基于系统动力学的太阳能热水器市场预测分析

中国矿业大学(北京)管理学院 ■ 祁娇

0 引言

随着经济的发展，我国对化石能源的依赖性也越来越大。2012年，我国的能源消费结构中，化石能源占全部能源消费的比重为90.6%，由此引发严重的环境问题；同时，能源短缺也是中国乃至全世界所面临的问题。面对环境污染和能源短缺，太阳能资源为人类提供了能源利用的新思路，是一种环保的可再生能源。同时，我国疆土辽阔，拥有充沛的太阳能资源，据估算，我国陆地表面每年接收的太阳辐射能约为50×1018kJ，全国各地太阳年辐射总量能达到335～837 kJ/(cm2·a)，其中值为 586 kJ/(cm2·a)[1]。在我国，对于太阳能的利用已涉及多个领域，如光伏发电、新能源汽车及太阳能热水器等。加大对太阳能资源合理有效地利用是解决环境污染和能源短缺的措施之一。

现阶段，我国是世界上最大的太阳能热水器生产国及消费国。近10年来，我国的太阳能热水器行业得到了快速发展。据统计，2010年我国太阳能热水器产量及保有量分别为4900万m2和18500万m2，千人拥有量为140 m2/千人，能源替代量为2775万t标准煤[2]。预计到2015年和2020年太阳能热水器的保有量分别约为40000万m2和80000万m2，能源替代量分别约为6000万t和12000 万t标准煤[3]。截止到2008年，我国太阳能热水器的市场占有率为50.8%，电热水器和燃气热水器的占有率之和为49.2%，这是太阳能热水器市场占有率首次突破50%[4]。由此证明，我国太阳能热水器行业的发展呈现向好态势。

本文从太阳能热水器利用出发，结合太阳能热水器行业的发展现状，运用系统动力学的方法分析问题，采用Vensim软件建立系统动力学模型，选取多个影响因素并观察其对太阳能热水器市场保有量及其年销售量的影响程度，预测太阳能热水器市场未来7年内(即2015～2021年)的扩散趋势，并对本模型进行敏感性分析，得出企业的售后服务水平对太阳能热水器的推广具有促进作用；并分别向政府和企业提出了政策建议，为今后太阳能热水器推广工作提供一定的参考。

1 基于系统动力学的模型构建

1.1 建模目的及模型边界

通过建立系统动力学模型，明确太阳能热水器市场保有量及销售量的影响因素，并建立这些因素的因果关系；利用历史及技术数据模拟我国太阳能热水器市场扩散状况，具体研究太阳能热水器市场的供需状况，以及未来的发展趋势。影响太阳能热水器行业发展的因素有多种，为了明确本文模型的边界，总结出主要因素，见表1。

表1 太阳能热水器市场扩散模型主要因素

1.2 影响因素分析

在太阳能热水器市场上，其保有量由年需求量和年报废量确定，而太阳能热水器年需求量与消费者对太阳能热水器的接受程度密切相关，生产量在很大程度上受制于企业的规模及市场的供需状况。对于消费者而言，是否接受太阳能热水器，主要考虑价格因素、质量因素、售后服务因素等。对于生产厂家而言，一方面加大投资、降低成本有利于企业产量的提高；另一方面，市场需求量增大，其产量及销售额也相应增大，对于售后服务的投入也应相应增大。

1.3 系统因果图

分析太阳能热水器市场扩散模型，影响太阳能热水器需求量有诸多因素，如价格因素、质量因素、售后服务因素等。首先，从与传统热水器相比较的角度出发，比较两者在一定寿命期内所需的总成本，得出相对成本和太阳能热水器成本接受度；其次，考虑售后服务对太阳能热水器需求量的影响，当太阳能热水器企业的销售量增加后，随即就需要加大售后服务投入；最后还需考虑太阳能热水器质量问题对市场需求量的影响。除此之外，综合考虑市场报废量和市场需求量对市场保有量的影响，预测未来市场保有量。太阳能热水器市场扩散模型的因果图如图1所示。

图1 太阳能热水器市场扩散模型的因果图

1.4 系统流图

根据太阳能市场发展内部的因果关系绘制系统动力学流图，使变量之间的因果关系量化，用更直接和简明的方式表明各变量之间的因果关系。同时，也表明了各变量自身的特性，有助于进一步系统模拟及预测太阳能热水器市场发展趋势。太阳能热水器市场扩散模型的流图如图2所示。

图2 太阳能热水器市场扩散模型流图

2 实证研究

2.1 原始数据

在仿真模拟前，需依据实际情况确定模型的时间参数和水平变量初始值。本模型以2007年为起始时间，模拟的时间段为2007～2021年，时间步长为1年。模型的水平变量分别为太阳能热水器市场保有量、太阳能热水器企业年销售总额。依据相关文献，确定水平变量的初始值。据统计，2007年太阳能热水器的市场保有量约1.08亿m2[5]。为简化系统，按照一台太阳能热水器集热面积为2 m2计算，2010年太阳能热水器市场保有量转换为0.54亿台。据调查，2007年太阳能热水器企业销售总额约为320亿元[5]。相关数据见表2。

表2 水平变量初始值

2.2 间接参数

从消费者层面分析，分别考虑传统热水器与太阳能热水器的购置成本、运行费用、使用寿命等因素，比较二者在15年内的使用总投入。同时，根据调查研究，确定政府给予太阳能热水器的补贴额度，以及企业的售后服务水平。综合多种因素确定出太阳能热水器的消费者接受程度。

表3 太阳能热水器与传统热水器成本分析

2.2.1 传统热水器成本分析

根据市场调查及相关文献，可确定传统热水器的相关技术参数。传统热水器购置平均成本约为1000元。1台传统热水器的寿命平均为5～6年[6]，则在15年内需要购置3台。传统热水器每天耗能约为3.25元，则15年的寿命期内约耗电17794元。15年内平均维修3次，1次费用约为700元，因此传统热水器维修成本定为2100元。依据燃料动力费和维修费计算得出，15年内传统热水器总运行费用为19894元。

2.2.2 太阳能热水器成本分析

根据市场调查及相关文献，可确定太阳能热水器的相关技术参数。太阳能热水器购置最低成本约为1800元[7]。1台太阳能热水器使用寿命约为15年。依据调查，太阳能热水器一年内可使用的平均期限约为7个月[8]，因此不能使用的时间约为150天，考虑到洗浴周期折算成80天是由其他能源代替加热，每日费用按照3.25元计算，则每年的燃料动力费约为260元，15年的燃料动力费约为3900元。在15年内平均维修一次，费用为1000元。依据燃料动力费和维修费计算得出，15年内太阳能热水器总运行费用为4900元。据调查，政府给予的购买补贴平均为500元[5]。

2.2.3 企业的售后服务投入比重

利用售后服务投入比重来衡量企业售后服务水平。售后服务投入比重的确定是根据太阳能热水器企业总销售额的大小。由于市场竞争激烈，企业需要有服务意识。分析市场数据可知，2003～2009年期间，太阳能热水器销售额增速较快，而随后太阳能热水器增速放缓。太阳能热水器企业应当有危机意识，应当提升安装、维修等方面的服务水平，因此在2009年以后，售后服务投入比重由0.2提升至 0.25。

2.3 模型变量及其方程

依据上文中的因果关系及参数值确定具体的模型变量及其系统动力学方程[9]，见表4。

3 模型仿真结果及分析

本文使用系统动力学Vensim建模软件，在其图像编辑环境中，预先设置约束条件，利用历史数据对未来数据进行仿真模拟，并且不断调整结构及参数，使模型逐步趋于合理。

表4 模型变量及其方程

3.1 历史数据检验

由于搜集历史数据有限，仅通过《太阳能热水器行业分析报告(试读版)》得到2007～2010年太阳能热水器市场保有量的历史数据，以及2007～2009年太阳能热水器销售总额的历史数据。故将2007年的数据作为初始数据，仅对2008～2010年的太阳能热水器市场保有量，以及2008年和2009年太阳能热水器总销售额做历史数据检验，用以判断本系统动力学模型是否有效，如表5所示。

在表5中，比较了实际值与模拟值的差别，具体计算了模拟值与实际值的误差率，其中仅有2010年保有量和2009年总销售额的误差较大，分别为-8.23%和-6.56%，但整体数据的误差率都控制在10%以内。由此说明太阳能热水器市场扩散模型是有效的，对预测太阳能热水器市场未来的保有量及销售情况具有一定意义，为今后制定政策建议提供一定的数据参考。

表5 实际值与模拟值比较表

3.2 模型仿真分析

在历史数据检验的基础上，分别对太阳能热水器市场保有量和年销售总额变化趋势进行模拟，系统仿真结果如图3、图4所示。

图3 太阳能热水器市场保有量系统仿真结果图

图4 太阳能热水器企业年销售总额系统仿真结果图

由图3、图4可知，我国太阳能热水器市场保有量及年销售总额呈逐年上升趋势。现阶段，太阳能热水器市场保有量的增长率约在16%，由预测结果可计算出未来7年间的市场保有量和销售额的增长率将保持在15.6%和16.3%。通过模型仿真得到，2021年太阳能热水器市场保有量将要达到3.8亿台，约合7.6亿m2，年销售总额有望达到3535.8亿元。未来7年太阳能热水器的市场保有量及年销售总额将成指数递增趋势。再结合政府的法规约束、政策扶持等举措，可以看出太阳能热水器行业发展前景向好。

结合太阳能热水器市场保有量发展趋势的分析，将其发展过程基本分成3个阶段。第1阶段：2007～2011年，属于平稳增长时期，市场占有率较低，此时期市场保有量增长较为缓慢；第2阶段：2012～2016年，属于加速增长期，市场占有率不断提升，此时期市场保有量的增长速度加快；第3阶段：2017～2021年，属于快速增长期，具有较高的市场占有率，此时期市场保有量呈现快速增长趋势。

3.3 灵敏度分析

对模型结果进行灵敏度分析，进一步明确影响太阳能热水器市场保有量和销售总额的因素。本文主要考虑企业的售后服务对太阳能热水器市场保有量和销售总额的影响。太阳能热水器企业采取了增加企业售后服务投入的政策，并由此来观察太阳能热水器的市场保有量和销售总额的变化情况。

在太阳能热水器市场扩散模型中具体的做法为：2009年后，将企业售后服务投入比重由原来的0.25提升至0.3，分别用线条1、2表示企业售后服务投入比重提升前后的趋势线并重新进行仿真模拟得到新的仿真结果，如图5、图6所示。

图5 太阳能热水器市场保有量灵敏度分析图

图6 太阳能热水器企业年销售总额灵敏度分析图

由图5、图6可知，当企业售后服务投入比重提升至0.3后，太阳能热水器各年的市场保有量以及年销售总额也随之增加。经具体计算，市场保有量及年销售总额分别平均提高12.5%和7.6%。

据调查，消费者重视售后服务的主要原因是太阳能热水器在使用阶段存在诸多局限。一方面太阳能热水器多数需要安装在屋顶或外墙，对安装技术要求较高；另一方面消费者在使用过程中，太阳能热水器经常出现水压不足、无法加热等问题。根据问卷调查可得，参与调查的群众中有约50%的人反映“太阳能热水器能用，但不好用”[10]。因此，太阳能热水器企业不但要提高产品质量水平，更要做好产品售后服务工作。

由此可知，企业的售后服务是影响太阳能热水器推广的原因之一，企业加大售后服务的投入有利于企业提高销售额，这就要求太阳能生产企业不但要保证产品的质量，更要加大对售后服务的投入，不断提高产品的售后服务水平，提升消费者对太阳能热水器的认可度，从而提高企业的销售业绩。

4 结论及建议

本文运用系统动力学模型，预测太阳能热水器市场扩散趋势，分析了对太阳能热水器市场扩散具有推动作用的影响因素，总结得出：现阶段，太阳能热水器行业处于加速增长时期，市场占有率不断提升，市场保有量和销售额的增长速度较快。预计在未来7年时间，太阳能热水器的市场保有量和销售额将呈现指数增长趋势，平均增长速度将保持在15.6%和16.3%；到2021年销售总额有望达到3535.8亿元。因此，在2015～2021年期间，太阳能热水器市场前景向好，其销售市场充满活力。根据所得结论，笔者从政府和企业角度分别为太阳能热水器未来的发展提出相关建议。

4.1 政府制定优惠扶持政策

太阳能热水器市场前景向好，政府部门应当抓住时机，制定有利于太阳能利用行业发展的政策法规。对太阳能热水器企业实施财税减免政策，对广大太阳能热水器消费者加大补贴力度。同时，政府部门应当重视农村地区太阳能热水器的利用，打开太阳能热水器的农村市场，制定相关的惠农政策，鼓励农村消费者使用太阳能产品。

4.2 企业提高售后服务水平

太阳能热水器市场发展速度加快，竞争日益激烈，因此太阳能热水器企业要明确发展目标，在促生产的同时，也要做好产品的售后服务工作。太阳能热水器企业要做好市场调研，获取消费者的产品满意度。同时，太阳能热水器企业一方面要提高产品的质量水平及寿命，另一方面要加大产品售后服务的投入，提高售后服务水平，不断提高产品在消费者心中的认可度。在激烈的市场竞争中，企业要以优质的产品及服务获取更大的市场份额。

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