基于因子分析法山西电力产业可持续发展研究

2013-07-25韩小梦郝建成

中国矿业 2013年1期

韩小梦，崔彬，郝建成

（中国地质大学（北京），北京 100083）

煤炭和电力业是我国的两大能源产业，在国民经济中占有重要的基础地位，不仅仅为其他部门的发展和居民生活需要提供物质技术和基础能源，而且，其本身也是国民经济发展中的重要增长点。煤电产业的良性互动和健康发展，对于促进我国能源和经济社会的可持续发展具有重大意义。

1 因子方法简介

因子分析法是对原数据的一种降维处理，它是用少数几个不相关的变量去描述原变量之间的关系，它可以将相关关系比较大的几个变量归为一类，其中的每一类就是一个因子，因为这些变量是不可观测，而是通过线性变换得来的，因此把这些变量称为因子，这些因子能够反映原变量的绝大部分信息。

因子分析法在实证分析中的优势，第一，它有降维的作用，便于数据处理，降低研究难度；第二，它能够反映原变量中的绝大部分信息，一般要求不得低于原变量信息的85%；第三，线性变换后的因子之间不具有线性相关性，因此可以对因子进行命名，使因子具有现实意义。

因子分析法操作步骤，第一，指标数据标准化及相关性检验。第二步是确定提取因子个数m及公因子Fi。第三步是因子分析与综合主成分评价。

2 可持续发展压力指标的选取

根据山西省经济、能源和环境污染的实际状况，本文选取与电力可持续发展最为密切的11个指标（表1），以衡量电力可持续发展压力。除有特别说明外，各指标原始数据，均来自历年《山西省统计年鉴》、《中国电力年鉴》、《中国能源统计年鉴》和《中国煤炭年鉴》统计数据。这11个指标，分别涵盖了山西省能源特别是煤炭和电力行业面临的五个方面的问题：资源需求、环境问题、能源电力结构、煤炭供需矛盾和煤炭运力紧张问题。之所以选择这些指标来评价山西省电力可持续发展面临的压力，主要基于以下方面考虑。

表1 山西省电力可持续发展指标体系

第一，未来相当长时期内，经济增长、城市化和工业化是推动山西省能源需求增长的三大主要因素，也使山西省面临巨大的环境压力。因此，将重工化、城市化、GDP和人均GDP等4个变量作为需求因素引入，以反映电力需求层面的问题。

第二，山西省以煤为主的能源结构面临严峻的能源资源约束。因此，将山西省煤炭在一次能源中的比例和发电用煤占本省煤炭总消耗的比重作为衡量压力是否减小的指标。

第三，与电力消费密切相关的可持续发展问题是环境恶化。山西省电力需求规模巨大、需求增长快速和电力结构以火电为主，2010年电力行业的二氧化硫排放已达到114.70万t。因此将二氧化硫和二氧化碳排放量用于反映环境指标。

3 山西电力可持续发展度模型的求解

3.1 数据标准化及变量相关性判定

因子分析中采用11个变量，数据从1990～2010年。由于各指标数据差别较大，而且各个数据的变动趋势也不一致，所以对于不同的数列要采取不同的预处理方法。根据数列变化规律所反映的趋势将变量分为两种：第一种，数据越大导致电力可持续发展压力越大，如：重工业化水平、人均GDP、GDP、城市化水平、煤炭占能源消费比重、煤炭调出比例、煤炭运量占总运输量比例、发电用煤占煤炭消费比重、二氧化硫和二氧化碳的排放量；第二种，数据越小使得电力可持续发展压力越大，如：煤炭储采比。对于两种不同趋势的数据，分别采用不同的预处理方法，使得预处理后的数据具有一致性的作用。第一类数据用公式（1）处理，第二类数据用公式（2）处理。

首先对表2中所有指标数据进行相关分析。表2相关系数矩阵结果表明，许多变量之间直接相关性比较强，大部分变量之间的直接相关系数较大，证明各变量之间的信息、存在很大程度上的重叠，适合于进行因子分析。另外，KMO＝0.538（KMO大于0.5时，可以表明可以进行因子分析。

表2 变量相关系数矩阵

3.2 确定公因子数和公因子名

对1990～2010年的11个指标数据，利用SPSS软件进行因子分析。公因子方差（表3）说明了提取出来的公因子对每个变量的解释程度到底有多大。提取3个因子的方差累计贡献率已达90.021%。所以，取前三个公因子作为反映电力可持续发展所面临压力的主要指标。三个综合指标之间相互独立。

表3总的变量解释

表4为三个公因子对11个变量的因子载荷矩阵。因子载荷表示变量i依赖于公因子Fj的份量，也说明了公因子主要综合了哪些变量指标的信息。用公共因子反映原始变量，也有利于描述研究对象的特征。通过分析因子载荷矩阵，可以判定以下因子。

表4 转轴后的因子载荷矩阵

1）能源需求保障和环境因子。公因子1所对应的变量 V1，（工业化水平）、V2，（人均 GDP）V3（山西省 GDP）、V4，（城市化水平）V5，（煤炭储采比）V9（发电用煤占煤炭消费比重）V10（全国二氧化碳排放量）V11（山西省二氧化硫排放量）有很大载荷。可将公因子1命名为能源需求保障和环境因子。

2）外运因子。公因子2所对应的变量为V6（煤炭调出比例），V7（煤炭运量占总运输量比例）。其中考虑当前，我国煤炭运输方式以铁路为主，由于我国经济飞速发展，导致了煤炭需求不断增长，使煤炭运输紧张的矛盾及沿线运输所造成的环境污染问题日益突出，因此，可将公因子2命名为外运压力因子。

3）结构因子。公因子3所对应的变量为V8，（煤炭占能源消费比重）。其中考虑了山西省电力装机中火电装机所占比重这一因素，用以反映山西省煤炭占能源消费比重。由于山西省以煤为主的能源结构与以火电为主的电力装机结构有很高的相关性。因此，将这个公因子称为结构因子。

4 山西省电力可持续发展评价

因子得分系数矩阵见表5。利用得分系数矩阵可以获得各年各公因子得分函数表达式。其中，各因子得分函数中的系数Cij为第i个因子在第j个变量上的得分系数，为表5矩阵中的第j行、第i列的值。

表5 各公因子得分系数矩阵

利用各因子的特征值计算各因子的权重，得到评价电力可持续发展水平综合得分函数方程。

图1代表山西电力可持续发展水平的综合得分，即式（6）中的F，从图1中可以看出，山西电力可持续发展指数除1998～2000年略有下降外，其他年份一直在上升，且最近几年上升最快。可以反映山西电力发展的压力一直在增大，以现有的发展方式可以看出，山西电力产业发展是不可持续的，必须转变发展方式，提高煤炭利用效率，实现煤电可持续发展。下面逐一分析各个影响因子。

图1 1990～2010年山西省电力可持续发展综合指数

4.1 能源需求保障和环境因素

从图1中可以看出，能源需求保障和环境压力曲线总体呈上升趋势。随着山西省工业化进程的推进、城市化水平的提高、人均GDP的快速提高，山西省对于电力的需求将日益增加，导致其煤炭保障程度下降，环境压力日益增大。煤炭供给、电力需求、环保压力成为山西省以煤电为主面临的三大约束。其问题的解决途径：首先，要保证本省的煤炭供给；其次，应大力建设坑口电站满足本省和省外电力的需求；第三，山西应加快产业升级淘汰落后产能，加快产业升级，进行煤电一体化。

4.2 外运因素

从图1中可以看出，外运因素包括煤炭调出比例、煤炭运量占总运输量比例，外运压力波动较大，略有下降，但整体上仍处于压力较大的状态。从图1中可以看出，从1990～2010年山西煤炭调出比例一直维持在60%左右，其煤炭运量占山西铁路总货运量的90%左右，给山西铁路运输带来极大的压力（图2）。从全国来看，2010年我国铁路煤炭运量占全国煤炭运量的70%以上，并且在历年铁路总货物运量中占40%以上。在全国省级原煤调运中，铁路净调出量占总净调出量的59.7%，铁路净调入量占总净调入量的68.0%，随着我国经济飞速发展，煤炭外运压力日益增大，运输成本的大幅提高，而且运输沿线还造成环境污染。

图2 1990～2010年煤炭调出比例和煤炭运量占总运输量比例变化

以山西阳城电厂至江苏淮阴500kV送电工程为例，工程建设1840km，静态投资36亿元（1993年价），输电无需再进行投资。若以国标京九铁路估算，每公里投资1000万元，1840km应投资184亿元，而煤炭运输的费用需另计算。实践证明：输电比输煤建设投资和运营费用低、建设周期短。

其根本解决途径：使煤炭在本省就地转化为煤电，减少煤炭外运压力促进坑口电站的建设，在特高压输电的支持下，可以实现大规模输出煤电。

4.3 电力结构因素

从图2中可以看出，电力结构压力指数有一定的波动，有下降的趋势。主要是山西积极实施了新能源发展政策有关，山西省以煤为主的能源结构与以火电为主的电力装机结构有很高的相关性。以煤为主的煤炭结构决定了以火电装机为主的电力消费结构。由于对新能源的大力支持，火电装机比重有一定的下降，有利于缓解电力结构的压力。

5 对山西省电力产业可持续发展的对策建议

5.1 坚持科学发展观，遵循低碳经济、循环经济理念，促进电力可持续发展

要保证山西省电力的又好又快持续安全的发展必须认真落实科学发展观的一系列理念，特别是要全面理解它的内涵。我们发展的目的是为了人、为了促进人的全面发展，满足人民日益增长的物质文化的需要，使电力发展起来能惠及全体人民

5.2 明确以煤为主的能源结构是电力可持续发展的根源问题

世界一次能源消费结构中，石油比重高于煤炭七个百分点。而中国煤炭占一次能源的比重高达69%，山西省高达98%。从能源的发展阶段来看，山西省还处于煤炭替代传统生物质能（木材）的阶段，是典型的以煤为主的能源结构。山西省经济和社会发展蕴藏着巨大的能源需求潜力，未来较长一段时期内，煤炭消费在山西一次能源消费中仍将占主导地位，消费形式仍将以火电转化为主，电力作为清洁的二次能源将随着经济社会发展而同步增长，电力可持续发展面临多重压力。

5.3 建设大型坑口热电联产电站，进行特高压输电是电力可持续发展的基础

建立具有中国特色的大型坑口热－电联产电站，进行特高压输电可以煤电联营、综合开发、规模经营、优势互补，是实现“西电东送”的最优选择，是我国能源建设的重大决策。

5.4 加快推进煤电一体化是实现电力可持续发展的重要途径

煤电一体化建设经营，有效消除了“煤”和“电”之间的矛盾，避开了煤、电、运之间错综关系的纠葛，把煤炭供需的市场风险消化在了企业内部，促进了电厂与煤矿的一体化经营管理水平，实现了能源的安全竞技，促进了电煤间的效益平衡和运行畅通，提高了企业的抗风险能力和竞争能力。有利于电源的保障供应，是实现电力可持续发展的重要途径。

5.5 积极调整电力结构，实现资源优化配置，推进电力可持续发展

电力结构调整的实质是电力资源的优化配置。通过战略性的结构调整，促使资源优化配置电力发展由量的增长转变为质的提高，确保电力可持续发展。①加大电网投资和建设力度；②调整水火电比例；③优化火电机组结构；④积极利用可再生能源发电，发展绿色电力。

6 结论

山西煤炭资源丰富，其它能源较少这就决定了山西煤电主导地位的格局，虽然其它新能源发电增长较快，但占比很小，很难起到替代作用。所以说山西电力的可持续发展在一定程度上也就是山西煤电的可持续发展。山西煤电走可持续发展的道路，应结合山西省当前的情况，在满足电力供应、消费的同时，注重资源节约，环境改善并积极发展绿色电力，逐步形成多能互补发展的电源结构新局面。因此，山西在今后的电力发展中，应积极加大其它新能源发电所占比重，优化发展煤电，推进煤电一体化开发，加快大型煤电基地坑口电站的建设，鼓励发展热电联产，在特高压大规模输电的支持下实现大规模输煤变为输电，推进煤电绿色开发，最终实现山西电力的可持续发展。

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