21世紀我國主要能源消費的灰色關聯研究

常軍乾，徐 凱，任 翔，安海崗

（1.中國地質大學 （北京），北京100083；2.西南科技大學，四川 綿陽621000）

進入21世紀以來，我國能源消費速度開始加快，并逐步超過了同期國內生產總值的增長速度，能源高消耗期來臨。三大主要能源煤炭、石油、天然氣消耗量巨大，在最近的一些年，曾經一度出現煤荒、油荒、氣荒等局面。全國耗能總量，從2000年的138552.58萬t標準煤，增加到2007年的265582.99萬t標準煤，翻了近一番。從全國分行業來看，不同的行業呈現出不同耗能特點，但是耗能量都在快速增加。對我國各行業的含能情況做出分析，可以更好地掌握不同能源的消耗情況，得到能源消耗的主要影響因素及其影響程度。從而實現對主要能源的科學規劃，避免不合理能耗，提高能源使用效率，達到節能的目的，以保障能源的長期安全。

灰色系統理論由華中科技大學鄧聚龍教授創立，重點解決貧信息情況下的不確定性系統問題，當尋求不到系統的明確隸屬特性時，灰色理論具有很大的優勢。它通過對部分已知信息的處理，來預測系統的運行行為和演化規律。灰色關聯分析方法，在樣本量多少和有無典型的分布規律條件下，都可應用，計算簡單，一般不會出現量化結果與定性分析結果不相符的情況。因此，灰色關聯理論為研究解決能源消費系統分析，提供了有效的工具。

1 我國能源消費分行業因素說明

按照各種統計年鑒對行業的分類方法，加上人們日常生活的能源消費，本文將能源消費的行業分為7類，分別為：①農、林、牧、漁、水利業；②工業；③建筑業；④交通運輸、倉儲和郵政業；⑤批發、零售業和住宿、餐飲業；⑥其他行業；⑦生活消費。

2 灰色關聯分析

2.1 灰色關聯分析原理

灰色關聯分析是研究系統中各因素間關聯程度的一種方法。對于一個復雜的系統和現象進行分析時，首先要選準反映系統行為特征的數據序列，間接地表征系統行為。通過計算關聯因素變量的數據序列和系統特征變量數據序列的灰色關聯度，做出各個序列的圖形，然后進行分析并得出結果。

2.2 灰色關聯分析模型及步驟

（1）確定因變量序列和自變量序列

因變量序列記為 x0，記 為：x0= ｛x0（1），x0（2），…，x0（n）｝。

自變量序列xi記為：xi= ｛xi（1），xi（2），…，xi（n）｝，i為因素的數量。

（2）原始數據變換

原始數據變換方法很多，主要有初值化處理和均值化處理。本文采用初值化處理方法。初值化處理，就是用每一個數列的首位數去除其它數，得到新的數列，記為：

得到的新數列就是不同時刻的值相對于第1個時刻值的百分比 （%）。

（3）求兩極最大差M和最小差m

（4）計算關聯系數

式中，θ—為分辨系數，通常取θ=0.5。

（5）計算關聯度

（6）關聯度排序、優勢分析

對φi進行排序，得到影響因素的重要程度，并進行優勢分析。

2.3 實證分析

根據21世紀以來2000～2007年8年的能源消費統計數據，分別為綜合能源消費量 （將煤電氣油等各種能源統一折算為萬t標準煤后的能源量）以及主要的能源煤炭、石油、天然氣消費量，見表1～4（數據來自 《中國能源統計年鑒》），以消費量作為確定因變量序列，以各行業消費的能源量作為自變量序列。

表1 綜合能源消費量 （萬t標準煤）

表2 煤炭消費量（萬t）

表3 原油消費量（萬t）

表4 天然氣消費量 （億m3）

2.3.1 綜合能源消費關聯分析

首先，根據上述第 （2）步，進行無量綱化處理，原始數據變換后用矩陣表示為：

其次，根據上述第 （3）、 （4）步，進行綜合能源消費總量X0同各行業能源消費量Xi的灰色關聯計算。以綜合能源消費統計數據X0= （1，1.03，1.1，1.26，1.47，1.62，1.78，1.92）作為參考序列，經式 （2）計算，差序列見表5。

表5 差序列

由表5可知，M=0.56，m=0，θ=0.5，根據第 （4）步，計算X0與Xi的關聯系數ξi（k），見表6。

表6 關聯系數

根據上文第 （5）步，計算X0與Xi的關聯度，如下：

可見，工業對能源消費的影響程度最大，其次為交通運輸、倉儲和郵政業，第三為建筑業。其他為：批發、零售業住宿、餐飲業，生活消費，其他行業，農、林、牧、漁、水利業的影響最小。2.3.2 煤炭、石油、天然氣消費關聯分析

用同樣的方法，以煤炭、石油、天然氣數統計數據作為參考序列，計算X0與Xi的關聯度。

煤炭消費關聯度為：

排序大小依次為：工業，農、林、牧、漁、水利業，其他行業，建筑業，批發、零售業和住宿、餐飲業，生活消費，交通運輸、倉儲和郵政業。

石油消費關聯度為：

天然氣消費關聯度為：

排序大小依次為：工業，交通運輸、倉儲和郵政業，建筑業，生活消費，批發、零售業和住宿、餐飲業，其他行業。

2.3.3 煤炭、石油、天然氣消費優勢分析

將煤炭消費、石油消費、天然氣消費 （分別用字母M、Y、Q代表）與Xi的關聯度寫成矩陣的形式為：

其中，每行數字表示M、Y、Q與因素Xi的關聯度，將每個因素Xi與M、Y、Q的關聯度求平均值，即可得到各影響因素的敏感度系數。

其中M2最大，即工業對煤油氣消費的影響最大，其次是建筑業，生活消費，批發、零售業和住宿、餐飲業，農、林、牧、漁、水利業，交通運輸、倉儲和郵政業，其他行業影響最小。

3 結果分析

本文通過對各個行業消費能源的情況進行關聯分析，明確了進入21世紀后我國能源消費的一些特點，得到如下結論：

（1）能源消費增速加快。進入新世紀以來，我國經濟高速增長，對能源的消耗出現了史無前例的增長。主要的不可再生能源煤炭、石油、天然氣的消費量大大加快。這就要求我們必須加快產業結構調整，減少低附加值、高能耗、高污染的工業，調整傳統產業，大幅度降低能源消耗。

（2）三種主要能源消費呈現不同特點。無論從總的綜合能源消費還是從三種主要的高碳能源來看，工業都占消費量的首位。傳統的工業和第一產業與煤炭消費關聯度較強，工業和交通運輸、倉儲、郵政業等行業與原油消費的關聯性較強，工業和交通運輸、倉儲、郵政業與天然氣消費的關聯性較強。

（3）分析表明，我國應發展低耗能、高附加值的高新產業，大力發展第三產業，加快服務業發展。加快科技進步，調整能源消費結構，降低煤炭消耗，提高天然氣消費比例。提高能源利用效率，走集約發展的道路。