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[转载]能源需求预测建模
jackyjjp 2014-11-4 21:08
注:学习能源经济学时所作的书摘。 一、能源需求预测方法介绍(魏一鸣等, 2011) 能源需求预测是指通过能源供需的历史和现状,预测未来的能源需求状况。预测方法很多,如时间序列方法、投入产出法等单一模型方法和运用这些模型的组合模型方法。每种方法都有其优缺点和适用场合,简介如下: 1、部门分析法 :该方法是为了直接预测在一定经济发展速度和一定技术进步条件下的能源需求量。模型以基年产值和能源消费量为基础,对各部门产值的增速和单位产值能耗变化率做出假设,从而预测出各部门的能源消费需求量。部门划分越细,预测的准确率就越高。 2、传统时间序列趋势法 :从能源消费量的历史统计数据出发,寻找能源消费量序列随时间变动的规律,并利用该规律对未来某时刻的能源需求量进行预测。该方法的基本假设是能源消费量在将来随时间变化的规律同过去的规律一致,适用于中短期预测。常用模型形式为,以能源需求为被解释变量,以能源价格、能源需求滞后变量和收入为解释变量。 3、能源需求弹性系数法 :根据历史上能源需求与经济增长的统计数据,计算出能源需求弹性系数,然后利用该值预测未来的能源需求量。该方法的基本假设是某地区未来的经济发展对能源的依赖程度与过去相比无明显变化。 4、投入产出法 :分析能源部门与整个国民经济的联系。该方法不仅能反映能源产品的价值形成过程,也能反映能源产品的使用价值运动过程。 5、情景分析法 :从未来社会发展的目标情景设想出发,构想未来的能源需求。 二、基于指标的能源需求预测(林伯强等,2014) 主要指标包括增长率、能源强度、弹性等。预测时,需要对预测区间内的指标变化进行假设,以此为基础得到预测结果。这类方法的优点是对数据资料的要求较少,应用方便;缺点是方法没有严谨的经济学理论基础,无法解释能源消费背后的驱动因素,预测结果对主观假设有较强的依赖。这种预测对短期比较有效,对于长期预测而言有效性较低。 1、增长率 假设能源需求的增长率为 , 是0期的能源需求,那么 期能源需求的预测结果为: 2 、能源强度 根据能源强度 的定义,有下式。如果已知 和 的预测值,就可以求得能源需求的预测值。 3 、弹性系数 根据能源需求弹性系数的定义,有下式。如果知道 和 的预测值,就可以就得能源需求的增长率,进而可以求得能源需求的预测值。 其中, 为能源需求的增长率, 为能源需求弹性系数, 为GDP增长率。 三、基于投入产出模型的中长期能源需求预测(魏一鸣等,2011) 结合情景分析法,利用投入产出模型对中长期能源需求进行分析。分析思路为:首先将能源需求的主要驱动因素确定为技术、经济、人口及城市化水平;其次围绕这些驱动因素构建代表未来不同技术、经济发展路径的情景;最后具体到各情景,运用投入产出模型计算各年份的能源需求量。 1、基本的投入产出模型 投入产出模型由Wassily Leontief于20世纪30年代提出,主要内容是编制棋盘式的投入产出表和建立相应的线性代数方程。基本的投入产出模型可用式(1)表示。该模型是由最终需求驱动的,通过完全需求系数矩阵将最终需求的变化传导到总产出的变化。 式(1) 其中, 为各部门的总产出( 向量, 为部门数), 为 单位矩阵, 为 直接消耗系数矩阵(也称为技术系数矩阵),其元素 表示第 部门对第 部门产品的直接消耗量, 为完全需求系数矩阵(也称为列昂惕夫逆矩阵), 为各部门的最终需求( 向量,包括居民和政府消费、固定资本形成总额、存货增加和出口)。 2、能源需求模型 预测能源需求时仅考虑一次能源需求,因为二次能源“由于部门间相互的需求结构已经自动被考虑了”。 (1)能源需求量 首先计算煤炭、原油和天然气等一次化石燃料的需求量,见式(2)~式(5)。 式(2) 其中, 为一次化石燃料需求总量( 矩阵), 为生产过程一次化石燃料需求量( 矩阵), 为居民生活一次化石燃料需求( 矩阵)。 及 分别通过式(3)和式(4)计算。 式(3) 其中, 为第 部门单位产出对第 种能源的需求量(实物量)。 式(4) 其中, 、 分别为城镇居民和农村居民对第 种能源的人均生活用能需求量, 为人口数, 为城市化率。 设 为化石燃料占一次能源比重,则一次能源需求量 可用式(5)表示: 式(5) (2)能源强度 能源强度的计算公式见式(6)。 式(6) 其中, 为能源强度, 为第 个部门的增加值。 3、将驱动因素的影响整合入模型 由式(2)~式(5)可知,为了分析未来的能源需求,首先需分析未来的最终需求、技术系数矩阵及能源效率进步矩阵。分析这些变量的过程也就是将各主要驱动因素的变化整合入模型的过程。以下统一用上标“ ”表示终端年份 的变量,用上标“ ”表示基年的变量。 (1)终端年份 的最终需求 一是计算终端年份居民对各部门产品的人均消费量 。通过收入弹性系数计算终端年份的居民人均消费量,见式(7)。改写式(7)即可得到终端年份的居民人均消费量,见式(8)。终端年份城镇居民人均消费量 和农村居民人均消费量 均可通过该方法计算。 式(7) 式(8) 其中, 为收入弹性系数, 为终端年份 的居民人均消费量, 为基年 的居民人均消费量, 为终端年份 的居民人均收入, 为基年 的居民人均收入。 二是计算终端年份居民消费总量 。居民消费总量可通过将人均消费量和人口总数相乘得到。因为城市与农村在消费模式、生活水平上的差异较大,所以分别计算两者的消费量,见式(9)。 式(9) 其中, 为终端年的居民消费总量, 为终端年的城镇居民消费总量, 为终端年的农村居民消费总量, 为终端年的人口数, 为终端年的城市化率。 三是估计终端年份最终需求 。利用居民消费占最终需求的比重 计算最终需求 ,见式(10)。 式(10) (2)终端年份 的直接消耗系数矩阵 利用RAS法估算终端年份的直接消耗系数矩阵。RAS法是在更新投入产出系数矩阵中普遍使用的一种方法,需要用到三组数据。 一是终端年份第 部门的总产出 ; 二是终端年份第 部门的中间使用合计 ,它等于 ,也等于该部门的总产出 减去最终需求 。 三是终端年份第 部门的中间投入合计 ,它等于 ,也等于 减去部门增加值 。 RAS法的基本目的是:根据技术变化的代用假定和制造假定,利用 、 、 等控制数据,找出一套行乘数( )和列乘数( ),分别用于调整基年直接消耗系数矩阵 各行和各列元素,见式(11)。 式(11) (3) 和 终端年份的单位产出能耗矩阵 和人均生活能耗矩阵 通过对基年相应的能耗系数调整得到:根据相应的能源规划可以设定能源效率进步情景,假设 矩阵 为技术进步矩阵,其元素 ( )表示第 个部门单位产出对第 种能源的耗用量的年变化率, 为与第 种能源的人均生活耗用量的年变化率,则有式(12)、式(13)。 式(12) 式(13) 由于假设了各种投入品之间不可相互替代,以及没有引入能源相对价格变化的影响,因此这里没有考虑能源利用效率提高过程中潜在的回弹效应。 参考文献 魏一鸣等, 2011. 能源经济学. 北京:科学出版社, 28-43. 林伯强, 何晓萍, 2014. 初级能源经济学. 北京:清华大学出版社, 55-56. 更新记录 2014年11月11日 补充“基于指标的能源需求预测”
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[转载]能源需求的概念及影响因素
jackyjjp 2014-11-4 11:01
注:此为《能源经济学》的书摘。最近在学能源经济学,边学边录。 一、能源需求的概念 能源需求 指消费者在各种可能的价格下,对能源资源愿意并且能够购买的数量。本质上,能源是类似于劳动和资本的生产要素,与各类生产要素相结合,就能为市场提供产品和服务。在其他条件不变时,能源需求水平会随着市场产品需求的变动而变动。 能源需求可用 能源消费 近似代替。能源消费量是有效能源需求的反应,当能源供给充足,且不存在库存时,能源需求在量上等于能源消费。但是,能源需求一般很难准确测度,因此,实际分析中仍经常用能源消费代替能源需求。 能源需求总量 是指研究范围内各种能源需求量之和(通常指一次能源需求量)。一国的能源需求总量由终端能源需求量、能源加工转换损失量和损失量三部分构成。 能源需求结构 是指能源需求总量中各种能源品种所占比例。 一个国家或地区的 能源强度 ,通常以单位国内生产总值耗能量来表示。能源强度是反映经济对能源依赖程度的一个重要指标,体现了由技术水平、发展阶段、经济结构、能源需求结构等多方因素形成的能源需求水平和经济产出的比例关系,并非单纯由技术水平决定。 能源需求价格弹性 是指在其他条件不变时,能源价格的相对变动所引起的能源需求量的相对变动比率。 能源需求交叉价格弹性 是指一种能源产品价格的相对变动所引起的有关能源品种需求量的相对变动。 能源需求收入弹性 是指其他条件不变时,能源消费者收入的相对变动所引起的能源需求量的相对变动。该指标与当地的经济技术发展水平、产业结构、能源需求结构和消费习惯等有密切关系。英美等国的经验数据表明,从长期趋势来看,能源需求收入弹性系数伴随着工业化进程,呈现倒 U 型变动轨迹;从短期来看,能源需求受多种因素影响,会在一定水平上下波动。 能源需求弹性系数 是指能源需求总量相对变动与国民收入总量相对变动之比,反映经济总量对能源的依赖程度,而 能源需求 收入 弹性系数 反映人均水平上,经济(或收入)对能源的依赖程度。 能源需求弹性系数 与 能源强度 存在密切关系。当能源需求弹性系数1,则能源强度上升;当能源需求弹性系数=1,则能源强度不变;当能源需求弹性系数1,则能源强度下降。 二、能源需求的主要影响因素 1、经济增长 经济增长是推动能源需求总量增加的首要因素。不同国家和同一国家不同经济发展阶段,经济增长对能源需求的影响是不同的,一般可以用能源需求的弹性系数定量反映经济增长对能源需求总量的影响程度。通常情况下,发达国家能源需求的弹性系数较小,而发展中国家能源需求弹性系数较大。 为进一步寻找能源需求和经济增长之间的定量关系,一般将能源与劳动和资本等同视为经济生产的基本要素,如将传统的Cobb-Douglas生产函数(或其他生产函数)扩展为以下经济产出函数: 其中, 为总产出, 为综合技术水平, 、 、 分别为投入的劳动力、资本和能源数量, 、 、 则分别为产出对劳动力、资本和能源的弹性系数。 大量实证研究利用上述或其变形、扩展的经济产出函数研究各经济行为体的产出对能源需求的依赖程度。 2、社会发展 人口总量的多少将直接影响到能源需求总量。居民对能源的需求分为直接需求和间接需求。直接需求指居民对能源商品的直接购买量,如用于出行、炊事、照明、取暖、制冷等的燃料和电力需求量;间接需求指为提供居民生活所需的非能源商品和服务而消耗的能源,如购买的小汽车、衣服、食品等,这些商品的生产都需要消耗能源。一般而言,居民间接能源需求量远远大于直接能源需求量。 此外,社会人口结构变化也会对能源需求总量产生影响。城市居民和农村居民的能源利用方式和消费水平差异很大。一般而言,城市居民在能源的直接和间接需求上都高于农村居民,因此城市化会增加能源需求。 3、产业结构及部门能源强度 产业结构调整会影响能源需求。例如,1993-2005年,我国工业部门内部轻工业和重工业结构变化对能源需求的影响大致为,重工业每增加一个百分点,能源需求约增加1000万吨标准煤。产业结构影响能源需求的主要原因在于,不同产业部门单位产值的能源需求(部门能源强度)差异较大。一般而言,第二产业能源强度相对较高,第三产业较低。 4、能源价格 能源市场的市场化程度越高,能源价格对能源需求的影响也越大。能源价格与能源需求之间呈反向关系,即价格上涨,需求减少,反之,价格下跌,需求增加。其次,能源价格波动还会对单位产出能耗产生影响,能源价格上升导致高耗能产业的成本大幅上升,促使节能设备的研发和投入使用,单位产出的耗能量将不断下降。此外,由于能源需求与机器设备(技术水平)有关,能源价格波动对当期能源需求的影响有限,这种影响通常有一个滞后期。 与能源资源的独特性相匹配,能源价格的不确定性较一般经济产品价格的不确定性大。这种不确定性使得能源价格波动剧烈而频繁,甚至完全脱离供需基本面,导致能源价格对能源供需的调节作用大大减弱。 5、能源技术与管理 能源技术和管理的作用主要体现在需求结构的优化、能源使用效率的提高以及可再生能源的开发上。 能源技术进步是能源需求结构优化调整的支撑。为应对气候变化,世界各国正在大力发展可再生能源技术,碳捕获与封存技术(CCS)及交通运输用能模式系统技术。伴随着能源结构的省级,优质能源替代劣质能源,能源利用效率得到提高。 能源技术进步是提高能源使用效率的核心和关键。例如,超超临界火力发电技术,机组热效率能够达到45%左右,如果我国燃煤发电厂热效率都达到45%,则按2006年全国火力发电量计算,相当于可少烧2亿吨标准煤,减少二氧化碳排放约5.4亿吨。此外,节能灯、建筑保温外墙等的使用都能有效节约能源。 管理制度创新也能减少能源消耗。例如,美国推出“能源之星”产品标签项目两年后,就有超过50%的个人电脑和80%的打印机符合节能标准,项目取得了巨大成功。 6、其他因素 出上述五个主要因素外,季节与气温变化、能源政策、消费者的主观偏好、消费习惯、替代产品的价格等也都会在不同程度上影响能源需求。 三、全球能源需求增长趋势 全球能源需求刚性增长的趋势将继续,短期内难以改变,交通运输部门和发展中国家的需求增长是主要原因。 一是交通运输部门需求的增长。除非有重大技术突破,否则在未来一段时期内,路运、海运和空运等部门还几乎不存在其他有较强竞争力的燃料。运输业石油消费在全球一次石油消费中的比例,1971年为33%,2002年为47%,预计2030年将达到54%。 二是发展中国家需求的快速增长。2002-2025年,亚洲新兴经济体的石油消费年均增长将达到3.5%,为世界平均增速的2倍多。 参考文献 魏一鸣等, 2011. 能源经济学. 北京:科学出版社, 13-28.
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水循环中的能源需求分析
zuogis 2010-11-17 11:33
水循环过程中,除了自然力驱动的水的自然水循环,还包括社会力所驱动的社会水循环。在社会水循环过程中,内在驱动力是水的经济社会效益,而外在的物化表现则是电力驱动的水泵。 Vast amounts of energy are needed for the transportation, distribution and treatment of water. Pumping it over mountain ranges or from deep underground aquifers also requires a significant amount of energy. But the largest share of energy use comes from individual customers who heat water to bathe, cook and run businesses. 研究结果正如上面所说, 能源消耗最大的位于用水终端的个体水消费者。 Results: (1)In the sector of water extraction and delivery, only 23% of electricity requirements are used for water pumping out, purification, and distribution. Energy costs varydepending on the pumping distance, water quality, water pipelines, and water source. Groundwater pumping can increase energy use 30% over surface water sources. (2) End use: In this sector, up to 73% electricity requirements are needed in water cycle by homes, farms, and businesses. It is reported that household appliance such as washing machine, dishwasher, water heaters, and dryers use the largest amount of electricity in water cycle, 28%. (3) Waste water management just costs only 4% energy, which not only reveals waste treatment currently need less energy but shows there is lot of potentiality we can clean much moredischargedwater again. So far, only 4% electricity was used for water cleaning before it is discharged to water source. However, with the population growth and increasingly stringent treatment standards, more and more energy is needed, which could soon lead to increased wastewater management costs. Discussion Based on the results above, I suggest we should shift our eyes from water to energy and water together. How to do some comprehensive research on water cycle driven by energy requirements should be the focus of water cycle research in the future.
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