基于大數據的內蒙古自治區能源消費系統預測及效率分析

在全球能源形勢嚴峻與 “雙碳” 目標推進的背景下，能源消費系統研究對地區可持續發展意義重大。內蒙古自治區作為我國重要能源基地，能源產業地位關鍵。但長期依賴煤炭等化石能源，使其面臨碳排放高、能源結構失衡等問題，制約能源產業可持續發展。大數據技術的發展為能源研究帶來新途徑，能助力精準剖析能源消費系統。所以運用大數據研究內蒙古自治區能源消費系統，對其能源轉型與可持續發展有重要現實意義。

一、緒論

（一）研究背景與意義

內蒙古自治區是我國重要化石能源基地，其煤炭產業不僅是當地經濟的支柱，也關乎國家能源安全、經濟穩定。“雙碳” 目標下，內蒙古自治區化石能源消費亟待變革，需響應國家政策，調整能源結構，減少依賴。此時，優化產業布局、強化區域合作是關鍵，而從模型結構優化GBDT 模型，契合能源轉型需求，兼具理論與實操意義。

（二）國內外研究現狀

本節主要介紹目前能源消費預測、碳排放預測以及GBDT 預測模型的研究現狀，以評述現有研究的成果和存在改進的方向，明確本文的研究方向。

1. 能源消費

針對能源消費與經濟增長關系，現有研究聚焦能源消費品種與產業結構兩方面。付艷 用灰色關聯分析法，實證探究中國經濟增長與能源消費相關性。從能源消費產業結構來看，2011 年我國能源消費總量 348002 萬噸標準煤，各行業占比不一，工業占比達 70.82% ，是能耗最大的產業部門，農林牧漁、建筑、交通等行業也各占一定比例，生活能源消費占 10.75% 。

閆姝雅等人[2] 研究表明 ， 能源效率趨向前沿面時，西部 9 省減少能源消費配額，東部 8 省增加，調整后全國能源配置效率提升、消費強度下降；在效率優先兼顧公平情景下，東部省份能源配額減少，中西部省份增加，但西部碳排放與污染物排放指標配額少，由此面臨更大減排壓力。

內蒙古是我國重要煤炭基地，煤炭儲量極為豐富。作為傳統能源，煤炭對內蒙古能源消費、經濟保障意義重大，創造就業、拉動產業，延伸出龐大產業鏈，助力當地經濟多元化。然而，煤炭推動經濟時引發環境問題，實現可持續發展挑戰重重。在中國，發達地區易實現技術與能源結構革新，像內蒙古自治區等能源輸出省份是助力者，卻難以獨自完成能源轉換，如何化解新舊能源轉換中的矛盾，尤為關鍵 [3]。

2. 碳排放

碳排放研究聚焦關鍵影響因素及經濟、碳排放增速關系。孫蒙等人 [3] 用空間杜賓模型分析 2003~ 2019 年各省碳排放量，發現能源結構影響最大，還涉及人口規模等因素。他們構建聯合改進算法與 BP 神經網絡的預測模型，平均誤差僅 0.16% ，經情景分析，高速、中速情景下，我國有望 2028～2029 年碳達峰，峰值 120～122 億噸。

韓夢瑤等人 [4] 結合泰爾指數與 Tapio 模型，剖析 2005～2017 年各省碳排放與經濟關系，得出如下結論：各地碳排放與經濟總量多呈增長、強度多下降；省份間碳排放差距逐年擴大；多數地區碳排放與經濟增長脫鉤歷程復雜，部分穩定性低。

內蒙古自治區碳排放問題嚴峻，煤炭、工業等都是源頭，大規模采煤發電、工業擴張加上管控缺位，致使排放量攀升。這不僅讓環境惡化，氣候異常、生態受損，還阻礙經濟升級，增添成本與壁壘，加劇發展失衡。

二、基于GBDT算法的能源消費系統分析及預測（一）能源消費相關因子分析

城市居民人均消費支出對能源消費有著重要的影響，隨著人們收入水平的提高和消費結構的改變，人們對能源的需求也不斷增加。特別是隨著交通工具普及以及家用電器增多，居民日常生活的能源消費占比逐漸增大，如表1 所示。

表 1 2012 年 ～2021 年能源消費總量

生產總值作為經濟增長與能源消費的重要特征，其重要性得分較高，這表明經濟增長與能源消費之間存在密切關系，無論是總體生產規模還是人均收入的提高，都會帶動能源消費的增加。經濟增長往往伴隨著更多的工業生產和更頻繁的商業活動，這都需要能源支持。

（二）能源消費特征分析

能源消費總量是一定時期內全國物質生產部門、非物質生產部門消費的各種能源的總和。

2012～2021 年，內蒙古自治區一直是電力凈調出地區，電力生產多于消費，前期凈調出量遞增，后有波動但總體平穩。當地一次電力消費逐年增漲，電力生產也同步提升，凸顯能源產業優勢，不過化石燃料發電會損害環境，需轉用清潔能源。當下內蒙古自治區雖有利用清潔能源趨勢，但開發利用程度低，傳輸、存儲設備不足，能源結構轉型仍任重道遠。

1. 數據收集與說明

本研究聚焦內蒙古自治區 2012～2021 年能源消費數據，取自《內蒙古統計年鑒》。如表 2 所示，內蒙古能源消費總體呈增長態勢。 2012～2024 年，煤品燃料消耗前期穩中有增，2015 年起下降，2021 年降至 101.48% ；油品燃料自2005年持續下滑，2013 年后降速加快；天然氣消耗總體上升；一次電力消耗增長迅猛，從 2005 年的 0.66% 升至 2021 年的 13.67% 。由此可見，內蒙古自治區一次能源消耗增長最快，凸顯對清潔能源需求攀升；煤品、油品燃料消耗降低，得益于環保與轉型舉措。

2. 中國能源消費系統的建模結果與討論

本研究選取了 2022 年能源消費總量最高、自然資源較豐富的地區 : 內蒙古自治區。內蒙古自治區能源消費長期以煤炭為主， 2008～2021 年，煤炭消費占比從 108.11% 降至 101.48% ，降幅6.13% ； 2005～2020 年，石油消費占比從 9.89% 降至 4.83% ，降幅 51.16% 。天然氣消費占比持續攀升，對比 2005 年，2012、2013 年增幅超 70% 。為契合能源消費長遠趨勢，本研究運用 GBDT 模型，預測并分析內蒙古自治區 2022～2060 年能源消費情況，如圖 1 所示。

圖 1 2022～2060 年內蒙古自治區能源消費總量預測擬合曲線

內蒙古自治區作為能源生產和消費的重要地區，消費量呈現增長的總趨勢。盡管傳統能源仍占據主導地位，但是內蒙古自治區的能源結構在逐漸轉型優化。清潔能源持續發展，其在能源消費的占比也將越來越高。未來，內蒙古自治區的能源消費政策需要更加注重可持續發展，推動能源結構的優化與升級。

表2 內蒙古自治區 2012～2021 年各能源消費量占比 (%) ）

三、基于碳排放與經濟增長關系的研究

（一）化石能源排放特征分析

自改革開放以來，我國經濟高速增長和生活水平不斷提高，但同時也伴隨著能源的高消耗、環境的高污染及生態的嚴重破壞等問題。尤其是化石能源在我國能源消費中占據了主導地位，其消費量占能源消費總量的比重在 90% 以上，化石能源的一次性耗竭和不可再生性決定了過度的開發利用遲早會枯竭的結果。

圖 2 2009～2020 年化石能源碳排放

從圖 2 可見， 2009～2021 年，化石能源碳排放量先從低位漸升， 2012～2016 年持續上揚，2016～2018 年達峰值后下降。內蒙古自治區身為重要能源基地，自 2009 年起，化石燃料碳排放位列全國第五，因而積極調整能源結構，削減依賴、降低排放。2020 年其風電、太陽能發電量全國居首，新能源快速發展，也助力化石能源排放量進一步下降。

（二）化石能源碳排放趨勢預測分析

如表 3 所示， 2022～2027 年，內蒙古自治區碳排放量下降迅速，從 749.19 萬噸降至 363.86 萬噸，年均減約77 噸，彰顯減排舉措成效顯著。2027年后，下降速度放緩。對此，內蒙古自治區政府需再發力，出臺更嚴減排政策法規，保障排放量持續走低；加大清潔能源、低碳技術投入，幫助企業提能效；推動產業結構優化，發展低碳產業，擺脫高排放與化石能源依賴。

表3 化石能源碳排放量預測

四、結語

隨著人工智能、物聯網的成熟，大數據在能源消費預測及效率分析中將更有用武之地，機器學習、深度學習算法也會助力預測。能源消費系統復雜，需跨行業學科融合研究，借大數據剖析能源政策與市場，轉變消費行為、提效率。提升公眾認知與參與度，對能源可持續發展很關鍵。經濟全球化背景下，各國經驗可互鑒，未來應強化國際交流合作。總之，該領域機遇挑戰并存，要從多維度深化拓展，助力能源可持續發展。

參考文獻：

[1]付艷.能源消費、能源結構與經濟增長的灰色關聯分析[J].工業技術經濟，2014，33(5):153-160.

[2]閆姝雅，楊國濤，張淼.“雙控”和“雙碳”目標下中國省域能源消費指標分配[J].統計與信息論壇，2023，38(5):118-128.

[3]孫蒙，李長云，邢振方等.碳中和目標下中國碳排放關鍵影響因素分析及情景預測[J].高電壓技術，2023，49(9):4011-4021.

[4]韓夢瑤，劉衛東，謝漪甜等.中國省域碳排放的區域差異及脫鉤趨勢演變[J].資源科學，2021，43(4):710-721.

（作者單位：內蒙古工業大學）