基于馬爾科夫模型的美國(guó)四州能源狀況分析與建議

昌海亮

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

在美國(guó)國(guó)家能源數(shù)據(jù)系統(tǒng)（SEDS）網(wǎng)站中分別采集加利福尼亞州、亞利桑那州、新墨西哥州和德克薩斯州四大州從1960—2009年的數(shù)據(jù)集并整理，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，剔除無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)，得到相關(guān)有用數(shù)據(jù)。

2 馬爾科夫模型

本文運(yùn)用馬爾科夫模型的步驟如下：①建立馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣；②運(yùn)用統(tǒng)計(jì)法、二次規(guī)劃法及線性方程組法初步求解馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣；③對(duì)結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，得到轉(zhuǎn)移概率矩陣。

3 四大州能源狀況分析

通過(guò)繪制四大州各能源消耗從1960—2009年的變化曲線圖并進(jìn)行相關(guān)分析。

3.1 加利福尼亞州

清潔可再生能源產(chǎn)業(yè)的消耗整體比例呈下降趨勢(shì)，化石燃料、火力發(fā)電、車(chē)用汽油等不可再生能源消耗比例整體呈上升趨勢(shì)。此外，從1960—1965年，清潔可再生能源的比例呈上升趨勢(shì)，并在1965年以后緩慢下降，與不可再生能源相反。在這50年中，化石燃料的比例一直比較大，火力發(fā)電呈上升趨勢(shì)，車(chē)用汽油和其他能源基本保持穩(wěn)定。

3.2 亞利桑那州

50年來(lái)，化石燃料呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，車(chē)用汽油、火力發(fā)電等能源比例呈上升趨勢(shì)。清潔可再生能源的比例在1960—1974年基本穩(wěn)定，從1974—1977年有下降趨勢(shì)，此后持續(xù)下降，1988年之后有一個(gè)小幅增長(zhǎng)。由此可見(jiàn)，能源消耗轉(zhuǎn)移既包括同大類(lèi)能源內(nèi)部轉(zhuǎn)移，也包括不同大類(lèi)能源之間的轉(zhuǎn)移，從中可以找出國(guó)家重點(diǎn)使用的清潔可再生能源。

3.3 新墨西哥州

清潔可再生能源整體比例呈下降趨勢(shì)。化石燃料、火力發(fā)電和車(chē)用汽油等不可再生能源消耗比例整體呈上升趨勢(shì)。此外，從1960—1985年，清潔可再生能源的比例呈下降趨勢(shì)，1985年后基本趨于穩(wěn)定?；鹆Πl(fā)電在過(guò)去50年里一直呈緩慢上升的趨勢(shì)。在過(guò)去的50年里，車(chē)用汽油和其他能源的比例在10%左右波動(dòng)。

3.4 德克薩斯州

清潔可再生能源整體比例呈下降趨勢(shì)，化石燃料、火力發(fā)電、車(chē)用汽油等不可再生能源比重整體呈上升趨勢(shì)。此外，從1960—1980年，化石燃料的份額一直在增加，然后開(kāi)始下降到58%左右。在過(guò)去的50年里，火力發(fā)電、車(chē)用汽油和其他能源的份額一直在增加。然而，1960—1981年間，清潔可再生能源的使用量急劇下降，2009年總量?jī)H占10%，表明該州環(huán)境在那50年中較好，并且使用的可再生能源相對(duì)較少。

4 四個(gè)州之間的異同

根據(jù)以上分析，發(fā)現(xiàn)這四個(gè)州使用的化石燃料的比例基本在50%～60%，但亞利桑那州50年來(lái)的化石燃料呈下降趨勢(shì)，其余三個(gè)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。在過(guò)去的50年中，每個(gè)州使用的清潔可再生能源的比例有所下降，而亞利桑那州的清潔可再生能源比例下降較小，其余三州的清潔可再生能源比例則明顯下降。這四個(gè)州的火力發(fā)電、車(chē)用汽油和其他能源的份額在50年內(nèi)保持穩(wěn)定的上升趨勢(shì)。

5 原因分析

獲取相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，亞利桑那州的化石燃料資源非常少，但該州大部分地區(qū)屬于半干旱氣候，充足的日照使其太陽(yáng)能資源豐富，高原地區(qū)為其提供風(fēng)力資源，還擁有豐富的地?zé)豳Y源。此外，該州的工業(yè)類(lèi)型是一個(gè)人均能源消耗低的小型工業(yè)部門(mén)。相比之下，其他三州擁有豐富的化石燃料資源，比如原油和天然氣。然而，由于加州氣候溫和，使得供暖設(shè)備使用頻率較低，人均能源消耗較少。雖然其他三個(gè)州的清潔可再生能源在過(guò)去50年里一直在下降，但它們都擁有豐富的可再生能源，并且可以大力開(kāi)發(fā)和使用。

6 建議

建議加利福尼亞州到2050年保持不可再生能源消費(fèi)的緩慢增長(zhǎng)，其中化石燃料的增長(zhǎng)率要低于10%.此外，繼續(xù)提高清潔可再生能源的份額，到2050年實(shí)現(xiàn)超過(guò)18%的目標(biāo)。此外，到2050年溫室氣體排放量至少減少60%。

亞利桑那州應(yīng)將不可再生能源消費(fèi)的份額至少降低8個(gè)百分點(diǎn)，相應(yīng)地到2050年實(shí)現(xiàn)清潔可再生能源比例上升到17%左右，同時(shí)，保持不可再生能源的緩慢增長(zhǎng)，繼續(xù)提高太陽(yáng)能消耗的份額。

新墨西哥州到2050年清潔可再生能源份額將增加到24%左右，保持不可再生能源的緩慢同步增長(zhǎng)。在風(fēng)力發(fā)電方面，保持快速增長(zhǎng)的穩(wěn)定狀態(tài)。

對(duì)于德克薩斯州而言，清潔可再生能源將超過(guò)26%，相應(yīng)降低汽油和煤炭的比例超過(guò)2個(gè)百分點(diǎn)。

［1］ 郝立麗，張濱，呂潔華.基于馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣的林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化趨向研究［J］.林業(yè)經(jīng)濟(jì)，2017（05）：26-32.

［2］ 樂(lè)歡，劉再起.美國(guó)能源政策研究［D］.武漢：武漢大學(xué)，2014.

［3］ 蔣國(guó)旗，李興山.中國(guó)綜合能源市場(chǎng)體系建設(shè)研究［D］.北京：中共中央黨校，2013.