基于主成分分析的河南省能源安全评价研究

王双燕，高晓龙

（华北水利水电学院，郑州450011）

基于主成分分析的河南省能源安全评价研究

王双燕，高晓龙

（华北水利水电学院，郑州450011）

从经济能源安全、社会能源安全、环境能源安全、能源供给安全四个方面考虑，建立了河南省能源安全评价指标体系.利用主成分分析方法，对河南省2005－2010年的能源系统安全状况进行分析.结果表明，人口与环境因素是影响河南省能源安全的主要因素.

能源安全；主成分分析；SPSS

随着经济的发展和技术的进步，作为一种特殊的生产要素，能源在社会经济发展中发挥着越来越显著的作用.然而，区域内经济的快速增长、人口的不断增加、环境的急剧恶化又反过来影响着区域内的能源安全.因此，建立一套合理的能源安全评价体系来评价区域内能源，显得尤为重要.目前，中原经济区建设事业深入发展，河南省必须解决经济持续高速发展和城镇化进程加快所带来的能源安全问题.本文从河南省能源现状出发，运用主成分分析法对建立的评价指标体系进行分析，提出了强化河南省能源安全的措施建议.

1 指标体系的建立

1.1 河南省能源现状

近年来，河南省能源建设有了很大的发展，不仅大大促进了河南省经济的发展，而且在全国能源供给中占有举足轻重的地位.然而，近几年由于受到国内外相关因素的影响，河南省出现了能源短缺问题，严重影响了社会生产和人们的日常生活，能源安全问题凸显.目前，河南省的能源状况大致表现为：①能源供需结构矛盾依然突出，亟待缓解.煤炭供需平衡受价格影响时常波动，天然气供应日趋紧张，电源结构不合理，电网建设相对滞后；②能源消费结构单一.煤炭在河南省一次能源消费中占主体地位，石油、天然气和水电等清洁能源比重偏小，可再生能源发展缓慢；③资源和环境制约日益加大.能源发展面临的资源制约越来越大，资源可持续能力不强.以煤为主的能源生产与消费结构受环境制约不断增大，煤炭生产引起的地表沉陷、瓦斯和粉尘排放等对环境的影响日益严重，煤炭燃烧产生的二氧化硫和温室气体排放量逐年增加，改善生态环境的压力增大.

1.2 能源安全评价指标体系的建立

能源安全不仅指能源供应安全（包括基础设施在内的所有能源供应链安全），并且扩展到经济安全、社会安全和环境安全方面［1］.河南省能源安全评价指标体系建立在河南省能源供给和消费状况以及能源消费与经济、社会、环境相互影响的基础上.从河南省的能源现状出发，从经济能源安全、社会能源安全、环境能源安全、能源供给安全四个方面考虑，建立河南省能源安全评价指标体系.

（1）经济能源安全.当今世界经济是建立在化石燃料基础上的能源经济，若没有了强有力的能源供给，经济的快速稳定发展是不可能实现的.反映一个地区能源与经济是否处于协调发展状态最直接的指标，就是该地区单位GDP能耗以及能源消费弹性系数.

（2）社会能源安全.人是社会的组成部分，是社会能源的消费主体.人口数量的增长、人均生活水平的提高、新能源和可再生能源的消费行为等都会对社会能源安全产生明显影响.

（3）环境能源安全.能源在其生产和消费过程中会不可避免地产生污染物，对生态环境造成污染，影响能源经济的可持续发展.要保持经济社会持续发展，必须重视能源安全和环境保护问题.把能源工业三废排放比作为环境能源安全状况的指标，能够反映能源利用对环境的影响.

（4）能源供给安全.充足的能源供应是能源安全的根本.能源供给首先考虑的是能源供给的自给程度.一个地区自身能源越丰富，越有利于保障区域经济的可持续发展，也越有利于能源安全.此外，对省外的依存程度也是反映地区能源安全的重要指标［2］.

根据河南省能源发展影响因素分析，结合河南省2005－2010年能源系统相关指标数据的可获得性，构建了河南省能源安全评价指标体系，该指标体系总共包括4个一级指标和10个二级指标，如表1所示.

表1 河南省能源安全评价指标体系

2 主成分分析模型的建立与评价

2.1 主成分分析

（1）指标数据的标准化.为了对变量进行比较，并消除观测数据数量级和量纲差别所造成的影响，需要对样本观测数据进行标准化处理.标准化处理后的变量均值为0、方差为1.计算公式如下：

其中：xij表示第i个样本的第j个指标的观测数据；、Sj分别表示第j个指标的样本均值和标准差，进行标准化处理后，得到标准化的数据矩阵X.

（2）进行指标之间的相关性判定，计算相关系数矩阵.根据公式计算标准化后指标i和j之间的相关系数，得到的系数矩阵表示各测评指标之间的相关情况.

（3）计算特征值λ和累积方差贡献率.

（4）确定主成分的个数k和主成分Fi的表达式.按照主成分个数的提取原则，一般提取对应的特征值大于1的前k个主成分.特征值在某种程度上可以被看成表示主成分影响力度大小的指标.如果特征值小于1，说明主成分的解释力度不如直接引入一个原变量的平均值解释力度大，因此可以用特征值大于1作为提取标准［3］.主成分变量确定后，就可以计算k个主成分的表达式：

（5）进行综合评价.以各主成分的方差贡献率为权重，结合各主成分的线性组合表达式，得到综合评价指标函数，即公式如下：

计算综合评价值，然后对得分进行排序，即可以根据F值来比较判断能源安全状况的变化.

2.2 模型的建立与评价

2.2.1 KMO检验和Bartlett球形度检验

KMO检验和Bartlett球形度检验主要用于主成分分析的适应性检验.KMO检验变量之间的偏相关性是否较小，而Bartlett球形检验是判断相关矩阵是否为单位矩阵.在主成分分析中，凯泽给出了常用的KMO度量标准：0.9表示非常适合；0.8表示合适；0.7表示一般；0.6表示不太合适；0.5表示极不合适［4］.这里对指标数据进行KMO检验和Bartlett球形度检验，适用于作主成分分析.

2.2.2 提取主成分

通过SPSS软件，将原始数据标准化后求出相关矩阵（如表2所示），并求出各成分的特征值、方差贡献率和累计方差贡献率（如表3所示）.

表2 标准化后的数据

表3 总方差解释表

从表3可知，特征值大于1的有2个主成分，因此提取2个主成分变量，并把这2个主成分变量分别命名为F1、F2.

2.2.3 确定主成分表达式

对以上提取出的2个主成分变量F1和F2进行SPSS分析，得到成分矩阵，如表4所示.

表4 成分矩阵

从表4可知：第一主成分的主要指标是人均能耗，这些指标主要指向能源消耗的社会指标；第二主成分的主要指标是能源工业废水排放比、工业废气排放比和固体废弃物排放比，这些指标主要指向能源消耗的环境指标.

用表4中成分矩阵的数据除以对应主成分的特征值的平方根，就得到主成分中对应每个指标的系数，本文使用SPSS软件进行系数的确定.可以将F1和F2这2个主成分表示成10个变量的线性组合，表达式如下：

2.2.4 综合得分的计算

以主成分方差贡献率为权重，可以列出综合积分的函数表达式：F＝0.658 9F1＋0.187 5F2，计算结果如表5所示.

表5 综合得分

从表5可以看出：第一主成分呈上升趋势，说明人口因素对能源安全的影响越来越大；第二主成分呈现波动趋势，2007年之前呈上升趋势，之后呈下降趋势，说明环境变化对能源安全系统的影响经历了先增大后减小的变化；就综合评价来看，总体评价值呈现上升趋势，说明研究时段内能源安全受各种因素的影响越来越明显，能源安全总体状况在下降.

3 结 语

能源安全对区域经济发展与社会稳定起着重要作用.河南省作为全国的人口大省，人均能耗不断增加，人的因素成为影响河南省能源安全的主要因素.环境因素是影响河南省能源安全的次要因素，但是自2007年以后，环境因素的影响有逐渐变小的趋势，说明自“十一五”规划提出节能减排后，节能项目的实施对能源安全起到了较大的作用.此外，随着中原经济区建设事业的发展，经济因素对能源安全的影响会越来越大，河南省能源安全将会面临更大的挑战.鉴于此，主要从能源供应的稳定性和使用的安全性两方面，提出以下保障河南省能源安全的建议.

（1）提倡全民节能减排、低碳生活.人均耗能的增加与人口的增加对河南省能源安全造成很大的压力，提倡全民节能减排、低碳生活，不仅能够缓解人均耗能增加，也是保护生态环境的需要.

（2）积极开发新能源和可再生能源.新能源和可再生资源的使用可以改善区域内能源结构，减少外部能源危机的输入，还可以减少环境污染，是实现经济可持续发展和社会和谐的必然选择.

（3）提高能源的使用效率.提高能源的使用效率是实现河南省能源安全的重要突破口.河南省各地区要坚持以提高能源的使用效率为核心，以转变经济增长方式、调整产业结构和加快技术进步为根本，构建资源节约型的产业结构和消费结构，同时鼓励节能技术的研发和推广.

［1］ 何琼.中国能源安全问题探讨及对策研究［J］.中国安全科学学报，2009（6）：52－57.

［2］ 王雪珍.基于网络层次分析法的上海能源安全评价指标体系研究［D］.上海：上海大学，2008.

［3］ 张文霖.主成分分析在SPSS中的操作应用［J］.市场研究，2005（12）：31－34.

［4］ 余建英.数据统计分析与SPSS应用［M］.北京：人民邮电出版社，2003.

Study on the Evaluation of Henan’s Energy Security Based on PCA

WANG Shuang－yan，GIAO Xiao－long
（North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450011，China）

With the development of economy and the advance of technology，energy as a special production factors play a more and more remarkable role in the social economy development，however the rapid development of economy has also brought the energy demand zooming，energy security has increasingly become the focus of all parties.Considering of four respects of the economic energy security，population energy security，environmental energy security，energy supply security，the paper establishes energy security evaluation index system of Henan province，using the PCA analyse energy system security situation of Henan province among 2005and 2010.

energy security；PCA；SPSS

F206

A

10.3969／j.issn.1671－6906.2011.06.005

1671－6906（2011）06－0022－04

2011－11－28

河南省政府决策研究招标项目（2011B444）；河南省科技攻关计划项目（1121002210354）

王双燕（1987－），女，河南洛阳人，硕士生.