数学建模论文-碳排放约束下的江苏省煤炭消费量预测.doc

C题 碳排放约束下的江苏省煤炭消费量预测1 问题重述1978年改革开放以来，中国的经济发展取得了举世瞩目的成就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、资源永续利用、环境不断改善和生态良性循环的协调统一2011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%的目标具体江苏省碳排放约束指标见Error! Reference source not found.表1 江苏省碳排放约束指标碳排放约束指标名称单位地区生产总值能耗降低（%）单位地区生产总值二氧化碳排放减少（%）非化石能源占一次能源消费比重（％）指标值2015年18197左右2020年50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。

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%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2）表2 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、核电DOE/EIA0.70200.47800.38900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0.72600.58300.40900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，请根据附录中的数据，结合你们收集到的相关资料，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（“十二五”节能目标：单位国内生产总值能耗降低率18%；“十二五”单位GDP温室气体减排目标：单位GDP温室气体排放下降19%）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2 问题假设（1）“十二五”期间及未来十年GDP匀速增长；（2）“十二五”期间及未来十年没有发生严重影响经济、能源的自然灾害；（3）假设题中所给数据都具有统计意义；3 符号说明GDP： 地区生产总值；Pico2： 第i年江苏省单位地区生产总值CO2排放；Hi： 第i年单位国内生产总值能耗；x1、x2、x3、x4：2015年消费的煤炭、石油、天然气及其它能源折合成标准煤；λ1： 2015年经济总量的权重；λ2： 2015年煤炭、石油、天然气三种主要非可再生能源消费总量的权重4 问题（1）模型的建立与求解5.1煤炭消费量影响指标的确定我国是一个富煤贫油少气的国家，煤炭的消费直接决定了我国的产业结构、经济发展、社会的城市化进程、固定资产投资、人民的生活水平，同时煤炭的消费量也受人口总数、第二产业占国民经济的比重、交通运输设备制造业、六大高能耗行业、人均生活能源消耗量、民用车辆数等诸多因素的影响。

江苏省经济发展快，城市化进程迅速，分析相关数据发现影响煤炭消耗总量的指标主要包括GDP，人口总数、城市化水平、产业结构和固定资产投资如图1所示，1985-2010年GDP、城市化水平和人口总数与煤炭消费总量的发展趋势十分一致，均逐年增加，成正相关性，产业结构中的第一产业、第三产业和固定资产投资对煤炭消费总量的影响较大，其中第一产业的发展对煤炭消费量呈负相关，但是产业结构中的第二产业所占比在这25年来波动较大，与煤炭消费总量的影响虽有相关性，却不没有明显的规律有附录表11中数据可知第二产业也就是工业煤炭消费量远远超过第一、三产业，因此这里对各指标对第二产业耗煤量的影响进行分析，第一和第三产业耗煤量分析过程相同，不再赘述GDP的发展趋势与第二产业煤耗量非常一致，可见GDP是影响第二产业煤耗的主要因素第二产业耗煤量与其规模显然是正相关的，但是与产业结构中所占比重却不是正相关的，可见江苏省在不断发展第二产业的同时进一步加快了第三产业的发展速度 图1 各指标对第二产业耗煤量的影响趋势 图2 各指标对煤炭消费总量及第二产业耗煤量的影响趋势5.2煤炭消费量影响指标的相关分析5.2.1煤炭消费总量影响指标的趋势相关分析基于以上对煤炭消费总量影响指标的分析可知，虽然这些指标与煤炭消费总量之间不是线性相关的，但却存在某种趋势相关，因此选用趋势相关分析方法，借助SPSS分析软件进行进一步分析。

首先分别对煤炭消费总量和影响指标进行正态检验，结果如表3所示，由于其正态分布的概率分别为0、0. 010、0.200、0.041、0.005、0.200、0.008和0，仅人口总数和第二产业生产总值符合正态分布，其他各变量均不符合正态分布，因此选用Spearman（斯皮尔曼）秩相关进行非参数相关分析，各变量相关系数如结果如表4所示GDP、人口总数、城市化水平、第一业产生产总值、第二业产生产总值、第三业产生产和总值固定资产与煤炭消费总量的相关系数为0.985、0.985、0.985、0.983、0.985、0.985和0.983，并且显著性水平即Sig. (2-tailed)<0.05，说明显著相关，可知以上指标对煤炭消费总量的影响主要因素且为正相关表3 各变量的正态检验结果Kolmogorov-Smirnov(a)Shapiro-WilkStatisticdfSig.StatisticdfSig.煤炭消费总量.27126.000.82526.000GDP.19826.010.81826.000人口总数.08126.200(*).95526.295城市水平.17426.041.89726.014第一产业生产总值.21026.005.81526.000第二产业生产总值.13526.200(*).91626.037第三产业生产总值.20226.008.79726.000固定资产.25926.000.75426.000* This is a lower bound of the true significance.a Lilliefors Significance Correction表4 各变量之间的相关系数煤炭消费GDP人口总数城市化水平第一业产生产总值第二业产生产总值第三业产生产总值固定资产煤炭消费Correlation Coefficient1.0000.9850.9850.9850.9830.9850.9850.983Sig. (2-tailed).0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000N26.00026.00026.00026.00026.00026.00026.00026.000GDPCorrelation Coefficient0.9851.0001.0001.0000.9991.0001.0000.998Sig. (2-tailed)0.000...0.000..0.000N26.00026.00026.00026.00026.00026.00026.00026.000人口总数Correlation Coefficient0.9851.0001.0001.0000.9991.0001.0000.998Sig. (2-tailed)0.000...0.000..0.000N26.00026.00026.00026.00026.00026.00026.00026.000城市化水平Correlation Coefficient0.9851.0001.0001.0000.9991.0001.0000.998Sig. (2-tailed)0.000...0.000..0.000N26.00026.00026.00026.00026.00026.00026.00026.000第一产业生产总值Correlation Coefficient0.9830.9990.9990.9991.0000.9990.9990.996Sig. (2-tailed)0.0000.0000.0000.000.0.0000.0000.000N26.00026.00026.00026.00026.00026.00026.00026.000第二产业生产总值Correlation Coefficient0.9851.0001.0001.0000.9991.0001.0000.998Sig. (2-tailed)0.000...0.000..0.000N26.00026.00026.00026.00026.00026.00026.00026.000第三产业生产总值Correlation Coefficient0.9851.0001.0001.0000.9991.0001.0000.998Sig. (2-tailed)0.000...0.000..0.000N26.00026.00026.00026.00026.00026.。