21世紀我國主要能源消費的灰色關(guān)聯(lián)研究

常軍乾，徐 凱，任 翔，安海崗

（1.中國地質(zhì)大學(xué) （北京），北京100083；2.西南科技大學(xué)，四川 綿陽621000）

進入21世紀以來，我國能源消費速度開始加快，并逐步超過了同期國內(nèi)生產(chǎn)總值的增長速度，能源高消耗期來臨。三大主要能源煤炭、石油、天然氣消耗量巨大，在最近的一些年，曾經(jīng)一度出現(xiàn)煤荒、油荒、氣荒等局面。全國耗能總量，從2000年的138552.58萬t標準煤，增加到2007年的265582.99萬t標準煤，翻了近一番。從全國分行業(yè)來看，不同的行業(yè)呈現(xiàn)出不同耗能特點，但是耗能量都在快速增加。對我國各行業(yè)的含能情況做出分析，可以更好地掌握不同能源的消耗情況，得到能源消耗的主要影響因素及其影響程度。從而實現(xiàn)對主要能源的科學(xué)規(guī)劃，避免不合理能耗，提高能源使用效率，達到節(jié)能的目的，以保障能源的長期安全。

灰色系統(tǒng)理論由華中科技大學(xué)鄧聚龍教授創(chuàng)立，重點解決貧信息情況下的不確定性系統(tǒng)問題，當尋求不到系統(tǒng)的明確隸屬特性時，灰色理論具有很大的優(yōu)勢。它通過對部分已知信息的處理，來預(yù)測系統(tǒng)的運行行為和演化規(guī)律?；疑P(guān)聯(lián)分析方法，在樣本量多少和有無典型的分布規(guī)律條件下，都可應(yīng)用，計算簡單，一般不會出現(xiàn)量化結(jié)果與定性分析結(jié)果不相符的情況。因此，灰色關(guān)聯(lián)理論為研究解決能源消費系統(tǒng)分析，提供了有效的工具。

1 我國能源消費分行業(yè)因素說明

按照各種統(tǒng)計年鑒對行業(yè)的分類方法，加上人們?nèi)粘Ｉ畹哪茉聪M，本文將能源消費的行業(yè)分為7類，分別為：①農(nóng)、林、牧、漁、水利業(yè)；②工業(yè)；③建筑業(yè)；④交通運輸、倉儲和郵政業(yè)；⑤批發(fā)、零售業(yè)和住宿、餐飲業(yè)；⑥其他行業(yè)；⑦生活消費。

2 灰色關(guān)聯(lián)分析

2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析原理

灰色關(guān)聯(lián)分析是研究系統(tǒng)中各因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法。對于一個復(fù)雜的系統(tǒng)和現(xiàn)象進行分析時，首先要選準反映系統(tǒng)行為特征的數(shù)據(jù)序列，間接地表征系統(tǒng)行為。通過計算關(guān)聯(lián)因素變量的數(shù)據(jù)序列和系統(tǒng)特征變量數(shù)據(jù)序列的灰色關(guān)聯(lián)度，做出各個序列的圖形，然后進行分析并得出結(jié)果。

2.2 灰色關(guān)聯(lián)分析模型及步驟

（1）確定因變量序列和自變量序列

因變量序列記為 x0，記 為：x0= ｛x0（1），x0（2），…，x0（n）｝。

自變量序列xi記為：xi= ｛xi（1），xi（2），…，xi（n）｝，i為因素的數(shù)量。

（2）原始數(shù)據(jù)變換

原始數(shù)據(jù)變換方法很多，主要有初值化處理和均值化處理。本文采用初值化處理方法。初值化處理，就是用每一個數(shù)列的首位數(shù)去除其它數(shù)，得到新的數(shù)列，記為：

得到的新數(shù)列就是不同時刻的值相對于第1個時刻值的百分比 （%）。

（3）求兩極最大差M和最小差m

（4）計算關(guān)聯(lián)系數(shù)

式中，θ—為分辨系數(shù)，通常取θ=0.5。

（5）計算關(guān)聯(lián)度

（6）關(guān)聯(lián)度排序、優(yōu)勢分析

對φi進行排序，得到影響因素的重要程度，并進行優(yōu)勢分析。

2.3 實證分析

根據(jù)21世紀以來2000～2007年8年的能源消費統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分別為綜合能源消費量 （將煤電氣油等各種能源統(tǒng)一折算為萬t標準煤后的能源量）以及主要的能源煤炭、石油、天然氣消費量，見表1～4（數(shù)據(jù)來自 《中國能源統(tǒng)計年鑒》），以消費量作為確定因變量序列，以各行業(yè)消費的能源量作為自變量序列。

表1 綜合能源消費量 （萬t標準煤）

表2 煤炭消費量（萬t）

表3 原油消費量（萬t）

表4 天然氣消費量 （億m3）

2.3.1 綜合能源消費關(guān)聯(lián)分析

首先，根據(jù)上述第 （2）步，進行無量綱化處理，原始數(shù)據(jù)變換后用矩陣表示為：

其次，根據(jù)上述第 （3）、 （4）步，進行綜合能源消費總量X0同各行業(yè)能源消費量Xi的灰色關(guān)聯(lián)計算。以綜合能源消費統(tǒng)計數(shù)據(jù)X0= （1，1.03，1.1，1.26，1.47，1.62，1.78，1.92）作為參考序列，經(jīng)式 （2）計算，差序列見表5。

表5 差序列

由表5可知，M=0.56，m=0，θ=0.5，根據(jù)第 （4）步，計算X0與Xi的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi（k），見表6。

表6 關(guān)聯(lián)系數(shù)

根據(jù)上文第 （5）步，計算X0與Xi的關(guān)聯(lián)度，如下：

可見，工業(yè)對能源消費的影響程度最大，其次為交通運輸、倉儲和郵政業(yè)，第三為建筑業(yè)。其他為：批發(fā)、零售業(yè)住宿、餐飲業(yè)，生活消費，其他行業(yè)，農(nóng)、林、牧、漁、水利業(yè)的影響最小。2.3.2 煤炭、石油、天然氣消費關(guān)聯(lián)分析

用同樣的方法，以煤炭、石油、天然氣數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)作為參考序列，計算X0與Xi的關(guān)聯(lián)度。

煤炭消費關(guān)聯(lián)度為：

排序大小依次為：工業(yè)，農(nóng)、林、牧、漁、水利業(yè)，其他行業(yè)，建筑業(yè)，批發(fā)、零售業(yè)和住宿、餐飲業(yè)，生活消費，交通運輸、倉儲和郵政業(yè)。

石油消費關(guān)聯(lián)度為：

天然氣消費關(guān)聯(lián)度為：

排序大小依次為：工業(yè)，交通運輸、倉儲和郵政業(yè)，建筑業(yè)，生活消費，批發(fā)、零售業(yè)和住宿、餐飲業(yè)，其他行業(yè)。

2.3.3 煤炭、石油、天然氣消費優(yōu)勢分析

將煤炭消費、石油消費、天然氣消費 （分別用字母M、Y、Q代表）與Xi的關(guān)聯(lián)度寫成矩陣的形式為：

其中，每行數(shù)字表示M、Y、Q與因素Xi的關(guān)聯(lián)度，將每個因素Xi與M、Y、Q的關(guān)聯(lián)度求平均值，即可得到各影響因素的敏感度系數(shù)。

其中M2最大，即工業(yè)對煤油氣消費的影響最大，其次是建筑業(yè)，生活消費，批發(fā)、零售業(yè)和住宿、餐飲業(yè)，農(nóng)、林、牧、漁、水利業(yè)，交通運輸、倉儲和郵政業(yè)，其他行業(yè)影響最小。

3 結(jié)果分析

本文通過對各個行業(yè)消費能源的情況進行關(guān)聯(lián)分析，明確了進入21世紀后我國能源消費的一些特點，得到如下結(jié)論：

（1）能源消費增速加快。進入新世紀以來，我國經(jīng)濟高速增長，對能源的消耗出現(xiàn)了史無前例的增長。主要的不可再生能源煤炭、石油、天然氣的消費量大大加快。這就要求我們必須加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，減少低附加值、高能耗、高污染的工業(yè)，調(diào)整傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，大幅度降低能源消耗。

（2）三種主要能源消費呈現(xiàn)不同特點。無論從總的綜合能源消費還是從三種主要的高碳能源來看，工業(yè)都占消費量的首位。傳統(tǒng)的工業(yè)和第一產(chǎn)業(yè)與煤炭消費關(guān)聯(lián)度較強，工業(yè)和交通運輸、倉儲、郵政業(yè)等行業(yè)與原油消費的關(guān)聯(lián)性較強，工業(yè)和交通運輸、倉儲、郵政業(yè)與天然氣消費的關(guān)聯(lián)性較強。

（3）分析表明，我國應(yīng)發(fā)展低耗能、高附加值的高新產(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，加快服務(wù)業(yè)發(fā)展。加快科技進步，調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu)，降低煤炭消耗，提高天然氣消費比例。提高能源利用效率，走集約發(fā)展的道路。