基于灰色系统理论的我国能源结构预测及优化研究

2013年第39卷第5期工业安全与环保
M a y2013I ndust r i al Saf e t y a nd Envi r onm e nt al Pr o t ect i on59
基于灰色系统理论的我国能源结构预测及优化研究*
徐军委刘志华
(中国矿业大学(北京)管理学院北京100083)
摘要以我国20(X)--2010年的能源生产和消费结构数据为基础，用灰色系统模型G M(1，1，a)对这些数据进行分析，并通过M A T LA B程序预测了未来十年我国的能源生产和消费结构，对预测结果进行了分析和
总结。

结合预测结果，对能源结构进行调整和优化分析，提出了相关建议。

关键词灰色系统模型能源结构优化
R es e ar ch on C hi na E ner gy S t r uct ur e F or e cas t and O pt i m i z at i on B as ed on G r ey Sys t em T heor y
X U J unw ei L I U Z hi h L l8
(&hod of M anagem ent，Chi na U nher si t y of M i ni ng and T echn dogy g．／j垤100083)
A bd撇Based o n C h i na’S ene r gy
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t i on s t r uct ur e of C hi na by M A T L A B sof t w a l℃and an al yze s a nd su／nm ar i gl蛤t he pr edi ct e d r e sul t s．Base d O N t he pr e di ct ed r e—
sul t s，t he e ner gy st r uet ar e m oauh血s a nd opt i m i zat i o n is m阻I yze d a nd8011]已suggest i om ar e put f or w ar d．
K ey W or ds gr ay s yst e m m od el
ene r gy st r uct ur e opt i m i zat i on
0引言
能源是一个国家经济和社会发展的基本保障，而能源结构的优化则关系到经济和社会的可持续发展。

随着我国经济的快速发展，工业化和城镇化进程的加速推进，我国能源需求总量在不断增长，能源供给能力也显著增强，已成为世界第二大能源生产和消费国。

但我国能源生产和消费结构存在诸多问题，最突出的就是煤炭所占比例过大。

因此，有必要对我国能源结构进行优化调整。

国家“十二五”规划纲要中明确指出，要调整优化能源结构，构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系，这为下一步我国能源的发展指明了方向。

本文尝试用改进的灰色系统模型对能源结构比例进行预测，依据预测结果对能源结构进行优化，并针对能源结构优化提出一些建议。

1灰色系统模型G M(1。

1。

口)的建立
灰色系统模型是灰色系统理论的重要组成部分，最早由邓聚龙教授提出，该模型是基于预测控制的思想建立的…1。

经过多年的发展，灰色预测理论已经在生产生活和科研中解决了许多实际问题，得到了广泛的应用。

灰色系统预测模型是以时间序列数据为基础[2】2，通过对无规律的原始数列进行转换，建立有规律的生成数列的回归方程，并应用该方程对动态发展趋势进行预测的一种较为常见的分析方法。

为了提高能源预测的准确度，而且考虑节能减排约束条件，我们可以考虑改进的灰色系统预测模型G M(1，l，口)，用下面的公式代替G M(1，1)模型中的均值计算公式：
Z0)(k)=a x(I)(k—1)+(1一口)石(1’(k)(1)
按照以上分析可知，改进模型G M(1，1，a)的建立方法：
设x(o)={x(o’(1)，X(o’(2)，…，石(o’(n)}为原始非负时间序列，F1)(￡)为累加生成序列，即：
x(1’(‘)：∑x(o’(m)t：l，2，…，n(2)
，n=1
G M(1，1)模型的白化微分方程为：
掣+祓(1)：6(3)
■F+姒…=6L j J 式中，口为待辨识参数，b为待辨识内生变量，亦称灰色作用量。

按最小二乘法求得待辨识向量三：f?)：
、0，(B礓)“B～，式中：
*基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金(项目编号2010Y(抛)。

60
B=一Z(1)(2)
一z(1’(3)
一z(1’(n)
)，=
X(o’(2)
X(o’(3)
X(o)(乃)
其中，z(1’(k)=ax(1’(k一1)+(1一口)戈(1’(k)，k= 2，3，…，凡(4)于是可得到灰色预测的离散时间响应函数为：
石(1)(￡+1)=(x㈤(1)一詈)e一甜+ib(5)
x(1’(￡+1)为所得的累加预测值，将预测值还原即为：
戈(o’(￡+1)=豆(1’(t+1)一岩(1’(t)t=1，2，…，n
(6)
此模型中的参数一口为发展系数，b为灰色作用量。

一口反映了盅(1)及霄(o)的发展态势。

2模型G M(1，1，口)的合理性分析和预测
2．1原始数据
分别从统计年鉴[3-4】中选取20(D---2010年我国能源生产和消费结构数据为原始数据，详见表1。

2．2模型的合理性分析
表12000--2010年我国能源生产和消费结构
运用M A T L A B程序对数据进行计算，根据灰色模型G M(1，1，口)的预测数据和真实数据之间的对应关系进行检验和合理性分析。

通过检验和合理性分析可得：一口≤0．3，所以该模型可作为中长期预测。

由M T L A B程序计算可知：当口值越靠近两端，平均相对误差和方差比就越大；O t值越靠近中间，平均相对误差和方差比就相对较小，说明模型的预测精度受口值影响比较明显。

故我们可以通过调整口值，取O．35～0．65之间的数值对未来能源结构进行预测，此时预测的精度相对较高。

2．3能源生产和消费结构预测及分析
分别取口值为0．35、0．4、0．45、0．5,0．55、0．6和O．65，用灰色模型G M(1，l，口)对2015年和2020年的消费数据进行预测，结果见表2。

从表2可以看出，如果按照目前能源生产和消费的发展趋势继续下去，未来十年内，在我国能源的生产结构中煤炭仍占70％左右的比重，石油的比例相对下降，天然气和非化石能源的生产比重会有显著上升；而在能源的消费结构中，煤炭所占的份额有所下降，到2020年降到60％左右，天然气和非化石能源的结构比重会不断增加，特别是非化石能源增长的速度比较显著。

3未来能源结构优化和调整
目前，我国已初步形成了“煤炭为主体、电力为中心、石油天然气及非化石能源全面发展”的能源供应格局，基本建立了较完善的能源供应体系。

但在能源生产和消费结构上，都存在诸多不合理之处，比如煤炭在能源结构中所占的比例偏大、石油对外依赖较大、天然气和新能源所占的比例较小等等。

因此，有必要对未来的能源结构进行优化调整【5-6]。

针对影响我国能源供需的因素，结合国家能源发展战略，提出未来我国能源结构优化的基本思路：立足能源资源禀赋和结构现实，科学利用，合理布局；节能优先，总量双控，协调发展。

具体做法如下：
(1)要合理控制煤炭的生产和消费总量。

受我国能源赋存特点的制约，煤炭在生产和消费结构中占有绝对比重。

在认识煤炭特殊地位的同时，要转变煤炭行业的增长方式，降低煤炭在一次能源生产中的比重，设定“天花板”，淘汰落后产能，合理控制煤炭的生产总量；提高煤炭高效利用水平和加工转换效率；合理控制煤炭中下游企业的规模，从消费源头上降低需求总量；适时增加煤炭净进口量，减少主要耗煤行业对国内煤炭企业生产的需求。

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(2)控制石油的进口量，提高天然气在能源结构中的比重。

从油气消耗的现状及预测结果可以看出，我国石油和天然气需求大于供给，每年需要从国外进口大量的油气资源。

下一步要加大国际能源方面的交流与合作，实施“走出去”战略，合理控制石油的进口量，减少石油对外的依赖度，增加对天然气的进口量，在新能源短期内无法实现规模化的情况下，继续扩大对石油和天然气的消耗量，提高天然气在能源消费结构中的比重。

(3)在保障安全的前提下，优先发展新能源。

经历了2011年3月的E l本核泄漏之后，核电的发展曾一度进入“冰冻期”，而风能和太阳能由于受技术和成本等因素的制约，还未能实现规模化生产。

从未来的能源发展形势来看，水能、核能、风能和太阳能等新能源是大势所趋，发展的潜力巨大，它能减少我国经济发展对化石能源的依赖度，降低化石能源在生产和消费中的比重，缓解化石能源大规模使用后对环境造成的污染，还能实现我国政府提出的“2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15％左右”的目标。

因此，下一步国家要提供政策和资金支持，加大对新能源的投入力度，加快技术的研发和创新，在保障安全的前提下，优先发展新能源产业。

(4)通过科技创新实现节能减排。

我国化石能源在开采和利用过程中，由于受技术等因素的约束，存在着利用效率较低、浪费严重的现象，特别是电力、钢铁、建材、化工、交通等行业还有较大的节能空间。

下一步应加大科技投人，通过科技创新，实施节能减排重点工程，推进传统化石能源的高效清洁利用，减少碳排放，争取到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年有显著下降。

4结语
能源结构预测分析及优化研究不仅有利于一个国家短期内的经济发展，而且关系到这个国家长远的稳定和可持续发展。

我国要立足于国情，从能源结构的现状着手，通过制定法律法规引导合理的能源生产和消费结构；要转变能源管理方式，加大能源科技创新力度，创新传统化石能源的利用方式，不断发展新能源。

要在节约的同时，控制好化石能源的消费量。

在低碳经济的背景下，合理地调整和优化能源结构，是能源行业未来发展的趋势，也是我国国民经济快速、健康和稳定发展的可靠保障。

参考文献
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社，2002．
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[5]张运河，梁玉国，张庆．低碳经济背景下的中国能源结
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(oR稿日期：2012—04一01)。