（运筹学与控制论专业论文）中国能源供需态势分析与对策研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 能源是人类社会存在与发展的基石，是经济发展与文明进步的基本制约条件，是国 民经济、国家安全和实现可持续发展的重要基础。能源在经济、安全和环境这三大问题 中具有举足轻重的地位，而全球的能源资源确是有限的。特别是在当今世界各国大力推 进工业化、实现现代化的大环境下，合理开发和使用能源，保障社会可持续发展就成为 人们十分关注的一个话题。对于中国来说，要在本世纪中叶达到中等发达国家的水平， 同样面临着能源发展问题。长期以来，中国能源需求预测一直是政府部门和有关专家学 者研究和讨论的热点之一。不同的研究机构和专家对此提出了不同的分析和预测结果。 随着我国经济的快速发展，资源、环境的矛盾日益突出，推动我国经济增长的高投入、 高消耗、高污染、低产出的粗放型经济政治模式已经很难持续下去了。如何保持我国经 济的可持续发展是一项重要议题。 本文的主要工作是针对我国能源所面l 临的重大与紧迫问题，结合随机时间序列的线 性模型及多元线性回归模型，对我国未来的能源需求进行了分析与预测，据此制定能源 战略，实现能源的可持续发展。 关键词：能源；需求预测；可持续发展 中国能源供需态势分析与对策研究 t h ea n a l y s i sa n dc o u n t e r m e a s u r e sr e s e a r c ho f e n e r g y s u p p l y a n dd e r n a n di nc h i n a a b s t r a c t t h ee n e r g yi st h ec o r n e r s t o n eo ft h es o c i e t y se x i s t e n c ea n dd e v e l o p m e n t , i st h eb a s i c r e s t r i c t i o nc o n d i t i o no ft h ee c o n o m i c a ld e v e l o p m e n ta n dt h ec i v i l i z a t i o np r o g r e s s ，i st h e i m p o r t a n tf o u n d a t i o no ft h en a t i o n a le c o n o m y , t h en a t i o n a ls e c u r i t ya n dt h er e a l i z a t i o no ft h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h ee n e r g yp l a yt h ei m p o r t a n tr o l ei nt h ee c o n o m y , t h e s e c u r i t ya n d t h ee n v i r o n m e n tt h e s et h r e em a j o r p r o b l e m s ，b u tt h eg l o b a le n e r g yr e s o u r c e sr e a l l ya l el i m i t e d s p e c i a l l yn o w , t h ev a r i o u sc o u n t r i e sv i g o r o u s l ya d v a n c et h ei n d u s t r i a l i z a t i o n ，t h er e a s o n a b l e d e v e l o p m e n ta n du s eo fe n e r g y , k e e p i n gt h es o c i e t y ss u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tb e c o m e sa t o p i cw h i c ht h ep e o p l ep a ya t t e n t i o ne x t r e m e l y f o rc h i n a ，r e a c ht h el e v e lo ft h em e d i u m d e v e l o p e dc o u n t r yi nt h em i d d l eo f t h i sc e n t u r y , i sf a c i n gt h eq u e s t i o no f e n e r g yd e v e l o p m e n t s i n c el o n ga g o ，t h ef o r e c a s to fe n e r g yd e m a n di nc h i n ai sa l w a y st h ef o c u so fd i s c u s s i o nb y t h eg o v e r n m e n td e p a r t m e n t sa n dt h ec o n c e m e de x p e r t s t h ed i f f e r e n td e v e l o p m e n tf a c i l i t i e s a n de x p e r t sp r o p o s e dt h ed i f f e r e n ta n a l y s i sa n dt h ef o r e c a s tr e s u l t sr e g a r d i n gt h i s t h e c o n t r a d i c t o r yb e t w e e nt h er e s o u r c e sa n dt h ee n v i r o n m e n ti sb e c o m i n gp r o m i n e n ta l o n gw i t h o a rc o u n t r ye c o n o m y sf a s td e v e l o p m e n t , e x t e n s i v ee c o n o m i c a l p o l i t i c a lp a t t e r nw h i c h a d v a n c e dt h eh i g i li n v e s t m e n t , t h eh i 曲c o n s u m p t i o n ，t h eh i g hp o l l u t i o no fe c o n o m i cg r o w t h o fo u rc o u n t r y , h a sb e e nd i f f i c u l tt oc o n t i n u e h o wt om a i n t a i nt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f t h ee c o n o m yo f o u rc o u n t r yi sa ni m p o r t a n ts u b j e c t t h i sa r t i c l e sp r i m et a s ki si nv i e wo ft h ev i t a la n du r g e n tq u e s t i o no a rc o u n t r y se n e r g y f a c i n g , c o m b i n et h el i n e a rm o d e lo fs t o c h a s t i ct i m es e r i e sa n dt h em u l t i n o m i a ll i n e a r r e g r e s s i o nm o d e l ，t oa n a l y z ea n df o r e c a s tt h ef u t u r ee n e r g yd e m a n d , a n dm a k et h ee n e r g y s t r a t e g y , r e a l i z es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f e n e r g y k e yw o r d s ：e n e r g y ；d e m a n df o r e c a s t ；s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。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的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 叠监日期：立型：生：型 大连理工大学硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名：! 蜀盐作者签名：! 焦i 盐 导师签名盈丝整 立型年互月：! 生日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 能源的概述 能源是人类赖以生存和社会得以发展的重要物质基础。在历史上，能源开发与利用 的每一个重大事件都对人类社会的进步产生过重要的影响，人类社会利用能源已经历了 2 次大转变，现正经历第3 次大转变。在第1 次能源大转变之前的漫长岁月里，人们主 要靠利用自然能和人畜力来获取所需的热、光和动力。第1 次能源大转变是以煤炭为燃 料的蒸汽机的出现，使矿物能源开始转变为动力，化石能源成为主要能源，从根本上改 变了人类社会的面貌。1 9 世纪7 0 年代，煤炭在能源结构中的比例为2 4 ，到2 0 世纪初 就急剧增加到9 5 ，世界进入煤炭能源时代。第2 次能源大转变，电能的出现是这个时 期最重要的发明，1 9 世纪6 0 年代石油资源的发现以及2 0 世纪5 0 年代以后廉价的石油 大规模开发利用，动摇了煤炭在半个多世纪以来作为能源主宰的地位。世界能源结构从 以煤为主转向以油为主石油能源时代，到1 9 5 9 年世界石油消费比重提高到5 0 ，而 煤炭消费的比重下降到4 8 ，许多国家实现了经济的高速增长，石油、天然气成为全球 的主导能源。工业革命的2 次能源大转变所引发的趋势和对未来发展方向的影响十分深 远，对世界能源未来的讨论也是建立在这个基础上的。 当今，能源是一个国家综合国力和人民生活水平、文明程度的重要标志。随着世界 各国经济和社会的迅速发展，人口的不断增长，和全球不可再生能源资源的日益桔竭， 能源供需矛盾日趋尖锐，并已成为引发当代许多重大国际冲突的主要原因之一。同时， 能源的开发和利用，尤其是化石能源利用过程中造成的环境污染问题日趋突出，已达到 了非解决不可的程度。 1 2 基本背景 考虑能源可持续发展问题，主要基于以下几个背景：一是中国经济自2 0 0 3 年进入 新一轮高速增长周期以来，再次遭遇能源瓶颈的阻击。2 0 0 4 年，中国有2 0 多个省份发 生了不同程度的拉闸限电，许多城市出现柴油等成品油短缺现象，部分电厂发电用煤告 急。2 0 0 5 年，在政府宏观调控作用下，能源紧张的局面稍微得以缓解，但能源缺口依然 存在。其中，煤炭短缺8 0 0 0 万吨。二是按照中国目前的发展速度，到2 0 1 0 年，中国石 油需求量预计将达到3 5 亿吨，其中，5 0 左右需要进口。到2 0 2 0 年中国石油需求量预 计将为5 亿吨，其中，6 0 需要进口。未来中国石油对海外资源的过度依赖和国际市场 极大的不可预测性，将给中国的经济可持续发展带来巨大阴影。 考虑能源安全问题，主要基于以下几个背景：一是能源已经越来越成为全世界的战 略问题，围绕着能源的国际争夺越来越激烈。人们普遍认为，美国发动伊拉克战争，插 中国能源供需态势分析与对策研究 手中东事务，最主要原因就是为了控制那里的石油资源，进而控制全球的石油供应。二 是中国大陆石油进口的一半以上，都来自中东、非洲、东南亚地区。进口原油五分之四 左右，是通过马六甲海峡海上运输。而个别国家一直染指并试图控制马六甲海峡的航运 通道，从而对中国石油运输通道的安全形成威胁。三是2 0 0 3 年新一轮国际原油价格上 涨以来，中国受到了不合理的、过多的指责。作为全球第二大石油消费国，中国2 0 0 4 年进口原油1 2 亿吨，进口量仅占全世界石油贸易总量6 左右。与此同时，美国进口量 占了全世界石油贸易总量2 7 ，欧洲各国占2 6 ，日本占1 1 。因此，中国政府认为，西 方国家应为石油价格上涨承担更多的责任，而不是更多地将矛头指向中国。 1 3 研究现状及研究意义 能源是国民经济发展和社会活动的基础，人类的生存、社会的发展都离不开能源的 供应。能源问题对我国的经济发展、环境保护以及对整个世界经济都有重要的影响。在 当今世界各国大力推进工业化、实现现代化、不断提高经济社会发展水平的大环境下， 合理的开发和利用能源，保障社会的可持续发展已经成为人们关注的重大的世界问题之 一。 随着我国经济的飞速发展，我国已经成为世界上第二大能源消费国，从我国自身的 能源资源来看，煤炭资源基本上能自给自足，石油资源的对外依存度越来越高，而起步 相对较晚的天然气资源则给我国能源问题带来了新的希望。针对党的十六大提出“全面 建设小康社会，在优化结构和提高效益的基础上，国内生产总值到2 0 2 0 年力争比2 0 0 0 年翻两番”的国民经济发展目标，保障能源供应和实现可持续的能源发展就有着更为深 刻的实际意义。 国家发改委能源所、国家环保总局、亚洲开发银行和中国环境规划院分别对中国未 来能源发展的情景进行了预测0 3 。国家发改委能源所将未来中国能源的发展设定为三个 情景方案，三个情景方案中g d p 的增长幅度是一样的，即从1 9 9 8 年到2 0 1 0 年为7 3 ， 从2 0 1 0 年到2 0 2 0 年为6 7 ，预测的基准年为1 9 9 8 年，方案1 为高方案，方案3 为低 方案。见表i 。从预测结果来看，三个方案中的能源消费弹性系数，能源消费品种构成 比例基本是合理和可接受的，但是，这一预测与目前的经济发展速度有一定的差距，存 在结果偏低的可能。国家环境保护总局对中国中长期能源消费需求进行了预测，结果见 表2 。该预测的假设条件中g d p 的增长速度在2 0 0 0 2 0 1 0 年为7 ，而2 0 1 0 2 0 2 0 年为7 5 。 该预测中2 0 0 0 2 0 1 0 年间的能源消费弹性系数为0 3 5 ，而2 0 1 0 2 0 2 0 年间的弹性系数为 o 2 7 ，煤炭消费占能源总消费的比例2 0 1 0 年设定为6 1 ，2 0 2 0 年设定为5 4 ，与国家发 改委的假设设定存在一定的差异。 大连理工大学硕士学位论文 表1中国能源发展预测国家发改委能源所 g d p 能源消费能源消费一次能源消费品种构成( )煤炭消费 方案年份 增长率弹性系数总量m t c e 煤 油气电 总量m t c e 方1 9 9 81 3 6 0 37 7 01 8 91 4 2 7 1 0 4 7 4 案 2 0 1 07 30 5 3 62 1 5 9 57 1 81 9 53 75 01 5 5 0 5 l 2 0 2 0 6 70 5 4 93 0 9 9 3 6 7 5 2 1 55 06 o 2 0 9 2 0 方1 9 9 8 1 3 6 0 3 7 7 o1 8 91 4 2 7 1 0 4 7 4 案 2 0 1 07 30 4 5 92 0 2 3 56 9 41 9 95 35 41 4 0 4 3 22 0 2 06 70 4 7 12 7 6 1 26 2 32 2 48 17 21 7 2 0 2 方1 9 9 8 1 3 6 0 37 7 01 8 91 42 71 0 4 7 4 案 2 0 1 0 7 3 0 3 5 51 8 5 0 06 6 42 0 37 06 41 2 2 8 4 32 0 2 06 70 3 3 92 3 1 6 55 7 32 1 71 0 71 0 21 3 2 7 4 表2 中国中长期能源消费需求预测国家环保总局 此外，国内外一些专家学者也对中国未来的能源消费趋势进行了预测。国际能源署 ( i e a ) 最近几年每年出版世界能源展望，最近一本是2 0 0 2 年出版的，它对世界能 源需求预测至2 0 3 0 年。世界能源理事会( w e c ) 和国际应用系统分析研究所( i i a s a ) 1 9 9 5 年完成的“2 0 5 0 年及2 0 5 0 年以后时期全球能源展望”对2 1 世纪能源特别是2 0 5 0 年构筑了3 个方案，a 方案为明显的科技进步和持续的高速经济增长；b 方案为较现实 的科技增长速度和持续的中速经济增长；c 方案为显著的科技进步和前所未有的环境保 护。日本的伊滕浩吉等人也对世界能源需求进行了预测。 从世界社会经济发展的历史和现状看，能源问题已成为社会经济发展中一个具有战 略意义的问题。能源的消耗水平已成为衡量一个国家国民经济发展和人民生活水平的重 要标志。在能源的变革时期，人们特别关注2 l 世纪的能源需求预测，虽然预测期限不 同，但都说明能源需求将会继续增长。能源结构优化的问题越来越受人们的关注。 3 里堂塑垡量查茎坌堑兰翌箜竺至一 1 4 本文的主要工作 在人类社会可持续发展进程中，能源对经济发展、国家安全和环境质量都是重要的 物质基础。进入2 1 世纪，我国经济与社会发展的宏伟目标对能源提出了更高的战略需 求，世界能源发展也呈现出许多新的态势。制定一个既能适应经济全球化和环境全球化 形势、又符合我国国情的能源发展战略，是2 1 世纪初我国必须解决并且能够解决的问 题。本文的主要工作是针对我国能源所面临的重大与紧迫问题，结合随机时间序列的线 性模型及多元线性回归模型，对我国未来的能源需求及煤炭、石油、天然气和电力能源 的需求进行了分析与预测，据此制定能源战略，实现能源的可持续发展。 全文共分五章。第一章介绍了能源的概述、基本背景、研究现状及研究意义；第二 章分析了国际能源供需宏观形势和中国能源发展形势；第三章详细介绍了预测模型 随机时间序列的线性模型；第四章对2 0 2 0 年我国能源需求趋势进行了预测，并据此讨 论了煤炭、油气、电力能源可持续发展的政策建议；第五章综述了实现我国能源可持续 发展战略的建议。 大连理工大学硕士学位论文 2 中国能源供需的宏观形势 2 1 国际能源供需宏观形势分析 根据2 0 0 2 年的统计数据，全世界能源生产情况为：煤炭3 4 2 5 亿吨标准煤，石油 3 5 5 6 亿吨，天然气2 5 2 7 0 亿立方米，核能发电8 7 8 亿吨标准煤，水力8 5 2 亿吨标准 煤，总计1 3 9 亿吨标准煤，其中煤、油、气三种化石能源合计1 1 4 亿吨标准煤，约占 常规能源总量的9 0 。可见，当前世界能源系统的主要供给来自化石能源。 据统计，全世界2 0 0 1 年一次能源总消费量达到9 0 9 5 6m t o e ，其中，矿物能源总消 费量为7 9 5 6m t o e ，占一次能源总消费量的8 7 5 ，比上年度增长1 3 ，为1 9 5 0 年的 4 6 倍。近几年来的矿物能源消费量见表3 。 表31 9 9 1 - - 2 0 0 0 年世界矿物能源消费量 m t o e 注：资料来源：中国能源研究会能源政策研究 2 0 0 2 年第二期第3 0 页。 在化石能源体系中，能源资源结构与能源消费结构存在着比较明显的不对称现象a 石油和天然气在世界能源消费结构中所占比例。比其在能源资源结构中所占比例高出l 倍以上；而且，在新增能源需求中主要是对石油和天然气的需求，这将加速石油、天然 气资源的短缺，激化供求矛盾。因而，近期内世界能源安全问题将主要是油气资源，特 别是石油资源不足的问题，以及由以油气资源为主的能源系统向其他更具有资源供给可 持续性的能源系统转换的问题。 中国能源供需态势分析与对策研究 2 2 中国能源发展形势分析 经过二十多年的改革开放和发展，中国经济发展和体制改革已经实现实质性的转 变，目前进入了全面建设小康社会、加快推进社会主义现代化的新的发展阶段。新型工 业化道路的拓展，社会经济的持续稳定发展，体制改革进程的加快，以及人民生活水平 的不断提高，将使能源需求保持一定的增长速度。随着中国全面建设小康社会步伐的加 快，对能源生产和能源消费也提出了更高的要求。 2 2 1 中国的能源资源 我国幅员辽阔，能源资源蕴藏总量较为丰富，见表4 ，如煤炭资源量为1 0 0 7 7 亿吨， 剩余可采储量1 1 4 5 亿吨，占世界的1 1 6 ；原油资源量为1 6 0 亿吨，剩余可采储量仅为 3 2 7 亿吨，占世界的2 3 ；天然气地质资源量估计超过3 8 万亿立方米，探明总储量为 2 0 6 0 6 亿立方米，剩余可采储量约为1 3 6 6 9 亿立方米，占世界的0 9 ：水能资源理论蕴 藏量为6 7 6 亿千瓦，可开发水能资源为3 7 8 亿千瓦，相应年发电量达1 9 2 3 3 亿千瓦时； 煤层气预测资源量为3 5 万亿立方米，相当于4 5 0 亿吨标准煤，但尚未大规模开发利用。 除了当前大规模开发利用的常规能源资源外，我国还有丰富的新能源资源。 表4 中国常规能源资源储量及结构 、能源 原煤原油天然气水 项目亿吨 亿吨 亿立方米 亿千瓦时 总资源量 5 0 5 9 2 2i 0 0 0 03 8 1 4 0 0 05 9 2 2 1 8 结构 8 9 33 51 35 9 世界总量 1 1 9 5 7 4 8 45 1 1 7 2 87 9 3 3 0 8 2 7 14 1 3 0 9 5 0 中国所占比例 4 22 00 51 4 3 探明总储量( 技术可开发) 1 0 0 7 7 o1 6 0 02 0 6 0 6 o1 9 2 3 3 0 结构 8 7 42 80 39 5 世界总量 3 5 2 7 4 9 62 5 6 7 4 62 6 6 3 0 0 7 5 21 1 7 5 4 9 0 中国所占比例 2 90 60 1 1 6 4 资源探明率 1 9 91 6 05 4 剩余可采储量( 经济可开发)1 1 4 5 03 2 71 3 6 6 8 9 1 2 6 0 0 0 结构 5 8 83 41 33 6 5 世界总量 9 8 4 2 11 4 0 2 81 4 9 3 8 1 1 07 3 0 5 3 0 中国所占比例1 1 6 2 30 91 7 2 大连理工大学硕士学位论文 尽管我国煤炭、石油和天然气的绝对资源数量十分可观，但由于人口众多，能源资 源的人均占有量只相当于世界平均数的一半，是一个能源资源相对贫乏的国家。随着未 来经济的发展，石油、天然气等的供应缺口将会越来越大。根据目前探明的石油和天然 气资源，我国石油的采储比仅为世界平均水平的i 3 。国内石油资源无论是在规模上， 还是在持续供给上，均无法保证国内需求，可以说，我国目前已经进入了国内石油资源 相对短缺的时期。 2 2 2 我国的基本国情 在过去2 0 年中，我国经济取得了长足的进步，我国g d p 扣除价格因素后年均增长 9 5 1 ，其中2 0 世纪9 0 年代年均增长超过1 0 ，人均g d p 年均增长了8 1 3 。1 9 8 7 年， 我国国内生产总值提前3 年实现比1 9 8 0 年翻一番的战略目标；1 9 9 5 年，我国国内生产 总值提前5 年实现了再翻一番的战略目标。2 0 0 0 年我国g d p 达到8 9 4 6 8 亿元，比改革开 放初期的1 9 7 8 年增长6 3 8 倍；按汇率计算首次突破1 万亿美元，居世界第6 位，在世 界经济中的比重也从1 9 9 5 年的2 1 升至3 4 ，这为我国参与国际能源贸易奠定了良好 的基础；人均g d p 达到7 0 6 1 元，折合约为8 5 0 美元，根据世界银行的资料，高于中等 收入国家( 人均国民生产总值在7 5 6 - - - 9 2 6 5 美元之间为中等收入国家) 的起点，进入下 中等收入国家行列。2 0 0 3 年，我国g d p 达11 6 6 9 4 亿元，比上年增长9 1 ，是1 9 9 7 年 以来增长最快的年份：按现行汇率计算，相当于1 4 万亿美元，稳居世界第6 位：人均 达到1 0 9 0 美元，首次突破人均1 0 0 0 美元。尽管我国人均收入水平仍然较低，2 0 0 0 年只 相当于当年世界平均水平( 4 9 0 0 美元) 的1 7 ，农村尚有3 0 0 0 万贫困人口，但在过去 的2 0 年中，我国经济取得了远远快于世界经济平均增长速度的成绩，我国在世界经济 格局中的地位有了明显的变化，为今后的持续发展奠定了良好的基础。在经济发展的同 时，产业结构也发生了较大的变化，2 0 0 0 年与1 9 8 0 年相比，第一产业占g d p 的比重由 3 0 下降到1 7 左右，第三产业比重由2 1 上升到3 3 ，第二产业比重经过动态波动后基 本回归到2 0 年前的相对位置。见表5 。 2 2 3 我国能源消费现状 中国已经成为世界能源生产和消费大国，能源消费总量约占世界能源消费总量的 1 1 。2 0 0 4 年，我国能源消费总量为1 9 7 亿吨标准煤，较之上年大幅度增长，增幅为 1 5 2 ，其中煤炭消费量1 8 7 亿吨，增长1 4 4 ；原油2 9 亿吨，增长1 6 8 ；天然气 4 1 5 亿立方米，增长1 8 5 。作为一个拥有1 3 亿人口的大国，我国人均能源消费量尚不 及美国的1 0 ，煤炭、电力、石油和天然气已经成为制约中国经济社会发展的主要瓶颈。 中国的能源结构决定了煤炭在未来相当长的时期内仍将是主要能源，这就形成了以 煤为主，多能互补的能源生产和消费结构。煤炭长期以来一直是我国的第一大能源，不 论是在能源的生产还是消费领域，煤炭始终占据7 0 以上的比重。根据有关权威部门论 中国能源供需态势分析与对策研究 证，最近几年煤炭在我国能源构成中的比重为6 5 左右，即使是到了本世纪中叶，这一 比例仍旧会达到5 0 以上。煤炭的重要性也是由我国能源矿产资源的天然储量所决定的。 可见，在相当长的一段时间里，煤炭都是我们经济发展所依靠的基础能源。 表51 9 9 9 - 2 0 0 4 年我国产业结构演变 单位：亿元， 注：资料来源：根据国家统计局2 0 0 4 年鉴资料整理 我国要实现基本工业化、全面建设小康社会、提高电气化水平和提高科技水平，这 就决定了在今后2 0 年，我国电力需求将会持续快速增长。目前，中国人均电力消费还 非常低，大约是发达国家的十几分之一。但从单机数量来讲，相对一些发展中国家可能 还不错，但是和发达国家比较还差得很远，所以我国电力消费的发展余地很大。在相当 长时间内，发电能源以煤为主的格局不会有很大变化，但需大力发展水电，优化火电结 构，积极发展核电，充分考虑新能源，因地制宜地发展新能源发电。 在中国能源供需结构中，石油供应短缺问题最为突出。“八五”期间，全国石油消 费量的年均增长率为6 9 4 ，而石油生产量的年均增长率仅为1 6 。基于石油生产量的 增加远低于石油消费量的增长，我国不得不减少石油出口，增加石油进口，1 9 9 3 年起从 石油净出口国变成了石油净进口国。1 9 9 0 年至2 0 0 2 年全国石油消费量从1 1 5 亿吨增长 为2 3 9 亿吨，年均增长6 3 ，2 0 0 3 年进一步增长为2 6 7 亿吨，比上年增加1 1 ，中国 已成为仅次于美国的全球第二大石油消费国。据中国油气矿源勘查前景展望报告显 示，截至2 0 0 4 年下半年，我国石油可采资源总量为1 5 0 亿吨左右，仅占世界最终可采 石油资源的4 8 ，人均拥有石油可采资源总量和人均产量相当于世界平均水平的i 5 。 因此，按照科学发展观的要求，在千方百计扩大石油供应的同时，节约用油、控制石油 消费过快增长，已经成为各行各业紧迫和长期的重要任务。 如果将能源优质化作为中国能源发展战略的主攻方向，那么天然气开发应作为中国 8 大连理工大学硕士学位论文 一次能源开发的重点。我国天然气勘探起步较晚，2 0 世纪9 0 年代以来，天然气勘探连 续取得重大突破。至2 0 0 3 年年底，探明的天然气地质储量为3 9 万亿立方米，资源探 明率为7 2 ，根据世界上多数国家的天然气勘探发展的规律，当资源探明率达到l o 一 4 5 时，天然气的探明工作将加速发展。因此，我国天然气的勘探潜力很大，在未来很 长的一段时期内天然气的探明储量仍将大幅度增长。 我国具有丰富的新能源和可再生能源资源。据统计，太阳能年辐照总量大于5 0 2 万 千焦平方米，年日照时数在2 0 0 0 小时以上的地区约占我国国土面积的三分之二以上， 具有良好的开发条件和应用价值。有效地利用新能源和可再生能源，对于缓解我国的能 源问题、减少向大气中排放二氧化碳、保护生态环境、保证经济发展过程中能源的持续 稳定供应都将具有重大而深远的意义。 2 2 4 我国能源发展面临的主要问题 结合我国当前能源宏观形势，面向我国中长期社会经济发展目标，从能源发展的角 度看，主要面临如下问题n ，： ( 1 ) 环境约束：随着全球气候变暖和大气环境质量的急剧下降，人们对环保问题 的重要性逐步达成共识。能源的使用，特别是化石燃料在开采、燃烧耗用等过程中对环 境产生了很大的影响。在我国，以煤为主的能源供应体系是环境污染日趋严重的主要原 因。环境因素是我国能源战略研究不容忽视的问题。 ( 2 ) 能源科技薄弱：我国是世界上主要的能源生产和消费大国，并且是今后世界 上能源生产消费增长速度最快的国家之一，但目前我国还不是能源技术的强国。我国能 源科学技术研究的领域、范围、深度和水平，与世界先进水平和我国的发展要求相比， 还存在着较大差距，与我国的能源发展规模与速度之间存在矛盾。 ( 3 ) 如何利用好国内国际两个市场：我国能源需求、能源生产与能源资源之间， 无论从资源数量上还是从资源品种结构上都存在比较突出的矛盾。我国目前的能源体系 还属于国内资源依赖型，但这体系无法适应未来的发展需要。如何适应对外开放和经 济全球化的趋势，面向整个世界最有效地配置我国的能源资源，是当前面临的重要问题。 ( 4 ) 能源经济规律和能源结构体系认识上的局限性：尽管由于能源在经济和社会 发展中的重要作用，人们已经积累了许多处理能源问题的经验，但在对能源经济发展和 体系建设内在规律性的认识上还存在着局限性。在影响人类能源发展的许多重大问题， 如核电问题、环境保护问题、重大能源科技部署问题、能源市场规律问题等，这个人类 还都处在不断探索中，有大量的问题需要研究。 ( 5 ) 能源工业的产业竞争力薄弱：能源产业是一个技术复杂、资本密集的行业， 同时也是一个竞争激烈的行业。我国能源产业的市场空间十分巨大，2 0 世纪9 0 年代， 能源工业投资占全部国有投资的2 1 ，比前一个1 0 年提高了3 2 个百分点。随着国内市 中国能源供需态势分析与对策研究 场经济体系的建立、完善和与国际市场的接轨，市场经济规律对我国能源形势的影响越 来越明显，如何从整体上大幅度提升我国能源产业的竞争力也成了越来越突出的问题。 我国能源产业的自我积累与发展、技术创新、市场经营与开拓等方面，存在着许多有待 改进之处，这些问题制约着我国能源工业今后的健康发展，对整个经济和社会发展形成 潜在的威胁。 大连理工大学硕士学位论文 3 随机时间序列的线性模型 3 1 随机序列线性模型的基本形式 随机序列的线性模型分为三种类型，它们是自回归模型( a u t o r e g r e s s i v e m o d e l s ) ，滑动平均模型( m o v i n ga v e r a g em o d e l s ) 和自回归滑动平均模型 ( a u t o r e g r e s s i v em o v i n ga v e r a g em o d e l s ) 。 3 1 1 自回归模型 若时间序列值y ，可以表示为它的先前值y 。和一个冲击值口，的线性函数，则称此模 型为自回归模型，相应地，弘序列称为自回归序列，称 y t = 币、y t l 七争2 y t 一2 + 。七币p y | 一p - i - a t 为p 阶自回归模型( p - o r d e ra u t o r e g r e s s i v em o d e l s ) ，简称a r ( p ) 模型。这里 仍，仍p - 。7 是自回归参数或称权系数a 体o = l ，2 ，p ) 描绘了y t - i 每改变一个单位值 时，对只所产生的影响i 它是一个待估参数。随机冲击q 是一个误差或白噪声序列，假 设它是互相独立的，且服从均值为零、方差为吒2 的正态分布，满足 ( 1 ) e a = 0 脚，= 佬暑 ( 3 ) e a ，儿一f = 0 条件( 3 ) 说明，现时的冲击值4 ，与y ，的过去值y 。无关。 为简记模型( 3 1 一1 ) ，现引入后移算子b ，使得 缈，= y 。 b c = cc 为常数 b “y ，= y ，一。 b ”c = c 使用这个记号，可将( 3 1 1 ) 化为 y t = 9 l b y 。+ 9 0 铲y ! 七+ q o4 b p y t + n i 中国能源供需态势分析与对策研究 从而有 ( 1 - 仍b 一吼占2 一一妒。b ) y ，= 口， 记 妒( 占) = l 一仍曰一仍b 2 一一9 v b 则模型( 3 1 1 ) 可写成 9 ( b ) y ，= 口， 3 1 2 滑动平均模型 若序列值儿是现在和过去的误差或冲击值口，的线性组合，即 y f2 a t o l a i 一岛口。2 一一巳口f 一口 ( 3 1 3 ) 则称( 3 1 3 ) 为序列弘的滑动平均模型，相应地，序列y ，称为滑动平均序列，简记此 模型为m a ( q ) 模型。g 称为滑动平均的阶数，q ，岛，q 称为滑动平均参数。若使用 后移算子记号，则( 3 1 3 ) 可写成 y ，= ( 1 一日曰一幺b 2 一岛丑9 ) 口， 令 口( 占) = 1 一b 曰一岛b 2 一眈占4 $ t j y , 可写成 y ，= o ( b ) a 。 ( 3 1 4 ) 3 1 3 自回归滑动平均模型 若序列值) ，是现在和过去的误差或冲击值n ，以及先前的序列值的线性组合，即 y r = 仍儿一l + 9 z y , 一2 + + 作只户+ 以l b 口，- l 一岛口f - 2 一a , a 一 ( 3 1 5 ) 则称( 3 1 5 ) 为序列y ，的自回归滑动平均模型，简记为a r m a ( p ，鼋) 模型。p ，g 分 别表示自回归与滑动平均的阶数a 相应的参数p 。，仍，- ，砟与自，岛，q 分别称为自 回归和滑动平均系数。若使用后移算子，则( 3 1 5 ) 可写成 妒( b ) y ，= o ( b ) a ， ( 3 1 6 ) 大连理工大学硕士学位论文 3 2 随机时间序列线性模型的识别 所谓模型识别，就是通过样本序列，计算出时间序列的具体特征，求出9 ( 曰) 与口( b ) 的具体阶数。具体的识别方法是，通过计算时间序列的样本自相关函数与偏自相关函数 的具体特征，与理论模型的相应特征进行比较后，加以确认。 3 2 1m a ( q ) 序列的自相关函数 设姒( q ) 序n y ，的模型方程为 y t = a ，一只口，一l 一兜口，一2 一一巳口，一g ( 3 2 一1 ) 则它的自协方差函数为 咋羔z t a 篡二0 1 a 。一。，讯。9 q a 】( 3 2 卅) = f + i f + 一l 一一岛口r + t 一口】 q 一只口f 1 一一f _ g 】 e h 于 e a = 0 e a t + j a t = 世蒿 所以 r o = 盯：( 1 + 卯+ 彰+ + 卵) 对于k q ，由( 3 2 2 ) 有 r k2 0 对于0 q 主里丝塑垡量查塑坌堑兰型堡堕壅一 从而有 舻詈= 降半墨 由( 3 2 4 ) 可见，当七 q 时，见= 0 ，即y ，与y 卅不相关，这种现象称为截尾( c u t s o f f ) ，因此，当k q 时，p 。= 0 是m a ( 口) 模型的一个特征。 3 2 2a r ( p ) 序列的自相关函数 对于一般的a r ( p ) 自相关函数，由于 有 y f = 张只一l + p 2 y t 一2 + + 伤) ，卜p + a r k = e y , + y ， = e ( q p l y r + t _ l + 孕，2 y i + 一2 + + 纬) ，f + 卜p + 口f + t ) 少i = 仍唯一l + 0 2 r k _ 2 + + k p 又由& ：生，且凤= 尸一。 ，o 从而有 p k = q l p k d 七9 2 p k 一2 七七9 p p k p 这是一个差分方程，与( 3 2 5 ) 仅差一个自噪声项。由于假定讨论的a r ( p ) 序列满足 平稳条件，故由差分方程求根可知，a r ( p ) 序列的自相关函数 m ) ，在模型的平稳域内 是被负指数函数控制的，是非截尾( n o tc u t s 。f f ) 序列，并称这种序列为拖尾序列。 因此，自相关函数序列“拖尾”是a r ( p ) 序列的一种特征。 由( 3 2 - - 6 ) ，当七：1 ，2 ，p 时，运用自相关函数的对称性，得到如下方程组 奎垄里三查兰堡主兰垡堕壅 篇p p 黧+ 9 , p 置p2 2 = 妒ll + 妒2 + 仍p i + + p l ( 3 2 7 ) 此方程称y u l ew a l k e r 方程，若已知模型参数吼，伊2 ，可求岛，p 2 ，p ，然后利 用( 3 2 6 ) 递推下去，求出一切展，k p 。反之，若已知p l ，p 2 ，岛，运用( 3 2 - - 7 ) 可求估模型参数仍，9 2 ，以及吒2 d i 2 = e a ? = e r ，- 9 , l ”一i - 9 , 2 y m 一9 , p y ，】2 pp = r o - 2 2 9 , s r s + 纯乃 扣lf j 。l 由( 3 2 6 ) 可推得 口ppp 竹o = p ，仍o ，仍乃o j i 1 - 1 扣l i t ，一i 将此结果代入( 3 2 8 ) 得 吒2 = r o 一乃o = r o 一红妒，o 一， 3 2 3a r m ( p ，q ) 序列的自相关函数 ( 3 2 - 8 ) ( 3 2 - 9 ) a r m a ( p ，q ) 序列的自相关函数，直观地说就是a r ( p ) 序列与m a ( q ) 序列自相 关函数的混合物。当p = 0 时，它具有截尾性质；当日= 0 时，它具有拖尾特性a 因此， 当p ，g 均不为零时，它具有拖尾性质。现计算如下： 设 y f = 仍y f - 1 + p 2 y 卜2 + + 砟y f p + 口。一只口f 1 一岛口f 一2 一一巳口，一g 咯= e y ，+ i y f = e ( 妒l y ，+ i l + 9 , 2 y h 女一2 + - - + 伊p y ，+ i p + 口，+ l q 口二i 1 一- - 8 q a t + k - q ) h = 研k 1 + 仍唯一2 + + 吼，+ ( 七) 一b ( | | 一1 ) 一巳( 后一g ) ( 3 2 1 0 ) 这里 ( = e y 。a m 1 5 中国能源供需态势分析与对策研究 表示序列只与白噪声序列a ，之间的互协方差函数。将y ，以它的传递形式表示，得到 则 只= a 。 c = 研喜，。，= 髻虬f i o u _ 0 由( 3 2 1 1 ) 式，当七 q 时，( ，) = 0 ，= 1 ，2 ，k - q 故 r k = 仍，七一i + 仍唯一2 + + 伊p r k 一， 将上式两边同除以，得 p k = 识p i i + p a p k 一2 + + 9 p p k pk g 或写成 伊( 占) 风= 0 由( 3 2 1 0 ) 和( 3 2 一1 2 ) 可知，a r m a ( p ，g ) 模型的自相关函数风，有g 个自 相关函数p 1 ) p ：，p q 的数值直接依赖于模型参数仍，仍，与q ，岛，巴，但自 k g 以后的凤，仅依赖于竹，仍，以及凤+ p k - ：，以_ ，即当_ j g 以后，p k 满 足差分方程( 3 2 1 2 ) 。 3 3 模型的偏自相关函数 对于一个a r ( p ) 模型来说，在模型中增加一个滞后变量y 。，若记拟合的自回归系 ， 数为，则相应于儿一。的系数就是妒。由直观估计，若1 i 很