江苏省煤炭消费量进行预测

2012高教社杯全国大学生数学建模竞赛

承 诺 书

我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.

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）与队外的任何人（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他公开的资料（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，我们将受到严肃处理。

我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： C 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）： 所属学校（请填写完整的 参赛队员 (打印并签名) ：1.

2. 3.

指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)： 日期： 2012 年 8 月 日

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编 号 专 用 页

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C题 碳排放约束下的江苏省煤炭消费量预测

摘要

本文着重于在碳排放约束下对江苏省煤炭消费量进行预测。 对问题一，通过查阅数据资料和问题背景，分析出影响江苏省煤炭消费总量及第一、二、三产业煤炭消费量的指标有GDP、江苏省总人口、煤炭消费量占总能源的比重以及煤炭调入量等。通过关联度分析得到了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。用EXCEL进行表格处理，得出煤炭消费量、煤炭消费量占总能源比重、第一、二、三产业煤炭消费量对节能、减排和经济增长指标的影响情况。

对问题二，首先采用灰色预测GM(1 ,1)模型对“十二五”期间及未来十年江苏省的GDP及总能源进行了预测，然后建立了以节能减排目标为约束，以单位能量产生的GPD为优化目标的非线性优化模型，运用MATLAB求解得“十二五”期间及未来十年江苏省煤炭、石油、天然气的消费量，进而得出其消费结构。

对问题三，运用GM(1，1)模型预测出各产业GDP与其能源消耗的比值及第二问中的预测的煤炭消费量，建立与问题二类似的非线性优化模型，预测出“十二五”期间及未来十年江苏省第一、二、三产业的煤炭消费量。

对问题四，综合以上结果分析，针对江苏省节能、减排目标的实现路径以及能源结构调整、煤炭消费政策的问题提出合理化建议。

关键词：关联度 GM（1,1）模型 非线性优化 EXCEL数据处理

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一、 问题重述

1. 我国煤炭消费量现状

改革开放以来，中国的经济发展取得了举世瞩目的成就。2010年国内生产总值达到

39.8万亿元，跃居世界第二位，国家财政收入达到8.3万亿元，“十一五”期间实现GDP年均增长11.2%。但是中国经济的高速增长是建立在高投入、高消耗、低效益的粗放型生产方式上，对中国的能源消耗和环境保护产生了巨大的压力。煤炭是中国储量最多、分布最广的不可再生战略资源。根据全国第三次煤炭资源预测与评价，中国煤炭资源总量约5.57万亿t，居世界第一。但由于人口众多，中国人均占有的资源量仅为世界平均值的一半左右，处于世界中下水平。中国是世界煤炭资源大国，也是煤炭生产、消费大国。中国富煤贫油少气的能源特点和经济发展阶段，决定了煤炭将继续充当第一能源的角色。长期以来，煤炭在中国一次能源生产和消费中的比例平均高达70%以上。

原煤 2.90% 7.20% 21.00% 原油 天然气 水电、核电、风电等 12.60% 3.30% 7.70% 68.90%

76.40% 图1. 2005年中国能源生产结构图 图2. 2005年中国能源消费结构图

2. 煤炭消费产生的影响

以煤炭为主的化石燃料的使用是导致全球气候变暖的最主要原因，现有研究表明，全球气候变暖危及能源、粮食、水资源、生态和公共卫生等，将直接影响人类的生存和发展，给全球的可持续发展带来了严峻的挑战，已经被国际社会公认为威胁人类生存安全的最重大环境问题。目前，大气中温室气体的水平或存量相当于大约430ppm二氧化碳，这个浓度已经使全球变暖了0.5℃以上，而且由于气候系统的惯性，气温还在继续上升，到2035年温室气体在大气中的存量可能将达到550ppm二氧化碳当量。未来几十年里，全球平均温度变化超过5℃的风险概率目前至少是50%，这将把人类带入未知的更可怕世界。不断加剧的温室效应将会严重影响全球经济发展，其严重程度不亚于两次世界大战加上经济大萧条。

3. 我国就此现象采取的措施及江苏省的相应指标

20世纪90年代以来，中国始终把可持续发展战略作为基本国策，转变以浪费资源和牺牲环境为代价的传统经济发展模式，努力实现经济可持续发展、社会全面进步、资

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源永续利用、环境不断改善和生态良性循环的协调统一。低碳经济是减少温室气体排放，应对全球变暖的最佳经济模式。在第十二个五年规划纲要中，中国新增单位国内生产总值二氧化碳排放降低17%的指标，在国务院印发的《“十二五”节能减排综合性工作方案》通知中，江苏省单位GDP能耗降低率指标为18%，《“十二五”控制温室气体排放工作方案》的通知中，江苏省单位生产总值二氧化碳排放下降指标为19%。具体问题详见表1。

碳排放约束 注：2015年指标值是以2010年为基期，2020年指标值是以2005年为基期。

4. 具体问题分析

从煤炭的产量和需求量来看，江苏的经济增长与煤炭资源紧缺的矛盾突出。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。

基于此，建立数学模型，完成以下问题：

（1）影响江苏省煤炭消费总量以及第一、二、三产业煤炭消费量的指标有哪些？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。

（3）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。请对预测模型和预测结果的合理性进行检验和说明。

（4）根据分析的结果和结论，对江苏省节能、减排目标的实现路径以及能源结构调整、煤炭消费政策等方面提出意见和建议。

表1 江苏省碳排放约束指标 指标名称 单位地区生产单位地区生产总总值能耗降低值二氧化碳排放（%） 减少（%） 指标值 2015年 18 19 2020年 50 非化石能源占一次能源消费比重（％） 7左右 二、 模型假设

1. 假设所有数据来源均真实可靠；

2. 假设国家的宏观经济政策及社会的经济环境稳定； 3. 假设在预测年限内不会发生能源短缺；

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