我國能源消費(fèi)現(xiàn)狀控制與實(shí)施的定量分析

程倩倩， 朱家明，房 勇

（安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)a.管理科學(xué)與工程學(xué)院；b.統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院；c.金融學(xué)院，安徽 蚌埠　233030）

我國能源消費(fèi)現(xiàn)狀控制與實(shí)施的定量分析

程倩倩a， 朱家明，b房 勇c

（安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)a.管理科學(xué)與工程學(xué)院；b.統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院；c.金融學(xué)院，安徽 蚌埠233030）

摘要：本文針對(duì)能源總量控制，綜合使用多元線性回歸分析、層次分析、加權(quán)C均值聚類等方法，分別構(gòu)建各省市自治區(qū)的能源消費(fèi)特征、各省市自治區(qū)能源消費(fèi)總量分配、能源總量控制等模型.運(yùn)用M atlab7編程研究了各省市自治區(qū)的能源消耗的特征.根據(jù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)完成的情況，提出我國能源消費(fèi)總量在下一個(gè)發(fā)展期各省市自治區(qū)的分配方案以及我國各個(gè)省份能源消耗總量控制的實(shí)施方案.

關(guān)鍵詞：能源總量控制；多元回歸分析；加權(quán)C均值聚類；方差分析；M atlab7

能源是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展必要的物質(zhì)動(dòng)力，經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開能源的可靠供應(yīng)。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展雖會(huì)提高人民生產(chǎn)生活水平，但過快會(huì)導(dǎo)致能源過度消耗，資源和環(huán)境無法承受，不利于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展.因此，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度不能過快也不能過慢，必須保持在一個(gè)相對(duì)合理的水平.當(dāng)全國總的能源消費(fèi)量在某個(gè)給定水平時(shí)，管理部門需要制定一個(gè)相對(duì)合理的方案將這有限的資源配置給各個(gè)地區(qū)，使得各地在合理均衡發(fā)展的基礎(chǔ)上，充分利用有限資源提升發(fā)展質(zhì)量.為此，找出一個(gè)有效合理的能源分配方案，是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重中之中.

1　各省市自治區(qū)的能源消費(fèi)特征分類

1.1研究思路

針對(duì)各省市自治區(qū)的能源消費(fèi)的特征分類，首先將產(chǎn)業(yè)分為第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)，并作為準(zhǔn)則層，然后建立能源消耗的評(píng)價(jià)指標(biāo)，將評(píng)價(jià)指標(biāo)——煤炭比重、電力比重、汽油比重、天然氣比重、單位GDP能耗和單位GDP電耗的數(shù)據(jù)作為方案層.最后根據(jù)層次分析法得到目標(biāo)層能源消耗對(duì)方案層評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)系，并運(yùn)用加權(quán)C均值聚類［1］的方法對(duì)各省市自治區(qū)的能源消耗進(jìn)行分類，得到不同類別的能源消耗的特征.

1.2數(shù)據(jù)處理

分別求出第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)的煤炭比重、電力比重、汽油比重、天然氣比重、單位GDP能耗和單位GDP電耗的數(shù)據(jù)如下表1所示：

表1　能源消耗評(píng)價(jià)指標(biāo)值

為了從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)各省市自治區(qū)的能源消耗特征進(jìn)行分類，本文選擇在2010年各省市自治區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上運(yùn)用層次分析法和加權(quán)C均值聚類的方法對(duì)該問題進(jìn)行了處理.2010年能源消耗特征評(píng)價(jià)指標(biāo)如下表2所示：

表2　 2010年能源消耗評(píng)價(jià)指標(biāo)的值

依據(jù)2010年各省市自治區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及層次分析法，可以得到各省市自治區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)層能源消耗的值，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化［3］得到相應(yīng)的部分結(jié)果如下表3所示.

表3　各省市自治區(qū)能源消耗評(píng)價(jià)指標(biāo)無量綱化后數(shù)據(jù)

1.3結(jié)果分析

對(duì)表3中的數(shù)據(jù)運(yùn)用加權(quán)C均值聚類的方法對(duì)各省市自治區(qū)的能源消耗進(jìn)行分類，結(jié)果如下表4所示：

表4　各省市自治區(qū)的能源消耗的分類的結(jié)果

依照無量綱化后的數(shù)據(jù)，每一類的能源消耗特征為：

第一類的能源消費(fèi)特征為：單位GDP能耗和單位GDP電耗是很低的，能源的利用效率相對(duì)較高，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)能源的依賴程度相對(duì)較低.對(duì)煤炭、汽油和電力的依賴不強(qiáng).

第二類的能源消費(fèi)特征為：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)能源的依賴程度很大，單位GDP能耗和電耗的數(shù)值相對(duì)較大，對(duì)煤炭、電力和汽油的依賴性較強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展依賴于能源.

第三類的能源消費(fèi)特征為：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)能源的依賴程度是很大的，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展幾乎是取決于煤炭、電力和汽油，是以能源為支撐的經(jīng)濟(jì)發(fā)展.

2　下一個(gè)發(fā)展期的各省市自治區(qū)的能源分配方案

2.1研究思路

針對(duì)下一個(gè)發(fā)展期的各省市自治區(qū)的能源分配方案，首先建立評(píng)價(jià)能源消耗總量的指標(biāo)包括煤炭、原油、汽油、柴油、天然氣、電力和GDP，然后運(yùn)用多元線性擬合的方法擬合能源消費(fèi)總量和各個(gè)指標(biāo)之間的關(guān)系式.最后根據(jù)歷年的各省市自治區(qū)的煤炭、原油、汽油、柴油、天然氣、電力和GDP的消耗量的值，運(yùn)用插值和擬合的方法對(duì)各省市自治區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)在下一個(gè)發(fā)展期的值進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將預(yù)測(cè)值帶入能源消費(fèi)總量和各個(gè)指標(biāo)之間的關(guān)系式中，從而得到了下一個(gè)發(fā)展期的各省市自治區(qū)的能源分配總量.

2.2數(shù)據(jù)的處理

1）不同地區(qū)、不同年份的煤炭（萬噸），原油（萬噸）、汽油（萬噸）、柴油（萬噸）、天然氣（億立方米）、電力（億千瓦小時(shí)）和GDP（億元）的部分值如下表5所示：

表5　能源消耗總量評(píng)價(jià)指標(biāo)的值

2）運(yùn)用插值和擬合的方法對(duì)各個(gè)省份的煤炭、原油、汽油、柴油、天然氣、電力和GDP的下一個(gè)發(fā)展期的消耗量進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到各個(gè)省份下一個(gè)發(fā)展期每年能源消耗總量評(píng)價(jià)指標(biāo)的值.

2.3研究方法

經(jīng)過模型準(zhǔn)備階段對(duì)數(shù)據(jù)的處理，在此基礎(chǔ)上可以建立多元線性回歸模型［2］，即

其中βo、β1、β2、β3、β4、β5、β6、β7是多元擬合回歸方程中的回歸系數(shù).

在Matlab編程中，運(yùn)用regress命令，得到回歸系數(shù)完成回歸方程為：

Y=0.8127m+1.8611y+4.0856q-0.8666c+13.1072t+0.7254d+0.0371G-34.4983

為了驗(yàn)證擬合的效果，對(duì)擬合后的數(shù)值和原數(shù)值進(jìn)行方差分析［4］，得到結(jié)果如下表6所示：

表6　方差分析

從分析的數(shù)據(jù)中可以得知F=1.36E-07小于F的臨界值Fcrit=4.061706，所以在顯著性水平0.05下接受原假設(shè)，認(rèn)為這兩組數(shù)據(jù)不存在差異性。故可認(rèn)為擬合效果較好.

2.4結(jié)果分析

將各省市自治區(qū)下一個(gè)發(fā)展期每年能源消耗總量評(píng)價(jià)指標(biāo)的值帶入回歸方程，即可得到下一個(gè)發(fā)展期的各省市自治區(qū)的能源分配，結(jié)果如下表7所示：

表7　 2011～2015年各省市自治區(qū)的能源分配總量的預(yù)測(cè)值

從分析的過程中可知，通過對(duì)各省市自治區(qū)每年的煤炭、原油、汽油、柴油、天然氣、電力和GDP的預(yù)測(cè)，由多元回歸方程即可定量得出各省市自治區(qū)每年的能源消耗總量的值，從而得到各省市自治區(qū)的能源分配方案.

3　我國各省市自治區(qū)能源消耗總量控制的實(shí)施方案

3.1研究思路

針對(duì)各省市自治區(qū)能源消耗總量控制的實(shí)施方案，為了提高方案實(shí)施的可操作性，建立第一產(chǎn)業(yè)比重、第二產(chǎn)業(yè)比重、第三產(chǎn)業(yè)比重、GDP總量和平均工資水平這五個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過對(duì)這個(gè)五個(gè)指標(biāo)的分析和控制，從而間接達(dá)到對(duì)能源消費(fèi)總量控制的目的，結(jié)構(gòu)模型如下圖1所示：

圖1　能源消費(fèi)總量控制結(jié)構(gòu)模型圖

3.2研究方法

能源消耗總量用Y（億噸/標(biāo)準(zhǔn)煤）來表示，能源消耗總量用GDP總量G（億元）、平均工資水平z（萬元）、第一產(chǎn)業(yè)比重k1、第二產(chǎn)業(yè)比重k2和第三產(chǎn)業(yè)比重k3這五個(gè)指標(biāo)來衡量.選用多組數(shù)據(jù)運(yùn)用Matlab軟件對(duì)能源消耗總量和GDP總量、平均工資水平、第一產(chǎn)業(yè)比重、第二產(chǎn)業(yè)比重和第三產(chǎn)業(yè)比重進(jìn)行擬合.

經(jīng)過模型準(zhǔn)備階段對(duì)數(shù)據(jù)的處理，在此基礎(chǔ)上可以建立多元線性回歸模型，即：

在Matlab7編程中，運(yùn)用regress命令，得到回歸系數(shù)完成回歸方程，同時(shí)運(yùn)用t-檢驗(yàn)來驗(yàn)證擬合效果.

3.3結(jié)果分析

運(yùn)用Matlab7可得到多元回歸方程為：

做出殘差與殘差置信區(qū)間的圖2所示：

圖2　殘差與分析圖

從圖2可知，此時(shí)不存在異常點(diǎn)，用Matlab7軟件，由jbtest檢驗(yàn)，h=0表明殘差服從正態(tài)分布，進(jìn)而由t檢驗(yàn)可知h1=0，p1=1，故殘差服從均值為零的正態(tài)分布.

為了驗(yàn)證擬合的效果，對(duì)擬合后的數(shù)值和原數(shù)值進(jìn)行t-檢驗(yàn)［4］，得到結(jié)果如下表8所示：

表8　 t-檢驗(yàn):雙樣本異方差假設(shè)

由t-檢驗(yàn):雙樣本異方差假設(shè)得，t的統(tǒng)計(jì)量的觀測(cè)值t Stat=-4.54357E-05小于t雙尾臨界2.015367547，所以在顯著性水平0.05下接受原假設(shè)，認(rèn)為這兩組數(shù)據(jù)不存在差異性.故認(rèn)為擬合的效果較好.

由分析可知，為了監(jiān)督和考核各省份能源消費(fèi)總量控制目標(biāo)的完成情況，可以通過對(duì)GDP總量、平均工資水平、第一產(chǎn)業(yè)比重、第二產(chǎn)業(yè)比重和第三產(chǎn)業(yè)比重這五個(gè)指標(biāo)的監(jiān)控，間接計(jì)算得出能源消費(fèi)總量，從而達(dá)到監(jiān)督和考核能源消費(fèi)總量控制目標(biāo)的完成情況.

4　總結(jié)

通過各省市自治區(qū)能源消費(fèi)總量的分配模型和利用各省市自治區(qū)歷年的煤炭、原油、汽油、柴油、天然氣、電力和GDP這七個(gè)指標(biāo)的值來完成各省市自治區(qū)的能源分配.使得當(dāng)全國總的能源消費(fèi)量在某個(gè)給定水平時(shí)，可以利用該能源分配方案將這有限的資源配置給各個(gè)地區(qū)，使得各地在合理均衡發(fā)展的基礎(chǔ)上，充分利用有限資源提升發(fā)展質(zhì)量.同時(shí)由能源總量控制模型，利用GDP總量、平均工資水平、第一產(chǎn)業(yè)比重、第二產(chǎn)業(yè)比重和第三產(chǎn)業(yè)比重這五個(gè)指標(biāo)來監(jiān)督和考核能源消費(fèi)總量控制目標(biāo)的完成情況，使能源分配方案更好的落實(shí)在各個(gè)地區(qū)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展.

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責(zé)任編輯：張隆輝

中圖分類號(hào)：F206

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-2094（2015）02-0033-05

收稿日期:2015-03-03

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)項(xiàng)目（11301001），安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)教研項(xiàng)目（acjyzd201429），安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)大學(xué)生科研創(chuàng)新基金項(xiàng)目（XSKY1531）.

作者簡介：程倩倩（1993-），女，安徽長豐人，安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院2012級(jí)本科生.朱家明（1973-），男，安徽泗縣人，安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院副教授，碩士.研究方向：應(yīng)用數(shù)學(xué)與數(shù)學(xué)建模.