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中国能源供需的系统动力学研究

李连德  
【摘要】:能源是人类生存、经济发展、社会进步和现代文明不可缺少的重要基础资源,是关系国家经济命脉和国防安全的重要战略物资,是社会经济可持续发展的重要基础,在现代化建设中具有举足轻重的地位。我国已经进入工业化发展阶段,经济和社会等领域将发生许多革命性的变化,能源领域也将面临着诸多挑战,能源的消费和生产结构,能源效率也会发生相应的变化。科学地对我国能源需求和供给、能源结构的变化、能源效率的转变、洁净能源发展战略分析和预测,对于制定正确的能源发展规划,保障我国宏伟战略目标的实现,构建节约型社会和和谐社会都具有重要的意义。 本文在对世界能源发展状况和中国能源发展现状分析的基础上,应用系统动力学理论和方法,结合经济学相关原理,对我国能源供需相关问题进行了模拟和决策分析,具体内容如下: 我国能源消费一直以煤炭为主,煤炭价格的放开,使煤炭进入了市场经济,煤炭的价格由市场确定。另外煤炭是不可再生资源,煤炭的供应符合增长的极限原理,因此利用库存理论、价格理论和增长的极限原理建立煤炭供需系统动力学模型,这是以往模型所不具备的内容。模型中将人口因素隐含在经济发展速度中,本文中的模型对人口因素都是这么设定的。利用此模型可以模拟和预测煤炭产量、消费量、煤炭消费的二氧化碳排放量、煤炭消费结构和煤炭强度的变化对煤炭消费量的影响;石油供需和天然气供需模型,考虑到我国进入到工业化发展阶段,受到能源消费对环境影响的约束,我国对清洁能源的需求非常大,因此二者的价格对其消费量的影响不大,根据资源储量的有限性,利用增长的极限原理和库存理论分别建立系统动力学模型。此二模型可以模拟和预测石油和天然气产量、消费量、二氧化碳排放量、二者产量达到高峰的时间、二者消费结构和强度的变化对消费量的影响; 将系统动力学方法应用于核能资源供需和可再生能源供应的研究,这是与以前模型不同的地方。对核能的研究主要考虑的是铀资源和核电的装机量,因为铀资源是一种特殊的资源,勘探和开发的周期都很长,而且在世界范围内采购受限,因而其价格因素可以不考虑,根据资源储量的有限性,利用增长的极限原理和库存理论建立系统动力学模型。利用此模型可以预测铀资源的产量、消费量、储备、进口量和核电发电量。在可再生能源供应研究中,考虑了目前所有可以大规模使用的可再生能源品种,由于可再生能源的重复性,所以每种可再生能源供应能力是无限的,但是,最大供应量都受到其自身客观原因的限制,如太阳能的利用将受到最大可利用日照面积的限制等,因此在可再生能源模型中利用了增长的极限原理,在能源需求的预测中,本模型中采用累计固定资产投资和单位固定资产投资的能源消耗的学习曲线的关系,作为内生变量,减少外生变量的数量,提高模型的精度,这是其他模型所不具备的。利用此模型可以预测每种可再生能源的产量及达到最大产量的时间,可再生能源的总供应量。 为了更好地研究我国能源供需总量,能源结构的优化和能源效率的提高对能源供需的影响,应用系统动力学方法和供需平衡理论,结合情景分析法,建立了具有分析能源生产与消费结构功能的系统动力学情景分析决策模型。在决策模型中建立了三种情景,情景1是基准情景,表示中国能源效率的符合我国实际,可持续发展政策正确执行;情景2是悲观情景,表示中国能源效率的未能达到基准情景,可持续发展政策执行不利;情景3是乐观情景,表示中国能源效率的提高较快,超过基准情景,可持续发展政策得到进一步强化执行。此模型可以用来预测在三种情景下不同的能源消费总量、二氧化碳排放量、能源效率的提高和能源结构的改善对能源消费的影响和能源供需的对外依存度。经模拟测试,以上模型模拟结果误差均在误差允许范围内。 应用以上研究成果,论文对中国能源需求和供给、能源结构的变化、能源效率的转变、洁净能源发展战略和二氧化碳排放进行了实证研究,结果表明: 过去50多年来,我国能源消费主要以煤炭为主,经过近几年的发展虽然能源消费呈现多元化,但在未来的十几年间,我国能源消费仍将以煤炭为主,煤炭比例在70%左右。石油消费比例将会有所降低,天然气、核能和可再生能源的消费比例将快速提高。国内石油和天然气产量达到高峰的时间在2015-2025年间,其他几种能源将在2030年以后达到产量高峰。 能源效率的提高和能源消费结构的改善对能源消费总量、二氧化碳排放和对外依存度有着决定性的影响。能源效率从情景2模式转变为情景1发展模式后,2005-2020年间能源消费量累计节约71.6亿吨标准煤。能源结构从情景1转到情景3发展模式后,2005-2020年间能源消费量累计节约20.57亿吨标准煤。随着能源结构的调整和能源效率的提高,在2007-2020年间,三个情景的累计减排量分别为3亿吨-碳、3.3亿吨-碳和2.8亿吨.碳;到2020年,三个情景中能源消费对外依存度分别为11.24%、37.90%和8.87%。减轻我国能源消费压力的出路在于加大力度调整能源结构,提高能源使用效率,保障供给,降低环境影响,减少对外依存度。


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