国内外能源预测模型和能源安全评价体系研究综述_陶然

济学方法相结合。HARRY C．Willting等运用投入产 能源模型如LEAP模型中都用到了弹性系数法预测
出模型研究了荷兰1969年～1989年间的能源强度 未来能源需求。刘彦民对“十五”期间及之后10年中
变化趋势。罗向龙等利用投入产出模型对某大型石 石油供需状况采用弹性系数法进行了预测，对石油
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以研究能源供应安全为主要内容的能源预测 预测结果。
预警，是近年来能源系统科学领域发展起来的一门
LEAP模型结合了部门分析法和实物型投入产
新兴学科，目前国内相关研究尚处于起步阶段，加 出 法 ， 是 瑞 典 斯 德 哥 尔 摩 环 境 研 究 所 SEI
强对此课题的研究刻不容缓。
（STOCKHOL M Environment Institute） 开发的
提出的，它研究国民经济各部门产品生产与消耗之 状，利用情景分析法设计了三种方案四种情景，通
间的数量关系，需要编制棋盘式的投入产出表、建 过LEAP模型计算得到了不同方案下各时期的能源
立相应的线性代数方程，构成模拟国民经济结构和 需求量以及温室气体排放量。
产品生产过程的经济数学模型。静态投入产出模型
能源消耗弹性系数法建立在数理统计的基础之
统计制度、稳步推进能源预测预警信息系统建设、 过对能源需求变化的仿真来预测各部门的能源需求，
着力提高能源预测预警能力和水平、大力加强重点 模型把能源系统划分为工业、交通运输、居民消费、服
领域和薄弱环节的预测预警等工作要求。
务业和农业5个部分，在世界上100多个国家和地区
因此，加强我国能源安全保障体系的研究和建 得到了应用。Bruno Lapillonne等应用MEDEE模型
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问题；在2004年6月召开的国务院常务会议上，温 化企业进行了生产结构系统分析，通过给定各产品
家宝总理明确提出要建立健全能源安全预警应急 的指标来预测各种原料和能源的需求量。
体系；2006年7月胡锦涛总书记出席八国集团同发
设，对能源运行机制和发展演变趋势进行预期性评 预测了美国1985年~2000年的能源需求。傅月泉等
价，提前发现可能出现的问题和成因，预先防范和及 1994年应用MEDEE模型对江西省中长期能源需求
时采取化解措施，对促进能源与社会经济协调发展， 进行预测，反复对情景变量的设置及经济发展、产业
促进国民经济又好又快地发展具有重要的现实意义。 结构等宏观经济指标进行调整后，得出了比较可行的
只分析本时期生产和消耗部门间平衡关系和最终 上，根据已经掌握的今后一段时期规划确定GDP年
产品的去向；而动态投入产出模型则较具体地分析 均增长率，选用历史阶段的能源弹性系数的变化规
积累和扩大再生产的关系。投入产出法常常与情景 律值，预测今后一段时期能源的需求量，计算简单，
分析法、线性规划、动态规划等优化技术和计量经 容易理解，常见于政府部门的中长期能源预测，许多
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国内外能源预测模型 和能源安全评价体系研究综述
陶 然 蔡云泽 楼振飞 刘卫星
摘 要： 本文综述了国内外构建能源预测模型和能源安全评价体系的现状， 分析了现有研究成果的主要 特点以及目前存在的不足和缺陷，并在此基础上对针对创新能源预测建模的关键问题进行了分析，以及应注重 研究城市能源安全评价指标体系的学术主张。
势普遍关注，产生了一系列用来研究中长期能源需 数据库分析了影响印度德里交通部门能源消费模
求 的 模 型 和 方 法 ， 主 要 有 投 入 产 出 、MEDEE、 式和排放标准的因素，并预测能源需求和交通工具
LEAP、能源弹性系数、时间序列等。
的尾气排放量。迟春洁等于2004年根据未来20多
投入产出模型是美国经济学家列昂捷夫首先 年里中国社会经济发展趋势，结合中国的发展现
融和人口之外又一个重要的关注焦点。 我国能源领域的快速发展主要在改革开放后
的30多年里，随着经济快速发展和人民生活水平提 升，能源消费需求持续上升。能源问题的重要性日 趋显现，能源成为我国经济社会发展的基础，成为 经济社会发展的重要制约因素，能源安全事关经济 安全和国家安全，能源过度消耗对生态环境造成了 极大的负面影响。
1 能源预测研究迫在眉睫 能源问题受到关注始于20世纪70年代第一次
世界石油危机，那时主要探讨如何在石油供应中断 的情况下保障安全供应。1974年国际能源署（IEA） 成立后，正式提出了以稳定原油供应和价格为核心 的能源安全概念。1997年《京都议定书》的签署，标 志着世界各国开始赋予能源安全以环境保护的内 涵。21世纪伊始，尤其是2003年伊拉克战争爆发之 后，能源问题备受国际社会关注，政局变化、军事行 动等灾变因素成为讨论新热点。2009年后，随着国 际金融危机过后的全球经济回暖，能源大国和新兴 国家的能源需求旺盛，能源进一步成为继粮食、金
3 国内外能源安全评价指标研究进展 20世纪70年代发生的第一次世界石油危机使
能源安全备受重视，最初主要针对可能发生的石油
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成品油的竞争能力进行了评价。陈军才利用能源弹 性系数法、时间序列法和部门分析法等多种方法对 广东省2010年的能源需求进行了预测。
时间序列模型包括确定性、随机性分析法。单 纯确定性分析法预测精度不高，鲜有应用。随机性 分析法又分平稳随机和非平稳随机两类。平稳随机 过程的描述可建立多种形式的时序模型，如：自回 归模型（AR）、移动平均模型（MA）等。若随机过程 是非平稳时间序列，需要将随机序列平稳化，再运 用平稳随机时间序列的方法去实现。薛智韵等分析 得出我国石油需求序列是有确定趋势的非平稳时 间序列，选择最小二乘法分两步建立模型，并对模 型预测精度和稳定性作了评价，应用模型对我国 2006年~2020年的石油需求进行了预测。当前，时 间序列组合模型也得到了较多应用，即用确定性模 型描述序列中确定性趋势的变动规律，用随机性模 型来描述序列中随机变动的一般规律，往往能取得 令人满意的效果。卢二坡利用确定性加随机性的时 间序列组合模型对我国能源需求进行预测，并对模 型预测精度和参数稳定性作了评价，并用该模型对 我国2004年~2020年能源需求进行了预测。
模型（GAEDM）对土耳其未来20年~50年能源需求 进行预测。结果表明，GAEDM预测结果精度较高， 与政府能源与自然资源规划研究中心预测结果相 比，预测误差最小。但是遗传算法本身的参数还缺 乏定量的标准，采用的都是经验数值，而且不同的 编码、不同的遗传技术都会影响到遗传参数的选 取，因而会影响到算法的通用性。Albert W.L.Yao 利用改进的灰色预测方法，对高雄第一科技学院日 用电量进行预测，平均预测误差只有4.88％，比过 去常用的方法的预测精度提高了1.2％。文中分析 了灰色预测方法的长期预测能力并指出，基于灰色 模型的智能预测方法精度的提高，对于高能耗单位 节约运行成本具有重要的意义。Javeed Nizami S.S构建了两层前向反馈神经网络模型，利用天气、 全球太阳辐射和人口数的历史数据，预测了沙特阿 拉伯东部地区电力需求量，检验结果表明构建的模 型预测精度较高，是有效的。Benjamin F．Hobbs指 出人工神经网络方法能够降低电力、天然气等能源 的日需求量的预测误差，平均绝对值相对误差比以 前方法的平均误差降低了1.9％。Yetis Sazi Murat 利用BP人工神经网络分析了GNP、人口、车辆的年 平均增长速度等社会经济因素对交通用能的影响。 Coskun Hamzacebi指出人工神经网络能够同时 预测多个变量的未来值和构建数据之间非线性关 系，利用此方法对土耳其2020年的电力需求量进 行分部门预测，并把预测结果与官方预测结果进行 了对比，发现其有很高预测精度。张婷利用灰色神 经网络组合模型对我国能源需求进行预测，验证了 能源消费与经济增长之间的协整关系，利用1978 年～2000年的能源需求总量时间序列构建三个灰 色微分方程，对1978年～2005年的数据进行建模和 检验。结果表明预测平均相对误差为1.19％，比传 统的灰色人工神经网络模型预测结果更为精确。
静态能源经济环境模型。它需要收集各种技术数
2 国内外能源预测研究进展
据、财务数据和环境排放数据，通过数学模型来预
1973年能源危机后，人们开始认识到能源问 测各部门的能源需求、能源成本及对应的环境收
题的重要性。世界各国对能源的现状和未来发展趋 益。Ranjan Kumar Bose等应用LEAP模型和环境
我国现正处于向工业化、城镇化、现代化不断 迈进的关键时期，党中央和国务院高度重视能源安 全问题。在2003年11月召开的中央经济工作会议 上，胡锦涛总书记郑重提出能源安全这个重大战略
【作者简介】 陶然，男，就读于上海交通大学自动化系控制工程专业，现在上海市节能监察中心工作。
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鉴于能源系统的复杂非线性和不确定性，近年 来众多学者开始研究能源系统的非线性系统特征 和不确定性，引进非线性方法对能源需求进行预 测。常用的方法有混沌时间序列方法、人工神经网 络方法、遗传算法、灰色理论等。这些方法可以弥补 线性方法在预测复杂能源需求时的不足。傅瑛等利 用混沌时间序列模型对江苏能源消费量进行了预 测，并把预测结果与指数平滑法作了对比，表明混 沌时间序列方法得到的预测值同实际值上下波动、 绝对偏差较小，比指数平滑法的误差要少。但他们 是利用1991年～2003年数据建立的模型再去预测 1991年～2003年的能源需求，没有看出混沌时间序 列的未来预测能力。事实上，由于混沌时间序列假 设研究对象是混沌系统而混沌系统具有初始条件 敏感特征，所以混沌时间序列方法长期预测被认为 是不可能的。Halim Ceylan利用遗传算法能源需求
MEDEE模型基于部门分析法，是法国IEPE（the
展中国家领导人对话会议，着重就全球能源安全问 Institute of Energy Policy and Economics）20世
题做了阐述；2008年1月，国务院发出《关于加强能 纪80年代开发的能源技术经济模型，建立在对一定时
源预测预警工作的意见》，明确提出抓紧建立健全 期内社会经Leabharlann Baidu、人口、技术的一系列假设的基础上，通
关键词：能源预测；能源安全；评价指标；研究
Comprehensive Research of Domestic and Foreign Energy Forecast Model and Energy Safety Appraisal Systems
Tao ran, Cai yunze, Lou zhenfei , Liu weixing Abstract: This paper studies the status of domestic and international energy forecast models and energy security evaluation system. We analysis the main features and the current shortcomings of the existing research results, and suggest the innovative method of building the energy forecast model,which should focus on researching urban energy security evaluation system. Keywords: Energy forecast; Energy Security; Evaluation; Research