基于层次分析法的能源分解问题研究

蒋雪 应昊键 陈露

摘要：针对中国能源分解问题，综合使用层次分析法、数理统计、回归分析等方法，建立能源消耗总量分解模型，研究各省份能源分解方案：对能耗较高的地区进行能源消耗总量调配，在维持基本经济的情况下对产业结构进行微调以降低能耗，实现可持续发展。对于能耗低的地区能源消耗总量多分配，使其经济发展节能高效化，并使用分解公式计算并对比2011年至2014年的各省份实际能源消费总量结果几乎一致，充分证明本文提出的能源消费总量分配方案切实可行。

关键词：能源消耗；層次分析法；能源分解

0 引言

能源是促进国家经济发展不可或缺的推动力，实现经济的可持续发展也离不开能源的持续供应。良好的经济基础不仅能给生产提供保障，还能促进人们生活水平的提高，但随着经济的不断发展，能源消耗增加，加剧了生态环境的迫害，难以实现可持续发展的目标，因此能源的过度消耗成为一个亟待解决的社会间题[1]。我国经济在不断的发展过程中，能源与环境、与消费的矛盾越来越尖锐，高效地利用能源和降低能耗应该作为我国能源政策的调整的方向[2]。目前，《循环经济法》、《能源法》等相关政策正在积极制定推进中，然而我国一共有34个省份，每个省份（其中也包括自治区和直辖市）都是相对独立的，每个地区都希望从自身出发实现快速发展，但过快的经济增长会带来能源消耗过度的间题，最终给国家整体经济的发展带来不利。因此国家管理部门应该通过合理限制各地能源消费总量并对一些能源消耗不合理或过度浪费的地区进行调整等方法来合理控制各地经济发展速度。当国家总的能源消费量限定在一个给定的范围内时，管理部门需要根据各个地区的能源消耗情况，合理地将有限的资源分配给各个需求地，使各地在保证经济适度发展的条件下，提高能源的使用效率[1]。

1 能源分解模型

能源是人类社会赖以生存的物质，为了生态平衡，管理部门应对能源消耗量进行适当的控制和调配。假设国家总的能源消费量规定在一个给定的水平时，需要给定一个合理的分配方案将有限的资源分配到各个地区。本文将各省份当年应分配到的能源量分为两部分，其中一部分是维持去年经济能源消耗总量的分配，用维持系数与该省去年能源消耗量的乘积表示，另一部分是剩余消费总量的分配，除了维持去年基本经济发展需求外，国家剩余的能源消耗量根据各地需求及发展需要合理的分配下去，该省能源分配权重系数决定了该省能分配到的剩余能源量。具体执行步骤如图1所示：

于是建立能源分解模型：

Ei表示该省当年的能源分配量；ei-1表示该省去年的能源消耗量；E'表示通过回归分析预测的今年该省的能源消耗量；wi表示该省能源分配权重系数；α为维持系数[3]。

1.1 维持系数的评判指标

目前，能源消耗总量的影响因素指标主要有：产业结构、资源禀赋、经济发展水平、能源消费结构等[4]。目前我国产业结构主要采用的是三次产业分类法：第一产业、第二产业、第三产业，因此本文选取三次产业分类法[5]作为产业结构研究。且我国以煤炭、原油、天然气、电力为最主要的能源。基于以上分析，选取维持系数的评判指标为：

（1）一级指标：产业结构、资源察赋、经济发展水平·能源消费结构[4]；

（2）二级指标：第一产业、第二产业、第三产业、煤炭、天然气、原油、电力。

1.2 维持系数的确定方法

维持系数评判指标从不同的侧面反映维持基本能源消耗总量，但在总体的评价中所承担的作用区别对待，故需要确定各个评价指标所占的权重。目前常见的确定指标权值的方法有层次分析法（AHP）、专家打分法、嫡值法、二项系数法、序关系分析法等。由于层次分析法采用主观客观相结合，具有简单、系统性[6]的优点，因此本文选用层次分析法（AHP）从主观和客观对评定指标进行确定。

（1）建立递阶层次能源消耗结构模型

（2）构造两两比较评价矩阵

在搭建好递阶层次结构后，进一步决策，需要反复解决对于上层准则中任意两个指标哪个更重要的问题。采用1-9比例标度（如表1所示），采用专家评分的方法，分别对层次结构框图中属于一级指标层和二级指标层的指标进行比较，并形成矩阵A，实现判断的定量化。

（3）层次单排序及一致性检验

1）层次单排序

层次单排序是指用判断矩阵确定某一层次的指标相对于上一层次相关的某一指标的权重，转化为求解Aw=λmax×w的特征根问题，下面采用和法求解λmax和w，计算步骤如下：

所得到的W=[W1，W2，...Wn]T即为所求的特征向量。

2）一致性检验

由于人们主观地对复杂事物的评价及理解可能产生片面性，要求每一个评定具有完全的一致性是几乎不可能的，因此经过两两比较得到的判断矩阵不能保证它的一致性[7]。为了使结果更为合理，即为了检验各元素重要度之间的协调性，需要进一步进行一致性检验，其步骤如下：

式中：RI为平均一致性指标，用于检验不同阶判断矩阵是否通过一致性检验。

（4）层次总排序及一致性检验

1）层次总排序

Wij'=Wk·Wij （7）

式中：Wij'为二级指标绝对权重；Wk为一级指标层判断矩阵的权重系数；Wij为二级指标层各判断矩阵的权重系数。

2）一致性检验

如果二级指标相对于一级指标单排序的一致性指标为Cij，对应的平均一致性指标为Rij，则总排序随机一致性比例为：

式中：C为一级指标形成的判断矩阵的权重。当CR<0.1，一致性检验符合要求。

1.3 维持系数的计算方法

α=RT·W （9）

式中：。为维持系数；RT为各指标的赋值向量；W为各指标权重的向量。

1.4 能源分配系数的计算

在计算能源分配权重系数时，以单位GDP能耗为反映产业结构、资源禀赋、经济发展水平与能源消费结构这四个因素的评价指标[8]，采用了变异系数法[9]对各省单位GDP能耗的数据进行分析计算，确定各省份的能源分配权重。变异系数法可直接使用各项指标所蕴含的信息以获得各指标的权重系数。该方法的基本含义是：指标取值的差异越大代表该指标实现的难度越大，对评定对象产生相应的影响，从而体现出被评价的对象之间的差异度。

由于指标的量纲不同，不能够直接用来比较它们之间的差别程度。为了消除这类影响，用每个指标的变异系数来衡定它们之间的差异度。

变异系数的计算：

式中：Vi为第i项指标的变异系数；xi为第i项指标的均值；σi为第i项指标的标准差。

各项指标的权重为：

根据权重计算公式，得到30个省、市、自治区的2011年的权重如下表2：

1.5 能源消耗总量分解从《中国能源统计年鉴》查找2016年各省市的能源消费数据，得到表3。

由《中国能源统计年鉴》找出2011-2016年中国能源消费总量，观察能源消费的发展趋势，做一元线性回归预测，得到2017年中国能源消费总量为441935，根据式子（1）求解，得到各个省市的能源分配方案，如下表4。

1.6 能源消耗总量分解方案分析与总结

随机抽取5个省份：吉林、天津、山西、内蒙古、黑龙江，参考《中国统计年鉴》的相关数据，通过本文提出的能源分解公式得到5省份2011年至2016年能源消耗总量分配量如下图3与实际能源消耗总量分配量如下图4对比：

从图3和图4的对比中我们可以看出2011年至2016年本文提出的能源分解量与实际分配量基本一致，没有明显差异。证明在维持基本经济发展的情况下对能源进行一次分配，再通过分配剩余能源消费总量对能耗高的省份进行微观调控，使能源消费总量可持续发展的分解方案切实可行。

本文针对不同省份产业结构、经济发展水平、能源消耗等因素，选用反映这些因素的关键性指标建立能源分解模型，提出能源消费总量分解方案。本文将剩余能源进行二次分配，既保证了经济比较发达的地区继续发展，避免了这些地区因为发展过快而导致能源过度消耗，资源环境无法承受的现象，又为促进了落后地区的经济发展，合理地控制了各地能源消费量，对实现国家经济可持续发展具有重要意义。

参考文献：

[1]代蒋国，张曼玲，魏奇.基于主成分分析法对影响能源消费因素的研究[J].科技资讯，2015，13（4）：214-214.

[2]陈尊理，马文辉.提高能源效率是我国能源政策的首要选择[J].节能技术，2001，（05）：36-40.

[3]张凯.基于组合预测模型对我国能源消耗的研究分析[J].金融理论与教学，2017， （02）：90-97.

[4]秦鹏，代霞.中国能源消费总量：时序演变、影响因素与管控路径[J].求索，2015，（01）：111-115.

[5]刘亚.山东省产业结构变动对经济增长影响的实证分析[D].中国石油大学（华东），2012.

[6]许树柏.实用决策方法：层次分析法原理[M].天津大学出版社，1988.

[7]贾振一.交通安全宣传方法及效果评价[D].山东理工大学，2013.

[8]歐雯雯.区域能源消费总量控制研究[D].浙江工业大学，2012.

[9]汪亚楠，朱家明，曾淑娴等.能源消耗总量的控制与分解方案的探究[J].衡水学院学报，2015，17（4）：39-43.