基于層次分析法的能源分解問題研究

蔣雪 應昊鍵 陳露

摘要：針對中國能源分解問題，綜合使用層次分析法、數理統計、回歸分析等方法，建立能源消耗總量分解模型，研究各省份能源分解方案：對能耗較高的地區進行能源消耗總量調配，在維持基本經濟的情況下對產業結構進行微調以降低能耗，實現可持續發展。對于能耗低的地區能源消耗總量多分配，使其經濟發展節能高效化，并使用分解公式計算并對比2011年至2014年的各省份實際能源消費總量結果幾乎一致，充分證明本文提出的能源消費總量分配方案切實可行。

關鍵詞：能源消耗；層次分析法；能源分解

0 引言

能源是促進國家經濟發展不可或缺的推動力，實現經濟的可持續發展也離不開能源的持續供應。良好的經濟基礎不僅能給生產提供保障，還能促進人們生活水平的提高，但隨著經濟的不斷發展，能源消耗增加，加劇了生態環境的迫害，難以實現可持續發展的目標，因此能源的過度消耗成為一個亟待解決的社會間題[1]。我國經濟在不斷的發展過程中，能源與環境、與消費的矛盾越來越尖銳，高效地利用能源和降低能耗應該作為我國能源政策的調整的方向[2]。目前，《循環經濟法》、《能源法》等相關政策正在積極制定推進中，然而我國一共有34個省份，每個省份（其中也包括自治區和直轄市）都是相對獨立的，每個地區都希望從自身出發實現快速發展，但過快的經濟增長會帶來能源消耗過度的間題，最終給國家整體經濟的發展帶來不利。因此國家管理部門應該通過合理限制各地能源消費總量并對一些能源消耗不合理或過度浪費的地區進行調整等方法來合理控制各地經濟發展速度。當國家總的能源消費量限定在一個給定的范圍內時，管理部門需要根據各個地區的能源消耗情況，合理地將有限的資源分配給各個需求地，使各地在保證經濟適度發展的條件下，提高能源的使用效率[1]。

1 能源分解模型

能源是人類社會賴以生存的物質，為了生態平衡，管理部門應對能源消耗量進行適當的控制和調配。假設國家總的能源消費量規定在一個給定的水平時，需要給定一個合理的分配方案將有限的資源分配到各個地區。本文將各省份當年應分配到的能源量分為兩部分，其中一部分是維持去年經濟能源消耗總量的分配，用維持系數與該省去年能源消耗量的乘積表示，另一部分是剩余消費總量的分配，除了維持去年基本經濟發展需求外，國家剩余的能源消耗量根據各地需求及發展需要合理的分配下去，該省能源分配權重系數決定了該省能分配到的剩余能源量。具體執行步驟如圖1所示：

于是建立能源分解模型：

Ei表示該省當年的能源分配量；ei-1表示該省去年的能源消耗量；E'表示通過回歸分析預測的今年該省的能源消耗量；wi表示該省能源分配權重系數；α為維持系數[3]。

1.1 維持系數的評判指標

目前，能源消耗總量的影響因素指標主要有：產業結構、資源稟賦、經濟發展水平、能源消費結構等[4]。目前我國產業結構主要采用的是三次產業分類法：第一產業、第二產業、第三產業，因此本文選取三次產業分類法[5]作為產業結構研究。且我國以煤炭、原油、天然氣、電力為最主要的能源。基于以上分析，選取維持系數的評判指標為：

（1）一級指標：產業結構、資源察賦、經濟發展水平·能源消費結構[4]；

（2）二級指標：第一產業、第二產業、第三產業、煤炭、天然氣、原油、電力。

1.2 維持系數的確定方法

維持系數評判指標從不同的側面反映維持基本能源消耗總量，但在總體的評價中所承擔的作用區別對待，故需要確定各個評價指標所占的權重。目前常見的確定指標權值的方法有層次分析法（AHP）、專家打分法、嫡值法、二項系數法、序關系分析法等。由于層次分析法采用主觀客觀相結合，具有簡單、系統性[6]的優點，因此本文選用層次分析法（AHP）從主觀和客觀對評定指標進行確定。

（1）建立遞階層次能源消耗結構模型

（2）構造兩兩比較評價矩陣

在搭建好遞階層次結構后，進一步決策，需要反復解決對于上層準則中任意兩個指標哪個更重要的問題。采用1-9比例標度（如表1所示），采用專家評分的方法，分別對層次結構框圖中屬于一級指標層和二級指標層的指標進行比較，并形成矩陣A，實現判斷的定量化。

（3）層次單排序及一致性檢驗

1）層次單排序

層次單排序是指用判斷矩陣確定某一層次的指標相對于上一層次相關的某一指標的權重，轉化為求解Aw=λmax×w的特征根問題，下面采用和法求解λmax和w，計算步驟如下：

所得到的W=[W1，W2，...Wn]T即為所求的特征向量。

2）一致性檢驗

由于人們主觀地對復雜事物的評價及理解可能產生片面性，要求每一個評定具有完全的一致性是幾乎不可能的，因此經過兩兩比較得到的判斷矩陣不能保證它的一致性[7]。為了使結果更為合理，即為了檢驗各元素重要度之間的協調性，需要進一步進行一致性檢驗，其步驟如下：

式中：RI為平均一致性指標，用于檢驗不同階判斷矩陣是否通過一致性檢驗。

（4）層次總排序及一致性檢驗

1）層次總排序

Wij'=Wk·Wij （7）

式中：Wij'為二級指標絕對權重；Wk為一級指標層判斷矩陣的權重系數；Wij為二級指標層各判斷矩陣的權重系數。

2）一致性檢驗

如果二級指標相對于一級指標單排序的一致性指標為Cij，對應的平均一致性指標為Rij，則總排序隨機一致性比例為：

式中：C為一級指標形成的判斷矩陣的權重。當CR<0.1，一致性檢驗符合要求。

1.3 維持系數的計算方法

α=RT·W （9）

式中：。為維持系數；RT為各指標的賦值向量；W為各指標權重的向量。

1.4 能源分配系數的計算

在計算能源分配權重系數時，以單位GDP能耗為反映產業結構、資源稟賦、經濟發展水平與能源消費結構這四個因素的評價指標[8]，采用了變異系數法[9]對各省單位GDP能耗的數據進行分析計算，確定各省份的能源分配權重。變異系數法可直接使用各項指標所蘊含的信息以獲得各指標的權重系數。該方法的基本含義是：指標取值的差異越大代表該指標實現的難度越大，對評定對象產生相應的影響，從而體現出被評價的對象之間的差異度。

由于指標的量綱不同，不能夠直接用來比較它們之間的差別程度。為了消除這類影響，用每個指標的變異系數來衡定它們之間的差異度。

變異系數的計算：

式中：Vi為第i項指標的變異系數；xi為第i項指標的均值；σi為第i項指標的標準差。

各項指標的權重為：

根據權重計算公式，得到30個省、市、自治區的2011年的權重如下表2：

1.5 能源消耗總量分解從《中國能源統計年鑒》查找2016年各省市的能源消費數據，得到表3。

由《中國能源統計年鑒》找出2011-2016年中國能源消費總量，觀察能源消費的發展趨勢，做一元線性回歸預測，得到2017年中國能源消費總量為441935，根據式子（1）求解，得到各個省市的能源分配方案，如下表4。

1.6 能源消耗總量分解方案分析與總結

隨機抽取5個省份：吉林、天津、山西、內蒙古、黑龍江，參考《中國統計年鑒》的相關數據，通過本文提出的能源分解公式得到5省份2011年至2016年能源消耗總量分配量如下圖3與實際能源消耗總量分配量如下圖4對比：

從圖3和圖4的對比中我們可以看出2011年至2016年本文提出的能源分解量與實際分配量基本一致，沒有明顯差異。證明在維持基本經濟發展的情況下對能源進行一次分配，再通過分配剩余能源消費總量對能耗高的省份進行微觀調控，使能源消費總量可持續發展的分解方案切實可行。

本文針對不同省份產業結構、經濟發展水平、能源消耗等因素，選用反映這些因素的關鍵性指標建立能源分解模型，提出能源消費總量分解方案。本文將剩余能源進行二次分配，既保證了經濟比較發達的地區繼續發展，避免了這些地區因為發展過快而導致能源過度消耗，資源環境無法承受的現象，又為促進了落后地區的經濟發展，合理地控制了各地能源消費量，對實現國家經濟可持續發展具有重要意義。

參考文獻：

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[2]陳尊理，馬文輝.提高能源效率是我國能源政策的首要選擇[J].節能技術，2001，（05）：36-40.

[3]張凱.基于組合預測模型對我國能源消耗的研究分析[J].金融理論與教學，2017， （02）：90-97.

[4]秦鵬，代霞.中國能源消費總量：時序演變、影響因素與管控路徑[J].求索，2015，（01）：111-115.

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[6]許樹柏.實用決策方法：層次分析法原理[M].天津大學出版社，1988.

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[8]歐雯雯.區域能源消費總量控制研究[D].浙江工業大學，2012.

[9]汪亞楠，朱家明，曾淑嫻等.能源消耗總量的控制與分解方案的探究[J].衡水學院學報，2015，17（4）：39-43.