第２５卷第２期 Ｖ０１．２５ Ｎｏ．２ 四川职业技术学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｉｃｈｕａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ＣｏＨｅｇｅ ２０１５年４月 Ａｐｒ．２０１５ 我国能源消费现状控制与实施的定量分析 程倩僦朱家明ｂ’房勇。 （安徽财经大学 管理科学与工程学院：ｂ．统计与应用数学学院：Ｃ．金融学院，安徽蚌埠 ２３３０３０） 摘要：本文针对能源总量控制，综合使用多元线性回归分析、层次分析、加权Ｃ均值聚类等方法，分别构建各省市自治区的 能源消费特征、各省市自治区能源消费总量分配、能源总量控制等模型．运用Ｍａｔｌａｂ７编程研究了各省市自治区的能源消耗的 特征．根据经济指标完成的情况，提出我国能源消费总量在下一个发展期各省市自治区的分配方案以及我国各个省份能源消耗 总量控制的实施方案． 关键词：能源总量控制；多元回归分析；加权Ｃ均值聚类；方差分析；Ｍａｔｌａｂ７ 中图分类号：Ｆ２０６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—２０９４（２０１５）０２—００３３—０５ 能源是推动经济社会发展必要的物质动力，经济发展离不开能源的可靠供应。经济快速发展虽会提高人 民生产生活水平，但过快会导致能源过度消耗，资源和环境无法承受，不利于实现经济社会协调可持续发展． 因此，经济发展速度不能过快也不能过慢，必须保持在一个相对合理的水平．当全国总的能源消费量在某个 给定水平时，管理部门需要制定一个相对合理的方案将这有限的资源配置给各个地区，使得各地在合理均衡 发展的基础上，充分利用有限资源提升发展质量．为此，找出一个有效合理的能源分配方案，是当前经济发展 的重中之中． １各省市自治区的能源消费特征分类 １．１研究思路 针对各省市自治区的能源消费的特征分类，首先将产业分为第一产业、第二产业、第三产业，并作为准则 层，然后建立能源消耗的评价指标，将评价指标——煤炭比重、电力比重、汽油比重、天然气比重、单位ＧＤＰ能 耗和单位ＧＤＰ电耗的数据作为方案层．最后根据层次分析法得到目标层能源消耗对方案层评价指标的关系， 并运用加权Ｃ均值聚类 】的方法对各省市自治区的能源消耗进行分类，得到不同类别的能源消耗的特征． １．２数据处理 分别求出第一产业、第二产业、第三产业的煤炭比重、电力比重、汽油比重、天然气比重、单位ＧＤＰ能耗和 单位ＧＤＰ电耗的数据如下表１所示： 表１能源消耗评价指标值 ＼＼｝产 旨标 煤炭消 电力消 汽油消 费比重 费比重 费比重 干桃与 Ｉ八 ’、 Ｌ星 ，舌 单位ＧＤＰ电耗 （千瓦时 万元） 单位ＧＤＰ能耗 （标准煤一万元） 第一产业 ０Ｏ．１ ０．０３ ０．０３ ０ —２２．０５４ｔ＋４１５．０１ ．０．０ｌ９６ｔ＋０．３ｌ５３ 第二产业 ０．９４ ０．７４ ０．２７ ．０．０１３５ｔ＋０．７１４６ —９８．８０ｌｔ＋２３９９．９ —０．１３２８ｔ＋２．２５８５３ 第三产业 ０．０５ ０．２３ ０．７０ ０．０１３５ｔ＋０．２８５６ —２５．６０９ｔ＋８００．５５ ．０．０５７４ｔ＋０．９５４９ 注：ｔ是以２００３年为基期的不同时间年份 为了从产业结构对各省市自治区的能源消耗特征进行分类，本文选择在２０１０年各省市自治区的产业结 构基础上运用层次分析法和加权Ｃ均值聚类的方法对该问题进行了处理．２０１０年能源消耗特征评价指标如 下表２所示： ’收稿日期：２０１５－０３－０３ 基金项目：国家自然科学项目（１ １３ＯＬＯＯＤ，安徽财经大学教研项目（ａｃｊｙｚｄ２０１４２９），安徽财经大学大学生科研创新基金项目 （ＸＳＫＹｌ５３１）． 作者简介：程倩倩（１９９３－），女，安徽长丰人，安徽财经大学管理科学与工程学院２０１２级本科生． 朱家明（１９７３－），男，安徽泗县人，安徽财经大学统计与应用数学学院副教授，硕士．研究方向：应用数学与数学建模． ・３３・ 程倩倩，朱家明，房勇 我国能源消费现状控制与实施的定量分析 表２ ２０１０年能源消耗评价指标的值 ＼指标 煤炭消 电力消 汽油消 天然气 单位ＧＤＰ电耗 单位ＧＤＰ能耗 产 第一产业 费比重 费比重 费比重 ０Ｏ．１ Ｏ Ｏ３ ０．Ｏ３ 比重 ０ （千瓦时，万元） （标准煤 ’７５ ７￣） ２６０．６３２ ０．１７８王 第二产业 ０．９４ Ｏ．７４ ０．２７ ０．６３３６ １ ７０８．２９３ １．３５５７ 第三产业 ０．０５ ０－２３ ０．７Ｏ ０＿３８０ｌ ６２１．２８７ 《）．５５３ ｌ 依据２０１０年各省市自治区的产业结构以及层次分析法，可以得到各省市自治区的评价指标相对于目标 层能源消耗的值，并对数据进行无量纲化嘲得到相应的部分结果如下表３所示． 表３各省市自治区能源消耗评价指标无量纲化后数据 省市 自治区 北京市 煤炭消 费比重 ０ 电力 消耗 ０．１４４８ 汽油消 天然气 单位ＧＤＰ耗比重 比重 电耗 １ ０．１３３２ 单位ＧＤＰ 电耗 ０．１７０１ ０．４２９６ ０．５６７３ ０．１０８５ 天津市 河北 ０．８５１ １ ０．８３７２ ０．７９７ ０．６９８ ０．４５１５ ０．７７３６ Ｏ．６５ １ ０．７５５４ ０．６７２６ ０．７５６８ ０．６５０４ 山西省 １ ｌ １ １ 内蒙古自治区 ０．９０３ 辽宁省 吉林省 ０．７７４４ ０．１８７１ ０．６５２９ ０．５６９３ ０．６６ ０．６８８５ ０．６９９７ ０．７４３８ ０．７３６４ ０．６６４２ ０．７２４２ ０．７１９ ０．６４４１ ０．８８８７ ０．７６７７ ０．２１２３ ０．６５６９ ０．８２２５ ０．６９０２ ０．１５５７ ０。５４０４ ０．５６４２ ０．６７１４ ０．８４６２ ０．７５６６ ０．３１９１ ０．８１９８ ０．７４６ ０．３７１９ 黑龙江省 上海市 江苏省 浙江省 ０．７１６４ ０．６０４６ ０．２０８２ ０．５１６６ ０．５８ ０．５２３５ ０．７２１７ ０．７０９５ ０．５６６２ ０．５４８４ ０．７１３３ ０．７０５６ 安徽省 ０．８２２６ ０．６７５３ ０。０９９９ ０．５３５２ ０．６５２ ０．６２７７ １．３结果分析 对表３中的数据运用加权Ｃ均值聚类的方法对各省市自治区的能源消耗进行分类，结果如下表４所示： 表４各省市自治区的能源消耗的分类的结果 类别 一类 黑龙江 宁夏 北京 上海 新疆 海南 湖北 西藏 地区名称 湖南 广西 四Ｊｌｌ 贵州 云南 甘肃 二类 三类 天津 福建 河北 江西 山西 内蒙古 辽宁 吉林 江苏 浙江 山东 河南 广东 重庆 陕西 青海 安徽 依照无量纲化后的数据，每一类的能源消耗特征为： 第一类的能源消费特征为：单位ＧＤＰ能耗和单位ＧＤＰ电耗是很低的，能源的利用效率相对较高，经济的 发展对能源的依赖程度相对较低．对煤炭、汽油和电力的依赖不强． 第二类的能源消费特征为：经济的发展对能源的依赖程度很大，单位ＧＤＰ能耗和电耗的数值相对较大， 对煤炭、电力和汽油的依赖性较强，经济的发展依赖于能源． 第三类的能源消费特征为：经济的发展对能源的依赖程度是很大的，经济的发展几乎是取决于煤炭、电 力和汽油，是以能源为支撑的经济发展． ２下一个发展期的各省市自治区的能源分配方案 ２．１研究思路 针对下一个发展期的各省市自治区的能源分配方案，首先建立评价能源消耗总量的指标包括煤炭、原 油、汽油、柴油、天然气、电力和ＧＤＰ，然后运用多元线性拟合的方法拟合能源消费总量和各个指标之间的关 系式．最后根据历年的各省市自治区的煤炭、原油、汽油、柴油、天然气、电力和ＧＤＰ的消耗量的值，运用插值 ・３４・ 第２５卷第２期 四川职业技术学院学报 ２０１５年４月 Ｖ０１．２５ Ｎｏ．２ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｉｅｈｕａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ａｐｒ．２０１５ 和拟合的方法对各省市自治区的评价指标在下一个发展期的值进行预测，并将预测值带入能源消费总量和 各个指标之间的关系式中，从而得到了下一个发展期的各省市自治区的能源分配总量． ２．２数据的处理 １）不同地区、不同年份的煤炭（万吨），原油（万吨）、汽油（万吨）、柴油（万吨）、天然气（亿立方米）、电力 （亿千瓦小时）和ＧＤＰ（亿元）的部分值如下表５所示： 表５能源消耗总量评价指标的值 序 … ｑ号 吨 吨 ｃ ｔＬ 术＇ｒ ｄ￣Ｌ －Ｙ－ Ｇ｜ｌ己元 时ｌ １３３７５．７ ４７７．５７ １５７．４ ３６５．７５ １２，．１８ １０７７．９ｌ １２３５９．３３ ２ ２６３．１．６２ １１１６．２９ ３７１．Ｓ３ ２３７．４２ ７＿．．７９ ８０９．９ １４１１３．５８ ３ ７０２６．２４ ．１１４１．７４ ３５３．２ ５１０．５７ ２９．１ １３１５．０９ １４７３７．１２ ４ ５３８９．５７ ．１４００．１８ Ｓ６．５７ ２１０．６４ １４．２１ ８０４．４３ ４１２０．７５ Ｓ １５９８３．６２ ４４５５．３１ １０８６．１２ １６６８．Ｓ６ ６１．Ｓ６ ４０６０．１３ ４６０１３．Ｏ６ ６ ６４７．２ ８５９．１７ Ｓ２．６３ １３９．９８ ２９．７２ １５９．Ｏ２ ２０６４．５ ７ ２６０５０ ８；３５．０７ ２９７．４９ ５６１．２２ Ｊ７．１５ ２３５３．９６ ２３０９２．３６ ８ １２２ｌ９，ｌ３ ２１０６．５３ ３６３．７９ ５９８．３８ ２９．９ ７４７．８４ １０３６８．６ ９ １３４７０．Ｏ６ １０３５．８６ ４５７．８ ６４８．９６ ｌ９．Ｓ６ １３３０．４－． １５９６７．６７ ｌ０ １１３２３．３３ ５８７．６ ２６２．３６ ５０２．９８ ｌＬ２５ １１７１．９ｌ １６０３７．９６ ｌｌ ９５８２．６６ ９３９．９７ １６６．６１ ３６３．３ ２２．０１ ５７６．９８ ８６６７．５８ Ｉ２ ２３ｌＯ０．．１８ ２６６３．４７ ７４９．８４ ７２７。９６ ７１．Ｓ７ ３８６４。３７ ４１４２５．４８ ｌ３ １６９０８．．１３ ６５５８．９ｌ ５９３．１７ ９６３．９ １９．Ｏ２ １７１５．２６ １８４５７．２７ ｌ－Ｉ ２７００４．０４ １４０．７４ ３２５．６８ ８６３．Ｓ６ －ｌＳ．３ １５３６．８３ １１６７２ １５ ５７６４．９２ １７５．７７ ２２，６８ １０５．８２ ｌＳ．４８ ５４６．７７ １６８９．６５ ｌ６ １２７０．６８ １２７．９８ ２６．１９ ８９．８９ ２３．７２ ４６５．１８ １３５０．＿ｌ３ ｌ７ ３７３２７．８９ ５５９３．４ ８０２．４ １４４８．１２ ４７．０１ ３２９８．４６ ３９１６９，９２ １８ ｌｌ６３８．Ｓ３ ２１０４．６１ ２５５．２３ Ｓ３ｌ，Ｓ ５９．１９ ８５９．２２ ｌＯ１２３．４８ 注：ｍ、Ｙ、ｑ、ｃ、ｔ、ｄ、Ｇ分别表示煤炭、原油、汽油、柴油、天然气、电力、ＧＤＰ ２）运用插值和拟合的方法对各个省份的煤炭、原油、汽油、柴油、天然气、电力和ＧＤＰ的下一个发展期的 消耗量进行预测，得到各个省份下一个发展期每年能源消耗总量评价指标的值． ２－３研究方法 经过模型准备阶段对数据的处理，在此基础上可以建立多元线性回归模型 ，即 Ｙ－－／３。＋ Ｊ册＋ ｅｙ＋ｔ３ ３ｑ＋，Ｏ ４ｃ＋１３ ５ｔ十１３ ６ｄ＋１３７Ｇ 其中１３。、ＪＢｊ、１３ ２、 ３、Ｊ９ ４、Ｊ９ ５、１３ ６、１３，是多元拟合回归方程中的回归系数． 在Ｍａｔ１ａｂ编程中，运用ｒｅｇｒｅｓｓ命令，得到回归系数完成回归方程为： Ｙ＝Ｏ．８１２７ｍ＋１．８６１ ｌｙ＋４．０８５６ｑ一０．８６６６ｃ＋１３．１０７２ｔ＋０．７２５４ｄ＋０．０３７１Ｇ一３４．４９８３ 为了验证拟合的效果，对拟合后的数值和原数值进行方差分析 ，得到结果如下表６所示： 表６方差分析 差异 源 ｓｓ ｆ ＭＳ Ｆ Ｐ－Ｙａｌｕｅ Ｆ￡１ｊ．ｔ 组间 １５．９４７２２ １ １５．９４７２２ １．３６Ｅ一０７ ０．９９９７０７ ４．０６１７０６ 组内 ５．１ＳＥ＋０９ －Ｉ＿Ｉ １．１７Ｅ＋０８ 总汁 Ｓ．１ＳＥ＋０９ ４５ 从分析的数据中可以得知Ｆ＝Ｉ．３６Ｅ－０７小于Ｆ的临界值Ｆｃｒｉｔ＝４．０６１７０６，所以在显著性水平０．０５下接 受原假设，认为这两组数据不存在差异性。故可认为拟合效果较好． ２．４结果分析 将各省市自治区下一个发展期每年能源消耗总量评价指标的值带入回归方程，即可得到下一个发展期 的各省市自治区的能源分配，结果如下表７所示： ・３５・ 程倩倚，朱家明，房勇 我国能源消费现状控制与实施的定量分析 表７ ２０１１－２０１５年各省市自治区的能源分配总量的预测值 从分析的过程中可知，通过对各省市自治区每年的煤炭、原油、汽油、柴油、天然气、电力和ＧＤＰ的预测， 由多元回归方程即可定量得出各省市自治区每年的能源消耗总量的值，从而得到各省市自治区的能源分配 方案． ‘ ３我国各省市自治区能源消耗总量控制的实施方案 ３．１研究思路 针对各省市自治区能源消耗总量控制的实施方案，为了提高方案实施的可操作性，建立第一产业比重、 第二产业比重、第三产业比重、ＧＤＰ总量和平均工资水平这五个评价指标，通过对这个五个指标的分析和控 制，从而间接达到对能源消费总量控制的目的，结构模型如下图１所示： 图１能源消费总量控制结构模型图 ３．２研究方法 能源消耗总量用ｙ（亿吨／标准煤）来表示，能源消耗总量用ＧＤＰ总量Ｇ（亿元）、平均工资水平ｚ（万元）、 第一产业比重ｋ－、第二产业比重ｋ。和第三产业比重ｋ。这五个指标来衡量．选用多组数据运用Ｍａｔｌａｂ软件对 能源消耗总量和ＧＤＰ总量、平均工资水平、第一产业比重、第二产业比重和第三产业比重进行拟合． 经过模型准备阶段对数据的处理，在此基础上可以建立多元线性回归模型，即： 。＋Ｊ９ｌＧ＋ ２ｚ＋Ｏ凼＋Ｊ９如＋Ｊ９幽 ～ 在Ｍａｔｌａｂ７编程中，运用ｒｅｇｒｅｓｓ命令，得到回归系数完成回归方程，同时运用ｔ一检验来验证拟合效 果． ３．３结果分析 运用￣ｌａｔｌａｂ７可得到多元回归方程为： Ｙ＝５３．２１６一Ｄ．１Ｉ２ｚ一４１．６０８ｋ，－４１．０７９ｋ￣一４Ｄ．６５４ｋ３＋４１０４．７ｒ４５ 做出残差与残差置信区间的图２所示： ・３６‘ 第２５卷第２期 四川职业技术学院学报 ２０１５年４月 ＶＤ１．２５ Ｎｏ．２ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｉｃｈｕａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ａｐｒ．２０１５ 图２残差与分析图 从图２可知，此时不存在异常点，用Ｍａｔｌａｂ７软件，由ｊｂｔｅｓｔ检验，ｈ＝０表明残差服从正态分布，进而由 ｔ检验可知ｈｌ＝０，ｐ１＝１，故残差服从均值为零的正态分布． 为了验证拟合的效果，对拟合后的数值和原数值进行ｔ一检验脚，得到结果如下表８所示： 表８ ｔ一检验：双样本异方差假设 由ｔ一检验：双样本异方差假设得，ｔ的统计量的观测值ｔ Ｓｔａｒ＝－＆５４３５７Ｅ－０５小于ｔ双尾临界ｚ ０１５３６７５４７， 所以在显著性水平０．０５下接受原假设，认为这两组数据不存在差异性．故认为拟合的效果较好． 由分析可知，为了监督和考核各省份能源消费总量控制目标的完成情况，可以通过对ＧＤＰ总量、平均工 资水平、第一产业比重、第二产业比重和第三产业比重这五个指标的监控，间接计算得出能源消费总量，从而 达到监督和考核能源消费总量控制目标的完成情况． ４总结 通过各省市自治区能源消费总量的分配模型和利用各省市自治区历年的煤炭、原油、汽油、柴油、天然 气、电力和ＧＤＰ这七个指标的值来完成各省市自治区的能源分配．使得当全国总的能源消费量在某个给定水 平时，可以利用该能源分配方案将这有限的资源配置给各个地区，使得各地在合理均衡发展的基础上，充分 利用有限资源提升发展质量．同时由能源总量控制模型，利用ＧＤＰ总量、平均工资水平、第一产业比重、第二 产业比重和第三产业比重这五个指标来监督和考核能源消费总量控制目标的完成情况，使能源分配方案更 好的落实在各个地区，促进经济的可持续发展． 参考文献： ［１］中国国家统计局网：ｈｔｔｐ：／／￣．ｓｔａｔｓ．ｇｏｖ．ｏｎ／． ［２］杨桂元，黄己立．数学建模［Ｍ］．合肥：中国科技大学出版社，２００８． ［３］吴礼斌，闫云侠．经济数学实验与建模咖．天津：天津大学出版社，２００９． ［４］杨桂元，朱家明．数学建模竞赛优秀论文评析［Ｍ］．合肥：中国科技大学出版社，２０１３． ［５］吴传生。彭斯俊。陈盛双。等．经济数学一概率论与数理统计［Ｍ］．北京：高等教育出版社．２００９． ［６］欧雯雯．区域能源消费总量控制研究ＩＶ］．杭州：浙江工业大学，２０１２． ［７］郭馨．能源消费总量控制的必要性及其实现手段［Ｊ］．中国科技投资，２０１ １，（１１）：２２－２５． 责任编辑：张隆辉 ・３７・
