基于因子分析法山西電力產業可持續發展研究

韓小夢，崔 彬，郝建成

（中國地質大學 （北京），北京 100083）

煤炭和電力業是我國的兩大能源產業，在國民經濟中占有重要的基礎地位，不僅僅為其他部門的發展和居民生活需要提供物質技術和基礎能源，而且，其本身也是國民經濟發展中的重要增長點。煤電產業的良性互動和健康發展，對于促進我國能源和經濟社會的可持續發展具有重大意義。

1 因子方法簡介

因子分析法是對原數據的一種降維處理，它是用少數幾個不相關的變量去描述原變量之間的關系，它可以將相關關系比較大的幾個變量歸為一類，其中的每一類就是一個因子，因為這些變量是不可觀測，而是通過線性變換得來的，因此把這些變量稱為因子，這些因子能夠反映原變量的絕大部分信息。

因子分析法在實證分析中的優勢，第一，它有降維的作用，便于數據處理，降低研究難度；第二，它能夠反映原變量中的絕大部分信息，一般要求不得低于原變量信息的85%；第三，線性變換后的因子之間不具有線性相關性，因此可以對因子進行命名，使因子具有現實意義。

因子分析法操作步驟，第一，指標數據標準化及相關性檢驗。第二步是確定提取因子個數m及公因子Fi。第三步是因子分析與綜合主成分評價。

2 可持續發展壓力指標的選取

根據山西省經濟、能源和環境污染的實際狀況，本文選取與電力可持續發展最為密切的11個指標（表1），以衡量電力可持續發展壓力。除有特別說明外，各指標原始數據，均來自歷年《山西省統計年鑒》、《中國電力年鑒》、《中國能源統計年鑒》和《中國煤炭年鑒》統計數據。這11個指標，分別涵蓋了山西省能源特別是煤炭和電力行業面臨的五個方面的問題：資源需求、環境問題、能源電力結構、煤炭供需矛盾和煤炭運力緊張問題。之所以選擇這些指標來評價山西省電力可持續發展面臨的壓力，主要基于以下方面考慮。

表1 山西省電力可持續發展指標體系

第一，未來相當長時期內，經濟增長、城市化和工業化是推動山西省能源需求增長的三大主要因素，也使山西省面臨巨大的環境壓力。因此，將重工化、城市化、GDP和人均GDP等4個變量作為需求因素引入，以反映電力需求層面的問題。

第二，山西省以煤為主的能源結構面臨嚴峻的能源資源約束。因此，將山西省煤炭在一次能源中的比例和發電用煤占本省煤炭總消耗的比重作為衡量壓力是否減小的指標。

第三，與電力消費密切相關的可持續發展問題是環境惡化。山西省電力需求規模巨大、需求增長快速和電力結構以火電為主，2010年電力行業的二氧化硫排放已達到114.70萬t。因此將二氧化硫和二氧化碳排放量用于反映環境指標。

3 山西電力可持續發展度模型的求解

3.1 數據標準化及變量相關性判定

因子分析中采用11個變量，數據從1990～2010年。由于各指標數據差別較大，而且各個數據的變動趨勢也不一致，所以對于不同的數列要采取不同的預處理方法。根據數列變化規律所反映的趨勢將變量分為兩種：第一種，數據越大導致電力可持續發展壓力越大，如：重工業化水平、人均GDP、GDP、城市化水平、煤炭占能源消費比重、煤炭調出比例、煤炭運量占總運輸量比例、發電用煤占煤炭消費比重、二氧化硫和二氧化碳的排放量；第二種，數據越小使得電力可持續發展壓力越大，如：煤炭儲采比。對于兩種不同趨勢的數據，分別采用不同的預處理方法，使得預處理后的數據具有一致性的作用。第一類數據用公式（1）處理，第二類數據用公式（2）處理。

首先對表2中所有指標數據進行相關分析。表2相關系數矩陣結果表明，許多變量之間直接相關性比較強，大部分變量之間的直接相關系數較大，證明各變量之間的信息、存在很大程度上的重疊，適合于進行因子分析。另外，KMO＝0.538（KMO大于0.5時，可以表明可以進行因子分析。

表2 變量相關系數矩陣

3.2 確定公因子數和公因子名

對1990～2010年的11個指標數據，利用SPSS軟件進行因子分析。公因子方差（表3）說明了提取出來的公因子對每個變量的解釋程度到底有多大。提取3個因子的方差累計貢獻率已達90.021%。所以，取前三個公因子作為反映電力可持續發展所面臨壓力的主要指標。三個綜合指標之間相互獨立。

表3總的變量解釋

表4為三個公因子對11個變量的因子載荷矩陣。因子載荷表示變量i依賴于公因子Fj的份量，也說明了公因子主要綜合了哪些變量指標的信息。用公共因子反映原始變量，也有利于描述研究對象的特征。通過分析因子載荷矩陣，可以判定以下因子。

表4 轉軸后的因子載荷矩陣

1）能源需求保障和環境因子。公因子1所對應的變量 V1，（工業化水平）、V2，（人均 GDP）V3（山西省 GDP）、V4，（城市化水平）V5，（煤炭儲采比）V9（發電用煤占煤炭消費比重）V10（全國二氧化碳排放量）V11（山西省二氧化硫排放量）有很大載荷。可將公因子1命名為能源需求保障和環境因子。

2）外運因子。公因子2所對應的變量為V6（煤炭調出比例），V7（煤炭運量占總運輸量比例）。其中考慮當前，我國煤炭運輸方式以鐵路為主，由于我國經濟飛速發展，導致了煤炭需求不斷增長，使煤炭運輸緊張的矛盾及沿線運輸所造成的環境污染問題日益突出，因此，可將公因子2命名為外運壓力因子。

3）結構因子。公因子3所對應的變量為V8，（煤炭占能源消費比重）。其中考慮了山西省電力裝機中火電裝機所占比重這一因素，用以反映山西省煤炭占能源消費比重。由于山西省以煤為主的能源結構與以火電為主的電力裝機結構有很高的相關性。因此，將這個公因子稱為結構因子。

4 山西省電力可持續發展評價

因子得分系數矩陣見表5。利用得分系數矩陣可以獲得各年各公因子得分函數表達式。其中，各因子得分函數中的系數Cij為第i個因子在第j個變量上的得分系數，為表5矩陣中的第j行、第i列的值。

表5 各公因子得分系數矩陣

利用各因子的特征值計算各因子的權重，得到評價電力可持續發展水平綜合得分函數方程。

圖1代表山西電力可持續發展水平的綜合得分，即式（6）中的F，從圖1中可以看出，山西電力可持續發展指數除1998～2000年略有下降外，其他年份一直在上升，且最近幾年上升最快。可以反映山西電力發展的壓力一直在增大，以現有的發展方式可以看出，山西電力產業發展是不可持續的，必須轉變發展方式，提高煤炭利用效率，實現煤電可持續發展。下面逐一分析各個影響因子。

圖1 1990～2010年山西省電力可持續發展綜合指數

4.1 能源需求保障和環境因素

從圖1中可以看出，能源需求保障和環境壓力曲線總體呈上升趨勢。隨著山西省工業化進程的推進、城市化水平的提高、人均GDP的快速提高，山西省對于電力的需求將日益增加，導致其煤炭保障程度下降，環境壓力日益增大。煤炭供給、電力需求、環保壓力成為山西省以煤電為主面臨的三大約束。其問題的解決途徑：首先，要保證本省的煤炭供給；其次，應大力建設坑口電站滿足本省和省外電力的需求；第三，山西應加快產業升級淘汰落后產能，加快產業升級，進行煤電一體化。

4.2 外運因素

從圖1中可以看出，外運因素包括煤炭調出比例、煤炭運量占總運輸量比例，外運壓力波動較大，略有下降，但整體上仍處于壓力較大的狀態。從圖1中可以看出，從1990～2010年山西煤炭調出比例一直維持在60%左右，其煤炭運量占山西鐵路總貨運量的90%左右，給山西鐵路運輸帶來極大的壓力（圖2）。從全國來看，2010年我國鐵路煤炭運量占全國煤炭運量的70%以上，并且在歷年鐵路總貨物運量中占40%以上。在全國省級原煤調運中，鐵路凈調出量占總凈調出量的59.7%，鐵路凈調入量占總凈調入量的68.0%，隨著我國經濟飛速發展，煤炭外運壓力日益增大，運輸成本的大幅提高，而且運輸沿線還造成環境污染。

圖2 1990～2010年煤炭調出比例和煤炭運量占總運輸量比例變化

以山西陽城電廠至江蘇淮陰500kV送電工程為例，工程建設1840km，靜態投資36億元（1993年價），輸電無需再進行投資。若以國標京九鐵路估算，每公里投資1000萬元，1840km應投資184億元，而煤炭運輸的費用需另計算。實踐證明：輸電比輸煤建設投資和運營費用低、建設周期短。

其根本解決途徑：使煤炭在本省就地轉化為煤電，減少煤炭外運壓力促進坑口電站的建設，在特高壓輸電的支持下，可以實現大規模輸出煤電。

4.3 電力結構因素

從圖2中可以看出，電力結構壓力指數有一定的波動，有下降的趨勢。主要是山西積極實施了新能源發展政策有關，山西省以煤為主的能源結構與以火電為主的電力裝機結構有很高的相關性。以煤為主的煤炭結構決定了以火電裝機為主的電力消費結構。由于對新能源的大力支持，火電裝機比重有一定的下降，有利于緩解電力結構的壓力。

5 對山西省電力產業可持續發展的對策建議

5.1 堅持科學發展觀，遵循低碳經濟、循環經濟理念，促進電力可持續發展

要保證山西省電力的又好又快持續安全的發展必須認真落實科學發展觀的一系列理念，特別是要全面理解它的內涵。我們發展的目的是為了人、為了促進人的全面發展，滿足人民日益增長的物質文化的需要，使電力發展起來能惠及全體人民

5.2 明確以煤為主的能源結構是電力可持續發展的根源問題

世界一次能源消費結構中，石油比重高于煤炭七個百分點。而中國煤炭占一次能源的比重高達69%，山西省高達98%。從能源的發展階段來看，山西省還處于煤炭替代傳統生物質能（木材）的階段，是典型的以煤為主的能源結構。山西省經濟和社會發展蘊藏著巨大的能源需求潛力，未來較長一段時期內，煤炭消費在山西一次能源消費中仍將占主導地位，消費形式仍將以火電轉化為主，電力作為清潔的二次能源將隨著經濟社會發展而同步增長，電力可持續發展面臨多重壓力。

5.3 建設大型坑口熱電聯產電站，進行特高壓輸電是電力可持續發展的基礎

建立具有中國特色的大型坑口熱－電聯產電站，進行特高壓輸電可以煤電聯營、綜合開發、規模經營、優勢互補，是實現“西電東送”的最優選擇，是我國能源建設的重大決策。

5.4 加快推進煤電一體化是實現電力可持續發展的重要途徑

煤電一體化建設經營，有效消除了“煤”和“電”之間的矛盾，避開了煤、電、運之間錯綜關系的糾葛，把煤炭供需的市場風險消化在了企業內部，促進了電廠與煤礦的一體化經營管理水平，實現了能源的安全競技，促進了電煤間的效益平衡和運行暢通，提高了企業的抗風險能力和競爭能力。有利于電源的保障供應，是實現電力可持續發展的重要途徑。

5.5 積極調整電力結構，實現資源優化配置，推進電力可持續發展

電力結構調整的實質是電力資源的優化配置。通過戰略性的結構調整，促使資源優化配置電力發展由量的增長轉變為質的提高，確保電力可持續發展。①加大電網投資和建設力度；②調整水火電比例；③優化火電機組結構；④積極利用可再生能源發電，發展綠色電力。

6 結論

山西煤炭資源豐富，其它能源較少這就決定了山西煤電主導地位的格局，雖然其它新能源發電增長較快，但占比很小，很難起到替代作用。所以說山西電力的可持續發展在一定程度上也就是山西煤電的可持續發展。山西煤電走可持續發展的道路，應結合山西省當前的情況，在滿足電力供應、消費的同時，注重資源節約，環境改善并積極發展綠色電力，逐步形成多能互補發展的電源結構新局面。因此，山西在今后的電力發展中，應積極加大其它新能源發電所占比重，優化發展煤電，推進煤電一體化開發，加快大型煤電基地坑口電站的建設，鼓勵發展熱電聯產，在特高壓大規模輸電的支持下實現大規模輸煤變為輸電，推進煤電綠色開發，最終實現山西電力的可持續發展。

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