世界各国的发展实践表明，在人类现代社会的资源开发过程中，没有哪一种资源开发和利用能像能源资源开发和利用那样产生如此巨大的极化效应。一方面，国家和地区经济发展速度的快慢和发达程度越来越明显地决定于现代能源供应保障系统的能力和建设状态。例如，2000年，占世界人口12％的西欧和北美发达国家，其一次能源的消费却占了全球的44％；另一方面，快速增长的能源消费越来越明显地干扰和破坏了自然生态环境演进状态，如矿物燃料燃烧的二氧化碳和固体废弃物排放。因此，建立一种安全有效、组织合理、内外协调和具有可持续能力的能源生态系统，便成了世界各国共同面临的任务和重大课题。

　　作为工业生态系统的一种，能源生产与消费的规模、种群结构以及演进方向均随着资源开发的内外发育环境变化而变化。尽管目前工业生态学的发展还只集中在理论体系的完善和工业生态园区的规划建设上，但是，工业生态学的基本理念和发展原则却为能源生态系统建设的研究提供了一个新的视角和广阔的发展空间，也为解决上述能源资源的开发和利用所产生的矛盾提供了新的解决思路。

　　1 基本定义

　　能源生态系统指的是根据现代能源生产、消费活动链条为主体组成的人类社会生态系统。作为人类社会生产系统的一个组成部分，现代能源生产、消费活动不仅涉及一次能源资源的开发和利用，而且涉及包括土地、水资源和大气等公用性资源的占用和再分配。由于能源生产和消费的社会属性，其对公用性资源的占用而造成的影响要比其他资源（如土地资源开发、黑色和有色金属资源等）大得多。一方面，随着消费普及程度的提高，现代能源产品的社会公用性特征日趋强烈。能源产品的有效供应已经成为整个社会正常发展的一个基本保障条件。比如2003年夏季因高温引发的供电紧张，极大地影响了上海及周边地区的经济发展；而发生在北美东部的大断电则使当地社会的生产和生活遭受严重损失。另一方面，能源生产、消费活动的快速发展及其对其他公用性资源的占用，引发了严重的生态环境破坏效应。如果说，大型能源工程建设所引发的河流水生生态与地表环境生态破坏（大型水电站建设和煤炭开采）、粉尘与二氧化硫（酸雨）排放所造成的大气环境质量下降还更多地体现在局部地区的话，那么，各类温室气体排放所造成的大气温度快速上升则明确地显示了能源开发和利用所产生的全球生态环境破坏效果。这正是世界各国努力改善传统能源系统和寻求新型能源系统的根本原因。

　　显然，与传统的能源系统概念相比，现代能源生态系统不仅强调资源开发和利用系统自身的平衡状态，而且更强调资源开发和利用与其外部生态环境的系统平衡状态。

　　2 系统组成

　　根据生态学的基本原理，建立能源生态系统的基本原则有3条：即内生性原则、外生性原则、共生性原则。按照这3条基本原则，能源生态系统大体可划分为三大系统：内生系统、外生系统、共生系统。现代能源生态系统的发育是以国家或地区的社会发展为前提，通过三大系统间各类能量产品（包括各类废弃物）的大规模转换和交流形成一个工业生态有机整体。

　　在这样一个生态系统中，任何一个子系统的发展均要取决于其他两个子系统的生存和发育状态。例如，上述上海和纽约的缺电和断电事例说明的是内生系统发展对外生系统发育的制约作用；同样地，发生在20世纪50年代以来的石油和天然气取代煤炭主导燃料地位的事实表明，外生系统发育对内生系统发展具决定影响；1997年世界各国在日本京都会议所签署的全球温室气体减排协议，则显示了共生系统演进对内生和外生两大系统发展和发育的基本影响。

　　2.1内生系统

　　就能源开发利用而言，内生系统是指包括一次能源开发及其二次加工在内的各类能源产品的生产系统。能源内生系统的基本职能包括：一次能源资源的开发、二次能源产品生产和生产专业运输。随着商品能源的社会化生产发展，现代能源内生系统的发展也从以往的局部地区走向了全球化，从而奠定了现代能源生态系统全球化特征的基本物质基础。

　　应当指出，现代能源内生系统目前正处于多元化的转变过程中。但是，受到资本和技术积累的限制，这种多元化的转换不尽人意，矿物燃料依然占据现代能源内生系统的主体地位。除了水能资源外，其他可再生能源资源（如太阳能、风能、潮汐能等）的大规模开发尚处在起步阶段。这正是现代能源内生系统发育的客观基础。

　　2.2外生系统

　　外生系统是指内生系统之外的所有能源产品消费系统。通常，能源外生系统是由社会生产、生活和物流分配（指非能源产品的储存、运输和销售及相关服务）三大部分所组成。由于能源内生系统的服务对象是整个社会，因此，能源产品的使用和消费便覆盖了现代社会的方方面面。正是由于庞大外生系统的发育和成长（消费增长），才使得能源产品获得了一种凌驾于所有其他产品之上的地位，同时也大大增加了能源产品生产和消费对自然生态环境破坏的能量和空间。

2.3共生系统

　　共生系统是指以维系和稳定能源生态内生和外生两大系统生存和发育空间（或可称为发育自然环境基础）为目的所建立的生态系统，其目标在于最大限度地缓解（分解）能源生态内生和外生两大系统对自然生态环境的破坏效应。

　　从工业生态学的角度看，能源生产体系属于地球自然生态系统中一个尚处于低级发展阶段的子系统。随着资源开发和利用规模的扩大，现代能源生产活动对自然生态环境发育产生了越来越大的负面效应，并已经开始威胁到整个人类社会的持续发展。通过内生系统与外生系统协调发展可以建立一个最低限度废弃物排放的能源生态系统。然而，即便是高度发育的内生和外生系统也不可能完全避免废弃物的排放。这样就有必要建立能源工业体系与整个自然生态系统之间的共生机制，即共生系统。由于工业体系与自然生态系统之间的相容性，能源的生产与消费过程中产生的“废弃物”能够被社会其他成员利用。这些“废弃物”的使用者可以称为间接消费者，与能源直接消费者相对。

　　例如，内生系统中煤炭采掘塌陷所引发的水土流失、地表建筑物破坏严重、煤矸石占地及污染等一系列问题，往往加剧资源开发所在地区人地关系紧张矛盾。这些环境问题通过内生与外生系统的发展并不能得到根本解决。从整个自然生态系统来考虑，能源生态系统与自然生态系统之间的共生机制的建立为解决这些问题提供了机遇。例如，我国已经开始利用塌陷区浅积水区进行水产养殖，大水面、深水体的塌陷区发展旅游业；煤矸石发电；粉煤灰用于交通建设材料；塌陷区的直接土地复垦等，均收到良好效果。

　　3 能源生态系统的空间结构

　　能源生态系统的生存和发育需要通过合理的空间组织来实现。随着资源加工链条的延长和社会消费强度提高，能源生态系统的空间组织结构和形式也在不断趋于多元化。

　　3.1空间组织基本类型 
　　鉴于发育的目的和产品利用方向的不同，能源生态系统空间组织类型大体可以分为四类，即内生+外生；内生+共生；外生+共生；内生+外生+共生。

　　为了节约长距离输电损耗，在大型水力、火力及核能电力生产基地附近建立起的高耗能产品（如有色金属和黄磷）加工组合，可以被视为内生+外生类型的典型代表。

　　以天然气开采为例，为保护开采地区的生态环境，当地资源开发形成了天然气开采、集输、污水处理、甲醇回收、中水循环利用和天然气分配的严密生产组织，成为内生+共生能源生态系统类型的典型代表。

　　在冶金和纺织等生产中心，利用能源需求差异（如热质）形成的主导产品、附属产品生产、生活和行政管理空间组织，是外生+共生能源生态系统类型的基本产物。

　　在高度城市化地区，因社会生产高度的地域集聚所产生的各类能源生产者（炼油厂和发电厂）、直接消费者和间接消费者（包括耗能产品的回收和利用）的组合，可以称为内生+外生+共生能源生态系统类型。

　　3.2基本形态

　　能源生态系统类型的多样性及其配置方式的不同决定了能源生态系统结构的复杂性。从空间组织的基本形态看，可以根据区域范围大小将能源生态系统划分为几个层次：

　　各类能源生产和利用的企业是整个能源生态系统的基本单元。企业层次的生态系统是在单个企业的范围内按照“清洁生产”建立起来的投入少、耗费低、污染轻和产出高的现代化经济有机体。在该系统中要求各工序、流程均按照“生态工艺”进行设计施工，生产过程中资源得到充分利用，能源转换得到有效增强，综合效益得到明显提高。

　　在企业层次的基础上，一定地域上相对集中、内在联系的众多工矿企业，以及基础设施组成了工业园区。在系统内各企业依据生态经济原则相互结合而具有一定的物质循环、能量流动和价值增值，从而使系统的生态经济效益得到较大提高。

　　区域能源生态系统指的是位于一定区域中的不同企业或工业园区所组成的松散经济群体，各单元的资源环境等要素尽管存在一定差异，但由于相距较近，他们在生产消费等方面仍然具有较密切的联系，通过协调与合作，系统中的物质循环效率、能源转化率及价值增值率可以得到明显提高。

　　上述较低层次的系统相互联系、相互作用，形成了国家层次的能源生态系统。在国家范围内使能源得到最合理的综合利用，并实现经济与生态协调发展。

　　在现代社会生产中，技术的进步和产业链条的加长，为能源内生、外生和共生系统提供了更加广阔的发育空间。如果说，大规模的资源产地开发（如我国神华集团的神府煤田）、陆海交通基础设施建设（神（府）（黄）骅铁路）和能源消费中心地的加工设施建设（浙江和广东沿海火力发电厂）代表着能源内生系统地区空间扩展方向的话，那么，“西气东输”和“西电东送”工程建设则代表着能源内生和外生系统的国家空间发育基本趋势。然而，无论内生系统的扩展，还是内生系统与外生系统的发育，若失去相应的共生系统建设，都难以实现地区和国家能源生态系统可持续发展的基本战略目标和任务。
4 我国能源生态系统的问题与对策

　　4.1系统内部的协调发展

　　从实践的角度来看，国内在开展能源生态建设方面已经具备相当基础。这种基础主要体现在经历数十年所建立起来的庞大能源生产供应系统（内生系统），以及相应完备的部门规划和经营管理体系。目前的问题在于，受市场发育环境和部门与地区条块管理机制的长期影响，人们更习惯于以部门或企业利益最大化的传统思维制定能源利用发展战略。因此，在目前的能源利用和环境保护战略的理论研究及实践方面，形成了内生强于外生、外生强于共生的一边倒格局。显然，这种状况与国家可持续发展和现代化能源安全需求不相吻合。

　　有鉴于此，在加速能源资源的开发利用时，应当从生态系统发展的现实出发，统筹考虑实现能源利用（内生系统发展）、市场发育扩展（外生系统发育）和生态环境保护（共生系统建设）三者的有机结合，以便最大限度地实现跨领域、跨地域和跨学科的多目标复合生态系统的目标。应当承认，目前我国在多目标能源生态系统的基本机理、运行模式以及相应实施手段方面还有待进行更深入的理论探讨。

　　4.2系统的不平衡性与空间调控

　　我国是一个经济发展不平衡的大国，能源生态系统发育总体上仍未达到成熟阶段。在经济发展较落后的西部地区，其能源生态系统的发育更是处于初级阶段，系统的功能单一、地域空间组织的封闭性强、生态环境破坏的影响力大。企业以及企业群组之间联系较弱，系统未能最大程度发挥其经济效益和生态效益。

　　另一方面，我国能源资源的空间收敛特征表现尤为明显。例如，我国水电资源的80％以上集中在西部，煤炭产量主要分布在晋陕蒙地区。同时，我国主要的能源消费集中在东部沿海发达地区。能源生产与利用的空间分布特征引起能源生产的不断集中以及供应地域的不断扩展。然而，受计划经济时期建立省级能源生产地域组织发展思维的影响，我国能源供应保障体系的建设尚无法充分实现快速空间扩展的平衡。例如，由于电力基础设施建设的相对滞后，2003年夏天华东、华南、华中19个省市出现大面积缺电现象。

　　从区域层次来看，应推进资源加工深度化进程，加强系统内各企业及企业群组的物质循环和能量流动，努力提升能源生态系统的发育度，扩展系统的空间影响范围。从国家层次看，应当强化区域子系统之间的联系，以实现能源生产供应空间扩张。在此方面，“西电东送”、“西气东输”等大型能源基础设施，以及相应的石油和天然气管线、电力线路、煤炭铁路运输等基础设施网络的建设至关重要。

　　4.3扩大资源环境国际化水平

　　从国际上看，国家工业化发展程度越先进，其能源生态系统结构越先进，相应的能源供应的空间范围也就越大。国家能源生态系统的稳定程度不仅取决于系统自身的基础，而且也取决于参与国际资源环境开发的能力。实际上，无论是美国、日本这样系统发育高度成熟的国家，还是印度这样与中国同处于系统发育低水平阶段的国家，都在积极扩大系统的资源环境供应范围。

　　中国20世纪90年代以来的大规模石油进口对我国能源生态系统的发展产生了深远影响。对于内生系统和外生系统来说，传统以煤为主的落后能源消费结构得到了有效改善，并且能源消费的快速增长局面也得到了根本扭转。对于共生系统来说，能源消费结构向优质化方向的转变，也使得以煤炭为主的能源结构带来的一系列环境问题得到缓解，保证了共生系统的稳定。最近几年的碳排放量增长速度趋缓就是一个很好的佐证。国内外的共同实践已经证明，扩大资源环境国际化水平是提升国家能源生态系统发展水平的必然途径，也是国家可持续发展的必然规律，中国也必须要遵循这样一个规律。

　　5 结论

　　作为一个新的理念，能源生态系统建立的目的在于：寻求一种大规模能源资源开发与人类社会发展和自然环境发育相协调的灵活运行机制和合理组织结构。借鉴生态学的基本原理，能源生态系统的运行机制应基本遵循能源资源开发（内生系统发展）、市场发育扩展（外生系统发育）和生态环境保护（共生系统建设）三者的有机结合；其系统组织结构则应遵循最大限度地实现跨领域、跨地域和跨学科的多目标的有机结合。

　　客观地讲，长期的能源资源开发和利用已经为建立这种理想的能源生态系统奠定了可观的基础。然而，要建立起理想的能源生态系统，除了技术、资本和市场的保障外，地区和部门合理利益分配机制的建设同样至关重要。而后者应成为未来能源生态系统理论探讨的一个基本方向和任务。

                                               （张雷　谢辉　陈文言　姜巍　吴映梅　中国科学院　地理科学与资源研究所）