基于GM(1,1)的中国能源缺口预测

基于ＧＭ（１，１）的中国能源缺口预测

李元年，刘思峰，方志耕

（南京航空航天大学经济与管理学院南京２０００１６）

摘要：能源是关系到社会持续稳定发展的最重要因素之一。本文从我国能源供需的实际情况出发。重点讨论了我国的能源缺口的问题．文中运用灰色系统理论中的ＧＭ（Ｉ，Ｉ）模型．分别从供需两个方面对中国能源缺口值进行了预测。并结合预测结果对能源缺口的相关变化特性及规律进行了分析．得出了一些相关的结论并提出了相应的解决措施。这些措搪的提出对于如何解决中国能源的缺口问题具有良好的指导和借鉴的意义．

关键字：灰色系统：ＧＭ（Ｉ．Ｉ）模型：能源缺口；预测

ｌ、引言

能源是人类社会发展的重要物质基础，它直接关系到社会和国民经济的可持续发展，人民物质生活和精神生活的提高与改善，同时也影响到国际政治局势的变化。进入２１世纪以来，伴随着经济全球化和经济科技化的发展，能源也出现了全球化、生态化、一体化、多元化、安全化、科技密集性的发展趋势。世界能源供需正面临严峻的挑战．能源研究成为新世纪一个热门话题．

我国是世界上能源生产和消费的大国之一，未来几年我国能源供需矛盾十分突出，因此需要我们对能源这一复杂系统进行分析研究、科学预测，为国家完善能源政策以及制定未来能源发展战略提供依据。这不仅具有重要的理论意义。同时又具有深远的经济意义和政治意义．随着我国经济进入新一轮增长周期的上升期，城镇化建设进程的进一步加快．今后我国对能源的需求将会越来越多，然而另一方面，我国能源生产量却远远不能满足这日益增长的巨大需求，这就造成了能源供需矛盾的加剧。在过去的二十年，我国的能源消耗由１９７８年的５．７ｌ亿吨标准煤增长到２００４年的１９．７亿吨标准煤，而能源生产的增长速度远远落后，仅有６ｔ２８亿吨标准煤增长到１８．５亿吨标准煤，能源缺口李元年（１９８３．），山东日照人，硕士研究生。研究方向：灰色系统理论应用Ｅ—ｍａｉｌ：ａｎｉａｎＳ１８＠１６３．ｃｏｍ

从无到有，而且呈越来越大的趋势。能源供应不足的局面在石油领域表现的尤为突出：我国目前正在实施工业化中期的基本任务，石油消费增长较快，从１９９０～２００４年，年均增加约２６３７万吨，但同期国内石油产量年均仅增长３７０多万吨。从１９９３年起．我国成为石油净进口国，２００２年我国进口原油６９５０万吨，较２００１年增加了１５％，２００４年我国累计进１：３石油１．２亿吨，对外依存度上升到４０％。

综上来看，我国的能源ｔ；－Ｉ题尤其是能源缺口问题越来越需要我们去做进一步的思考和研究工作。目前，国内已经有许多知名的专家学者在这一方面做了大量的研究工作，其中对于能源缺ｎ问题也有些涉及，但是鲜有对能源缺口的变化规律及其相关特性进行比较深入分析研究的。鉴于此，本文运用了灰色系统里的ＯＭ（１，１）模型对我国的能源供需缺口进行了科学预测，并结合预测结果对能源缺口的相关变化特性进行了分析。２、能源缺口的ＧＭ（Ｉ，１）模型预测

灰色系统里的ＧＭ（１，１）模型为一个变量的一阶微分方程，邓聚龙教授对ＧＭ（１，１）模型作了深入的研究。得到了多种不同的形式，其中较为常用的一种模型ｆｌｌ为：

定义：设Ｘ（ｏ’为非负序列，Ｘ（’）为Ｚ（ｏ）的１－－ＡＧＯ序列，Ｚ（１’为ｚ（１）的紧邻均值生成序列，其中ｚ（ｏ）＝Ｏ‘ｏ’（１），ｘ‘ｏ’（２），…，ｘ妒’（竹）），ｚ‘１’（七）＝去＠‘１’（女）＋Ｘ０）（＿ｊ｝一１））．则：

攀卅，：ａ眩ｔ，

称为ＧＭ（１，１）模型√”（ｔ）＋４ｚ‘”似）＝６的白化方程，也叫影子方程

根据白化方程我们可以计算（过程略）得到ＧＭ（１，１）微分方程的解：

咒川）＝（ｘ㈣（１）一争∥＋言；矧，２，…Ｈ眩ｚ，

数据还原后。可得到原始数据序列的预测公式为；

掣。’＠＋１）＝∥”量”忙＋１）＝掣”（ｔ＋１）一掣”（々）；ｋ＝１，２，…ｎ（２．３）

本文在研究我国能源缺口闯题中之所以使用ＧＭ（ｉ，１）预测模型，主要是由能源的供需的特性所决定的。从中国统计年鉴所提供的数据来看，我国能源的消费量和生产量随时间变化的波动性较大，但是在一段相对较短的时间内，也就是说在社会大环境相似的情况下，其发展变化是呈现一定的规律性的，而灰色系统的ＧＭ（１，Ｉ）模型恰恰擅长于对这种贫信息、小样本的预测；另一方面，研究表明，选取阶次过高的模型特征方程并不一定会取得很好的预测效果，阶次过高往往致使计算量大，计算时间长。有时反而导致预测精度不高。

２．１中国总能源缺口预测与分析

在我国了，能源问题一直是困扰经济持续稳定发展的一大问题，甚至在某些程度上已经成为制约经济快速增陡的瓶颈．但是能源问题到底有多严重？未来的能源缺口到底有多大？接下来本文根据《中国统计年鉴》中的２００１—２００５年能源生产总量和消费总量数据，运用上面介绍的ＧＭ（１，１）模型，对我国未来５年的能源生产量（即供给量）和能源消费量（即需求量）进行了预测，其具体预测过程及预测结果如下：

（１）能源生产总量预测

首先，我们可以求得其时间相应方程为：

ｘ（ｋ＋１）＝９９２１６９ｅｘｐ（．１３１７＋七）一８７１２６９

接下来对其误差进行检验，结果如表２．１所示：

表２．１

●（２．４）能源生产总羹误差检验衷

序号舢’抑舢）

１３８３６９

１５９９１２

１８４６００

２０６０００１３９６０７．７１５９２５１．９１８１６６０．１２０７２２１．５，妒器㈤０．８９５２４７％０．４１２７８８％１．５９２５３３％０．５９２９７５％２００２２００３２００４２００５１２３８，７４４３８５—６６０．０９６８６８—２９３９．８１５１５３１２２１．５２８３４５

由表２．１可算出其平均相对误差：

△＝｛塞妒妣，，，ｓｓ％

表２．２经ｓ，由式２．２我们可以看到预测效果非常好，误差极小。由此，我们可以得出需要的２００６．２０１０年的能源生产总量的预测值，如表２．２所示：２００６－２０１０年中国能源生产总量预测表（万吨标准煤）

２００７

２６９６４０２００８２００９３５０８６ｌ２０１０４００２３０年份预测值２００６２３６３７９３０７５８１

（２）能源消费总量预测

首先，我们可以求得其时间相应方程为：

ｘ（ｋ＋１）＝１０４００６５ｅｘｐ（．１３３９＋≈）一９０５１５１

接下来对其误差进行检验，结果如表２．３所示：

表２．３误差检验表（２．６）

序号ｘ∞１㈣未船肋舢）”

１４８２２２

１７０９４３

１９７０００

２２２０００１４９０１６．４１７０３６６．９１９４７７６．４２２２６８３．２７９４．４４２０１１伞器‘％）０．５３５９８１％０．３３６９９３％１．１２８７０９％０＿３０７７７％２００２２００３２００４２００５—５７６．０６５２５９—２２２３．５５７４７３６８３，２４９０７８

由表２．１可算出其平均相对误差：

●‘

△＝ｊ１。ＡＩ＝Ｏ．５７７３６３％叶±－２（２．７）

由式２．４我们可以看到预测效果更加理想，误差竹常小。由此，我们可以得．出需要的２００６．２０１０年的能源消费总量的预测值，如表２．４所示：

表２．４２００６－２０１０年中国能源消费总量预测表（７ｉ吨标准煤）

年份

预测值２００６２５４５８８２００７２９１０６４２００８３３２７６７２００９３８０４４５２０１０４３４９５３

（３）能源缺口总量

上面我们分别求得了我国２００６－２０１０年能源生产（供给）总量和能源消费（需求）总量，根据所求结果，由式２．５：

能源缺口值＝能源需求量．能源供给量（２．８）

我们可以求出最后的能源缺口值，如表２．５和图２．１所示：

表２５２００６－２０ｌＯ年中国能源缺口值（万吨标准煤）

２００７

２１４２４２００８２５１８６２００９２９５８４２０１Ｏ３４７２３年份预测值

臻，１００００

掣

蝮２００６１８２０９

蕉３００００

詈２００００

塔

ｌｏｏｏｏ９’一ｅ／

２００８。／２０ｌＯ年份Ｏ２００９

圈２．１２００６－２０ｌＯ年中国能源缺口走势图

综上分析，结合图表我们可以得出如下结论：

（１）我国能源缺口一直存在，这说明我国是一个能源相对来说比较缺乏的国家。虽然个别能源可能达到自给自足，但从总体来看，国内供给远远不能满足国内需求。

（２）我国能源缺１３不但存在，而且呈逐年增长的趋势。由图２．１我们可以很直观得看到我国能源敏口由２００６年的不到２亿吨标准煤短短五年间增加到２０１０年的接近４亿吨标准煤．缺口总量翻了一翻。

（３）实际情况下的能源缺口总量应稍大于我们的预测值。因为：首先，由表２．２我们可以看出我国能源生产总量也是呈现较快的增长趋势，但是能源生产的增长毕竟是要受到很多条件的限制，比如能源的储量等等；而相反的，能源的消费总量随着经济的迅