专利名称：基于“s”形模型的能源需求预测方法
技术领域：
本发明系ー种定量的能源需求预测方法，是基于人均GDP与人均能源消费间“S”形物理模型，运用双曲正切函数等数学方法构建的预测技术，用于中长期能源需求预测，直接应用于能源勘査、开发、生产、利用、运输、贸易等领域。
背景技术：
目前能源需求预测方法总体可分为定性预测和定量预测两大类。定性预测通常依据主观经验判断给出未来能源需求，最具代表性的有德尔菲法和类比法两种。德尔菲法是通过专家打分赋值来判断和确定未来能源需求；类比法则通过与 发展方式类似的发达国家或地区类比，抽取其相同发展阶段能源消费指标，并以此为依据得出预测对象的能源需求。定性预测具有较强的主观性，缺乏严谨性和科学性，其准确性和可靠性难以保证。定量预测依据预测选取的途径不同可分为部门预测法、能源消费强度法、弾性系数法、投入产出法、能源总量数学模拟法等几种主要方法。(I)部门预测法是在系统总结不同部门能源消费历史数据和部门发展间相互关系的基础上，通过对各部门未来发展趋势的判定，预测部门乃至国家能源需求。目前国际主要能源机构多采用这一方法。其主要缺陷表现在一方面涉及的资料数据庞杂，极易产生统计性偏差；其ニ，对部门未来发展的判断往往流于从以往历史数据的推演，缺乏对部门能源消费基本规律的把握，从而产生预测偏差 ’另夕卜，从终端部门到一次能源转换过程中涉及的能源品种和部门众多，转换效率千差万別，也増加了产生预测偏差的风险。对IEA和EIA使用这ー方法得出的历史预测结果检验表明，其对典型发展中国家和地区的预测大多存在10%以上误差；(2)能源消费强度法是依据能源消费强度指标的历史变化，推演和判断未来变化趋势，给出预测期消费强度指标量值，进而得出相应的能源需求。这一方法对未来強度指标的变化多依据主观判断或历史趋势的推演，缺乏对其内在规律的把握，预测中往往出现很大偏差。(3)弾性系数法与強度法类似，通过确定预测期弾性系数量值间接预测未来能源需求。由于弹性系数指标的预测值为认为设定，具有较强的主观性且难于精确赋值，而其微小的变化都会引起需求总量较大变动，因此其预测结构的准确性难以保证。(4)投入产出法是研究经济体系(国民经济、地区经济、部门经济、公司或企业经济単位)中各个部分之间投入与产出相互依存关系的计量经济学方法。使用该方法的前提是整个系统较为稳定，同时系统内各単元之间的关系是固定不变的，这一方法的前提决定了其用于中长期需求预测存在系统不确定性。(5)能源需求总量数学模拟法是指运用数学方法模拟能源消费历史轨迹，得出模型方程，并以此预测未来需求，主要方法有灰色预测、回归分析等，这些方法用于不断演进的复杂的能源与经济社会发展系统，常限于有限的历史数据，从时间序列或因果关系出发，难以全面、正确反映事物之间的内在联系，预测结果往往存在很大的误差。上述这些方法存在的共同缺陷是缺乏对能源需求与经济发展间长尺度定量关系的把握，仅用以往数据模拟、推演或类比未来，预测缺乏科学性和准确性，结果偏差大。提高中长期能源需求预测的准确性、客观性对科学制定国家规划以及未来能源行业和相关企业的发展均具有非常重要的意义。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，依据构建的人均能源消费与人均GDP间的“S”形物理模型，运用双曲正切函数等数学方法，形成了全新定量预测技术，从根本上解决了以往预测缺乏理论支撑、结果偏差大、可信度低的问题。
本发明具体包括以下步骤和内容I)建立人均能源消费与人均⑶P间的“S，，形物理模型首先，确立人均能源消费与人均⑶P之间“S”形相关关系；系统总结英、美、日等众多发达国家150年来，从农业社会ーエ业社会一后エ业化社会能源消费历程，掲示出人均能源消费与人均GDP呈现全周期“S”形变化关系，即农业社会人均能源消费呈低缓增长趋势，エ业化发展阶段呈快速增长趋势，之后随着经济结构的转变、社会财富积累水平不断提高和基础设施日趋完善，人均能源需求陆续达到顶点，其后趋于下降。其次，厘定人均能源消费“S”形三个关键点一起飞点、转折点、零增长点定量指标；能源消费的起飞点是需求进入高增长期的起始点；而转折点处需求增速则开始减缓；零增长点则是能源需求的顶点。三个关键点具有相对固定的人均GDP数值，起飞点处人均⑶P集中在2500-3000美元(盖凯，下同)，转折点对应人均⑶P10000-12000美元，零增长点处人均⑶P则集中于20000-22000美元之间；第三，三个关键点将“S”形曲线分为四段，对应于不同发展阶段的能源需求趋势。三个关键点将曲线划分为缓慢增长区、快速增长区、增速减缓区和零增长区/负增长四个区间，每个区域具有相对确定的能源需求增长方式，从而形成“S”形非线性增长预测基本原理。2)构建能源需求预测方程人均能源消费与人均GDP从ー相对稳态到另ー相对稳态的S形轨迹，可采用趋势分析方法，给出人均能源消费量与人均GDP的趋势关系方程。首先给出人均能源消费E与人均⑶PG的拟合方程Σα^ = ηε,σ)
k=i d(jr(I)这里ak为待定常数，j = 2、f(E，G)为E与G的多项式或周期性函数。然后基于对已有数据的分析，给出上式简略具体方程形式为—- + σλ(Ε-Ειγ+σ1=0
dG(2)这里σぃσ 2为待定常数，σ i σ 2 < O ;且曲线在转折点PjGi, Ei)处有方程
「 n A2E A AE η——γ =--ニ O
AG2 AG AG(3)方程⑵式的解为双曲正切函数E-Ei = Atanh ( a (G-Gi))(4)
其中A为双曲正切函数的幅值，单位与E相同，a = ^cr1CT2为待定常数。方程(4)式描述了曲线在起飞点前及顶点后平坦时的情況。当曲线为非平坦时方程⑷式则成为
权利要求
1.基于“S”形模型的能源需求预测方法，其特征在于 以人均能源消费与人均GDP之间的“S”形物理模型为基础，以人均GDP为自变量，运用双曲正切等数学方法，结合不同国家或区域历史数据建立能源消费数学方程，从而实现对国家、区域或行业能源中长期需求的准确定量预测，具体步骤如下 .1)建立人均能源消费与人均⑶P间“S”形物理模型； .2)运用数学方法构建以人均GDP为自变量的能源需求预测方程； .3)设定预测时长及相关的人均GDP量值； .4)通过预测方程求得能源需求预测結果。
2.权利要求I所述运用数学方法构建以人均GDP为自变量的能源需求预测方程，其实现过程如下 人均能源消费与人均GDP从ー个相对稳态到另ー相对稳态的S形轨迹，可采用趋势分析方法，给出人均能源消费量与人均GDP的趋势关系方程 首先给出人均能源消费E与人均GDP G的拟合方程
全文摘要
基于“S”形模型的能源需求预测方法属于国家、区域或行业能源需求预测技术领域。该发明解决了其他预测方法缺乏理论支撑、结果偏差大、可信度低的问题，依据人均能源消费与人均GDP间的“S”形物理模型，运用双曲正切函数等数学方法，构建了具有普适性的以人均GDP为自变量的能源需求预测模型方程，通过分析不同国家或地区历史数据确定相关参数，建立预测对象具体方程，代入给定预测期内的人均GDP，求得对应的预测结果。本方法优点在于以能源消费基本规律为指导，建立了一种兼具普适性和针对性的能源需求预测方法，可靠性和置信度高，且实用便捷，易于实现和推广。
文档编号G06Q10/04GK102646216SQ20111004149
公开日2012年8月22日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者于汶加, 王安建, 王高尚, 闫强, 陈其慎 申请人:中国地质科学院矿产资源研究所