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兰州商学院硕士学位论文中国能源需求的建模与实证分析 摘要 能源是人类社会发展不可缺少的物质基础，任何一个国家或地区的社会经济 发展都离不开能源的支持。改革开放以来，随着我国经济的飞速发展，对能源需 求呈急剧上升的趋势，能源的供需矛盾也日益突出。因此，为了能够满足我国经 济持续、稳定、健康的发展，制定安全可靠的能源战略也就成了重要而又迫切的 任务。 以往研究能源需求的分析方法大致可归为两类：一类是能源需求的预测分 析方法，另一类是能源需求的因素分析方法。对于能源需求的预测分析方法来说， 由于经济现象本身比较复杂，单一方法对能源需求预测精度的提高效果都不明 显。对于能源需求的因素分析方法来说，往往以某种经济理论或对经济行为的认 识来确立模型的理论关系形式，而依据经济理论或对经济行为的认识来确立模 型，在建模本身上就存在着主观性，造成由于认识上的不够全面和深入而导致分 析结果的偏差。2 0 世纪7 0 年代以来发展起来的非经典计量经济学则为解决这一 问题提供了很好的理论和方法基础：而本文的重点正是基于非经典计量经济学对 我国的能源需求问题进行实证研究。对于能源需求预测分析方法中存在的问题来 说，本文主要用趋势外推与a r m a 组合预测模型来解决。而对于能源需求因素分 析方法中存在的问题来说，本文主要采用协整与误差修正模型来解决。最后在 实证分析的基础上提出我国的能源发展战略及相应建议。 关键词：能源需求趋势外推与a r m a 组合模型协整模型建模能源战略 兰州商学院硕士学位论文中国能源需求的建模与实证分析 a b s t r a c t t h ee n e r g yi st h eh u m a ns o c i e t yd e v e l o p m e n te s s e n t i a lm a t e r i a l b a s e ，a n yc o u n t r yo ra r e as o c i a le c o n o m yd e v e l o p m e n tm u s td e p e n do n t h ee n e r g y s i n c et h er e f o r ma n do p e np o l i c y , a l o n gw i t ho u rc o u n t r y e c o n o m yr a p i dd e v e l o p m e n t ，h a sa s s u m e dt h et e n d e n c yt ot h ee n e r g y d e m a n dw h i c hr i s e ss u d d e n l y ，t h ec o n t r a d i c t o r yo ft h ee n e r g ys u p p l ya n d d e m a n dd a yb yd a yi sa l s op r o m i n e n t t h e r e f o r e ，i no r d e rt os a t i s f yt h e s u s t a i n a b l e ，s t a b l ea n dh e a l t h yd e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r ye c o n o m y , t h e s a f ea n dr e l i a b l ee n e r g ys t r a t e g ya l s oh a sb e c o m ev i t a la n du r g e n t t h ef o r m e re n e r g yd e m a n da n a l y s i sm e t h o dm a yb ec l a s s i f i e dt w o k i n d sa p p r o x i m a t e l y ：o n ei st h ee n e r g yd e m a n df o r e c a s ta n a l y s i sm e t h o d ， a n o t h e ro n ei st h ee n e r g yd e m a n df a c t o ra n a l y s i sm e t h o d f o rt h ee n e r g y d e m a n df o r e c a s ta n a l y s i sm e t h o d ，b e c a u s ee c o n o m i cp h e n o m e n ai t s e l f q u i t ei sc o m p l e x ，t h e e f f e c to ft h es o l em e t h o dw h i c he n h a n c e st h e p r e c i s i o no f t h ee n e r g yd e m a n df o r e c a s ti sn o ta l lo b v i o u s f o rt h e e n e r g yd e m a n df a c t o ra n a l y s i sm e t h o d ，i to f t e ne s t a b l i s h e st h em o d e lb y s o m ek i n do fe c o n o m i c t h e o r y o r b yu n d e r s t a n d i n g t h ee c o n o m i c a c t i v i t i e s ，b u tr e s t i n go nt h ee c o n o m i ct h e o r yo rt h eu n d e r s t a n d i n go ft h e e c o n o m i ca c t i v i t i e st oe s t a b l i s ht h em o d e l ，t h es u b j e c t i v i t yh a se x i s t e di n m o d e l i n gi t s e l f , w h i c hc a u s e st h ed e v i a t i o no ft h ea n a l y s i sr e s u l tb e c a u s e o fi n s u f f i c i e n t c o m p r e h e n s i v e s i n c e t h e2 0 t h c e n t u r y 7 0 s t h e n o n c l a s s i c se c o n o m e t r i c sh a v ed e v e l o p e df o rs o l v et h i sp r o b l e mt o 兰州商学院硕士学位论文中国能源需求的建模与实证分析 p r o v i d et h ev e r yg o o dt h e o r ya n dt h em e t h o df o u n d a t i o n ；t h e nt h ek e y p o i n to ft h ep a p e ri s t h ee m p i r i c a lr e s e a r c hb a s e do nt h en o n - c l a s s i c s e c o n o m e t r i c st oo u rc o u n t r y se n e r g yd e m a n dq u e s t i o n c o n c e r n i n gt h e q u e s t i o n o ft h e e n e r g yd e m a n df o r e c a s ta n a l y s i sm e t h o d ，t h ep a p e r m a i n l ya d o p t st h et e n d e n c ye x t r a p o l a t i o na n dt h ea r m a c o m b i n a t i o n f o r e c a s tm o d e lt os e t t l e c o n c e r n i n gt h eq u e s t i o no ft h ee n e r g yd e m a n d f a c t o ra n a l y s i sm e t h o d ，t h ep a p e rm a i n l yu s e st h ec o - i n t e g r a t i o na n d e r r o rc o r r e c t i o nm o d e lf o ra n s w e r i n gt h eq u e s t i o n f i n a l l yo u rc o u n t r y s e n e r g yd e v e l o p m e n t a ls t r a t e g ya n dt h ec o r r e s p o n d i n gs u g g e s t i o nb a s e d o nt h ee m p i r i c a la n a l y s i si sp r o p o s e d k e y w o r d s ：e n e r g yd e m a n d ；t e n d e n c ye x t r a p o l a t i o n a n da r m a c o m b i n a t i o nm o d e l ；c o i n t e g r a t i o n m o d e l ；m o d e l i n g ，；e n e r g ys t r a t e g y 兰州商学院硕士学位论文 中国能源需求的建模与实证分析 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：l 壶盈签字日期：b 2 ：五l 导师签名 j 簪痴一 j 矿 签字日期：k ) ：2 卫 关于论文使用授权的说明 本人完全了解学校关于保留、使用学位论文的各项规定，! 塑红( 选择“同 意”“不同意”) 以下事项： 1 学校有权保留本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文； 2 学校有权将本人的学位论文提交至清华大学“中国学术期刊( 光盘版) 电 子杂志社”用于出版和编入c n l ( i 中国知识资源总库或其他同类数据库，传 播本学位论文的全部或部分内容。 学位论文作者签名： 硅五 签字日期： 趔：羔f 导师签名：兰亏至址 签字日期：j i l 鱼韭 兰州商学院硕士学位论文 中国能源需求的建模与实证分析 1 绪论 能源是人类社会发展不可缺少的物质基础，任何一个国家或地区的社会经济 发展都离不开能源的支持。自进入工业化时期以来，能源在任何国家的社会与经 济生活中都起着无可替代的重要作用，为了满足不断增长的能源需求，世界各国 大量开采煤、石油、天然气等化石燃料，但仍然供不应求，多次出现全球性或区 域性的能源紧缺，甚而导致严重的能源危机，而与年俱增的能源消费对环境造成 的破坏也越来越严重。因此，清楚了解能源供需形势，做好影响能源需求因素分 析、搞好能源需求预测为能源规划及政策的制定提供科学依据，将对于保证我国 国民经济健康、稳定、持续发展具有重要的理论和现实意义。 1 1 能源需求理论和分析方法的国内外研究综述 1 1 1 能源需求理论研究 英国经济学家威廉杰文斯1 8 6 5 年出版的煤的问题一书，被认为是最 早从经济学角度全面分析能源问题的一部专著。而经济学家乔治斯库罗根1 9 7 1 年出版的熵的定律和经济过程指出，“投入有价值的资源( 低熵) 与最终产出 无价值的废物( 高熵) 之间的本质差别”，才是经济学对能源问题进行考察和研究 的出发点。人们对能源问题的重视，并进行系统地研究，则始于2 0 世纪7 0 年代。 2 0 世纪7 0 年代初，丹尼斯l 梅多斯( o e n n i sl m e a d o w s ) 等人，以整个世 界为研究对象，通过研究世界人口、工业发展、污染、粮食生产和资源消耗五种 因素之间的变动和相互关系，建立了所谓的“世界末日模型”，首次对能源问题 进行了系统研究，通过电子计算机对此模型进行模拟和分析，最后得出这样的结 论：如果维持现有的人口增长率和资源消耗速度不变的话，世界资源将会耗竭。 国后来2 0 世纪7 0 年代两次石油危机似乎证实了梅多斯等人所得出的结论，这 不仅引起经济学家的注意，而且也引起了工程技术专家的关注。因此，在后来对 能源需求问题的研究中，主要有两方面的理论研究：基于经济学的理论和基于工 程技术的理论。 ( 1 ) 基于经济学理论的能源需求理论：在7 0 年代的石油危机后，经济学家 c l e v e l a n d 实证分析了近1 0 0 年来美国8 7 个部门的经济增长，并发现了能源需 。d 梅多斯等增长的极限 - i 北京：商务印书馆，1 9 8 4 ，1 9 2 0 1 兰州商学院硕士学位论文中国能源需求的建模与实证分析 求与g n p 之间存在着高度的相关关系，并且二者之间的关系受到了能源结构变化 的影响。c l e v e l a n d 在模型中以能源需求与g n p 之间存在着因果关系为基本假设， 而劳动力和资本等生产要素并没有考虑进去。事实上，这两大传统的生产要素对 能源需求的影响是不能够忽略的。c h r i s t e n s e n 等( 1 9 7 3 年) 从柯布一道格拉 斯生产函数( c o b b d o u g l a sf u n c t i o n ) 演化得出能源需求的超越对数模型，首 次将能源作为生产要素引入柯布一道格拉斯生产函数中，从而对能源需求进行分 析。之后h u d s o n 和j o r g e n s o n ( 1 9 7 4 年) 、b e r n d t 和w o o d ( 1 9 7 5 年) 、j o r g e n s o n 和f r a u m e n i ( 1 9 8 1 年) 等人对此模型不同程度地进行深入研究，结果他们发现， 此模型存在着一定的缺陷，而且他们通过研究对其进行了不同程度的补充和修正 o 。g r i f f i na n dg r e g o r y 。( 1 9 7 6 年) 在利用部门间和截面组数据( p a n e ld a t a ) 计算能源价格弹性时，发现地区间的能源需求变化也会对长期能源需求产生影 响，进而他们通过国家间的、跨部门的数据进行研究并建立基于截面组数据的能 源需求模型 。2 0 世纪8 0 年代以来，截面组数据研究在质量和数量上都增加很 大，特别是在计量经济学的支持下，截面组数据模型得到了迅速地发展： b e e n s t o c k ( 1 9 8 1 年) 、k o u r i s ( 1 9 8 3 年) 、b o p p ( 1 9 8 4 年) 、p r o s s e r ( 1 9 8 5 年) 等人基于经济学的需求理论，通过分析影响能源需求的因素，建立能源需求函 数来分析能源需求并预测未来能源需求，这也是目前应用较多的、较广泛的模型 形式之一。n o e ld u r i ( 1 9 9 3 年) 。、m o h i n d e rg i l l 等( 1 9 9 5 年) 。在此基础 之上，将气候因素引入能源需求函数中，发展了能源需求函数，使之更接近现实、 更能解释其经济意义。 ( 2 ) 基于工程技术理论的能源需求理论：f i s h e r 和k a y s e n ( 1 9 6 2 年) 对 能源应用设备、技术效率和能源需求的相互关系进行了分析，认为对于一种给定 燃料的需求取决于使用该燃料的设各的存量及其该设备的燃料效率和利用率，得 j o r g e n s o n d a l e - a n db a r b a r af r a u m e n i 。r e l a t i v ep r i c e sa n dt e c h n o l o g yc h a n g e ”i nm o d e l i n g a n dm e a s u r i n gn a t u r a lr e s o u r c es u b s t i t u t i o n c a m b r i d g e ，r a ：m i tp r e s s ，1 9 8 1 og r i f f i na n d g r e g o r y a ni n t e r c o u n t r yt r a n s l o gm o d e lo fe n e r g ys u b s t i t u t i o nr e s p o n s e s a m e r i c a n e c o n o m i c sr e v i e v ，v 0 1 6 6 ，1 9 7 6 ，8 4 5 8 5 7 罾p r o s s e r 兄d d e m a n de l a s t i c i t yi no e c d ：d y n a m i c a la s p e c t s e n e r g ye c o n o m i e sj a n u a r y ，1 9 8 5 ， 9 1 2 。n o e ld u r i n o t eo ne n e r g yd e m a n de s t i m a t i o n i n t e r n a t i o n a lj o u r n a lo fe n e r g yr e s e a r c h 。y 0 1 1 7 n o 8 ，1 9 9 3 7 4 7 7 5 8 on o e ld u r ia n dm o h i n d e rg i l l t h ea g r i c u l t u r a ld e m a n df o re l e c t r i c i t yi nt h eu n i t e d s t a t e s i n t e r n a t i o n a lj o u r n a lo fe n e r g yr e s e a r c h ，v 0 1 1 9 。n o 2 ，1 9 9 5 ，1 4 5 1 5 7 2 兰州商学院硕士学位论文中国能源需求的建模与实证分析 出了一种分析能源需求的模型。m c f a d d e n ( 1 9 7 8 年，1 9 8 4 年) d 在上述基础上， 通过研究发现该模型存在许多概念上的困难，基于这一点，他补充和发展了这个 模型，把燃料应用选择描述为效用最大化的非连续选择，并得出了以效用最大化 为基础的非连续模型；由于煤、石油、天然气等都属于不可再生资源，由历史数 据估测得到的计量经济学模型，并不能反映这些不可再生资源在以后时期的储量 或可消费量，这也是能源经济研究面临的不确定性，基于这一点，p i n d y c k 和 g r i f f i n ( 1 9 7 8 年) 。在对能源需求进行分析时，考虑了时间和工程技术等影响 因素，并运用动态最优方法进行研究分析，开辟了另一新的能源需求模型。 国内对能源需求相关问题的研究比西方起步要晚，1 9 世纪5 0 - 6 0 年代主要 侧重于介绍前苏联技术经济、动能经济方面的著作。如徐寿波对我国能源规划与 综合能源学的研究( 1 9 6 0 年) ，冯华德、黄载尧对我国大型水利枢纽布局经济效 益的研究( 1 9 6 2 年) 等。能源经济学的系统研究工作始于7 0 年代末，1 9 7 9 年我 国能源科学界和经济学界在杭州举行了第一次能源问题座谈会，会议向国务院提 出了一份关于我国能源形势和研究工作现状的汇报提纲。1 9 8 3 年中国能源研究 会能源经济专业委员会正式成立，并召开了首次能源经济方面的学术交流会，能 源经济研究步入了一个新的阶段。这一阶段的研究成果，一方面延续了五、六十 年代对能源技术经济问题的研究，另一方面则结合我国当时经济建设的需要，对 能源与经济发展、能源管理、能源工程项目评价、能源规划等经济问题进行了探 讨。其主要研究成果有：徐寿波能源技术经济学( 1 9 8 2 年) ，张奔能源经 济学及电力系统规划( 1 9 8 3 年) ，以及由中国能源研究会能源经济专业委员会 编辑的中国能源经济问题文集等。8 0 年代末到现在，我国能源经济的研究 开始步入了一个全面发展的阶段，其主标志为：研究成果较多，能源经济研究体 系开始初步形成，部门能源经济问题和能源经济分析问题引起普遍的关注，能源 经济研究的内容日益充实，范围曰趋广泛，与国外能源经济的交流开始增多，国 内外能源经济学研究的差距正在逐步缩小，对能源的供需问题的研究也越来越重 视。这一阶段的主要研究成果有：吴德春、董继斌主编的能源经济学( 1 9 9 1 年) ，徐寿波能源经济( 1 9 9 4 年) ，陈清泰中国能源发展战略与政策研究 。m c f a d d e n d a n dj e f f r e yd u b i n e c o n o m e t r i ca n a l y s i so fr e s i d e n t i a le l e c t r i ca p p l i a n c e h o l d i n g sa n dc o n s u m p t i o n e c o n o m e t r i c s ，v 0 1 5 2 ，1 9 8 4 。p i n d y c k r o b e r t g a i n st op r o d u c e r sf r o mt h ec e r t e l i z a t i o ao fe x h a u s t i b l er e s o u r c e s r e v i e w o fe c o n o m i c sa n ds t a r i s t i c s v 0 1 6 0 ，1 9 7 8 ：2 3 8 2 5 1 3 兰州商学院硕士学位论文中国能源需求的建模与实证分析 ( 2 0 0 4 年) ，田立新能源经济系统分析( 2 0 0 5 年) ，魏一鸣等中国能源报 告战略与政策研究( 2 0 0 6 年) 。 1 1 2 能源需求分析方法研究 2 0 世纪7 0 年代爆发的“石油危机”使得各国学者更加关注能源问题的研 究，并将各种建模方法引入到能源系统的研究当中。这其中对能源需求的研究又 较为居多，并得出了一些比较实用的建模方法。这些方法大致可以归结为九种， 具体包括： ( 1 ) 部门分析法，该方法是为了直接预测在一定经济发展速度以及一定技 术进步条件下的能源需求量。根据实际情况把国民经济依部门划分，利用能源消 费量与经济发展速度( 包括社会及居民消费水平的提高速度等) 之间的关系，使用 单位产值能源消费量来综合反映各部门能源消费的技术水平和管理水平。模型把 国民经济现状作为分析和计算的出发点，直接应用基期年份的产值水平与能源消 费量等参数在假定了各部门的产值增长速度与单位产值能耗变化率后，就可预测 出各部门能源消费需求量，总能源需求量和增长趋势。部门划分越细，预测的准 确率就越高，反之，则预测的准确率就越低。吴宗鑫等( 1 9 8 8 年) 。运用了部门 分析法对我国的能源需求进行分析，并对未来能源需求进行预测。 ( 2 ) 传统时问序列趋势法，从能源消费量的过去和现在的统计数据中，按 其发生时间的先后次序排成一个序列，找出能源消费量随时间变动的规律，以能 源消费量作为时间的函数，使时间外延时，能源消费量的预测值可以从函数关系 式解出。该方法的基本思想是能源消费量在将来随时间的变化规律同过去的能源 消费量的变化规律是一致的。适用于国家、地区或企业从事短期或中期的能源 消费预测。当遇到历史数据起伏较大，或者对未来趋势需要研究误差或探讨转折 点时，就必须同其它预测方法相结合。这种方法运用广泛，国内学者如李维杰 ( 1 9 9 6 年) 、陈淑绵( 1 9 9 8 年) 等分别运用回归模型和自回归移动平均模型对能 源需求进行建模与分析，就是属于这种方法的范畴。 ( 3 ) 能源消费弹性系数法，一个国家和地区的能源消费弹性系数可以宏观 地反映本国或本地区国民经济发展与能源消费的统计规律。在某一特定的历史发 。吴宗鑫等全国能源需求预测模型能源预测模型开发与应用 们北京：中国计划出版社，1 9 8 8 1 0 卜1 0 6 。邱人雄能源规划与系统分析 m 北京：清华大学出版社，1 9 9 5 9 7 - 1 0 0 4 兰州商学院硕士学位论文中国能源需求的建模与实证分析 展阶段，能源消费弹性系数有一个大体上比较稳定的数值范围。根据历史上能源 消费与经济增长的统计数据，计算出能源消费弹性系数，然后利用这个值来预测 今后年份的能源需求量，该预测法的基本思想是假设一国或地区在未来预测年份 的经济发展趋势与过去的经济发展趋势相比无明显的改变。如果假设成立，则预 测结果比较准确。由于近年来各国或地区不断调整经济结构、能源消费结构以及 节能等，都直接影响着能源消费弹性系数的数值。在预测中，一般要对能源消费 弹性系数作一些修正，用修正后的能源消费弹性系数去预测今后年份的能源需求 量。甘肃省计委( 1 9 8 8 年) 。首次运用此方法研究本省的能源需求；陈书通( 1 9 9 6 年) 以此为基础，对未来能源消费与经济增长一般关系进行分析，但后来有学 者认为能源消费弹性系数法存在一定局限性。 ( 4 ) 投入产出法，能源投入产出分析是研究能源部门与整个国民经济的联 系。它从国民经济是个有机整体出发，同时从能源生产消耗和分配使用两个侧 面来全面反映能源产品在国民经济各部门问的运动过程。它不仅能反映能源产品 的价值形成过程，也能反映能源产品的使用价值运动过程。它通过各种参数一方 面反映了在一定时期的技术状况下能源及国民经济各部门问的技术经济联系，另 一方面又可以测量能源与社会总产品、中间产品、最终产品之间的数量关系，既 包括它们之间的直接联系，也包括间接联系。能源投入产出分析的上述特点，使 得它在经济分济、政策模拟、经济预测诸方面得以广泛地应用。王海建( 1 9 9 9 年) 。在分析我国能源消费特点的基础上，运用投入产出分析法，并借助中国1 9 8 7 年和1 9 9 2 年1 8 部门能源经济投入产出表，分析了各部门生产技术结构变动和 最终需求结构变动对能源需求变动的影响。 ( 5 ) r r s 能源因素分析法，是由2 0 世纪8 0 年代初欧洲r h y s 提出了一种 简单实用的因素分析法，接着德国学者r e i t l e r 、r u d o l p h 和s c h a e f e r 在其方 法的基础上加以完善，把影响工业能源消费的因素分解为四个部分，即工业总产 值增长因素( o u t p u te f f e c t ) 、能源利用效率因素( e n e r g yi n t e n s i t ye f f e c t ) 、 工业结构因素( s t r u c t u r a le f f e c t ) 、以及其他因素( r e s i d u a l s ) 。李俊( 1 9 9 4 。甘肃省计委甘肃省能源模型系统能源预测模型开发与应用 m 】北京：中国计划出版社，1 9 8 8 2 8 6 2 9 7 。陈书通我国未来经济增长与能源消费关系分析【j 中周t 业经济，1 9 9 6 ，( 9 ) ，5 6 5 9 。王海建经济结构变动与能源需求的投入产出分析 j 统计研究，1 9 9 9 ，( 6 ) ，3 1 3 4 5 兰州商学院硕士学位论文中国能源需求的建篌与实证分析 年) 采用此种方法对我国区域能源供求进行分析。 ( 6 ) b p 人工神经网络模型法，神经网络是一种由若干互连处理单元组成的 并行计算系统。而前馈神经网络则是神经网络体系结构中的一种，它是指一层中 的所有权重直接指向下一个网络层的结点，权重不循环回来作为前一层的输入； 前馈神经网络通常使用b p ( b a c kp r o p a g a t i o n ) 算法作为训练方法。b p ( b a c k p r o p a g a t i o n ) 算法是通过从输出层开始修改权重，然后反向移动到网络的隐层， 来进行反向学习。该算法于1 9 8 6 年由u c s d 的p d p 研究小组独立地提出；b p 算 法的提出后，很快就成为应用最为广泛的多级网络训练算法，并对人工神经网络 的推广应用发挥了重要的作用。赵军( 1 9 9 8 年) 。运用此方法对我国的油气产量 进行了历史预测。 ( 7 ) 情景分析法，是从未来社会发展的目标情景设想出发，来构想未来的 能源需求，这种构想可以不局限于目前已有的条件限制，允许人们首先考虑未来 希望达成的目标，然后再来分析达成这一目标所要采取的措施和可行性。其主要 特点有：承认系统未来的发展有多种可能性，因此预测的结果也是多重的。 承认人在未来发展中的主观能动作用。未来情景的发展既受系统所处环境中各种 因素的影响，又受系统内外决策者的群体意图和愿望影响，而最终的未来情景则 是在特定的环境因素和决策者群体特定的作用和影响下产生，而情景分析进行过 程中，重视人的主观意识，并在分析过程中与决策群体保持信息交流。情景分 析中，特别注意对系统发展起重要作用的关键因素及其协调一致性的分析。情 景分析在定量分析中嵌入大量的定性分析，以指导定量分析的进行，所以是一种 融定性分析与定量分析于体的分析方法。情景分析法是主要用在处于不确定 环境下，系统的中长期的情景状态预测。迟春洁、于渤、张弛利用了情景分析法， 对中国可供选择的能源供需前景进行了探讨。 ( 8 ) 灰色模型法，在控制论中，将已知信息的系统称为白色系统，未知信息 的系统称为黑色系统，而系统中既含有己知又含有未知或不完全的信息系统称为 灰色系统。1 9 8 2 年邓聚龙教授创立了灰色系统理论，开辟了控制论的新的研究 方法。目前，灰色理论在各个领域应用研究非常广泛。概括来讲，灰色系统理论 是以“部分信息己知，部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为 。牵俊中国区域能源供求及其因素分析( j ，资源科学，1 9 9 4 ( 4 ) ，9 3 9 6 。赵军基于b p 神经尉络的油气产量历史预测 j 西南面油学院学报，1 9 9 8 ，( 5 ) ，2 5 2 8 6 兰州商学院硕士学位论文中国能源需求的建模与实证分析 研究对象，主要通过对“部分”已知信息的生成、开发，提取有价值的信息，对 系统运行行为、演化规律的正确描述和有效监控。李亮( 2 0 0 4 年) 。采用此方法 对我国的能源消费进行预测。 ( 9 ) 混沌时间序列法，是由f a r m e rd j 提出的，t a k e n s 用数学为之奠定了 坚实基础的重构相空间方法。混沌理论以系统中出现的内在随机现象为研究对 象，分析随机现象形成的过程和内在机制，它是关于系统从有序间或变为无序状 态的一种演化理论。简单地说，混沌就是事物发展过程中的不确定性或者说是一 个确定性系统中产生的近似随机性，这种随机性不是外因加于系统的，而是系统 的内禀随机性。任何事物都是在一个确定性系统中，混沌现象对初始条件非常敏 感，一个小小的扰动变化往往会产生意想不到的结果，从而使得混沌运动产生了 长期不可预测的特性：同时又认为混沌是有序而不是随机运动，轨迹虽发散但逃 逸不出奇异引子的约束，从而使得做短期预测是可行的。田立新( 2 0 0 5 年) 。运 用此方法对我国的能源消费进行了预测。 根据上述能源需求分析方法的研究角度不同，大致可将其分为两类：第一类 是能源需求的预测分析方法，它主要基于能源系统本身对能源需求进行研究，其 中包括传统时间序列趋势法、b p 人工神经网络模型法、灰色模型法和混沌时间 序列法。第二类是能源需求的因素分析方法，它主要基于整个社会经济系统对能 源需求进行研究，其中包括部门分析法、能源消费弹性系数法、投入产出法、r r s 能源因素分析法和情景分析法。从能源需求预测的四种分析方法中可以看出，这 些方法多数是从预测的角度对能源需求模型进行研究，以期通过改变预测方法来 达到提高预测精度的目的。而从能源需求的因素分析法中则可以看到，它们都是 从经济系统中能源经济关系的角度对能源需求的影响因素进行分析，以期通过对 各影响因素的合理分析来达到对能源需求的有效控制。 在以往的能源需求研究中，这些方法虽然对能源需求预测和影响因素分析做 出了一定的贡献；但是它们在建模思想和建模方法上也存在着不足和缺点。对于 能源需求的预测分析方法来说，无论较传统的时问序列趋势法，还是较新的b p 人工神经网络模型法、灰色模型法和混沌时间序列法，虽然在建模方法本身有了 新的进展，但是这些单一方法对能源需求预测精度提高的效果却都不明显。究其 。李亮灰色g m ( 1 ，1 ) 和神经网络组台的能源预颡j 模型 j 研究与探讨，2 0 0 5 ，( 1 ) ，i o - 1 3 o 【u 立新能源经济系统分析 蝴北京：社会科学文献i i j 版杜，2 0 0 5 7 兰州商学院硕士学位论文中国能源需求的建模与实证分析 原因是因为传统的单一方程模型往往只能描述社会经济现象的某一方面，而经济 现象本身却比较复杂，因此这样进行描述和预测的结果往往由于缺乏对经济信息 的全面充分利用而导致产生较大的误差。所以仅对能源需求预测分析在方法上进 行改进和创新是远远不够的，还必须从建模思想上有所突破才行。对于能源需求 的因素分析方法来说，部门分析法、能源消费弹性系数法，投入产出法和r r s 能源因素分析法是根据历史数据对能源需求的经济关系进行研究来分析能源需 求的影响因素及预测：而情景分析法则是从未来社会发展的目标情景设想出发， 来构想未来的能源需求，这种构想可以不局限于目前已有的条件限制，允许人们 首先考虑未来希望达成的目标，然后再来分析达成这一目标所要采取的措施和可 行性；其分析思路和前几种方法正好相反。但是这些方法共同特点是往往以某种 经济理论或对经济行为的认识来确立模型的理论关系形式，而依据经济理论或对 经济行为的认识来确立模型，在建模本身上存在着主观性，因此，最后也就不可 避免会造成由于认识上的不够全面和不够深入而导致建模的不准确进而导致分 析结果上产生偏差。所以要对能源需求的因素分析在建模思想和建模方法上都应 有所改进才行。 1 2 本文研究的出发点及主要内容 对于能源需求预测分析方法中存在的问题来说，本文主要用趋势外推与 a r m a 组合预测模型来解决，它是利用两个模型之间的数学逻辑关系进行推导， 具有较强的逻辑性和客观性，在预测效果上也有较高的准确性，这改变了传统单 一模型由于对信息利用不充分所产生的较大误差。对于能源需求因素分析方法中 存在的问题来说，本文主要采用协整与误差修正模型来解决，它是从经济变量数 据中所显示的关系出发，来确定模型中包含的变量和变量之问的理论关系，并以 此来建立模型。而经济变量数据中所显示的关系是客观的，因此所建立的能源需 求模型和进行的因素分析也就具有更好的合理性和更高的科学性。另外协整与误 差修正模型还可以解决由非平稳变量引起的“伪回归”的影响，以及分辨出变量 之间的长期均衡关系、短期波动以及长期均衡对短期波动的影响，并在此基础上 进行相应的长期行为分析和短期行为分析；而这些分析方法和分析结果在以往的 研究方法中却没有。因此，本文主要内容安排如下。 本文共分为五章。第一章为绪论，简要地介绍了选题的背景、目的和意义， 8 兰州商学院硕士学位论文中国能源需求的建模与实证分析 在总结国内外文献研究的基础上提出本文的出发点及主要研究内容。第二、三、 四章为论文的主体部分，第五章为结论与建议，对论文做出总结并提出几点建议。 论文第二章为能源需求分析的理论基础。在本章中，首先对中国能源需求的 基本状况进行描述和分析：然后，从经济学的角度对能源需求的影响因素进行分 析，并构建能源需求影响因素的指标体系，从而为能源需求建模奠定理论基础。 论文第三章为中国能源需求的趋势外推与a r 姒组合预测模型。在本章中， 首先对能源需求是趋势平稳还是差分平稳进行检验分析；在此基础上对趋势平稳 的能源需求先建立趋势外推模型并预测。由于趋势外推模型仅描述了能源需求时 间序列中的趋势分量，而对于序列中的非趋势分量，即趋势值与实际值的残差序 列却没有进行描述，因此再对趋势外推的残差项做a r m a 模型并预测，然后将两 个模型的预测值相加组合作为最后的预测结果。最后，将趋势外推与a r m a 组合 预测模型的预测结果与传统的趋势外推模型预测结果比较，得出组合模型具有更 高的准确性和稳定性。 论文第四章为中国能源需求的协整模型。首先，指出目前应用于能源需求的 建模方法存在的缺陷；其次，从经济变量的非平稳性角度出发，对经济变量进行 单整和协整检验，在检验符合要求的基础上建立能源需求的长期均衡方程和误差 修正模型，并运用长期均衡方程和误差修正模型对中国能源需求进行长期行为和 短期行为分析；然后对能源需求模型的预测效果进行研究和分析；最后，从分析 角度和预测效果上对协整模型和趋势外推与a r m a 组合模型进行比较分析，并在 此基础上得出一些结论。 9 兰州商学院硕士学位论文中国能源需求的建模与实证分析 2 能源需求分析的理论基础 2 1 中国能源需求的现状 ( 一) 能源需求总量分析 中国是世界上最大的发展中国家，建国以来，中国的经济总量和能源消费总 量都出现了较大幅度的增长。1 9 5 3 年一1 9 7 8 年g d p 由1 6 1 5 亿元增长到g 5 8 4 亿 元，再增长到2 0 0 5 年的1 8 3 0 8 4 亿元，1 9 5 3 年一1 9 7 8 年，1 9 7 9 年2 0 0 5 年两个 阶段的平均增长率分别为5 8 和9 7 ；能源消费量由1 9 5 3 年的0 5 4 亿吨标准 煤增长到1 9 7 8 年的5 7 1 亿吨标准煤，再增长到2 0 0 5 年的2 2 2 5 亿吨标准煤， 年均分别增长了9 9 和6 3 。中国的人均能源消费量也在迅速增长，1 9 5 3 年一 1 9 7 8 年由0 0 9 吨标准煤增长到0 5 9 吨标准煤，再增长到2 0 0 5 年的1 7 0 吨标 准煤。2 0 0 3 年全国城乡生活人均年用电量为1 7 3 7 千瓦时，而1 9 8 0 年只有1 0 7 千瓦时。但是，与发达国家相比，中国人均能源消费量仍然比较低。 由于中国是从1 9 9 3 年起成为成品油净进口国，1 9 9 6 年起成为原油净进口国， 因此三次世界石油危机均未对中国经济产生较大冲击。1 9 9 7 年1 9 9 9 年中国经 济在保持持续增长的同时，能源消费总量出现了下降，在国际上引起了诸多争议， 国内主要认为是由于市场需求疲软，能源产品需求减少；一批耗能商、污染大的 “五小”企业相继被关闭；产业结构的变化；技术进步等多种因素共同作用的结 果。2 0 0 2 年以来，中国经济进入了新一轮的增长周期，固定资产投资迅速增长， 重工业的比重出现了增大的趋势，钢铁、建材、电解铝等高能耗产业迅速扩张， 由此导致了能源消费量的迅速增长，甚至超过了经济增长速度，2 0 0 2 年_ 2 0 0 4 年连续三年的能源需求弹性系数都大于1 。 ( 二) 能源需求结构分析 我国的能源消费结构长期以来都是以煤炭为主，煤炭消费量占到能源消费的 6 6 以上，比例偏大。2 0 0 4 年世界能源消费构成中，煤炭、原油、天然气各占3 0 左右，其中煤炭占2 7 2 ，原油占3 6 8 ，天然气占2 3 7 ，水电占6 2 ，核电 占6 1 。而我国的消费结构中，煤炭占到了6 7 7 ，石油为2 2 7 ，水电、核 能、风能、太阳能为7 ，天然气所占比重仅为2 6 ；可以看出当前我国能源消 费主要依赖煤和石油。我国的能源储备中，煤炭占到9 0 以上，这决定了我国能 。营建海，肖兴_ = 占，中国市场前景报告 m 北京：中国时代经济出版社，2 0 0 5 1 0 兰州商学院硕士学位论文中国能源需求的建模与实证分析 源消费在今后相当长的时问内仍将以煤炭为主，同时也给我国带来了比较严重的 环境污染问题。 我国既是能源生产大国，也是能源消费大国。从总量上看，我国的能源生产 和消费基本上是平衡的，根据统计公报2 0 0 5 有关数据计算得到2 0 0 5 年中国 一次能源自给率达到9 2 8 ，进口依存度仅为7 2 。但是，受到资源禀赋的影响， 中国主要一次能源的供需结构很不平衡。从1 9 9 3 年起，中国成为成品油净进口 国，1 9 9 6 年起成为原油净进口国，净进口数量不断攀升，2 0 0 5 年原油和成品油 净进口数量分别为1 1 8 7 5 万吨和1 7 4 2 万吨，石油进口依存度超过了4 0 。中国 石油进口依存度的迅速上升使中国能源安全形势臼趋严峻。中国煤炭资源比较丰 富，2 0 0 5 年煤炭净出口为4 5 5 1 万吨，焦炭出口1 2 7 6 万吨。受国内市场需求的 影响，2 0 0 4 年2 0 0 5 年，中国煤炭和焦炭净出口数量有所下降。 2 2 能源需求的经济学分析 进行能源经济分析时，我们经常碰到这样两个不同的概念：能源消费( e n e r g y c o n s u m p t i o n ) 和能源需求( e n e r g yd e m a n d ) 。研究者有时将两者等同，而有时 又将两者区分开来进行分析，常常给我们分析能源经济问题造成概念上理解的混 淆。实际上能源消费和能源需求是两种不同的概念，其中能源消费是指