山东鲁北企业集团【6 2 】通过开发石膏制硫酸联产水泥技术和海水一水多用技 术，形成了磷铵硫磺水泥联产、海水一水多用、盐碱热电联产三条绿色产业链， l o 第一章绪论 实现了科技创新、产业发展、资源综合利用和环境保护的有机统一。 1 4 研究内容与研究路线 本文的研究内容主要包括以下几个方面： 首先，从循环经济的产生背景出发，指出应该从经济学角度与自然科学和工 程科学角度，对循环经济的理论和方法进行研究，通过分析国内外与本文相关的 循环经济研究和实践状况，找出循环经济网络问题研究的不足之处，进而提出本 文的研究内容及其技术路线，为下面的章节打下基础。 其次，从经济学以及自然科学、生态学、系统论与控制论等方面建立了循环 经济的理论基础，指出面向工业园区的循环经济研究如何从以上学科和理论中汲 取营养。建立了具有一般性的面向工业园区的循环经济链网模型，为以后各章模 型构建奠定了基础。 第三，基于循环经济条件下传统企业模型缺陷，构建了循环经济型企业的企 业模型，在此基础上给出了企业的相关经济函数。然后指出促进企业发展循环经 济主要有两种反向激励机制排污费和资源税，比较了两种激励机制对企业的影 响；最后将研究视野扩展到产业层面，考察完全竞争市场和垄断市场条件下，资 源税和排污费对多个企业构成的产业的影响。 第四，针对循环经济网络中普遍存在的外部性导致企业间利益失衡问题，认 为应该借助经济学的外部性理论研究循环经济网络的利益平衡机制。在对经济学 中外部性理论进行了详细的阐述的基础上，分析了循环经济网络的典型代表工