能源概況預(yù)測(cè)模型的建立及求解

徐哲揚(yáng) 柴靖軒

摘 要：本文基于美國(guó)四大州建立了一個(gè)預(yù)測(cè)模型來(lái)描述和預(yù)測(cè)其能源使用情況。首先，為了從樣本數(shù)據(jù)中獲得四個(gè)狀態(tài)的能量分布，通過(guò)預(yù)處理樣本數(shù)據(jù)以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)行插值和冗余去除。然后根據(jù)清潔能源和非清潔能源對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。在描述和預(yù)測(cè)具有時(shí)變能量概況的多個(gè)影響因素時(shí)，考慮因素的動(dòng)態(tài)變化，使得描述更接近實(shí)際情況，更準(zhǔn)確地進(jìn)行預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：能源概況 預(yù)測(cè)模型 多目標(biāo)程序設(shè)計(jì)

引言

能源是人類生存、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和現(xiàn)代文明不可或缺的重要物質(zhì)資源，它也是與國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈和國(guó)防安全有關(guān)的重要戰(zhàn)略物資。能源的生產(chǎn)和消費(fèi)是經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的主要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，能源消耗率大大提高，傳統(tǒng)能源已不能滿足日益增長(zhǎng)的需求，新能源的開發(fā)和消費(fèi)即將到來(lái)。

1數(shù)據(jù)處理

由于分類標(biāo)準(zhǔn)不同，不同的能耗數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)兩次計(jì)算。 因此，本文通過(guò)過(guò)濾所有數(shù)據(jù)，選擇分類標(biāo)準(zhǔn)。為了避免不同變量的數(shù)據(jù)量對(duì)不同尺寸能耗結(jié)果的影響，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)處理。

篩選數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有些指標(biāo)的數(shù)據(jù)缺失。為了避免錯(cuò)誤，本文使用奇異譜插值N-SSA來(lái)插入缺失數(shù)據(jù)。

以DFICV數(shù)據(jù)為例，上圖為1960年至1969年的一條平滑曲線，其原始缺失數(shù)據(jù)采用奇異插值法和MATLAB進(jìn)行插值。

2 能源概況

亞利桑那州的能源工業(yè)發(fā)展緩慢，能源供需失衡。從1960年到1970年，該地區(qū)的能源應(yīng)主要來(lái)自其他國(guó)家。1970年以后，該地區(qū)增加了能源開發(fā)支出。1990年，該地區(qū)的傳統(tǒng)能源消耗量逐漸增加。但是，2009年傳統(tǒng)能源消費(fèi)量下降，表明能源結(jié)構(gòu)開始發(fā)生變化。

加州傳統(tǒng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)的變化趨勢(shì)基本一致，但消費(fèi)形勢(shì)明顯滯后。自1985年以來(lái)，該地區(qū)傳統(tǒng)能源開發(fā)力度逐漸減弱，但清潔能源發(fā)展始終處于相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，發(fā)展速度相對(duì)較慢。

新墨西哥州的能源消耗和能源生產(chǎn)失衡，消費(fèi)遠(yuǎn)高于生產(chǎn)，不能自給自足。 所以它必須從其他國(guó)家獲得能量。而且，清潔能源的生產(chǎn)和消費(fèi)相對(duì)較低，能源結(jié)構(gòu)單一，主要依靠傳統(tǒng)能源。1985年，傳統(tǒng)能源消費(fèi)量最低，2003年清潔能源生產(chǎn)量和消費(fèi)量略有增加。

德克薩斯州的能源生產(chǎn)和消費(fèi)基本相同，只能在該州使用。 沒(méi)有更多的能量可以分配給其他國(guó)家。 2000年，可能出臺(tái)的一些能源政策或可能改革的能源技術(shù)導(dǎo)致其能源工業(yè)的快速發(fā)展。

3 趨勢(shì)預(yù)測(cè)

在建立預(yù)測(cè)模型之前，必須對(duì)時(shí)間序列變量進(jìn)行ADF單位根檢驗(yàn)，即測(cè)試變量的穩(wěn)定性。模型檢驗(yàn)結(jié)果是穩(wěn)定的。之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)整檢驗(yàn)，從協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，過(guò)去1960-2009年，能源、GDP、人口、工業(yè)部門總支出和煤炭資源密度有五個(gè)變量，在重要水平下有以下協(xié)整預(yù)測(cè)方程：

根據(jù)1960？2009年四種能源和清潔能源時(shí)間序列數(shù)據(jù)，擬合最接近兩種能源發(fā)展趨勢(shì)的曲線方程。

最終得到最佳的擬合曲線方程：

使用趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法來(lái)預(yù)測(cè)1960年至2009年的能源數(shù)據(jù)并進(jìn)行模擬。從圖2中可以看出，使用預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法和實(shí)際擬合度的四個(gè)狀態(tài)的能量高，誤差較小。

結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，能源消耗率大大提高，傳統(tǒng)能源已不能滿足日益增長(zhǎng)的需求，新能源的開發(fā)和消費(fèi)即將到來(lái)。本文基于美國(guó)四大州建立了一個(gè)復(fù)合預(yù)測(cè)模型來(lái)描述和預(yù)測(cè)其能源使用情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] http：//www.ne21.com/news/show-54435.html

[2] https：//www.eia.gov/state/seds/seds-data-complete.php？sid=US