基于主成分分析法分析北京市能源供應(yīng)鏈的主要影響因素

莫傲然　李緩

摘要近年來，北京市在能源發(fā)展和節(jié)能方面取得了較好成績，能源供應(yīng)能力持續(xù)增強，設(shè)施水平穩(wěn)步提高，能源結(jié)構(gòu)顯著改善，但仍然存在一些需要解決的問題，本文將對影響北京市能源供應(yīng)鏈的影響因素進行主成分分析找出影響北京市能源供應(yīng)鏈的主要影響因素。

關(guān)鍵詞能源供應(yīng)鏈主成分分析主要影響因素

中圖分類號：F274 文獻標(biāo)識碼：A

一、引言

所謂能源供應(yīng)鏈就是指由原始一次能源開始，一次能源及由其加工轉(zhuǎn)換得到的二次能源流動到冷熱電聯(lián)產(chǎn)廠，再流動到分布式網(wǎng)絡(luò)中的配送站，最終流動到各個用戶，這樣一個涉及多個組織的能源網(wǎng)絡(luò)。為了研究的方便，本文將對北京市能源供應(yīng)鏈的構(gòu)成進行簡化，主要考慮單個一次能源及由其加工轉(zhuǎn)換得到的二次能源流動到冷熱電聯(lián)產(chǎn)廠，再流動到分布式網(wǎng)絡(luò)中的配送站，最終流動到各個用戶的簡單那能源網(wǎng)絡(luò)，略去其中的復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)。

北京市屬于能源資源短缺地區(qū)，一次能源主要是儲量較少的煤炭和少量的水電及地?zé)岬?，北京市一次能源中煤炭一部分自給，一部分來源于外購，據(jù)統(tǒng)計煤炭94%外購，其本地煤炭資源主要分布在京西，最大年產(chǎn)量為1000萬噸，其中97%為無煙煤。目前京西煤主要用于加工民用型煤，發(fā)電與焦化用煤主要從外地供應(yīng)。石油和天然氣尚未發(fā)現(xiàn)可供開采的工業(yè)儲量，天然氣基本依靠外購。北京市的水力資源主要分布在永定河、白河和潮白河干流，據(jù)統(tǒng)計約占可開發(fā)資源的70%左右，已開發(fā)水電裝機容量約25.8萬千瓦（不包括十三陵抽水蓄能電站裝機80萬千瓦）。北京市約70%的電力依靠外購。

二、影響因素概述

北京市是典型的能源依賴型城市，能源消費總量的94%依靠外部供應(yīng)。通過對以往的研究文獻的分析，可以得出能源消費對經(jīng)濟總量增長與結(jié)構(gòu)變動有影響、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對能源消費有影響，能源消費對國內(nèi)生產(chǎn)總值有影響，能源利用效率和能源強度對產(chǎn)業(yè)增加值有一定的影響。本文對影響北京市能源供應(yīng)鏈的各種因素進行總結(jié)可以得出能源消費、能源生產(chǎn)能力、地區(qū)生產(chǎn)總值、能源利用效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)境保護等因素對能源供應(yīng)鏈會產(chǎn)生一定程度的影響，鑒于此本文將提煉出以下的影響因素對北京市能源供應(yīng)鏈產(chǎn)生影響的主要因素進行分析：

（一）能源自給率。

能源自給率等于能源生產(chǎn)量與能源消費量的比。這樣就考慮到了能源的生產(chǎn)能力和能源的消費量兩個因素。

（二）能源消費彈性系數(shù)。

指能源消費總量增長率與地區(qū)生產(chǎn)總值增長率的比值。選擇能源消費彈性系數(shù)這個指標(biāo)，就是對地區(qū)生產(chǎn)總值和能源消費總量影響因素的分析。

（三）CO2排放強度。

二氧化碳排放強度是指與國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）相對應(yīng)的二氧化碳排放率，即一國或地區(qū)在一定時期內(nèi)單位GDP的二氧化碳排放量。這個指標(biāo)能夠分析環(huán)境因素對能源供應(yīng)鏈的影響程度。

（四）能源利用效率。

能源有效利用率、能源利用率或能源效率。通常是指在使用能源的過程中得到的有用能與實際消費的能源量之比。它反映能源消費過程中管理、技術(shù)、經(jīng)濟等因素的影響及其效果，具有高度的概括性和很強的對比性。

（五）能源價格指數(shù)。

根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的價格方面的數(shù)據(jù)，可以將價格指數(shù)總體上分為原材料價格指數(shù)、生產(chǎn)價格指數(shù)和消費者物價指數(shù)，與產(chǎn)業(yè)鏈的三個環(huán)節(jié)一一對應(yīng)。因此國內(nèi)選擇原材料燃料動力購進價格指數(shù)（DRAWPI）衡量國內(nèi)相對應(yīng)領(lǐng)域的價格。

（六）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動度。

為衡量產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變動程度，把產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變動給定量化，本文將引入產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動度指標(biāo)。其計算公式如下：式中：K為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化值，Qij為報告期i次產(chǎn)業(yè)構(gòu)成百分比，Qi0為基期同次產(chǎn)業(yè)構(gòu)成百分比。

三、主成分分析對本文的適用性分析

本文要做的研究是要將選定的諸多影響因素指標(biāo)中選出對北京市能源供應(yīng)鏈影響比較大的主要因素。根據(jù)主成分分析的方法的基本原理，用較少的變量去解釋原來變量中的大部分變異，將我們手中許多相關(guān)性很高的變量轉(zhuǎn)化成彼此相互獨立或不相關(guān)的變量。設(shè)法將原來眾多具有一定相關(guān)性指標(biāo)，重新組合成一組新的互相無關(guān)的綜合指標(biāo)來代替原來的指標(biāo)等，本文正是希望從縱多的能源供應(yīng)鏈影響因素中確定一組互相無關(guān)的主要的影響因素，然后確定北京市能源供應(yīng)與相關(guān)變量之間的關(guān)系，從而符合了主成分分析的基本特點，滿足了主成分分析的基本條件。

四、數(shù)據(jù)與結(jié)果

（一）指標(biāo)數(shù)據(jù)選取。

本文進行主成分分析的樣本數(shù)據(jù)來自于《北京市統(tǒng)計年鑒》、《中國能源統(tǒng)計年鑒》。由此獲得的數(shù)據(jù)具有權(quán)威性、可對比性和統(tǒng)計口徑一致性等特點，能夠保證主成分分析結(jié)果的科學(xué)性。根據(jù)上一節(jié)對北京市能源供給因素進行的分析，我們選取能源自給率、CO2強度、能源利用率、能源價格指數(shù)、能源消費彈性系數(shù)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動度等6項數(shù)據(jù)指標(biāo)。為保證數(shù)據(jù)的可獲得性和完整性，我們選取2004年——2010年的北京市能源供給相關(guān)數(shù)據(jù)（見表1）。

（二）分析結(jié)果。

1、建立相關(guān)系數(shù)矩陣。將上述選取的6個影響因素分別命名為X1-X6變量名。利用基于相關(guān)陣的主成分分析法，通過SPSS17.0對所選取的能源供應(yīng)鏈的6個影響因素的原始數(shù)據(jù)輸入變量框，進行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理得出標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，對標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)進行因子分析，計算得其相關(guān)系數(shù)矩陣。

2、求相關(guān)矩陣的特征值，確定主成分個數(shù)。相關(guān)系數(shù)矩陣計算特征值和各個主成分的貢獻率與累計貢獻率。根據(jù)最初幾個特征值在全部特征值中的累計方差貢獻率大于等于一定的百分率的原則，確定選取的主成分個數(shù)。從計算解釋的總方差可以看出前兩個主成分的累積方差貢獻率達81.039%，說明這兩個這主成分可代替原來各項指標(biāo)描述影響能源供應(yīng)鏈因素81.039%的可靠性。由此，只需求出第一、二主成分即可解釋大部分影響因素。

3、成份矩陣。

成份矩陣在確定了2個主成分的基礎(chǔ)上，利用SPSS17.0軟件，運用回歸法計算出。

4、求出主成分表達式。

有上述得出的成分矩陣，我們可以取得每個主成分的方差，即特征根，它的大小表示了對應(yīng)主成分能夠描述原來所有信息的多少（更多情況下是由方差貢獻率來反映）。一般來講，為了達到降維的目的，我們只提取前幾個主成分，由于前2個特征值累計貢獻率達到81.039%，所以決定用兩個新變量來代替原來的六個變量。將前兩個成分矩陣輸入到數(shù)據(jù)編輯窗口（為變量b1、b2、b3），然后利用“轉(zhuǎn)換-計算變量”，在對話框中輸入“a1=b1/SQR（3.459）”[注：第二主成分SQR后的括號中填[1.404]，即可得到特征向量a1。同理，可得到a2.]

然后就可以得出主成分表達式：

Z1=0.24X1+0.26X2-0.16X3+0.11X4+0.24X5-0.26X6

Z2=0.02X1+0.14X2+0.53X3+0.56X4-0.26X5-0.17X6

五、結(jié)果分析

通過觀察上述由spss17.0計算出的北京市能源供應(yīng)鏈影響因素6個指標(biāo)的主成分表達式，Z1表達式中X1的系數(shù)為0.24，這表示第一主成分和能源自給率變量的相關(guān)系數(shù)為0.24（相關(guān)系數(shù)的絕對值越大，主成分對該變量的代表性也就越大）。通過分析這兩個主成分各變量前的系數(shù)可知，第一主成分Z1中的各個變量的相關(guān)系數(shù)分別為0.24、0.26、-0.16、0.11、0.24、-0.26，其絕對值較為平均，所以第一主成分對各個變量的解釋不是很明顯。而第二個主成分中X3、X4這兩個變量所對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)0.53、0.54的絕對值較大，說明第二主成分對能源價格指數(shù)和能源利用率的解釋較為充分。從而可以得出能源價格指數(shù)和能源利用率兩個影響因素在影響程度上排名較靠前，即在評價影響北京市能源供應(yīng)鏈的因素時可適當(dāng)優(yōu)先考慮能源利用率和能源價格指數(shù)這兩種能源作為主要影響因素。□

（作者單位：莫傲然，華北電力大學(xué)工商管理學(xué)院；李緩，河南省電力勘測設(shè)計院）

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