21世纪我国主要能源消费的灰色关联研究

常军乾，徐 凯，任 翔，安海岗

（1.中国地质大学 （北京），北京100083；2.西南科技大学，四川 绵阳621000）

进入21世纪以来，我国能源消费速度开始加快，并逐步超过了同期国内生产总值的增长速度，能源高消耗期来临。三大主要能源煤炭、石油、天然气消耗量巨大，在最近的一些年，曾经一度出现煤荒、油荒、气荒等局面。全国耗能总量，从2000年的138552.58万t标准煤，增加到2007年的265582.99万t标准煤，翻了近一番。从全国分行业来看，不同的行业呈现出不同耗能特点，但是耗能量都在快速增加。对我国各行业的含能情况做出分析，可以更好地掌握不同能源的消耗情况，得到能源消耗的主要影响因素及其影响程度。从而实现对主要能源的科学规划，避免不合理能耗，提高能源使用效率，达到节能的目的，以保障能源的长期安全。

灰色系统理论由华中科技大学邓聚龙教授创立，重点解决贫信息情况下的不确定性系统问题，当寻求不到系统的明确隶属特性时，灰色理论具有很大的优势。它通过对部分已知信息的处理，来预测系统的运行行为和演化规律。灰色关联分析方法，在样本量多少和有无典型的分布规律条件下，都可应用，计算简单，一般不会出现量化结果与定性分析结果不相符的情况。因此，灰色关联理论为研究解决能源消费系统分析，提供了有效的工具。

1 我国能源消费分行业因素说明

按照各种统计年鉴对行业的分类方法，加上人们日常生活的能源消费，本文将能源消费的行业分为7类，分别为：①农、林、牧、渔、水利业；②工业；③建筑业；④交通运输、仓储和邮政业；⑤批发、零售业和住宿、餐饮业；⑥其他行业；⑦生活消费。

2 灰色关联分析

2.1 灰色关联分析原理

灰色关联分析是研究系统中各因素间关联程度的一种方法。对于一个复杂的系统和现象进行分析时，首先要选准反映系统行为特征的数据序列，间接地表征系统行为。通过计算关联因素变量的数据序列和系统特征变量数据序列的灰色关联度，做出各个序列的图形，然后进行分析并得出结果。

2.2 灰色关联分析模型及步骤

（1）确定因变量序列和自变量序列

因变量序列记为 x0，记 为：x0= ｛x0（1），x0（2），…，x0（n）｝。

自变量序列xi记为：xi= ｛xi（1），xi（2），…，xi（n）｝，i为因素的数量。

（2）原始数据变换

原始数据变换方法很多，主要有初值化处理和均值化处理。本文采用初值化处理方法。初值化处理，就是用每一个数列的首位数去除其它数，得到新的数列，记为：

得到的新数列就是不同时刻的值相对于第1个时刻值的百分比 （%）。

（3）求两极最大差M和最小差m

（4）计算关联系数

式中，θ—为分辨系数，通常取θ=0.5。

（5）计算关联度

（6）关联度排序、优势分析

对φi进行排序，得到影响因素的重要程度，并进行优势分析。

2.3 实证分析

根据21世纪以来2000～2007年8年的能源消费统计数据，分别为综合能源消费量 （将煤电气油等各种能源统一折算为万t标准煤后的能源量）以及主要的能源煤炭、石油、天然气消费量，见表1～4（数据来自 《中国能源统计年鉴》），以消费量作为确定因变量序列，以各行业消费的能源量作为自变量序列。

表1 综合能源消费量 （万t标准煤）

表2 煤炭消费量（万t）

表3 原油消费量（万t）

表4 天然气消费量 （亿m3）

2.3.1 综合能源消费关联分析

首先，根据上述第 （2）步，进行无量纲化处理，原始数据变换后用矩阵表示为：

其次，根据上述第 （3）、 （4）步，进行综合能源消费总量X0同各行业能源消费量Xi的灰色关联计算。以综合能源消费统计数据X0= （1，1.03，1.1，1.26，1.47，1.62，1.78，1.92）作为参考序列，经式 （2）计算，差序列见表5。

表5 差序列

由表5可知，M=0.56，m=0，θ=0.5，根据第 （4）步，计算X0与Xi的关联系数ξi（k），见表6。

表6 关联系数

根据上文第 （5）步，计算X0与Xi的关联度，如下：

可见，工业对能源消费的影响程度最大，其次为交通运输、仓储和邮政业，第三为建筑业。其他为：批发、零售业住宿、餐饮业，生活消费，其他行业，农、林、牧、渔、水利业的影响最小。2.3.2 煤炭、石油、天然气消费关联分析

用同样的方法，以煤炭、石油、天然气数统计数据作为参考序列，计算X0与Xi的关联度。

煤炭消费关联度为：

排序大小依次为：工业，农、林、牧、渔、水利业，其他行业，建筑业，批发、零售业和住宿、餐饮业，生活消费，交通运输、仓储和邮政业。

石油消费关联度为：

天然气消费关联度为：

排序大小依次为：工业，交通运输、仓储和邮政业，建筑业，生活消费，批发、零售业和住宿、餐饮业，其他行业。

2.3.3 煤炭、石油、天然气消费优势分析

将煤炭消费、石油消费、天然气消费 （分别用字母M、Y、Q代表）与Xi的关联度写成矩阵的形式为：

其中，每行数字表示M、Y、Q与因素Xi的关联度，将每个因素Xi与M、Y、Q的关联度求平均值，即可得到各影响因素的敏感度系数。

其中M2最大，即工业对煤油气消费的影响最大，其次是建筑业，生活消费，批发、零售业和住宿、餐饮业，农、林、牧、渔、水利业，交通运输、仓储和邮政业，其他行业影响最小。

3 结果分析

本文通过对各个行业消费能源的情况进行关联分析，明确了进入21世纪后我国能源消费的一些特点，得到如下结论：

（1）能源消费增速加快。进入新世纪以来，我国经济高速增长，对能源的消耗出现了史无前例的增长。主要的不可再生能源煤炭、石油、天然气的消费量大大加快。这就要求我们必须加快产业结构调整，减少低附加值、高能耗、高污染的工业，调整传统产业，大幅度降低能源消耗。

（2）三种主要能源消费呈现不同特点。无论从总的综合能源消费还是从三种主要的高碳能源来看，工业都占消费量的首位。传统的工业和第一产业与煤炭消费关联度较强，工业和交通运输、仓储、邮政业等行业与原油消费的关联性较强，工业和交通运输、仓储、邮政业与天然气消费的关联性较强。

（3）分析表明，我国应发展低耗能、高附加值的高新产业，大力发展第三产业，加快服务业发展。加快科技进步，调整能源消费结构，降低煤炭消耗，提高天然气消费比例。提高能源利用效率，走集约发展的道路。