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能源供给与能源消费的系统动力学模型

李明玉  
【摘要】: 近年来中国能源供给和能源消费变化趋势受到普遍关注,研究方法也在不断改进。本文采用系统动力学的方法,根据原有能源供给Hubbert理论与能源消费分解法的原理,构建系统动力学模型,将原来Hubbert曲线与分解法的解析模型转变成动态模拟模型,其中能源消费分解法的系统动力学模型还增加了预测功能。通过对新构建系统动力学模型的模拟结果与原模型进行比较,给出系统动力学模型的预测能力检验和方法优势分析。 另外,中国能源供给和能源消费的增长趋势是能源研究中有必要关注的重要问题。本文根据新构建的系统动力学模型,结合中国的具体情况,预测中国能源供给和消费的变化趋势,分别给出中国煤炭和石油的产量曲线、高峰预测和能源消费的近期预测及其影响因素的贡献率,并对中国主要能源的供求关系进行分析,给出相关的政策建议。 论文的意义在于发挥系统动力学的方法优势,增强原有能源研究模型的动态模拟和预测能力,并用新构建的模型分析和预测现实中的能源供给和消费问题,对方法改进和现实问题的解释都有一定的积极作用。 论文研究内容主要包括以下六个方面: (1)综述能源供给Hubbert理论与能源消费分解法的研究进展。对Hubbert理论的研究进展作了比较详尽的梳理,包括Hubbert理论内容、在能源产量预测中的应用,以及成为新热点的曲线形状问题等。对能源消费分解法的综述包括早期的研究成果、方法局限、方法的改进和主要研究成果的特征等,以及各国学者对中国能源消费的分解研究。 (2)构建能源供给Hubbert曲线的系统动力学模型。通过分析Hubbert曲线方法中与储量、产量相关因素的因果关系,给出各因素间的反馈环路及分析。在反馈环路分析的基础上给出Hubbert曲线的系统动力学模型,用以描绘某地区石油等不可再生能源的产量曲线,其中包括产量高峰的预测,并以美国的相关石油数据检验模型的预测能力。 (3)构建能源消费分解法的系统动力学模型。将解析算法支持的分解法模型转变为系统动力学的动态模拟模型,可以通过分解过去年份的能源消费增量得到影响因素的贡献率,还能模拟未来能源消费增量及影响因素的效应。文中结合辽宁省的有关数据,模拟辽宁省能源消费影响因素的效应值,并与完全分解法的计算结果进行比较,以证明系统动力学模型的模拟分解能力。 (4)给出能源消费系统动力学模型的扩展模型。扩展模型包括煤炭、石油消费分解的系统动力学模型,用以模拟煤炭、石油未来消费的变动趋势,分析过去年份与未来一定期限内经济增长与能源强度等因素对消费增量的贡献程度。 (5)预测中国煤炭和石油的产量变化趋势与高峰。本文采用能源供给Hubbert曲线的系统动力学模型模拟计算中国煤炭、石油的产量变化,绘制出中国煤炭和石油的产量曲线,并预测二者的产量高峰及高峰出现的年份。文中利用模型的参数试验功能对最终可采储量和成长系数进行情景分析,给出不同情景下煤炭和石油产量的浮动区间。 (6)分析和预测中国能源消费的需求水平。文中采用能源消费分解的系统动力学模型,结合中国的能源消费分解状况,预测未来中国能源消费的变动及影响因素的贡献率。文中还应用扩展模型模拟和预测煤炭、石油消费的变化趋势以及因素贡献率,量化分析经济增长与能源强度对消费量变化的具体影响。 论文的主旨是将解析算法的模型改进成具有动态模拟功能的系统动力学模型,增加模型的功能,降低计算成本。应用系统动力学模型对现实问题的讨论,一方面能促进中国主要能源供求的量化分析,为政策制定提供较科学的依据;另一方面是为今后系统动力学及其模型的应用和推广做一个铺垫。


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