以美國四州為例能源結構的分析

周聰　楊蓉　郭晴

摘 要：本文中，我們將以美國四個州為例，分析33年間能源結構的變化以及清潔能源的發展情況。為了更好的體現能源結構的變化，引入了能源強度的概念。最后根據分析結果對四個州的能源結構進行對比和評估，以得出針對不同地區的發展建議。

關鍵詞：能源結構 清潔能源 能源消費強度

中圖分類號：TE0 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）10-0-01

引言

隨著時代的進步，可持續發展的觀念已經被各國重視起來，各國在發展經濟的同時，也在關心自己的能源結構是否足夠清潔。美國是目前世界上最大的國家，擁有較完備的能源結構。而且美國有相對比較完善的能源用量記錄，便于分析。所以，我們獲取了加利福尼亞州，亞利桑那州，新墨西哥州和德克薩斯州四個州1977年到2009年33年間各項能源的消耗量。以這些州為例，分析這五十年間的能源結構的變化趨勢，來評價這些州發展清潔能源的情況。

一、能源分類

首先，我們對能源進行合理的分類。為了與獲得的數據相契合，將總能源消耗分為清潔能源消耗和化石燃料消耗，清潔能源消耗分為可再生能源消耗和核能消耗。為了簡化分析過程，這里分析能源結構時，主要考慮各能源的消耗量，因為消耗量會直接體現在經濟效益和污染排放上面。

二、四個州1977-2009年的能源概況

能源的使用效率是研究一個地區的能源結構比較直觀的體現。為了衡量一個地區的能源使用效率，我們來介紹一下能源消耗強度ECI。它可以通過整個國民經濟多個行業來計算，計算范圍越廣，結果越有說服力。這里ECI的計算方法為實際生產總值每美元消耗的能源，能量消耗強度越低，表明能源的利用更高效。根據已獲取到的數據，獲得33年來各個州能源消耗強度以及清潔能源消耗量的變化曲線。

如圖（1）所示，所有四個州的能源強度總體都呈下降趨勢，表明在33年間，能源利用率整體上是呈現上升趨勢。在核能方面，新墨西哥幾乎沒有使用核能，而其它三個州相差不大。在可再生能源消費方面，加利福尼亞州遠遠領先于其他三個州。亞利桑那州和德克薩斯的差別不大，新墨西哥的可再生能源在21世紀剛剛起步。

綜上所述，這四個州的能源使用效率整體正在增加。但還是可以看出各個州之間的有較大差距，特別是新墨西哥州的清潔能源才剛剛起步，而加利福尼亞州的清潔能源已經有較好的發展。

三、各州清潔能源消耗占比

單憑清潔能源的消耗量，并不能完全體現當地的能源結構。所以我們使用MATLAB繪制1977年到2009年間各州清潔能源消耗量占比的變化趨勢。

如圖（二）所示，亞利桑那州清潔能源占比最高，新墨西哥州和德克薩斯州的清潔能源占比遠小于其他兩州。雖然德克薩斯州清潔能源消耗量不低，但是化石能源消耗依舊占絕大部分。

結語

本文我們引入能源強度的概念來評估四個州33年間的能源結構變化情況。總的來說，四個州的能源結構都在朝清潔能源的方向發展。能源消耗強度在33年間減少到原來的30%至50%，可以看出能源的利用效率整體在不斷地提高。一方面，能源消耗強度與經濟結構有關，一般第三產業能源利用率較高，服務業的發展會導致能源消費強度的下降。另一方面，生產效率會對能源消費強度產生負向影響，就是隨著生產技術的提高和節能技術開發，能源的利用率會得到提升。

根據世界銀行的數據，加利福尼亞州與德克薩斯州2016年GDP總量分別為21560億美元和16526億美元，位居全美第一第二，是名副其實的發達地區。而亞利桑那州和新墨西哥州州位列第21位和第37位，屬于中等偏下水平。經濟實力的差異在很大程度上會影響到能源結構的發展。新墨西哥州在核電方面沒有幾乎發展，可再生能源的消耗量也相當有限。在本身經濟實力不足的情況下，要求其立刻開發清潔能源，提高能源利用效率并不合適。而德克薩斯州屬于典型的工業大州，雖然清潔能源消耗量不低，但化石燃料消耗占絕大多數，最應當開發清潔能源。可見不同地區的實際情況各不相同，勢必需要不同的能源發展策略。

優缺點：

優點：

為了簡化問題，把能量結構通過來各項能源的消耗來體現。

為了描述能源消費結構動態演化，運用能量消耗強度，對能源消費結構進行了橫向和縱向分析。

缺點：

本文分析能源結構時沒有考慮能量的產量和不同能源之間的轉換。

本文雖然引入能源消耗強度和信息熵的概念來描述能源結構的變化，但是并不能定量分析四個州能源結構的優劣。

參考文獻

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