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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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。