以美国四州为例能源结构的分析

周聪　杨蓉　郭晴

摘 要：本文中，我们将以美国四个州为例，分析33年间能源结构的变化以及清洁能源的发展情况。为了更好的体现能源结构的变化，引入了能源强度的概念。最后根据分析结果对四个州的能源结构进行对比和评估，以得出针对不同地区的发展建议。

关键词：能源结构 清洁能源 能源消费强度

中图分类号：TE0 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）10-0-01

引言

随着时代的进步，可持续发展的观念已经被各国重视起来，各国在发展经济的同时，也在关心自己的能源结构是否足够清洁。美国是目前世界上最大的国家，拥有较完备的能源结构。而且美国有相对比较完善的能源用量记录，便于分析。所以，我们获取了加利福尼亚州，亚利桑那州，新墨西哥州和德克萨斯州四个州1977年到2009年33年间各项能源的消耗量。以这些州为例，分析这五十年间的能源结构的变化趋势，来评价这些州发展清洁能源的情况。

一、能源分类

首先，我们对能源进行合理的分类。为了与获得的数据相契合，将总能源消耗分为清洁能源消耗和化石燃料消耗，清洁能源消耗分为可再生能源消耗和核能消耗。为了简化分析过程，这里分析能源结构时，主要考虑各能源的消耗量，因为消耗量会直接体现在经济效益和污染排放上面。

二、四个州1977-2009年的能源概况

能源的使用效率是研究一个地区的能源结构比较直观的体现。为了衡量一个地区的能源使用效率，我们来介绍一下能源消耗强度ECI。它可以通过整个国民经济多个行业来计算，计算范围越广，结果越有说服力。这里ECI的计算方法为实际生产总值每美元消耗的能源，能量消耗强度越低，表明能源的利用更高效。根据已获取到的数据，获得33年来各个州能源消耗强度以及清洁能源消耗量的变化曲线。

如图（1）所示，所有四个州的能源强度总体都呈下降趋势，表明在33年间，能源利用率整体上是呈现上升趋势。在核能方面，新墨西哥几乎没有使用核能，而其它三个州相差不大。在可再生能源消费方面，加利福尼亚州远远领先于其他三个州。亚利桑那州和德克萨斯的差别不大，新墨西哥的可再生能源在21世纪刚刚起步。

综上所述，这四个州的能源使用效率整体正在增加。但还是可以看出各个州之间的有较大差距，特别是新墨西哥州的清洁能源才刚刚起步，而加利福尼亚州的清洁能源已经有较好的发展。

三、各州清洁能源消耗占比

单凭清洁能源的消耗量，并不能完全体现当地的能源结构。所以我们使用MATLAB绘制1977年到2009年间各州清洁能源消耗量占比的变化趋势。

如图（二）所示，亚利桑那州清洁能源占比最高，新墨西哥州和德克萨斯州的清洁能源占比远小于其他两州。虽然德克萨斯州清洁能源消耗量不低，但是化石能源消耗依旧占绝大部分。

结语

本文我们引入能源强度的概念来评估四个州33年间的能源结构变化情况。总的来说，四个州的能源结构都在朝清洁能源的方向发展。能源消耗强度在33年间减少到原来的30%至50%，可以看出能源的利用效率整体在不断地提高。一方面，能源消耗强度与经济结构有关，一般第三产业能源利用率较高，服务业的发展会导致能源消费强度的下降。另一方面，生产效率会对能源消费强度产生负向影响，就是随着生产技术的提高和节能技术开发，能源的利用率会得到提升。

根据世界银行的数据，加利福尼亚州与德克萨斯州2016年GDP总量分别为21560亿美元和16526亿美元，位居全美第一第二，是名副其实的发达地区。而亚利桑那州和新墨西哥州州位列第21位和第37位，属于中等偏下水平。经济实力的差异在很大程度上会影响到能源结构的发展。新墨西哥州在核电方面没有几乎发展，可再生能源的消耗量也相当有限。在本身经济实力不足的情况下，要求其立刻开发清洁能源，提高能源利用效率并不合适。而德克萨斯州属于典型的工业大州，虽然清洁能源消耗量不低，但化石燃料消耗占绝大多数，最应当开发清洁能源。可见不同地区的实际情况各不相同，势必需要不同的能源发展策略。

优缺点：

优点：

为了简化问题，把能量结构通过来各项能源的消耗来体现。

为了描述能源消费结构动态演化，运用能量消耗强度，对能源消费结构进行了橫向和纵向分析。

缺点：

本文分析能源结构时没有考虑能量的产量和不同能源之间的转换。

本文虽然引入能源消耗强度和信息熵的概念来描述能源结构的变化，但是并不能定量分析四个州能源结构的优劣。

参考文献

[1]Energy in the United States. https：//en.wikipedia.org/wiki/Energy_in_the_United_States

[2]Annual Energy Outlook 2018. https：//www.eia.gov/outlooks/aeo/

[3]钟红英，美国能源结构及对外依存度分析[j]，《中国物价》，2016.4：50-52

[4]郝新东，中美能源消费结构问题研究[D]，武汉大学，2013.3