我国能源消费现状控制与实施的定量分析

程倩倩， 朱家明，房 勇

（安徽财经大学a.管理科学与工程学院；b.统计与应用数学学院；c.金融学院，安徽 蚌埠　233030）

我国能源消费现状控制与实施的定量分析

程倩倩a， 朱家明，b房 勇c

（安徽财经大学a.管理科学与工程学院；b.统计与应用数学学院；c.金融学院，安徽 蚌埠233030）

摘要：本文针对能源总量控制，综合使用多元线性回归分析、层次分析、加权C均值聚类等方法，分别构建各省市自治区的能源消费特征、各省市自治区能源消费总量分配、能源总量控制等模型.运用M atlab7编程研究了各省市自治区的能源消耗的特征.根据经济指标完成的情况，提出我国能源消费总量在下一个发展期各省市自治区的分配方案以及我国各个省份能源消耗总量控制的实施方案.

关键词：能源总量控制；多元回归分析；加权C均值聚类；方差分析；M atlab7

能源是推动经济社会发展必要的物质动力，经济发展离不开能源的可靠供应。经济快速发展虽会提高人民生产生活水平，但过快会导致能源过度消耗，资源和环境无法承受，不利于实现经济社会协调可持续发展.因此，经济发展速度不能过快也不能过慢，必须保持在一个相对合理的水平.当全国总的能源消费量在某个给定水平时，管理部门需要制定一个相对合理的方案将这有限的资源配置给各个地区，使得各地在合理均衡发展的基础上，充分利用有限资源提升发展质量.为此，找出一个有效合理的能源分配方案，是当前经济发展的重中之中.

1　各省市自治区的能源消费特征分类

1.1研究思路

针对各省市自治区的能源消费的特征分类，首先将产业分为第一产业、第二产业、第三产业，并作为准则层，然后建立能源消耗的评价指标，将评价指标——煤炭比重、电力比重、汽油比重、天然气比重、单位GDP能耗和单位GDP电耗的数据作为方案层.最后根据层次分析法得到目标层能源消耗对方案层评价指标的关系，并运用加权C均值聚类［1］的方法对各省市自治区的能源消耗进行分类，得到不同类别的能源消耗的特征.

1.2数据处理

分别求出第一产业、第二产业、第三产业的煤炭比重、电力比重、汽油比重、天然气比重、单位GDP能耗和单位GDP电耗的数据如下表1所示：

表1　能源消耗评价指标值

为了从产业结构对各省市自治区的能源消耗特征进行分类，本文选择在2010年各省市自治区的产业结构基础上运用层次分析法和加权C均值聚类的方法对该问题进行了处理.2010年能源消耗特征评价指标如下表2所示：

表2　 2010年能源消耗评价指标的值

依据2010年各省市自治区的产业结构以及层次分析法，可以得到各省市自治区的评价指标相对于目标层能源消耗的值，并对数据进行无量纲化［3］得到相应的部分结果如下表3所示.

表3　各省市自治区能源消耗评价指标无量纲化后数据

1.3结果分析

对表3中的数据运用加权C均值聚类的方法对各省市自治区的能源消耗进行分类，结果如下表4所示：

表4　各省市自治区的能源消耗的分类的结果

依照无量纲化后的数据，每一类的能源消耗特征为：

第一类的能源消费特征为：单位GDP能耗和单位GDP电耗是很低的，能源的利用效率相对较高，经济的发展对能源的依赖程度相对较低.对煤炭、汽油和电力的依赖不强.

第二类的能源消费特征为：经济的发展对能源的依赖程度很大，单位GDP能耗和电耗的数值相对较大，对煤炭、电力和汽油的依赖性较强，经济的发展依赖于能源.

第三类的能源消费特征为：经济的发展对能源的依赖程度是很大的，经济的发展几乎是取决于煤炭、电力和汽油，是以能源为支撑的经济发展.

2　下一个发展期的各省市自治区的能源分配方案

2.1研究思路

针对下一个发展期的各省市自治区的能源分配方案，首先建立评价能源消耗总量的指标包括煤炭、原油、汽油、柴油、天然气、电力和GDP，然后运用多元线性拟合的方法拟合能源消费总量和各个指标之间的关系式.最后根据历年的各省市自治区的煤炭、原油、汽油、柴油、天然气、电力和GDP的消耗量的值，运用插值和拟合的方法对各省市自治区的评价指标在下一个发展期的值进行预测，并将预测值带入能源消费总量和各个指标之间的关系式中，从而得到了下一个发展期的各省市自治区的能源分配总量.

2.2数据的处理

1）不同地区、不同年份的煤炭（万吨），原油（万吨）、汽油（万吨）、柴油（万吨）、天然气（亿立方米）、电力（亿千瓦小时）和GDP（亿元）的部分值如下表5所示：

表5　能源消耗总量评价指标的值

2）运用插值和拟合的方法对各个省份的煤炭、原油、汽油、柴油、天然气、电力和GDP的下一个发展期的消耗量进行预测，得到各个省份下一个发展期每年能源消耗总量评价指标的值.

2.3研究方法

经过模型准备阶段对数据的处理，在此基础上可以建立多元线性回归模型［2］，即

其中βo、β1、β2、β3、β4、β5、β6、β7是多元拟合回归方程中的回归系数.

在Matlab编程中，运用regress命令，得到回归系数完成回归方程为：

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

为了验证拟合的效果，对拟合后的数值和原数值进行方差分析［4］，得到结果如下表6所示：

表6　方差分析

从分析的数据中可以得知F=1.36E-07小于F的临界值Fcrit=4.061706，所以在显著性水平0.05下接受原假设，认为这两组数据不存在差异性。故可认为拟合效果较好.

2.4结果分析

将各省市自治区下一个发展期每年能源消耗总量评价指标的值带入回归方程，即可得到下一个发展期的各省市自治区的能源分配，结果如下表7所示：

表7　 2011～2015年各省市自治区的能源分配总量的预测值

从分析的过程中可知，通过对各省市自治区每年的煤炭、原油、汽油、柴油、天然气、电力和GDP的预测，由多元回归方程即可定量得出各省市自治区每年的能源消耗总量的值，从而得到各省市自治区的能源分配方案.

3　我国各省市自治区能源消耗总量控制的实施方案

3.1研究思路

针对各省市自治区能源消耗总量控制的实施方案，为了提高方案实施的可操作性，建立第一产业比重、第二产业比重、第三产业比重、GDP总量和平均工资水平这五个评价指标，通过对这个五个指标的分析和控制，从而间接达到对能源消费总量控制的目的，结构模型如下图1所示：

图1　能源消费总量控制结构模型图

3.2研究方法

能源消耗总量用Y（亿吨/标准煤）来表示，能源消耗总量用GDP总量G（亿元）、平均工资水平z（万元）、第一产业比重k1、第二产业比重k2和第三产业比重k3这五个指标来衡量.选用多组数据运用Matlab软件对能源消耗总量和GDP总量、平均工资水平、第一产业比重、第二产业比重和第三产业比重进行拟合.

经过模型准备阶段对数据的处理，在此基础上可以建立多元线性回归模型，即：

在Matlab7编程中，运用regress命令，得到回归系数完成回归方程，同时运用t-检验来验证拟合效果.

3.3结果分析

运用Matlab7可得到多元回归方程为：

做出残差与残差置信区间的图2所示：

图2　残差与分析图

从图2可知，此时不存在异常点，用Matlab7软件，由jbtest检验，h=0表明残差服从正态分布，进而由t检验可知h1=0，p1=1，故残差服从均值为零的正态分布.

为了验证拟合的效果，对拟合后的数值和原数值进行t-检验［4］，得到结果如下表8所示：

表8　 t-检验:双样本异方差假设

由t-检验:双样本异方差假设得，t的统计量的观测值t Stat=-4.54357E-05小于t双尾临界2.015367547，所以在显著性水平0.05下接受原假设，认为这两组数据不存在差异性.故认为拟合的效果较好.

由分析可知，为了监督和考核各省份能源消费总量控制目标的完成情况，可以通过对GDP总量、平均工资水平、第一产业比重、第二产业比重和第三产业比重这五个指标的监控，间接计算得出能源消费总量，从而达到监督和考核能源消费总量控制目标的完成情况.

4　总结

通过各省市自治区能源消费总量的分配模型和利用各省市自治区历年的煤炭、原油、汽油、柴油、天然气、电力和GDP这七个指标的值来完成各省市自治区的能源分配.使得当全国总的能源消费量在某个给定水平时，可以利用该能源分配方案将这有限的资源配置给各个地区，使得各地在合理均衡发展的基础上，充分利用有限资源提升发展质量.同时由能源总量控制模型，利用GDP总量、平均工资水平、第一产业比重、第二产业比重和第三产业比重这五个指标来监督和考核能源消费总量控制目标的完成情况，使能源分配方案更好的落实在各个地区，促进经济的可持续发展.

参考文献：

［1］中国国家统计局网:http://www.stats.gov.cn/.

［2］杨桂元，黄己立.数学建模［M］.合肥:中国科技大学出版社，2008.

［3］吴礼斌，闫云侠.经济数学实验与建模［M］.天津:天津大学出版社，2009.

［4］杨桂元，朱家明.数学建模竞赛优秀论文评析［M］.合肥:中国科技大学出版社，2013.

［5］吴传生，彭斯俊，陈盛双，等.经济数学-概率论与数理统计［M］.北京:高等教育出版社.2009.

［6］欧雯雯.区域能源消费总量控制研究［D］.杭州：浙江工业大学，2012.

［7］郭馨.能源消费总量控制的必要性及其实现手段［J］.中国科技投资，2011，（11）:22-25.

责任编辑：张隆辉

中图分类号：F206

文献标识码：A

文章编号：1672-2094（2015）02-0033-05

收稿日期:2015-03-03

基金项目：国家自然科学项目（11301001），安徽财经大学教研项目（acjyzd201429），安徽财经大学大学生科研创新基金项目（XSKY1531）.

作者简介：程倩倩（1993-），女，安徽长丰人，安徽财经大学管理科学与工程学院2012级本科生.朱家明（1973-），男，安徽泗县人，安徽财经大学统计与应用数学学院副教授，硕士.研究方向：应用数学与数学建模.