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1、1 一、问题重述1.1 问题背景能源是经济增长、社会发展的基本驱动力，是人类赖以生存的物质基础。经济社会 持续快速发展，离不开有力的能源保障。我国正处在工业化和城镇化加速时期，第二产 业比重大， 对能源消费依赖性较强， 而且经济发展方式比较粗放， 存在资源浪费现象1。 所以经济快速发展虽会提高人民生产生活水平，但过快会导致能源过度消耗，资源和环 境无法承受，不利于实现经济社会协调可持续发展。因此，经济发展速度不能过快也不 能过慢，必须保持在一个相对合理的水平。1.2 问题重述能源是推动经济社会发展必要的物质动力，经济发展离不开能源的可靠供应。我国 每个省份（包括省、自治区和直辖市）都是一个相对
2、独立的经济体，每个地方都希望从 自身出发加快发展，但过快的经济增速会使能源过度消耗，最终导致整个国家的经济发 展不可持续。合理控制各地经济发展速度的手段之一就是合理控制各地能源消费量。当 全国总的能源消费量在某个给定水平时，管理部门需要制定一个相对合理的方案将这有 限的资源配置给各个地区，使得各地在合理均衡发展的基础上，充分利用有限资源提升 发展质量。 请分析解决以下问题： 1、请分析不同产业的能量消耗特征，建立评价产业结构能源消耗特征的指标，并依据 各省份的产业结构对各省份能源消费特征进行分类。 2、除了产业结构外，能源消费总量控制还与很多因素密切相关，请分析能源消费总量 与这些因素之间的关
3、系。 3、选用可以反映以上分析的因素的典型经济指标建立数学模型，以2010 年为基准，提 出下一发展周期我国能源消费总量按省份的分配或者分解的一种方案，注意分解方案 要考虑实际执行过程中的可操作性和合理性。 4、请提出监督和考核各省份能源消费总量控制目标完成情况的实施方案，尤其要重视 提高方案实施的可操作性。 5、结合前述有关研究，假如你是某省份能源管理部门负责人，提出具体落实分解目标 的措施。1.3 问题条件问题一中的产业结构是影响能源消费的重要因素之一，不同的产业结构具有不同的 能源消费特征。 除了产业结构外，在问题二中能源消费总量控制还与很多因素密切相关，例如：资 源禀赋、能源消费结构（
4、即能源消费构成，如煤、油、气、电）、经济发展水平等因素。 问题四在现实中，及时监督各省份能源消费总量控制目标的完成情况是不容易的。 例如，很难精确量化统计某个省一个较短期间（如一季度、半年）的煤炭消耗量。为了 便于及时监督和考核各省份落实能源消费总量控制目标的情况，需要对控制目标的阶段 性测量和考核。 结合前述有关研究和第4 问的考核方案，以某省份能源管理部门负责人主角意识， 在全国能源消费总量目标分解的形势下，对分解目标的具体措施进行研究。2 二、问题分析2.1 对问题一的分析问题一是根据查找的数据，分析不同产业的能量消耗特征，确定能源消耗特征的指 标和各省份能源消费特征的类别。 通过MBA
5、智库百科的资料显示，产业结构是指各产业的构成及各产业之间的联系 和比例关系2。一般情况下，不同的产业分类法对产业的能源消耗特征及其指标的确定 有很大的影响，所以需要确定产业的分类法。产业能量消耗特征的分析属于定性分析， 需要结合产业的不同特性。 在确定能源消费特征指标过程中，确定能源消费是指生产和生活所消耗的能源3， 从而将能源消费与不同种类的能源建立联系。部分种类的能源消费总量是已知的，而且 不同产业对不同种类的消费量不同。根据产业的特性可推断多个能源消费特征指标，对 评价产业结构的能源消费特征的效果却是待定的，可以采取主成分分析法来确定。 查询资料可知，能源消耗是指工作过程中所消耗的燃料、
6、电力、水等而人力4，这 与能源消费的概念有重合，所以可将其两者进行等同。而各个省份的能源消费的能源种 类相似，但省份个数和能源消费特征的种类众多，且两者之间独立存在与整个能源消耗 的系统中，从而可以采用系统聚类分析进行分类。2.2 对问题二的分析在第二问中，排除产业结构因素，考虑能源消费总量与能源消费结构、资源禀赋、 经济发展水平等因素之间的关系。根据资料的查询可知，资源禀赋指一国拥有各种生产 要素，包括劳动力、资本、土地、技术、管理等的丰歉5。其他因素与资源禀赋同样具 有抽象性，对此进行定性分析影响因素之间的关系的表达效果，所以对他们进行量化。 能源消费总量与上述因素不存在不确切的相关性。能
7、源结构中包含多种能源，这就 扩展需要研究的变量，而且不同种类能源对能源消费总量影响不尽相同。则需要采用多 元线性回归模型进行求解。2.3 对问题三的分析问题三中要求建立典型经济指标反映不同省份产业结构、资源禀赋、经济水平。并 且以 2010 年为基准预测我国能源消费总量，并按省份进行分配或者分解。 在问题二的基础上，可以明确反映产业结构、资源禀赋、经济水平的典型经济指标 和能源消耗总量具有一定的关系。经济指标之所以典型，是因为已经存在于经济生活。 而经济指标与产业结构、资源禀赋、经济水平都在不断发展变化，所以需要用灰色关联 度分析法确定典型经济指标。 预测我国能源消费总量需要考虑资源消费能源的
8、基数及其变化规律，而能源消费的 变化规律显隐性影响因素较多。 因此可以转化为建立能源消费总量的变化与经济指标之 间的联系。按省份分配我国能源消费总量，就需要考虑31 个省份不同经济指标对应的 不同数值，且与不同省份的资源消费总量相关程度不一致，可建立灰色预测1,1GM模型进行求解。2.4 对问题四的分析在第三问中考虑现实情况对及时监督各省份能源消费总量控制目标的完成情况的 不可执行性。对控制目标的完成情况的阶段性测量和考核，就需要确定考核的标准。资 源消费总量在第三问的预测中， 已有相应的计算方法。 因此可以通过计算资源消费总量。3 可控范围确定考核的标准。各省份的能源消费总量各有不同，针对3
9、1 个省份分别 制定相应的实施方案的实际操作性不高，所以需要从不同省份能源消费总量和实施方案 的共性制定。2.5 对问题五的分析第五问相比第四问， 针对实施方案和落实分解目标， 更深一步挖掘具体的实施措施。 分解目标是在前四问对能源消耗总量的相关因素和分配的方案提出的，所以具体的措施 也应考虑与能源消耗总量的相关程度高的因素，逐层深入。三、模型假设结合本题的实际，为了确保模型求解的准确性和合理性，我们排除了一些其他因素 的干扰，提出以下几点假设： 1、假设所查找的统计数据真实可靠，并且都在允许的误差范围之内； 2、假设假设在资源禀赋中只考虑自然资源，不考虑社会资源； 3、假设能源消费总量与GD
10、P 有直接关联； 4、假设各个省份的能源消费总量之和不会超过国家的能源消费总量。四、符号说明为了便于问题的求解，我们给出以下符号说明：npx样品 n 的第p个观测数据(k) iO第k次迭代中第i个聚类中心iY第i个省市的能源消耗总量i指各个未知元的回归系数0i第i个因素的灰色关联度(0)X原始数据序列p最小误差概率五、模型的建立与求解经过以上的分析和准备，我们将逐步建立以下数学模型，进一步阐述模型的实际建 立过程。5.1 问题一的模型建立与求解对于问题一要求分析不同产业的能量消耗特征，建立评价产业结构能源消耗特征的 指标，并依据各省份的产业结构对各省份能源消费特征进行分类。问题中涉及产业结构、
11、 能源消耗和能源消费这几个相互影响而有不同的概念。对于产业结构的划分运用国际通 用的三次产业分类方法进行分类。能源消耗的不同指标根据权威部门设定的不同指标进 行计算是，筛选出能够评价能源消耗特征的指标。对各省的能源消耗特征进行分类，需 要充分考虑到各个省份的不同特点和对产业结构的分析和确定的指标。求解的过程可以 分为以下几步：4 5.1.1 能量消耗特征的分析对于产业结构中涉及的不同产业，本文使用三次产业分类法划分不同的产业。三次 产业分类法是根据社会生产活动历史发展的顺序对产业结构的划分。产品直接取自自然 界的部门称为第一产业，对初级产品进行再加工的部门称为第二产业，为生产和消费提 供各种服
12、务的部门称为第三产业2。 在我国三种产业的划分依此为：第一产业，农业；第二产业，工业；第三产业，除 第一、第二产业以外的其他各业，包括流通部门和服务部门两大类。 能量的表现形式有光、声、热、电，有太阳能、化学能、热能、机械能等。根据不 同产业的划分可知，不同产业需要的能量不尽相同，消耗的能量也就不同。消耗特征的 分析应依据产业本身的特色。图 1 我国三大产业能量消耗总量图 以农业为主的第一产业，生产对象是土地资源，产品生产食品及工业原料。由于地 势、技术水平和历史因素的影响，我国的农业不同于发达国家的农业产用大规模机器化 生产，而是以小规模，部分机器化为主。所以我国的第一产业消耗的能量趋向自然
13、能源 的利用，比如太阳能、风能和机械能。 以工业为主的第二产业，生产对象为半成品的原料，产品为可在市场流通的产品和 半成品。无论轻工业还是重工业都离不开动力的支持和能源的供应。随着新技术革命和 新能源的开发，多极化能源消费成为趋势。我国作为“世界工厂”，以纺织工业等轻工 业为主，石油和煤炭仍是我国的第二产业最基础最重要的能源。所以第二产业消耗的能 量，以化学能、热能为主。 第三产业涉及流通和服务两个涵盖面广的部门，涉及到人类生活和生产服务的各个 方面。作为服务性质的产业， 大规模直接消耗能量的情况较小，所以能耗总量相对较少。 综合以上来说，第二产业往往能量消耗较高，如钢铁、电解铝、水泥等，而第
14、三产 业能量消耗较低，尤其是设计研发、金融业、旅游业等现代服务业，第一产业的能量消 耗最低，尤其是传统的种植业、畜牧业、养殖业等传统产业。5.1.2 建立评价产业结构能源消耗特征的指标1、数据的预处理 根据对我国年度具体能源消费总量数据的观察可知，相关的能源消耗特征指标已经 确定，并应用对经济和能源发展状况的监控。通过国家统计年鉴查找的相关数据（详细 的统计数据见数据包一） 可知，每个产业主要消耗的能源分为9 类：煤炭、焦炭、汽油、 煤油、柴油、燃料油、天然气、电力、原油。 在原始数据中，每种能源指标的消耗涉及到总共49 个不同的产业。为了便于以下 数据的处理，本文仍引用第一问中三次产业的划分
15、法对不同的产业划分为三大类产业： 第一产业，农、林、牧、渔、水利业； 第二产业，从工业到建筑业等44 个不同的产业； 第三产业，涉及批发、零售业和住宿、餐饮行业、生活消费等其他产业。 运用Excel按年份和三大产业进行分类整合数据，得到第一、二、三产业不同能源5 的年消耗总量，单位万吨。第二产业的不同能源年消耗总量如下表（第一、三产业的能 源年消费总量表见附录1） 表 1 第二产业的不同能源年消耗总量表第二产业煤炭焦炭汽油柴油煤油燃料油天然气电力原油 2003 499149.6 45086.29 2012.26 6022.78 263.32 9728.09 784.29 42688.81 74
16、309.23 2004 576166.5 53450.19 1678.69 6587.61 182.66 10732.56 837.3 49475.05 85876.45 2005 647083.5 74601.17 1497.25 6360.43 172.5 8788.47 987.87 55799.02 89878.1 2006 716182.7 82979.17 1676.24 6313.39 144.62 8524.69 1153.59 64074.27 96244.62 2007 769223.6 86814.18 1752.32 6352.13 135.74 7018.31 1441.11 73181.41 101603.8 2008 797325.8 89280.78 1954.53 7921.85 156.93 6156.14 1595.79 76533.22 105997.7 2009 840301.1 95235.62 2248.64 7461.68 106.51 4598.77 1734.68 80985.34 113925.5
