碳排放约束下的江苏省煤炭消费量预测_大学生数学建模竞赛(编辑修改稿)

碳排放约束下的江苏省煤炭消费量预测_大学生数学建模竞赛(编辑修改稿)内容摘要：

节能、煤炭供应量、减排，产业结构对第二、三产业煤炭消费量影响最大，经济增长对第一产业煤炭消费量影响最大。 多元线性回归模型的建立 节能减排政策只能通过宣传教育对第一、三产业用煤产生影响，此举也不会导致煤炭价格上升而减少煤炭的使用，故节能减排主要影响第二产业用煤量，根据节能、减排 7 指标，会较大程度地改变煤炭使用量，故对煤炭消费总量也会较大程度地减少。 根据附件中的表 11，利用 SPSS 分别对第一、二、三产业的耗煤量和 GDP 进行相关性分析，得到相关性分析图（见附录），可知，第二产业的耗煤量和 GDP 之间高度相关，第一、三产业的耗煤量和 GDP 之间的相关性不高，说明第二产业的煤炭消费量的变动对经济增长的影响很大，第一、三 产业的耗煤量变动对经济增长影响不大。 图一是煤炭消费总量变化量随时间变化的条形图： 图一：煤炭消耗总量变化量变化图 图二是煤炭耗能比，耗煤变化率，第二产业耗煤增长率以及 GDP 的变化趋势： 图二：各个变化率的变化趋势 相关性分析已经表明，第一、三产业用煤量少，耗煤变化不显著，同经济增长、节能、减排的关系不明确，故主要分析耗煤总量，第二产业耗煤量，煤炭耗能比同个指标之间的关系。 节能减排的实现，主要是减少使用煤炭等化石能源的高污染、高耗能的第二产业，以上两表数据显示： 2020 年之前，煤炭使 用量在增加，但能耗比在减少，经济增长率有所提高；《京都议定书》生效之后，煤炭使用量在减少，能耗比也在减少，经济增长率有所下降。 随着经济的稳定增长，煤炭使用年增加量的减少，意味着高污染、高耗能企业增长率的减少；煤炭耗能比的下降，意味着新能源使用的增加；它们都促进节能减排的实现。 煤炭耗能比的降低，主要是因为新能源的发展；总耗煤量、第二产业耗煤量的增加，引起产能的增加；自然它们都促进经济增长的实现； 8 由图二可以看出，用多元线性回归模型，解释煤炭耗能比、总耗煤量变化、第二产业耗煤变化同经济增长率之间的关 系是合理的。 设回归方程为 其中， 是 GDP 增长率 , (i=1,2,3)分别为耗能比、总耗煤量变化。 根据表格中的数据利用 MATLAB 进行线性回归运算，得到回归模型： 原图及拟合图像（红线）如图三： 1996 1998 2020 2020 2020 2020 2020 2020 0 . 100 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 8能耗比总耗煤量变化经济增长率 图三：回归方程拟合图 由图三可以看出，拟合图像较好的反映出了它们之间的关系。 综合以上分析得出结论： 第一、三产业煤炭消费 量的变动相比第二产业对经济增长影响不大；如果减少第二产业中高排放、高消耗的企业，对于节能、减排指标非常有利，但是对经济增长会产生很大的消极影响，能够致使经济增长速度减缓，煤炭消费总量在能源中所占比重（见附录）对经济增长的影响是极其重要的。 问题二的求解 GM(1,1)预测主要能源消费结构 根据已有数据，用 MATLAB 画出煤炭消费量随时间的变化趋势，发现用二次拟合效果不错，但是，由于该数据属于小样本，所以采用灰色预测也可以，通过计算得出，二次拟合的方差比灰色预测的方差大，所以采用 GM(1,1)模型对 “十二五”期间及未来十年江苏省主要能源消费的结构进行预测。 假设第二个五年计划和第一个计划的执行力度大体相同，都能实现节能减排和经济增长的目标。 煤炭消费量预测具体步骤如下： 1）构造累加生成序列 设观察值序列为 =( ） 9 累加生成序列为 =( ) 2)构造矩阵 和向量 紧邻均值生成序列为 =( ) 所以矩阵 ,向量 3)计算 ，得出： 4)时间响应序列为： ， k=1,…,11 （ 1） 5） 残差检验 绝对残差序列为： 相对残差序列为： 相对残差不超过 16%,所以模型精确度很高。 同样地，石油和天然气消费量的时间相应序列分别为： ，11,...,1k （ 2） ， ,..., （ 3） 10 下面根据（ 1）（ 2）（ 3）对“十二五”规划期间和未来十年的消费量进行预测，如表三： 表三：对主要能源消费结构的预测 年份 能源 2020 2020 2020 2020 2020 2020 2017 2018 2019 2020 煤炭 % % % % % % % % % % 石油 % % % % % % % % % % 天然气 % % % % % % % % % % 根据表三可以看出，“十二五”规划期间和未来十年江苏省的主要能源消费结构没有太大变化，整体结构依然是煤炭消费量居于主导地位，石油和天然气位居其后，但是煤炭消费量所占比重有所下降，石油消费量所占比重变化不大，天然气消 费量所占比重有大幅度上升。 非线性优化主要能源消费结构 对能源消费结构进行优化的目的是最大化地实现经济发展目标和节能目标，基于此问题，我们将节能和经济增长两个目标转化为能源总消费量和 GDP 的比值，在碳约束条件下，利用非线性规划，对“十二五”期间和未来十年江苏省的主要能源消费结构进行优化。 目标函数为： 约束条件为： 通过对约束条件的变换，得到下面的约束条件 : 11 „ 其中 , ,当 i=5 时 ， i=10 时， ， 为第 2020+i 年的 GDP（ i=0,1， „ ， 10）， ， ， 分别为 2020 年的摊、石油和天然气的消费量， ， ， 分别为 2020 年的煤炭、石油和天然气的消费量， 为 2020 年能源消费总量和 GDP 的比值。 问题三的求解。