数值分析与能源消耗

试题八——中国能源消费与GDP增长相关性分析摘要:能源消耗是当今世界最关注的问题之一。如何协调好能源消耗与国民经济发展的内在关系,并在GDP增长的同时,实现能源低消耗和高效利用,且减少其对环境的影响,是世界各国都在努力的事。本文立足与全国,对国内能源消耗与GDP增长进行数据分析,提出能源消耗与GDP增长相关性特点及协调发展的建议。关键词：能源消耗;国民经济发展;数据分析二次拟合；0引言能源消耗是当今世界最关注的问题,能源是国民经济发展的基础。经济发展的越快,消耗的能源就越多。能源发展推动经济增长,经济增长为能源发展提供物质条件或经济基础。能源是社会生产力的核心和动力源泉,没有能源的安全和有效地供给,经济和社会的可持续发展就是无本之木,无源之水。目前,在生产生活中消耗最多的能源是煤炭、石油和天然气，它们给人类带来了巨大的财富,使人民的生活水平有量的提高和质的飞跃。近几年来,我国经济发展迅速,对能源的需求也在迅速的增加，众所周知,经济、社会要保持持续、快速、健康、稳定发展，必须有充足的能源保障，以能源资源合理开发与有效利用作为支撑。本文利用数据和计量模型,通过数值分析中的二次拟合，分析近几年全国能源消费GDP增长的关系,并对如何合理利用能源促进经济的增长出建议。一、中国能源消耗的现状(一)主要能源资源分布状况我国消耗的能源主要包括煤炭、石油、天然气、水电、核电和风电,其中前三项的消耗比重大,后三项消耗比重少。就资源地理分布情况来看,煤炭分布的总格局是西多东少、北富南贫,主要集中分布在目前经济还不发达的山西、内蒙古、陕西、新疆、贵州、宁夏等省自治区。煤炭资源呈逆向经济发达的特点，成煤炭基地远离了煤炭消费市场,我国石油资源集中分布在渤海湾、松辽、塔里木、鄂尔多斯、准噶尔、珠江口、柴达木和东海大陆架八大盆地,天然气资源集中分布在塔里木、四川、鄂尔多斯、东海大陆架、柴达木、松辽、莺歌海、琼东南和渤海湾九大盆地,其可采资源量约占全国的8364%;我国水能资源蕴藏量居世界第一位。70%分布在西南四省、市和西藏自治区,其中以长江水系为最多,其次为雅鲁藏布江水系。黄河水系和珠江水系也有较大的水能蕴藏量。目前,已开发利用的地区,集中在长江、黄河和珠江的上游,并且呈现南多北少的特点;我国风能资源丰富的地区主要分布东南沿海及附近岛屿以及北部(东北、华北、西北)地区,沿海及其岛屿地区的风能丰富带,包括山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等省近200里宽的地带。(二)主要能源的消耗状况我国可再生能源资源丰富,但是我国人口众多,人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半,石油仅为十分之一。我国已成为世界上第三大能源生产国和第二大能源消费国。就资源地理分布情况来看,煤炭分布的总格局是随着国内经济的迅速发展,能源的消耗量也日益增长,全国2002年能源消耗的增长率只有6%,到了2003年增长率达到了15.3%,并在随后的两年都超10%。近两年在采用先进技术、推进节能、加速可再生能源开发利用以及依靠市场力量优化资源配置的条件下,能源消耗的增长率有了大幅度的下降,2008年降到了4%。从图一中可以看出,煤炭的消耗比重比起其他能源一直是遥遥领先的,但是到了1997年比重有了明显的下降趋势,虽然2003年以后消耗比重又有小幅度的上升,但是没有回到90年代初的最高点;石油的消耗比重在1997年有明显的上升,随后几年内变化幅度不大,到了2006年比重有了明显的下降;天然气的消耗比重变化幅度不大,近十几年来都是呈现比较均匀的上升趋势;水电、核电和风电的使用率还不是很高,三种能源总共消耗的比重也是小幅度上升,2001年的比重是最高的。从各种能源的消耗比重变化趋势来看,随着近几年科技水平的提高,循环经济的政策导向等有效措施的实施,使得能源消费结构调整有了成效,但是成绩并不明显。二、中国能源消费与GDP的数据分析(一)能源消费的弹性系数我们通常用能源消费弹性系数来表示能源消费增长速度与国民经济增长速度之间的比例关系指标,它的计算公式为:能源消费弹性系数=能源消费量年平均增长速度/国民经济年均增长速度根据1990年到2006年全国能源消费平均增长率和生产总值年平均增长的数据,经过计算从表1中可以看出,1997年和1998年能源消费是负的平均增长率,因此这两年在数值上得不出能源消费的弹性系数。1990年到2002年能源消费平均增长速度都小于国民经济年均增长速度,这段时期中国经济有了全面的发展,但是总体来说人民生活水平还不是很高,资源投入国民经济生产的力度还不是很大,因此弹性系数基本上都是在0.15周围震荡,并且在1999年降到了最低点0.16。2001年以后,特别是我国加入世贸组织以来,全国经济发展有了新的局面,这段时期国民经济年均增长速度基本上超过10%,能源消费平均增长在2003年和2004年都超过了15%,能源消费弹性系数也高过1.15,发展成绩的显著,换来能源消耗量大幅度上升,加上技术水平提高缓慢,经济结构出现一些不合理的现象,有些生产的管理不够科学,造成能源利用率较低,浪费现象严重。近几年国家逐渐意识到问题的存在,开始提倡循环经济、生态经济的发展,加之很多新能源的出现和利用,从2005年开始,能源消费平均增长率下降,能源消费弹性系数也回落到1以内,这是能源利用效率的提高,国民经济结构的变化和耗能工业不断科学发展的结果。表21990-2008年全国能源消耗和GDP总量拟合分析：图中为散点图用最小二乘法对该组数据进行拟合。1、一次拟合其结果如图1所示。LinearmodelPoly1:f(x)=p1*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):p1=0.747(0.6993,0.7948)p2=7.567e+004(6.89e+004,8.244e+004)Goodnessoffit:SSE:5.197e+014R-square:0.9725AdjustedR-square:0.9715RMSE:4.233e+006图1为一次拟合2、二次拟合其结果如图2所示。LinearmodelPoly2:f(x)=p1*x^2+p2*x+p3Coefficients(with95%confidencebounds):p1=-4.532e-007(-9.975e-007,9.11e-008)p2=0.8724(0.7148,1.03)p3=7.12e+004(6.272e+004,7.968e+004)Goodnessoffit:SSE:4.708e+014R-square:0.975AdjustedR-square:0.9733RMSE:4.1e+0063、三次拟合其结果如图3所示。LinearmodelPoly3:f(x)=p1*x^3+p2*x^2+p3*x+p4Coefficients(with95%confidencebounds):p1=-4.459e-012(-1.142e-011,2.503e-012)p2=1.502e-006(-1.598e-006,4.603e-006)p3=0.661(0.296,1.026)p4=7.482e+004(6.471e+004,8.494e+004)Goodnessoffit:SSE:4.425e+014R-square:0.9765AdjustedR-square:0.9739RMSE:4.048e+006图2二次拟合图3三次拟合4、四次拟合其结果如图4所示。LinearmodelPoly4:f(x)=p1*x^4+p2*x^3+p3*x^2+p4*x+p5Coefficients(with95%confidencebounds):p1=-1.728e-016(-2.538e-016,-9.181e-017)p2=9.915e-011(5.029e-011,1.48e-010)p3=-1.786e-005(-2.725e-005,-8.472e-006)p4=1.835(1.216,2.453)p5=6.24e+004(5.264e+004,7.216e+004)Goodnessoffit:SSE:2.544e+014R-square:0.9865AdjustedR-square:0.9844RMSE:3.128e+0065、五次拟合其结果如图5所示。LinearmodelPoly5:f(x)=p1*x^5+p2*x^4+p3*x^3+p4*x^2+p5*x+p6Coefficients(with95%confidencebounds):p1=2.641e-021(2.18e-021,3.103e-021)p2=-2.131e-015(-2.475e-015,-1.787e-015)p3=6.079e-010(5.168e-010,6.99e-010)p4=-7.262e-005(-8.291e-005,-6.234e-005)p5=4.014(3.56,4.468)p6=4.498e+004(4.003e+004,4.992e+004)Goodnessoffit:SSE:3.884e+013R-square:0.9979AdjustedR-square:0.9975RMSE:1.246e+006图4四次拟合图5五次拟合6、六次拟合其结果如图6所示。LinearmodelPoly6:f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+p6*x+p7Coefficients(with95%confidencebounds):p1=-5.888e-027(-1.301e-026,1.239e-027)p2=7.748e-021(1.55e-021,1.395e-020)p3=-3.786e-015(-5.817e-015,-1.755e-015)p4=8.556e-010(5.431e-010,1.168e-009)p5=-8.963e-005(-0.0001125,-6.677e-005)p6=4.468(3.764,5.172)p7=4.216e+004(3.629e+004,4.803e+004)Goodnessoffit:SSE:3.464e+013R-square:0.9982AdjustedR-square:0.9977RMSE:1.201e+0062.2.2利用高斯曲线对该组数据进行拟合。1、一次拟合其结果如图7所示。GeneralmodelGauss1:f(x)=a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)Coefficients(with95%confidencebounds):a1=2.92e+005(2.686e+005,3.153e+005)b1=3.393e+005(2.928e+005,3.858e+005)c1=2.932e+005(2.543e+005,3.32e+005)Goodnessoffit:SSE:4.344e+014R-square:0.977AdjustedR-square:0.9753图6六次拟合RMSE:3.939e+0062、二次拟合其结果如图8所示。GeneralmodelGauss2:f(x)=a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)+a2*exp(-((x-b2)/c2)^2)Coefficients(with95%confidencebounds):a1=1.451e+004(-8011,3.704e+004)b1=2.061e+005(1.629e+005,2.494e+005)c1=4.638e+004(-3.326e+004,1.26e+005)a2=2.976e+005(2.565e+005,3.386e+005)b2=3.686e+005(2.646e+005,4.726e+005)c2=3.195e+005(2.344e+005,4.047e+005)Goodnessoffit:SSE:4.031e+014R-square:0.9786AdjustedR-square:0.97