数值分析与能源消耗

1、试题八中国能源消费与GDP增长相关性分析摘要 : 能源消耗是当今世界最关注的问题之一。如何协调好能源消耗与国民经济发展的在关系，并在GDP增长的同时，实现能源低消耗和高效利用，且减少其对 环境的影响，是世界各国都在努力的事。本文立足与全国，对国能源消耗与GDP增 长进行数据分析，提出能源消耗与GDP增长相关性特点及协调发展的建议。关键词：能源消耗 ; 国民经济发展 ; 数据分析 二次拟合；0 引言能源消耗是当今世界最关注的问题 , 能源是国民经济发展的基础。经济发展的 越快, 消耗的能源就越多。能源发展推动经济增长 , 经济增长为能源发展提供物质 条件或经济基础。能源是社会生产力的核心和动力源

2、泉 , 没有能源的安全和有效地 供给, 经济和社会的可持续发展就是无本之木 , 无源之水。目前 , 在生产生活中消 耗最多的能源是煤炭、石油和天然气，它们给人类带来了巨大的财富 , 使人民的生 活水平有量的提高和质的飞跃。近几年来 , 我国经济发展迅速 , 对能源的需求也在迅速的增加，众所周知 , 经济、社会要保持持续、快速、健康、稳定发展，必须有充足的能源保障，以能 源资源合理开发与有效利用作为支撑。本文利用数据和计量模型 , 通过数值分析中 的二次拟合，分析近几年全国能源消费GDP增长的关系，并对如何合理利用能源促进经济的增长出建议。一、中国能源消耗的现状（ 一） 主要能源资源分布状况 我

3、国消耗的能源主要包括煤炭、石油、天然气、水电、核电和风电 , 其中前三 项的消耗比重大 , 后三项消耗比重少。就资源地理分布情况来看 , 煤炭分布的总格局是西多东少、北富南贫 , 主要集中 分布在目前经济还不发达的、等省自治区 。煤炭资源呈逆向经济发达的特点， 成煤炭基地远离了煤炭消费市场 , 我国石油资源集中分布在渤海湾、松辽、塔里 木、鄂尔多斯、准噶尔、珠江口、柴达木和东海大陆架八大盆地 , 天然气资源集中 分布在塔里木、鄂尔多斯、东海大陆架、柴达木、松辽、莺歌海、琼东南和渤海 湾九大盆地 ,其可采资源量约占全国的 8364% ; 我国水能资源蕴藏量居世界第一位。 70%分布在西南四省、市

4、和自治区 , 其中以长江水系为最多 , 其次为雅 鲁藏布江水系。黄河水系和珠江水系也有较大的水能蕴藏量。目前 , 已开发利用的 地区, 集中在长江、黄河和珠江的上游 , 并且呈现南多北少的特点 ;我国风能资源 丰富的地区主要分布东南沿海及附近岛屿以及北部 （ 东北、华北、西北 ） 地区,沿海及其岛屿地区的风能丰富带，包括、广西和等省近200里宽的地带。（二）主要能源的消耗状况我国可再生能源资源丰富，但是我国人口众多，人均能源资源占有量不到世界 平均水平的一半，石油仅为十分之一。我国已成为世界上第三大能源生产国和第二 大能源消费国。就资源地理分布情况来看，煤炭分布的总格局是随着国经济的迅速发展，

5、能源的消耗量也日益增长，全国2002年能源消耗的增长率只有6% ,到了 2003年增长 率达到了 15.3% ,并在随后的两年都超10%。近两年在采用先进技术、推进节能、加速可再生能源开发利用以及依靠市场力量优化资源配置的条件下，能源消耗的增长率有了大幅度的下降，2008 年降到了 4%。十煤谀右油大然气水电、核电、风电从图一中可以看出，煤炭的消耗比重比起其他能源一直是遥遥领先的，但是到了 1997年比重有了明显的下降趋势,虽然2003年以后消耗比重又有小幅度的 上升,但是没有回到90年代初的最高点；石油的消耗比重在1997年有明显的上 升,随后几年变化幅度不大，到了 2006年比重有了明显的

6、下降；天然气的消耗 比重变化幅度不大，近十几年来都是呈现比较均匀的上升趋势；水电、核电和风 电的使用率还不是很高，三种能源总共消耗的比重也是小幅度上升，2001年的比重 是最高的。从各种能源的消耗比重变化趋势来看，随着近几年科技水平的提高，循 环经济的政策导向等有效措施的实施，使得能源消费结构调整有了成效，但是成绩并不明显。二、中国能源消费与GDP的数据分析（一）能源消费的弹性系数我们通常用能源消费弹性系数来表示能源消费增长速度与国民经济增长速度 之间的比例关系指标，它的计算公式为：能源消费弹性系数=能源消费量年平均增长速度/国民经济年均增长速度 根据1990年到2006年全国能源消费平均增长

7、率和生产总值年平均增长的数 据，经过计算从表1中可以看出,1997年和1998年能源消费是负的平均增长率,因此这 两年在数值上得不出能源消费的弹性系数。1990年到2002年能源消费平均增长 速度都小于国民经济年均增长速度，这段时期中国经济有了全面的发展，但是总 体来说人民生活水平还不是很高，资源投入国民经济生产的力度还不是很大，因此弹性系数基本上都是在0.15周围震荡,并且在1999年降到了最低点0.16。 2001年以后，特别是我国加入世贸组织以来，全国经济发展有了新的局面，这段 时期国民经济年均增长速度基本上超过10% ,能源消费平均增长在 2003年和2004年都超过了 15% ,能源

8、消费弹性系数也高过1.15,发展成绩的显著,换来 能源消耗量大幅度上升，加上技术水平提高缓慢，经济结构出现一些不合理的现 象，有些生产的管理不够科学，造成能源利用率较低，浪费现象严重。近几年国家 逐渐意识到问题的存在，开始提倡循环经济、生态经济的发展，加之很多新能源 的出现和利用，从2005年开始，能源消费平均增长率下降，能源消费弹性系数 也回落到1以，这是能源利用效率的提高，国民经济结构的变化和耗能工业不断 科学发展的结果。表21990 - 2008年全国能源消耗和 GDP总量年松能源消费总量Y金国 tDPfZ/u X年他施源消费总量 6吨煤fV为标准）Y全国CDP亿兀X57)*143645

9、.219941227374A197. 919796199513117&60793 7I9HU(12754545.6曲b71176.61师5447489L613779&78973620675323,41998132214舁関二3m3660405962.71999133K3I黑&厂1I9S47090472OS. 1200015855399214. 6I9H57M1N2Wlfr.o2001143199109A33.2NK6KON5OJO275.2200235L797120332. 72 OSH. 620031749A0I35A22. BI9H8929971別4工a2<H

10、M20322713M7S. 31轉9fl6M3414992.320092140821«3«67.«19901K667. S20062415270210«"11991I0I78J217*1.520072446191992I09J7026923 - 52(X»8.2 曲 new300670Wli S9W35333.9数据来谭：屮塔人艮狀和国国家拟合分析：图中为散点图 用最小二乘法arid'对该组数据进行拟合1、一次拟合其结果如图1所示。Lin ear model Polyl: f(x) = p1*x + p2Coefficie n

11、ts (with 95% con fide nee boun ds):pl = 0.747 (0.6993, 0.7948)p2 = 7.567e+004 (6.89e+004, 8.244e+004)Good ness of fit:SSE: 5.197e+014R-square: 0.9725Adjusted R-square: 0.9715RMSE: 4.233e+006图1为一次拟合图2二次拟合2、二次拟合其结果如图2所示。Lin ear model Poly2:f(x) = p1*xA2 + p2*x + p3Coefficie nts (with 95% con fide nee

12、boun ds): p1 = -4.532e-007 (-9.975e-007, 9.11e-008) p2 = 0.8724(0.7148, 1.03) p3 = 7.12e+004 (6.272e+004, 7.968e+004) Good ness of fit:SSE: 4.708e+014R-square: 0.975Adjusted R-square: 0.9733RMSE: 4.1e+0063、三次拟合其结果如图3所示。Lin ear model Poly3: f(x) = p1*xA3 + p2*xA2 + p3*x + p4Coefficie nts (with 95% co

13、n fide nee boun ds): pl = -4.459e-012 (-1.142e-011,2.503e-012) p2 = 1.502e-006 (-1.598e-006, 4.603e-006) p3 = 0.661 (0.296, 1.026)p4 = 7.482e+004 (6.471e+004, 8.494e+004)Good ness of fit:SSE: 4.425e+014R-square: 0.9765Adjusted R-square: 0.9739RMSE: 4.048e+006图4四次拟合图5五次拟合4、四次拟合其结果如图4所示。Lin ear model

14、Poly4:f(x) = p1*xA4 + p2*xA3 + p3*xA2 + p4*x + p5 Coefficie nts (with 95% con fide nee boun ds):pl = -1.728e-016 (-2.538e-016, -9.181e-017)p2 = 9.915e-011 (5.029e-011, 1.48e-010)p3 = -1.786e-005 (-2.725e-005, -8.472e-006)p4 =1.835 (1.216, 2.453)p5 = 6.24e+004 (5.264e+004, 7.216e+004)Good ness of fit

15、:SSE: 2.544e+014R-square: 0.9865Adjusted R-square: 0.9844RMSE: 3.128e+0065、五次拟合其结果如图5所示。Lin ear model Poly5:f(x) = p1*xA5 + p2*xA4 + p3*xA3 + p4*xA2 + p5*x + p6 Coefficie nts (with 95% con fide nee boun ds):pl = 2.641e-021 (2.18e-021,3.103e-021)p2 = -2.131e-015 (-2.475e-015, -1.787e-015)p3 = 6.079e-

16、010 (5.168e-010, 6.99e-010)p4 = -7.262e-005 (-8.291e-005, -6.234e-005)p5 =4.014 (3.56, 4.468)p6 = 4.498e+004 (4.003e+004, 4.992e+004)Good ness of fit:SSE: 3.884e+013R-square: 0.9979Adjusted R-square: 0.9975RMSE: 1.246e+006图6六次拟合& 六次拟合其结果如图6所示。Lin ear model Poly6:f(x) = p1*xA6 + p2*xA5 + p3*xA4 +

17、 p4*xA3 + p5*xA2 p6*x + p7Coefficie nts (with 95% con fide nee boun ds):pl = -5.888e-027 (-1.301e-026, 1.239e-027) p2 = 7.748e-021 (1.55e-021, 1.395e-020) p3 = -3.786e-015 (-5.817e-015, -1.755e-015) p4 = 8.556e-010 (5.431e-010, 1.168e-009) p5 = -8.963e-005 (-0.0001125, -6.677e-005) p6 =4.468 (3.764,

18、 5.172)p7 = 4.216e+004 (3.629e+004, 4.803e+004) Good ness of fit:SSE: 3.464e+013R-square: 0.9982Adjusted R-square: 0.9977RMSE: 1.201e+006 利用高斯曲线对该组数据进行拟合。1、一次拟合其结果如图7所示。Ge neral model Gauss1: f(x) = a1*exp(-(x-b1)/c1)A2)Coefficie nts (with 95% con fide nee boun ds):a1 = 2.92e+005 (2.686e+005, 3.153e

19、+005)b1 = 3.393e+005 (2.928e+005, 3.858e+005)c1 = 2.932e+005 (2.543e+005, 3.32e+005)Good ness of fit:SSE: 4.344e+014R-square: 0.977Adjusted R-square: 0.9753图7 一次拟合图8二次拟合RMSE: 3.939e+0062、二次拟合其结果如图8所示。General model Gauss2:f(x) = a1*exp(-(x-b1)/c1F2) + a2*exp(-(x-b2)/c2F2) Coefficie nts (with 95% con

20、fide nee boun ds):al = 1.451e+004 (-8011,3.704e+004)bl = 2.061e+005 (1.629e+005, 2.494e+005) cl = 4.638e+004 (-3.326e+004, 1.26e+005) a2 = 2.976e+005 (2.565e+005, 3.386e+005) b2 = 3.686e+005 (2.646e+005, 4.726e+005) c2 = 3.195e+005 (2.344e+005, 4.047e+005) Good ness of fit:SSE: 4.031e+014R-square: 0

21、.9786Adjusted R-square: 0.9744 RMSE: 4.016e+0063、三次拟合其结果如图9所示。General model Gauss3:f(x)=a1*exp(-(x-b1)/c1)A2) + a2*exp(-(x-b2)/c2)A2) + a3*exp(-(x-b3)/c3)A2)Coefficie nts (with 95% con fide nee boun ds):al = 1.274e+008 (-1.403e+072, 1.403e+072) bl = 3.254e+005 (-2.474e+067, 2.474e+067) cl =9194 (-2.

22、198e+066, 2.198e+066)a2 = -1.639e+005 (-3.048e+006, 2.721e+006) b2 = 1.488e+005 (-3.349e+004, 3.31e+005) c2 = 8.661e+004 (-2.633e+005, 4.365e+005) a3 = 3.642e+005 (-2.49e+006, 3.219e+006) b3 = 1.844e+005 (-1.117e+005, 4.805e+005) c3 =1.5e+005 (-2.922e+005, 5.922e+005)Good ness of fit:SSE: 2.585e+014

23、R-square: 0.9863Adjusted R-square: 0.9813RMSE: 3.428e+0064、图10四次拟合四次拟合其结果如图 10所示。General model Gauss4:f(x)=a1*exp(-(x-b1)/c1F2) + a2*exp(-(x-b2)/c2)A2) +a3*exp(-(x-b3)/c3)A2) + a4*exp(-(x-b4)/c4F2)Coefficie nts (with 95% con fide nee boun ds):a1 = 7.066e+005 (-1.127e+021, 1.127e+021)b1 = 2.747e+005

24、(-5.816e+017, 5.816e+017)c1 = 1.589e+004 (-4.387e+018, 4.387e+018)a2 = 3.038e+011 (-3.368e+032, 3.368e+032)b2 = 2.236e+005 (-2.279e+023, 2.279e+023)c2 =3153 (-5.06e+022, 5.06e+022)a3 = 8.733e+004 (-7.092e+023, 7.092e+023)b3 = 1.882e+005 (-2.335e+021,2.335e+021)c3 =3362 (-1.002e+022, 1.002e+022)a4 =

25、2.376e+005 (5.77e+004, 4.175e+005)b4 = 2.798e+005 (-5568, 5.651e+005)c4 = 2.635e+005 (6.854e+004, 4.585e+005)Good ness of fit:SSE: 4.081e+014R-square: 0.9784Adjusted R-square: 0.9658RMSE: 4.635e+006。三、结论与建议(一)结论本文运用国近20年的能源消耗弹性系数以及30多年GDP和能源消耗数据的计 量模型分析，得出了以下一些结论：1、能源消费结构不合理。从图1中可以看出，全国单位GDP所消耗的能源中，

26、煤炭和石油这些一次性不 可再生能源所占比重非常大 , 将近 90%; 而作为清洁能源的水能、风能、核能和 天然气的使用比重远远小于煤炭 , 只占到 1 0%左右。 2006 年以来煤炭和石油的消 耗量有所降低 , 天然气、水能、风能和核能的使用量有所升高 , 由此可见 , 国能源 消费结构有所调整 , 但是从缓慢的变化趋势看成绩并不显著。近年来 , 能源危机 是全球关注的热点之一。能源价格的短期大幅度波动 , 给各国经济带来了很大的 影响。以石油价格为例 , 尽管目前国际原油价格跌破每桶 40 美元, 但是在 2008 年上半年国际原油价格一路狂飙 , 在当年的 7 月 11 日创下历史新高

27、, 达到了 147127 美元。高油价的出现显示出未来还是存在着大幅度的上升空间 , 其负面影 响仍是中国可持续发展的隐患。因此 , 加大力度改善能源消费结构是推动全国经 济持续健康快速发展的主要任务之一。2、经济产出对能源的依赖度还是很大。从能源消费的弹性系数计算结果中可以 看出,1999 - 2004 年, 能源消费弹性系数涨幅很大 , 特别从 2002年到 2003 年增 长了一倍多 , 并且 2003 年和 2004 年都超过了 1.5 。这几年里 , 中国经济飞速发 展, GDP 增长都超过了 10% , 能源消费平均增长率也超过了 15% ,可见经济的发 展很大程度上依靠了能源的消

28、耗 , 存在着粗放型的经济增长方式。提高科技水平、 提高能源利用率、利用清洁能源是经济可持续发展的新要 求。我国寻求各种途径实现生产对能源的高效利用 , 减少能源的消费和浪费 , 2005 年能源消费弹性系数有了明显的下降 , 到了 2006 年降到了 210187。目前世界能 源消费的弹性系数总体是在 0.15 以下的水平 , 我国离世界水平还有一定的距离。3、能源消耗与GDP增长之间并非完全是正相关关系。在前面计量分析中，变 量平稳性检验和变量之间协整性检验 , 是做格兰杰因果关系检验的前提。在检验 过程中，顺利的得出了两个理想的结论：1全国能源消耗和GDP两组数据在时间 上是平稳的 ,

29、在一段时间会有规律性的随一个均值做振幅相近的波动 ; 2两个变量 之间是协整关系。从经济意义上看就是对于 中国来说，能源消耗与GDP增长之间有着长期的稳定关系。从全国来看,能源的消耗一定会引起 GDP的增长,而GDP的增长不一定要用 能源 的消耗来实现。这个检验否定了我们一贯对两者之间。（ 二） 建议从数据分析中得出 , 实现 GDP 的增长不一定要依靠能源的消耗 , 如 何有效降低一次性能源在生产生活中的消耗总量 , 提高能源的利用率 , 是确保国 民经济持续、快速、协调、健康发展所面临的一个重大问题。建议从以下几个方 面考虑：1、优化能源消费结构，开发可循环利用能源和清洁能源。全国单位GD

30、P中,消耗的主要是煤炭和石油这些一次性不可再生能源 , 这并不利于国民经济的可持 续发展。而发展清洁可循环利用的能源 , 既能确保能源战略稳定 , 又符合环境友 好型社会经济的发展要实现能源消耗和国民经济增长长期稳定的重要条件我国有 着最有潜力也最丰富的清洁能源一水电能源水电能源可循环利用，又是清洁能源, 对生态环境没有负面的影响 , 特别是在西南地区 , 如省就有丰富的水电宝藏 它有六大水系 , 如果得到很好的开发可以代替煤炭和石油而在生产中产生巨大的 作用 ; 还有蒙土地广阔加上地势高 , 有着丰富的风能和太阳能 ; 沿海以及岛屿地 区也有丰富的风能。由此可见我国清洁能源发展具有良好的前景

31、。除此之外核能 也有着广阔发展前景。我国拥有很多大型核电站 , 如山核电站、大亚湾核电站、 田湾核电站等等 , 核能和水电一样也是非常重要的清洁能源之一 , 它的广泛利用 推动了我国核燃料工业的发展但是发展中还存在一些有待解决的问题 , 例如缺乏 长远发展规划的指导 , 核电技术与设备国产化进展缓慢核能和平利用的产业规模 与水平落后于发达国家 , 基础研究和技术开发的资金匮乏。2、提高能源使用率 , 促进能源的循环利用和节约使用。能源的使用效率提高 了, 就能以较少的能源消耗实现同样总量或者更多总量的国民经济增长, 还能减少国民经济发展的能源压力 , 实现能源消耗和经济发展的长期稳定。而技术是

32、提 高能源使用效率的关键因素 , 提高能源系统效率、节能降耗和开发利用新能源都 必须依靠科技进步 , 采用和推广无害或低害新工艺、新技术 , 尤其应以具有较为 成熟技术支撑的短缺能源的循环利用为突破口 , 采取政策诱导和强制技术标准相 结合的措施 , 降低原材料和能源的消耗 , 实现投入少、产出高、低污染。施装备 落后等等。3、优化产业结构 , 发展零耗能或者低耗能产业。在推动国民经济发展的产业 中重工业的比重占了很大比例 , 但是重工业的发展却要靠消耗大量的能源来支撑 发达国家和发达地区的经验说明 : 以重工业为主来带动当地国民经济的发展 , 最 终的结果是造成能源的大量消耗 , 是一种粗放型的经济增长方式。 我国 21 世纪