基于能源需求管理的物流系统动力学模型研究

物流技术2009年第28卷第8期（总第203期）1引言由于能源资源不同于其他自然资源，具有需求的普遍性、难以替代性以及主要能源的不可重复使用和不可再生性，这些特点说明了大力开展节能工作并进行学术研究是极其重要的。

在我国，节能的潜力很大，通过技术、经济、法律、行政和教育等多种手段开展节能工作大有可为。

建立合理的能源价格体系，制定切实可行的节能目标，综合运用各种手段，设计一系列能源解决方案，开发有效的能源供应链管理和能源需求管理是实现节约型社会目标的根本途径，目前我国在这方面的研究还远远不够深入。

本文运用系统工程思想和种群生态学理论，将种群竞争、互惠和相互制约的观点引入能源-物流系统，充分考虑了各因素间的相互作用及外部环境的影响，建立能源-物流系统的动力学模型。

通过对该模型的动力学行为分析，得到了有关结论，该结论对进一步研究能源-物流复杂系统有一定的理论价值和实践意义。

2文献回顾改革开放以来，我国能源供应的紧张状况基本没有得到根本缓解。

据《BP 世界能源统计2008》的有关数据，2007年，我国一次性能源消费总量为18.634亿t 油当量，占世界一次能源消费总量的16.8%，其中，石油消费量为3.68亿t ，占世界石油消费总量的9.3%；天然气消费量和产量增幅均居全球第二；煤炭消费量达13.114亿t 油当量，占世界煤炭消费总量的41.3%。

据预测，到2020年，我国石油消费量最少也需要4.5亿t ，届时原油对外依存度可能超过60%。

可见，能源经济问题应着重研究能源与经济发展的关系[1]、能源的供求规律、能源消费、能源物流需求管理、能源价格与税收、能源市场与政府管制、能源贸易等问题。

Hotelling [2]于1931年最早提出了不可再生资源经济理论，并发表了经典论文《可耗竭资源经济学》。

与此同时，国外一些研究机构开发了许多应用比较广泛的能源-经济模型，如markal 模型、nems 模型和IIASA-WECE3模型等[3]。

由于能源需求量直接影响能源供需缺口，也关系到国家的能源安全问题，而能源安全是全面建设小康社会的重要保障之一。

近年来,国内外对能源需求问题开展了大量的研究，RICHARD 等[4]利用情景分析法对美国的能源需求进行了预测；REINHARD 等[5]研究了技术效率因素对OECD 国家居民能源需求的重要影响作用。

ED IGER 等[6]运用周期分析法对土耳其的能源需求进行了预测。

PERSAUD 等[7]解析了加拿大自然基于能源需求管理的物流系统动力学模型研究夏文汇，汤杰（重庆理工大学工商管理学院，重庆400050）[摘要]运用系统工程思想和种群生态学理论，充分考虑了各因素间的相互作用及外部环境的影响，建立能源-物流系统的动力学模型。

该模型依据参数的选择，得到有关结论，这对进一步研究能源-物流复杂系统有一定的理论价值和实践意义。

[关键词]能源需求管理；能源系统；物流系统；动力学模型；平衡点[中图分类号]F252;N945[文献标识码]A[文章编号]1005-152X （2009）08-0094-03Research on Logistics System Dynamic Model Based on Energy Demand ManagementXIA Wen-hui,TANG Jie(School of Business M anagement,Chongqing University of Science &Technology,Chongqing 400050,China)Abstract:Using the thinking of systems engineering and the theory of seed ecology,considering fully the interactive impacts of each element and external environment,the paper establishes an energy logistics system dynamic model which derives from parameter choice.Keywords:energy demand management;energy system;logistics system;dynamic model;equilibrium point[收稿日期]2009-06-29[基金项目]2008年重庆市哲学社会科学规划基金项目组部分成果（2008-JJ07）[作者简介]夏文汇（1967-），男，教授，硕士生导师，现任重庆理工大学工商管理学院副院长兼企业管理研究所所长，重庆市企业管理学术技术带头人，主要从事企业管理、市场营销和物流管理等学科、专业的教学、科研及管理工作；汤杰（1985-），男，重庆理工大学企业管理专业07级研究生。

doi:10.3969/j.issn.1005-152X.2009.08.031技术与方法94--资源部(NRCan)的油气预测方法，并运用油气供应模型(OGSM)预测了加拿大直到2020年的油气供需情况。

中国社会科学院数量经济与技术经济研究所构建系统动力学和投入产出模型，采用分部门终端需求分析方法，进行了长期能源需求预测。

大量学者论述了目前国际上具有代表性的且应用比较广泛的能源经济模型，并结合各模型的建模方法、功能、结构及其典型应用进行了全面综述。

先前研究主要集中在探讨某一个因素对能源需求量的影响，或者各因素对能源需求量的综合影响，而没有考虑各因素间的耦合作用及外部环境对能源系统、物流系统和能源物流系统需求的影响。

则生态系统综合考虑了生物间的相互作用、相互依存、相互制约的关系,形成了与外界环境交流的协调稳定系统[8]。

3能源-物流系统动力学模型的建立本文基于江苏大学非线性科学研究中心田立新教授的能源需求子系统的建模思路，提出本文研究的基于能源需求管理的物流系统动力学模型。

设定物流需求量为x1，物流价格为x2，物流效益为x3,将物流需求量、物流价格和物流效益看作一个系统中三个相互作用、相互依存和相互制约的因素,它们之间的关系如图1。

图1物流需求x1、价格x2和效益x3的系统关系图按照三种种群竞争、互惠的建模思想，建立如下物流系统动力学模型:（1）式中，r1、r2和r3分别为物流需求量、物流价格和物流效益的内禀增长率；K为物流需求量的环境载量，即在一定的市场内能够容纳的最大需求量；a1、a2、a3和a4分别为转换系数；项表示物流需求量具有自身的密度制约；a1x1x2项表示在单位时间内价格x2对物流需求量x1的影响；a3x2x3项表示在单位时间内物流价格x2对物流效益x3的影响。

4能源-物流系统平衡点参数分析令（2）得系统的平衡点：(3)(1)对于平衡点O=(0,0,0，)，线性近似系统的系数矩阵(4)J0的特征根。

O=(0,0,0)为不稳定平衡点。

(2)对于平衡点有(5)J1的特征根。

当r1a4=a1r3时，λ1＝0，此时为临界状态。

当r1a4≠a1r3时，为不稳定平衡点。

(3)对于平衡点S2=（K，0，0，），有(6)J2的特征根。

夏文汇，等：基于能源需求管理的物流系统动力学模型研究技术与方法95--物流技术2009年第28卷第8期（总第203期）当r2+a2K＝0时，λ2＝0,S2=(K,0,0，)为临界状态。

当r2+a2K≠0时，S2=（k,0,0,)为不稳定平衡点。

(4)对于平衡点有（7）J3的特征根若△＜0，r3a1a2K＜a4(r2+r1a2K)当r1＜12时，λ1，λ2,λ3均具有负实部，为平衡稳定点。

当r1＞12时，λ2,λ3为一对具有正实部的共轭复根，为不稳定鞍式焦点。

当r1＝12时，λ2,λ3为一对共轭纯虚根，此时产生Hopf分叉。

（5）对于平衡点，有（8）当r1a4-r3a1=0,J4的特征根λ1=0，若处产生Hopf分叉。

以上分别给出了5个平衡点处稳定、产生Hopf分叉的参数变化范围。

分析表明：只有在物流价格的增长率r2满足条件，且物流需求量的内禀增长率小于0.5时，能源-物流系统才可能稳定。

也就是说可以以物流价格作为杠杆，抑制过度能源需求，能够达到解决能源系统的稳定和促进节能减排的目的。

5结束语能源系统工程和物流系统工程[9]是系统工程的两大应用分支，综合的研究对象是复杂的能源-物流系统（包括宏观和微观）。

具体涉及国家能源物流的政策分析、能源物流生产优化布局、地区能源物流的经济规划、复杂能源物流系统建模、能源物流系统优化技术、能源物流环境分析、能源物流需求与供应预测、能源物流网络分析和能源物流系统决策等等。

然而稳定性研究是生态系统的一个最基本的特征，本文将这种特性引入能源物流系统，建立了能源物流需求动力学模型。

经过对该模型的动力学行为分析表明，该系统的动力学行为依赖于系统参数的选择。

依据平衡点处的稳定性，给出了系统参数变化范围。

这对进一步研究能源物流复杂系统有一定的理论价值和实践意义。

[参考文献][1]徐寿波.能源经济[M].北京：人民出版社，1994.[2]hotelling H.Economics of Exhaustible Resources[J].Journal of PoliticalEconomy,1931,39(2):137-175.[3]魏一鸣，吴刚，刘兰翠，等.能源-经济-环境复杂系统建模与应用进展[J].管理学报,2005,2(2):159～170.[4]Richard S,Hove A,Shulman P.Analysis of US Energy Scenarios:Meta-Scenarios,Pathways,and Policy Implications[J].Technological Forecasting&Social Change,2003,70(4):297～315.[5]Reinhard H,Schipper L.Residential Energy Demand in OECD-Countries and the Role of Irreversible Efficiency Improvements[J].Energy Economics,1998,20(4):421～442.[6]Ediger S V,Tatlldil H.Forecasting the Primary Energy Demand inTurkey and Analysis of Cyclic Patterns[J].Energy Conversion and M anagement,2002,43(4):473～487.[7]Persaud A J,Kumar U.An Eclectic Approach in Energy Forecasting:A Case of Natural Resources Canada's(NRCan's)Oil and Gas Out look[J]. Energy Policy,2001,29(4):303～313.[8]马知恩.种群生态学的数学建模与研究[M].合肥:安徽教育出版社,1994.[9]夏文汇.现代物流管理[M].重庆：重庆大学出版社，2008.技术与方法96--。