数学建模--碳排放约束下的江苏省煤炭消费量预测

1、2012年第九届苏北数学建模联赛承 诺 书 我们仔细阅读了第九届苏北数学建模联赛的竞赛规则。我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与本队以外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其它公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们愿意承担由此引起的一切后果。我们的参赛报名号为：1768 参赛组别（研究生或本科或专科）：本科参赛队员 (签名

2、) ：队员1：唐彤彤队员2：吕广旭 队员3：彭衍博获奖证书邮寄地址:青岛山东科技大学信息科学与工程学院电子信息科学与技术10-2班2012年第九届苏北数学建模联赛编 号 专 用 页参赛队伍的参赛号码：（请各个参赛队提前填写好）：1768竞赛统一编号（由竞赛组委会送至评委团前编号）：竞赛评阅编号（由竞赛评委团评阅前进行编号）：2012年第九届苏北数学建模联赛题目 碳排放约束下的江苏省煤炭消费量预测 摘要 受能源消费结构的影响，煤炭作为我国经济发展的资源支柱，一方面推动着经济快速增长，另一方面也对中国节能减排、降低碳排放强度提出了挑战，这是一个能源开发利用的两难问题，这个两难问题中的重点是未来煤炭

3、能源的需求预测问题。本文通过对题目给出的近年来相关数据的分析，以及对节能、减排和经济增长的目标等相关因素的深入探讨，建立了对未来十年江苏省能源消费结构和煤炭消费量的预测和相关的优化模型。 针对问题一，首先查找了影响江苏省煤炭消费量及第一、二、三产业煤炭消费量的主要指标，并对不同的指标的影响做了详细的分析。运用相关系数分析法，说明了第一、二、三煤炭消费量的变动对节能、减排和经济增长等指标的影响。 针对问题二，通过采用人工神经网络的模型，对未来十年江苏省主要能源消费的结构进行预测，并且采用二次规划的方法对主要能源消费的结构进行了优化。该模型采用了三层前向神经网络模型，网络模型的第一层为输入层，中间

4、层为隐含层,第三层为输出层。经过人工神经网络的训练，验证了神经网络模型的合理性，进而对未来十年能源消费的结构进行了预测。又通过二次规划对未来煤炭、石油、天然气的消费结构进行了优化，最后对江苏省能源消费的结构调整进行了总结。 针对问题三，通过采用灰色的模型，对未来十年江苏省煤炭消费量以及第一、二、三产业煤炭消费量进行了预测。该模型采用了建立一般的灰色微分方程，然后通过对数据序列的拟合，求得微分方程的系数，从而获得灰色预测模型的方程。经过对近几年的数据的拟合，验证了该模型的合理性，进而对未来十年江苏省煤炭消费量以及第一、二、三产业煤炭消费量进行了预测优化。 最后在碳排放约束下，考虑江苏省“十二五”

5、期间要完成节能及经济增长的目标和基于以上模型分析的结果，给出了几点建议。关键词：人工神经网络模型；灰色模型；二次规划；煤炭消费量； 能源消费结构 问题的重述及背景1.问题的重述 2011年12月1日，国务印发了“十二五”控制温室气体排放工作方案的通知，方案对目标任务作了分解，明确了各地区单位生产总值二氧化碳排放下降指标，江苏省的下降目标是19%，略低于广东省的19.5%。江苏省“十二五”规划中也给出了到2015年非化石能源占一次能源消费比重为7%左右的目标。至于到2020年的减排目标，参考以及国务院在2009年公布的我国到2020年单位GDP二氧化碳排放减少40-45%的目标。以煤炭为主的化石

6、能源的消费是引以温室气体排放的主要诱因。一方面，经济的发展离不开煤炭为主的能源支撑；另一方面，环境承载力迫使煤炭为主的化石能源不能盲目的无限制利用，这是一个有能源开发利用的两难问题。这个两难问题中的重点是未来煤炭能源的需求预测问题。科学准确的预测未来地区煤炭消费状况，可以对国家和地区政府相关职能部门制定相关发展规划和政策起到关键性作用。准确把握煤炭消费量的变化趋势，对煤炭未来需求量的精确预测，可及时指导煤炭生产供应工作，对保障我国煤炭安全供应具有重要的意义。江苏省的国土面积仅占全国1.1%，却承载着占全国5.6%的人口，并且创造了全国10%的经济总量。但是，江苏省经济快速发展已经给环境质量造成

7、巨大的压力，并且付出了沉重的资源和环境代价，发展受到环境强烈的约束正在日益体现出来。从环境污染的情况来看，江苏单位经济产值的主要污染物排放量均超过全国平均水平，江苏省面临的能源瓶颈、环境承载力等环境资源约束日益增多。江苏省煤炭资源匮乏而煤炭消费总量逐年增长，煤炭消耗问题成为影响江苏经济发展的重要因素。因此，解决好未来江苏巨大的煤炭供需缺口，分析预测江苏未来的煤炭消费，可以为江苏战略性能源开发供应提供依据，从而保证全省经济社会的绿色发展。现需解决以下问题：（1）各指标对江苏省煤炭消费总量以及第一、二、三产业煤炭消费量的影响情况怎样？江苏省煤炭消费总量及其占能源消费量的比重、第一、二、三产业煤炭消

8、费量的变动对节能、减排和经济增长等指标产生怎样的影响？（2）在整个碳排放约束下，考虑节能目标和江苏省经济发展目标，建立数学模型，对“十二五”期间及未来十年江苏省主要能源（煤炭、石油、天然气等）消费的结构进行预测和优化；对“十二五”期间及未来十年江苏省煤炭消费总量以及第一、二、三产业煤炭消费量进行预测和优化。2背景 （1）煤炭资源消费在中国能源消费中的地位中国是世界第一产煤大国，煤炭产量占世界的37。煤炭作为中国的主要能源，分别占一次能源生产和消费总量的76和69，在未来相当长的时期内，中国仍将是以煤为主的能源结构。随着煤炭工业经济增长方式的转变、煤炭用途的扩展，煤炭的战略地位仍然十分重要。中国

9、能源消费结构与目前世界上以石油为主的能源消费结构不同，而是由煤炭占据了能源消费的主导地位。2008年煤炭在中国能源消费总量中所占比例为68.7。虽然随着经济发展，其它一次能源(石油、天然气)消费的逐渐增多，但中国“富煤、贫油、少气”的能源储备特点和经济发展阶段特点，以及煤炭明显的成本优势，决定了煤炭仍是中国最主要的一次能源。煤炭在中国一次能源消费结构中占主导地位的格局短时间内难以发生根本的改变1。（2）主要能源碳排放对比根据2007年IPCC第四次评估报告，温室气体增加的主要来源是化石燃料燃烧。其中化石燃料燃烧所导致的二氧化碳排放在2004年占总碳排放将近95.3%。CO2排放量采用排放系数法

10、，碳排放系数是指每一种能源燃烧或使用过程中单位能源所产生的碳排放数量。排放系数法是一种由IPCC向各国推荐的温室气体排放的清单编制方法。碳排放量到CO2排放量的转换系数为44/12，即单位质量碳排放相当于44/12质量的CO2排放。对于每种能源的单位能耗碳排放系数，不同使用者采用的估计值是有差别的（见表1）。表1 各种能源的碳排放系数（单位：万t/万t）数据来源煤炭石油天然气水电DOE/EIAI0.70200.47800.38900日本能源经济研究所0.75600.58600.44900国家发改委能源所0.74760.58250.44350国家科委气候变化项目0.72600.58300.409

11、00（3）江苏省煤炭的消费现状1995- 2010年江苏省煤炭消费量、调入量见表3。江苏省煤炭消费量呈逐年上升趋势，从2000年的8770万吨上升到2009年 21003万吨，10年间消费量增长139.49%。从能源消费结构看，2009年江苏省煤炭消费量折算为标准煤后，占总能源消费量的 63.28%，而在 2000年该指标为72.74%，呈明显下降趋势。煤炭在江苏能源消费结构中的比重在1995年之前为80%以上，其后由于各方面重视能源结构的调整，风能、核能、太阳能等新能源消耗比重在逐年上升，所以煤炭在能源消费构成中的比重呈下降趋势， 2004年该指标首次降到 70%以下。预计煤炭在江苏省能源消

12、费结构中的主导地位在今后相当长的时间内不会有太大的变化。通过近10年的统计资料计算可见，江苏全省年均原煤产量约2600万吨左右，而全省年均耗用煤炭量达15000万吨左右。江苏省是以建材、冶金、化工、机械和纺织等行业为主体的工业生产大省，并且全省火力发电占总发电量比重85%左右。经济的高速增长以及工业结构特点，决定了全省煤炭需求是不断增长的势头。江苏省作为国内经济大省、耗煤大省，寻找一条解决发展与节能的最优路径也成为政府部门最紧迫的工作。3未来展望能源问题，尤其是作为占我国能源消费比重最高的煤炭问题，一直是国家制定的“2020发展规划”能否顺利实现的关键因素之一。近十几年来，特别是加入WTO以后

13、，国内煤炭的消费占能源总消费的比例一直保持在70以上，尽管石油进口和天然气开发逐年增多，使煤炭的消费比例有所下降，但在未来很长时间内仍将维持在60左右，预计到2020年我国煤炭求量将达到22108t-24108t。问题的分析随着经济的发展和社会的进步，影响煤炭需求的因素发生了新的变化，并呈现出新的特点，从煤炭消费部门构成状况和主要耗煤部门煤炭消费状况、GDP、节能政策方面以及环境和煤炭需求关系方面进行分析，我们可以清晰直观的了解煤炭对经济环境的影响。1影响江苏煤炭消费的指标分析（1）主要耗能部门煤炭消费各部门煤炭消费状况及其比例变化(见表2)表明，工业煤炭消费一直是煤炭消费的主体，并且近年来比

14、例有所上升，2005年工业煤炭消费量达202 444万吨，占煤炭消费总量的93.48，这与近年来冶金、化工和建材等高耗能产业迅速发展有着密切的关系。表2 各部门煤炭消费状况年份199019952000200320042005农林牧渔及水利业消费量/万吨209518571648168322512315比重/%1.991.351.250.991.161.07工业消费量/万吨81091117571119301156169180135202444比重/%76.8585.4090.3892.2893.0593.48建筑业消费量/万吨438440537577602604比重/%0.420.320.410.

15、340.310.28交通运输仓储和邮政业消费量/万吨2161131511321067832815比重/%2.050.960.860.630.430.38批发零售和住宿及餐饮业消费量/万吨1058977815860872874比重/%1.000.710.620.510.450.40消费总量/万吨105523137677132000169232193596216558资料来源：中国统计年鉴（1991、1996、2001、2004、2005、2006）2在煤炭消费部门构成中，从19902005年15年间，工业煤炭消费比重增长17个百分点，其他消费部门煤炭消费比重都呈下降趋势。在煤炭消费部门构成中，工

16、业耗煤比例过大，而交通运输仓储和邮政业的第三产业耗煤却一直呈下降趋势，第二产业能耗高，产出低。这是我国近年来能耗高的主要原因。（2）节能减排对煤炭消费的影响为推动节能降耗，提高能源利用效率，国家发改委于2004年11月编制发布了节能中长期专项规划，这是改革开放以来我国制定和发布的第一个节能中长期专项规划，规划提出宏观节能量化指标：到2020年每万元GDP能耗下降到1.54t标准煤，2003-2020年年均节能率为33。尽管“十五”期间我国政府提出了相应的节能目标，然而由于未处理好经济快速增长与资源、环境协调发展的关系，同时缺乏有效的实现节能目标的措施和手段，造成了“十五”期问GDP年均增长88

17、、单位GDP能耗上升的情况，与预期目标大相径庭4。面对我国高速增加的能源需求及大范围的能源供应短缺，“十一五”规划纲要确定，2010年单位国内生产总值能耗比2005年减低20，这是新中国成立以来第一次以文件的形势，将节能确立为必须完成的约束性目标5。国家发改委于2007年4月出台了能源发展“十一五”规划，指出到2010年，万元GDP能耗由2005年的1.22 t标准煤下降到0.98t标准煤左右，“十一五”期间年均节能率4.4。2000年，中国能耗为13.75 t标准煤万美元，2002年约为11 t标准煤万美元，2000年中等收入国家的平均水平为8.83 t标准煤万美元，世界平均水平为4.08t

18、标准煤万美元，国际先进水平(如美国)为3.04 t标准煤万美元6。2000年中国能耗是中等收入国家平均水平的1.6倍、世界平均水平的3.4倍、美国的4.5倍。中国的节能潜力巨大。（3）煤炭存储量对煤炭消费量的影响表3 1995-2010年江苏省煤炭调入量情况表 年份19951996199719981999200020012002煤炭消费量（万t）89368833858585718714877089639663煤炭调入量（万t）69007338654867917098676370797678煤炭调入量占消费量（%）77.2283.0876.2879.2381.4577.1279.1879.46年

19、份20032004200520062007200820092010煤炭消费量（万t）1084913272167791842819952207372100323100煤炭调入量（万t）852511020144961581117948194671870621655煤炭调入量占消费量（%）7805886.0386.3985.8089.9693.8889.0693.74数据来源：中国能源统计年鉴整理 从表中可以看出，江苏省煤炭资源严重匮乏而煤炭消费总量逐年增长，并且江苏省的煤炭的储量远远满足不了消费量，所以煤炭的储量增加会使煤炭的消费总量增加也将使煤炭的调入量也会增加。(4) 经济的增长对煤炭消费量的

20、影响在过去的二十多年间，经济增长与碳排放量尽管都是非平稳的，但二者之间存在协整关系，即长期稳定的联系。长期均衡关系显示，GDP对碳排放量有正向影响。说明经济增长对碳排放量表现为正向影响，即由经济增长带来的规模效应要大于技术效应与结构效应。表明目前化石能源的引致需求较大，相关产业的边际能耗倾向高，能源利用效率较低，进而导致碳排放量伴随着经济增长而不断增加。2.各指标对江苏省煤炭消费的影响（1）主要耗煤产业。在煤炭消费部门构成中，工业耗煤比例过大，而交通运输仓储和邮政业的第三产业耗煤却一直呈下降趋势，第二产业能耗高，产出低。这是我国近年来能耗高的主要原因。以工业为主的第二产业对煤炭的大量需求，势必

21、会导致耗煤总量的迅速增加，从而促进自身的发展。（2）减排、节能。既考虑经济增长又满足减排、节能的约束条件，那么煤炭的消费量势必要减少，这样要调整三个产业的结构。当煤炭消费量减少时，第二产业所占的比重将会减少，相对第一、三产业的比重要增加（3）江苏省的煤炭的储量远远满足不了消费量，煤炭的储量增加会使煤炭的消费总量增加，江苏省煤炭资源匮乏而煤炭消费总量逐年增长，所以煤炭的调入量也会增加（4）GDP的增长势必会导致江苏省能源消耗增加，而目前江苏省主要依靠煤炭，所以长期来看煤炭消费量也会增加。3.节能减排和经济增长对江苏能源结构的影响分析由表4（见附录）可以得出江苏省煤炭消费量以及江苏省煤炭消费占能源

22、比，如图1和图2。图1 江苏省煤炭消费量图2 江苏省煤炭消费占能源比第一、二、三产业煤炭消费量与GDP的关系如图3,4,5。由图3知，第一产业煤炭消费量与GDP的相关联的系数为0.2776；由图4知，第二产业煤炭消费量与GDP的相关联的系数为0.7765；由图5知，第三产业煤炭消费量与GDP的相关联的系数为0.0047。从这三个相关系数中可知，第二产业的煤炭消费量产值占第二产业的GDP的一半以上；而第三产业的煤炭消费量产值占第三产业的GDP相当小的一部分。进而根据三个产业煤炭消费量产值占三个产业的GDP的比例，分析三个产业的煤炭消费量的变动对节能、减排及经济增长等指标的影响如下：（1）假设第一

23、产业的比重不变，第三产业的比重提高1%，第二产业的比重下降1%时，煤炭的消费量将会下降，而GDP也将增加。（2）假设第二产业的比重不变，第一产业的比重提高1%，第三产业的比重下降1%时，煤炭的消费量将会下降，而GDP也将大幅减少。（3）假设第三产业的比重不变，第二产业的比重提高1%，第一产业的比重下降1%时，煤炭的消费量将会增加，而GDP将会减少。综上所述只有当第一产业的比重稍有下降，第三产业的比重增加，第二产业的比重下降时，煤炭的消费量下降到最小，而GDP将会增加最大。图3 第一产业耗煤量与GDP的相关关系 图4 第二产业耗煤量与GDP的相关关系 图5 第三产业耗煤量与GDP的相关关系问题二

24、：一未来十年江苏省能源消费预测1模型的假设：训练后的神经网络即为能源消费量与其主要影响因素之间的函数关系模型，利用这个网络模型就可以进行模拟。模拟时,对能源消费量的几种影响因素分别进行研究,并假定当研究其中一个影响因素时，其余影响因素的值仍为2010年的值。2模型的建立：预测能源消费量时,采用了三层前向神经网络模型，网络模型的第一层为输入层，中间层为隐含层,第三层为输出层。各层次的神经元之间形成全互连连接,各层次内的神经元之间没有连接。输入层的节点数为输入向量的分量数,它们是能源消费量的主要影响因素 。输出层的节点数为输出向量的分量数(这里为一个,即能源消费量)。隐含层的节点数根据网络训练拟合

25、情况选取。网络中除输入层节点的输入等于输出外,隐含层和输出层节点的输入与输出关系采用了网络响应函数Sigmoid,即.网络训练的目标函数为，即式中，N为训练样本数量；为网络的理想输出值；为网络的实际输出值。神经网络训练时,采用了共轭梯度法。共轭梯度法是逐次利用一维搜索所得的极小点的负梯度方向生成共轭方向的一种有效的算法。在迭代的第一次,取负梯度方向作为搜索方向,即，为初始权值向量，以后各步的搜索方向取为：， 式中迭代步骤如下：1）给定,并令。2)对于=0,1，n-1，这里n为搜索方向的个数。.若（程序中取）,则迭代终止，否则，令，这里取最小值。c.当kn-1时，令。3）以代替，并返回1）。迭代

26、计算时，用差分代替导数，其中心差分公式为能源消费量神经网络预测模型的输出模式为: ；输入模式为: 。隐含层节点数量为12个, 其中表示能源消费量；表示生产总值指数；表示节能率；下标，分别表示当期、上一期和上二期。3模型的求解：人工神经网络训练用的样本取自我国20062010年间的有关实际数据,见表中第 (1)(4) 列所示。神经网络训练结束,即网络的输入向量和输出向量之间的函数关系已经确定.网络训练后对样本的拟合状况见表中(5)(7) 列所示。由表可见,神经网络模型输出值与实际值的相对误差的绝对值大多在1%以下，最大不超过1.5%，也就是说，神经网络模型对样本的拟合程度是相当高的。 表5年份地

27、区生产总值节能率/ %能源消费量实际值/ 万t能源消费量模型输出值 / 万 t输出值与实际值的绝对误差 / 万t输出值与实际值的相对误差200621742.053.518742.200186717.7199.501.08200726018.484.2820604.40020907.28302.881.47200830981.985.8321775.50021910.01135.010.62200934457.305.1723709.00023791.9882.980.35201041425.482.9425774.00025972.46198.460.77对2011-2020年能源消费量预测结

28、果如下表所示： 表6地区生产总值增长率/%能源消费量预测/百万t2011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年2018年2019年2020年724123.2326155.6128341.2730772.8333406.5636234.6839331.0642681.2846271.5950213.76824181.4226223.7528430.7630852.5133465.4836313.6739398.1442758.2746443.6850386.72924203.5426285.6328496.7230901.5833521.4736386.0139462.8

29、242815.6446467.3550413.241024176.6526238.4328437.4430869.2733495.8236321.0439017.5242789.3446418.9250364.251124143.0826200.1428399.8330821.6433454.3736286.2638985.7142748.9646380.4550313.284模型的检验这里将2006-2010年的实际数据作为训练网络的样本, 将2006-2010年的实际数据作为预测检验的样本. 预测结果与精度检验情况见表所示. 由表知, 预测结果与实际值的最大相对误差仅为2.67%. 这说明

30、采用神经网络方法预测的精度是比较高的, 且较稳定。 表7年份实际值/万t预测值/万t绝对误差/万t相对误差/%200618742.219242.62500.422.67200720604.421010.3405.91.96200821775.522345.55702.61200923709.023938.39229.390.97201025774.025817.8243.820.17二就江苏省能源（煤炭、石油、天然气）消费结构预测优化 下面我们利用1995-2010年江苏省能源消费结构中的煤炭、石油、天然气能源结构数据为研究基础，建立在系统结构专一的齐次Markow链基础上的二次规划模型来进一

31、步讨论江苏省能源结构演化趋势。由于未来哥骑的转台仅与现在的状态有关，而与过去的状态无关，所以认为该转移过程具有齐次Markow性。以X表示江苏省能源消费总量；为t时刻第i能源（煤炭、石油、天然气）的年度消费量；表示t时刻第i能源消费量占江苏省能源消费总量肥比重，即Xi（t）/X；为（t-1）时刻处于第i能源的而t时刻处于第j能源的第一步转移概率；，要求所得使误差达到最小，建立二次规划模型为：，。利用Lingo软件进行求解二次规划，得到一次转移概率矩阵分别如下。 根据转移概率矩阵，可以得出各类能源之间的结构转移关系（见下图）石油天然气煤炭其他其他煤炭天然气石油0.9910.00910.00960

32、.97970.01071图6表8 江苏省2010-2020消费结构预测年份20102011201220132014201520162017201820192020煤炭15437.7516721.3319645.4721458.0623021.8327182.4430652.1733492.6236753.4239486.5741126.73石油4061.274573.184913.285432.475804.1162158.436843.617223.277842.318233.868713.24天然气832.42946.231230.971650.542032.682615.533210.8

33、23854.934506.176304.567508.31从图中可以看出，江苏省能源消费结构主要是从煤炭向天然气和其他可再生将能源转移，另外，石油消费结构有减少，转移为天然气消费，模拟结果与国家能源发展“十二五”规划和国家可再生能源“十二五”规划的要求是相适应的，循此发展路径，江苏省能源消费结构中，煤炭所占比例将逐渐减少，而天然气和其他可再生能源的比例将快速提高，预计到2020年江苏省能源消费结构中，煤炭、石油、天然气比例将由2010年的16500:4283:951转变为41126.73:8713.24：7508.31。结论：通过构建江苏省能源消费结构预测模型并对消费结构进行预测分析，未来一段

34、时期内，江苏省能源消费结构中，石油消费比例基本保持，煤炭比例快速下降，主要通过天然气和可再生能源替代来完成。为了保障本文预测结果的顺利实现，优化江苏能源消费结构，使之与快速发展的经济相协调，相关部门应当抓住西气东输、氦气登录等大型能源工程建设契机，按照能源发展“十二五”规划和可再生能源“十二五规划的规划，落实节能减排和可持续发展的要求，大力发展油气能源和可再生能源，进一步降低煤炭消耗比例。问题三：根据各种能源的碳排放系数的数据来源我们可以清晰地知道，煤炭中碳的排放系数约为0.7329，石油的碳排放系数约为0.5573，天然气的碳排放系数约为0.4462。其中煤炭、石油的碳排放相当的多，严重的制

35、约着江苏省环境、减排（2015和2020年江苏省单位地区生产总值排放减少的目标分别是19%和50%）及节能（2015和2020江苏省节能的目标分别是20.45%和18%）的指标，从而制约着江苏省经济的发展。为了在整个碳排放约束下，考虑节能目标和江苏省经济发展目标，我们需要对江苏省主要能消费的结构进行合理的预测和优化，进而使江苏省的环境和经济能够协调地发展。下面用灰色模型进行预测。一未来十年江苏省煤炭消费预测1.灰色模型的理论概述 灰色预测方法就是根据系统的普遍发展规律，建立一般的灰色微分方程，然后通过对数据序列的拟合，求的微分方程的系数，从而获得灰色预测模型的方程。 是用于灰色预测的主要模型，

36、也是灰色模型中最基本的模型。本文将运用此模型来预测江苏省煤炭消费量。2. 模型的假设8A.设置原始时间序列：B.其累加生成序列为：C.按序列建立微分方程模型，其离散形式为： ；D.确定参数a、u，按模型递推得到预测的累加序列，进行检验后，进行累减便可得到预测值。 3.灰色预测模型在江苏省煤炭消费量预测中的建立以19952010年中江苏省煤炭消耗数据为原始序列（换算成以百万吨标准煤为单位），建立）模型，进而对未来十年的煤炭消费总量进行预测原始数据列： 次累加生成数据列：根据求均值生成矩阵B，根据建立数据矩阵Y，求得：因，把带入上式得：即。由可得灰色预测模型：4.模型的求解与检验由得预测系数，由公

37、式求出预测误差，求出相对误差。煤炭消费量应用模型预测数据见表9 表9年份实际值预测值绝对误差相对误差19956357.274577.481779.7928.00%19966310.544966.921343.6221.29%19976153.135389.43763.71241%19986153.415874.92278.494.53%19996261.436345.35-83.92-1.34%20006312.916888.92-576.01-9.12%20016439.027471.03-1032.01-16.03%20026975.848106.48-1130.64-16.12%2003

38、7808.848795.87-1130.64-14.48%20049542.539543.82-987.03-10.34%200512164.6810356.32-1.29-0.01%200613381.9211237.101808.3613.51%200714464.3113193.322144.8214.83%200814698.4814230.611270.998.65%200915003.0615653.02467.873.12%201016500.3319577.43-649.96-3.94%根据上面的检验步骤得：误差检验表：平均相对误差关联度r均方差比值C小误差概率P0.03790

39、.93450.32020.97常用的精度等级表：等级平均相对误差关联度r均方差比值C小误差概率P一级0.010.900.350.95二级0.050.800.50.80三级0.100.700.650.70四级0.200.600.800.60把误差检验表与常用的精度表相对比可知，模型预测的等级接近一级，也就是说该模型的拟合精度很高，能客观地反映江苏省煤炭消费的动态变化趋势，因此可以用该模型对江苏省未来十年的煤炭消费量进行预测。未来十年江苏省煤炭消费量的预测数据见下表：年份20112012201320142015预测值（百万t）16178.2117606.8918991.0119434.352192

40、4.44年份20162017201820192020预测值（百万t）23353.7325576.9027239.5929464.0831265.73从预测结果上可以看出，江苏省的煤炭消费量仍然在增加，但是增加的趋势相对以前有了下降，并且占能源的比例也在下降，但是“十二五”高耗能产业增长势头仍然不减。江苏的煤炭消费战略理念应发生重大转变，从偏重保障供给为主向科学调控能源生产和消费总量转变。江苏省对煤炭供需的思路将逐渐由过去的“以需定供”转变到以制定科学产能来合理规划需求量上来。 因此在碳排放的约束，考虑节能和经济的发展目标下，对江苏省煤炭消费的预测能有效地解决江苏省能源短缺、环境和经济协调发展的

41、问题。二未来十年江苏省第一、二、三产业煤炭消费量的预测优化按照上述模型，未来十年江苏省第一、二、三产业煤炭消费量的发展趋势如下：从上面的图形可以看出，在未来十年间江苏省第一、二、三产业的煤炭消费量都呈下降的趋势。其中第二产业的煤炭消费量下降趋势相对来说较快。因此，应当确立第二产业尤其工业作为未来节能工作的主攻方向。在工业内部，要建立与完善能耗总量控制和等量替代制度，限制高耗能行业的发展，进一步优化工业内部能耗结构；同时，要鼓励和支持企业加大科技投入，提升产品的加工深度和附加值。这样在未来的发展趋势中，第一、二产业的比重将会下降，而第三产业的比重将会增加。模型的评价分析及改进1.对人工神经网络的

42、模型分析：优点：（1）良好的逼近能力 （2）误差可以控制 （3）采用并行分布处理法，能够快速进行大量的运算 缺点：有时信息会出现鲁莽性和易错性2.对灰色模型的分析：优点：（1）短期预算精度高 （2）要求的样本数据少 （3）较强的系统性和关联性缺点：误差不易控制3.模型的改进 人工神经网略计算精度高，且误差可控；灰色预测方法求解需要的计算量小，在少量的样本下可以达到较高的精度；这样二者优势互补，使预测结果更加结合实际。 建立模型后，可得到对原始数据的预测值，这样预测值与原始数据有一定的偏差。为了尽可能降低预测偏差，考虑将偏差的关系综合到神经网络模型中；将灰色的预测值作为神经网络的输入样本，原始数

43、据作为输出样本，采取一定的网络结构，就可以得到一系列的相对应的值。这种结合算法能尽可能的减少预测值与原始数据的偏差。意见与建议 受能源消费结构的影响，煤炭作为我国经济发展的资源支柱，一方面推动着经济快速增长，另一方面也对中国节能减排、降低碳排放强度提出了挑战，因此，能源结构调整变得尤为重要，针对江苏省煤炭消费现状，考虑各指标对能源消费的影响，提出以下几点建议： 1.深化国民经济产业结构的调整和优化，加快经济结构向能源节约型和集约化的转变。我国经济发展已经进入到大规模结构调整的关键时期，这主要表现为：传统的低附加值、高能耗、高污染的工业产品占总量比重大，因而必须对国民经济结构实施战略性调整，大力

44、调整传统产业，也就是大幅度降低能源消耗，主要是调整以煤为主的能源消费结构，减少大量工业污染的根本举措之一。当前调整和优化国民经济产业结构的重点应该是大力发展低能耗、高附加值的高新技术产业，大力发展新兴生产服务业和生活服务业，积极发展环保产业，提高他们在国民经济中所占的比重。并且要严格控制高能耗产业的过快发展，坚决淘汰能耗、效率低的工业。 2.坚决依靠科技进步降低物耗能耗，提高能源利用效率。要摆脱经济发展的能源约束，最关键的是依靠科技进步，走出粗放型增长的老路，走上集约化发展的轨道。在近几年中，中国的煤炭消费总量和单位产值能耗经历了迅速增长的阶段， 可是我们的单位产值能耗大大高于发达国家的水平，因此，必须依靠科技进步，提高煤炭利用效率。 3.从影响煤炭消费的主要影响因素入手, 降低煤炭消费量应当采取以下措施: 一是大力发展第三产业, 降低第二产业尤其是高耗能行业的比重, 是降低能源及煤炭消耗的最佳方法; 二是积极发展高新技术产业, 提高工业产品的附加值; 三是减少原材料和初级产品的出口,同时增加进口。4.抑制煤炭的过度需求可通过产业政策和价格指导政策来引导。短期内,对重工业比例的微调和价格变量(包括出厂价格和运输成本)的适度引导,可以抑制煤炭需求过度增长,同时防止