基于因子分析法的中國能源安全評價

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1、基于因子分析法的中國能源安全評價 [摘要]隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源需求量日益增大，我國能源安全問題日益突出。本文將能源、環(huán)境和經(jīng)濟納入一個系統(tǒng)并選取相應指標，對我國1986-2010年能源安全狀況進行因子分析，結(jié)果表明能源自身、環(huán)境、和經(jīng)濟依賴依次是影響我國能源安全的重要因素。因此，我國需要從能源供需、環(huán)境和能源經(jīng)濟依賴安全三方面，尤其是能源供需方面采取措施。我國要全面提高石油儲備水平，實施石油進口渠道多元化，開發(fā)新能源，積極調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu)，同時深入貫徹落實經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整，以改善我未來國能源安全狀況。 [關鍵詞]中國；能源安全評價；因子分析法 [中圖分類號] F407.2 [

2、文獻標識碼] A 1、引言 能源是支撐一國發(fā)展的戰(zhàn)略資源，因此能源安全問題是關系一國經(jīng)濟發(fā)展和國家安全的重大問題。伴隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，能源需求量不斷攀升。1992年起我國能源消費總量開始大于能源生產(chǎn)總量，且這種趨勢一直在延續(xù)。盡管中國是世界第五大產(chǎn)油國，但仍不能滿足國內(nèi)發(fā)展的需要，1993年我國成為石油凈進口國，2003年我國成為世界第二大石油進口國和消費國，2010年我國石油對外依存度突破50%的警戒線，可見，中國石油的脆弱性增強，我國以石油安全為核心的能源安全問題日益突出[1]。我國經(jīng)濟快速發(fā)展導致的能源安全問題引起了國內(nèi)外的關廣泛注，如Wu等討論了未來50年中國經(jīng)濟社

3、會可持續(xù)發(fā)展要面臨的能源與環(huán)境保護問題[1]；Zhou等預測了未來100年中國的能源消費和碳排放狀況[2]。國內(nèi)對能源安全的研究主要有：陳武等分析了我國能源安全問題的實質(zhì)，提出了新時期我國能源安全戰(zhàn)略的新思路[4]。遲春潔等運用壓力-狀態(tài)-響應模型初步建立了我國能源安全測度指標體系[5]。張生玲采用層次分析法構(gòu)建了我國能源安全3級評估指標體系及其權重[6]。吳初國等運用綜合評分法、主成份分析法和熵權系數(shù)法3種方法評價了我國能源安全狀況[7]。趙長城等[8]結(jié)合主成份分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡對我國能源安全從資源安全、消費安全、 供給安全和市場安全4方面進行了預警[8]。趙媛等闡述了在能源、環(huán)境和發(fā)展

4、之間矛盾日益突出的今天，樹立大能源系統(tǒng)觀的必要性[9]。 基于前述研究成果與實際調(diào)研，本文從系統(tǒng)的角度出發(fā)將能源、環(huán)境和經(jīng)濟納入一個系統(tǒng)并選取相應指標，對1986-2010年我國能源安全狀況進行因子分析。因為因子分析法與其他方法相比可以通過指標間的聯(lián)系找出主要因子，從而有效降低變量維數(shù)。此外由于計算綜合得分時各公因子的權重是其各自的方差貢獻率，這種客觀權重使得因子分析法得到的綜合得分是科學的。最后，從因子分析的結(jié)果入手相應的提出保障我國能源安全的一些措施。 2、中國能源安全評價指標體系設計 本文從能源、環(huán)境和經(jīng)濟3方面選取指標，考慮數(shù)據(jù)的可得性，所以選出如下10項指標構(gòu)建我國能源安全評價

5、體系，如表1。 表1 中國能源安全預警指標體系 系統(tǒng) 指標 單位 計算方法 指標 性質(zhì) 能源供需子系統(tǒng) 能源生產(chǎn)量X 1 能源消費量X 2 石油生產(chǎn)量X 3 石油消費量X 4 能源加工轉(zhuǎn)換效率X 5 萬噸標煤 同上 同上 同上 無 中國能源統(tǒng)計年鑒直接獲得 同上 同上 同上 同上 正向 反向 正向 反向 正向 能源環(huán)境子系統(tǒng) 工業(yè)廢水排放強度X 6 工業(yè)固體廢物排放強度X 7 工業(yè)廢氣排放強度X 8 億噸 /億元 萬噸/億元 億標立方米/億元 工業(yè)廢水排放量/GDP 工業(yè)固體廢物排放量/GDP 工業(yè)廢氣排放

6、量/GDP 反向 反向 反向 能源經(jīng)濟子系統(tǒng) 能源消費彈性系數(shù)X 9 石油消費彈性系數(shù)X 10 無 無 能源消費增長率/國民經(jīng)濟增長率 石油消費增長率/國民經(jīng)濟增長率 反向 反向 資料來源：根據(jù)歷年《中國能源統(tǒng)計年鑒》和《中國環(huán)境狀況公報》數(shù)據(jù)計算得到。 3、中國能源安全評價體系建模 3.1基于因子分析法的中國能源安全綜合得分建模 針對建立的中國能源安全評價指標體系采用因子分析法可得我國能源安全評價模型是： F = ∑f i *λ i （式3-1） 其中，F(xiàn)表示能源安全綜合得分值，fi表示i個公因子各自得分值，λi表

7、示i個公因子各自的初始方差貢獻率，i表示公因子的個數(shù)，取值為大于等于1的整數(shù)。 3.2因子分析法建模的應用 本文對我國1986-2010年能源10項評價指標進行因子分析，原始數(shù)據(jù)見表2。需注意的要對表1中3個正向指標取其倒數(shù)以負向化這些指標再輸入到SPSS軟件中，而負向指標不作處理，直接輸入SPSS軟件。因此公因子得分和綜合得分越高，其指向狀況越不安全。 表2 1986-2010年中國能源原始數(shù)據(jù) 年份 X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9 X 10 1986 88124 80850 13069 9728 0.683

8、2 0.0251 1.2927 6.7479 0.61 0.66 1987 91266 86632 13414 10312 0.6748 0.0216 0.7231 6.3672 0.62 0.52 1988 95801 92997 13705 11092 0.6654 0.0171 0.568 5.4927 0.65 0.67 1989 101639 96934 13764 11583 0.6651 0.0148 0.3098 4.9102 1.02 1.08 1990 103922 98703 13831

9、 11485 0.6648 0.0133 0.2554 4.6076 0.47 -0.22 1991 104844 103783 14099 12383 0.659 0.0108 0.155 3.8902 0.55 0.85 1992 107256 109170 14210 13353 0.66 0.0087 0.1114 3.3292 0.37 0.55 1993 111059 115993 14524 14852 0.6732 0.0062 0.0609 2.644 0.45 0.76 1994 118729

10、 122737 14608 14956 0.652 0.0045 0.0401 2.0221 0.44 0.13 1995 129034 131176 15005 16064 0.7105 0.0037 0.0369 1.7679 0.66 0.71 1996 133032 138948 15733 17436 0.7019 0.0029 0.0237 1.5623 0.61 0.89 1997 133460 138173 16074 19692 0.6976 0.0029 0.0196 1.4356 -0.09

11、 0.68 1998 129834 136000 16100 19818 0.6928 0.0024 0.0833 1.436 -0.53 0.48 1999 131935 140569 16000 21073 0.6925 0.0022 0.0433 1.414 -0.23 1.4 2000 135048 145531 16300 22439 0.6904 0.002 0.0321 1.3924 0.01 0.81 2001 143875 150406 16396 22838 0.6934 0.0018 0.

12、0264 1.467 0.47 0.21 2002 150656 159431 16700 24780 0.6904 0.0017 0.0219 1.4564 1.19 0.93 2003 171906 183792 16960 27126 0.694 0.0016 0.0143 1.4645 1.66 0.95 2004 196648 213456 17587 31700 0.7091 0.0014 0.011 1.4867 1.6 1.67 2005 216219 235997 18135 32538 0.

13、7155 0.0013 0.0089 1.4545 0.93 0.23 2006 232167 258676 18368 34876 0.7124 0.0011 0.006 1.5301 0.76 0.57 2007 247279 280508 18666 36659 0.7077 0.0009 0.0045 1.4603 0.59 0.36 2008 260552 291448 19505 37303 0.7155 0.0008 0.0025 1.286 0.41 0.18 2009 274619 306647

14、 18949 38385 0.7201 0.0007 0.0021 1.2791 0.57 0.32 2010 296916 324939 20300 42860 0.7142 0.0006 0.0012 1.294 0.58 1.12 對原始數(shù)據(jù)進行分析知，KMO值為0.710，Bartlett球型檢驗顯著概率為0.000，故適合進行因子分析。計算的公因子特征值和累計貢獻率（特征值小于1的略去）見表3。由于前三個特征值累計貢獻率達到89.759%，包含了原始指標的絕大部分信息，因此取3個公因子。 表3 解釋的總方差

15、 成份 初始特征值 提取平方和載入 旋轉(zhuǎn)平方和載入 合計 方差的% 累計% 合計 方差的% 累計% 合計 方差的% 累計% 1 6.387 63.867 63.867 6.387 63.867 63.867 4.715 47.148 47.148 2 1.412 14.116 77.982 1.412 14.116 77.982 2.982 29.818

16、76.966 3 1.178 11.777 89.759 1.178 11.777 89.759 1.279 12.793 89.759 為了便于對公因子命名，采用方差極大正交旋轉(zhuǎn)法對因子載荷陣進行旋轉(zhuǎn)變換，旋轉(zhuǎn)載荷陣，見表4。 表4 方差極大正交旋轉(zhuǎn)后的因子載荷陣 成份 1 2 3 Zscore(石油消費彈性系數(shù)) .956 -.245 .019 Zscore(能源消費彈性系數(shù)) .951 -.265 .011 Zscore(工業(yè)廢水排放強度) .925 -.346 .077 Zsco

17、re(工業(yè)固體廢物排放強度) .891 -.432 .035 Zscore(工業(yè)廢氣排放強度) .811 -.292 .101 Zscore(石油消費量) -.270 .900 .002 Zscore(石油生產(chǎn)量) -.446 .878 -.001 Zscore(能源生產(chǎn)量) -.472 .871 -.013 Zscore(能源消費量) -.131 -.221 .856 Zscore(能源加工轉(zhuǎn)換效率) .284 .269 .727 由表4可知，第一主成分指標包括能源生產(chǎn)量、能源消費量、石油消費量、石油生產(chǎn)量和能源加工轉(zhuǎn)化效率，命名為能源

18、供需安全因子 f1 。第二主成份指標有工業(yè)廢水排放強度、工業(yè)固體廢物排放強度和工業(yè)廢氣排放強度，命名為能源環(huán)境安全因子f2 。第三主成分指標有能源消費彈性系數(shù)和石油消費彈性系數(shù)，命名為能源經(jīng)濟依賴安全因子f3 。 利用因子得分系數(shù)矩陣，見表5，可以計算三個公因子得分函數(shù)，本文僅給出第一個公因子得分函數(shù)（其余類推）： f1=-0.169*X1-0.127*X2+0.078*X3+0.158*X4+0.088*X5+0.228*X6+0.195*X7+0.272*X8+0.265*X9+0.201*X10 （式3-2） 表5 因子得分系數(shù) 成份

19、 1 2 3 Zscore(石油消費彈性系數(shù)) -.169 -.189 .698 Zscore(能源消費彈性系數(shù)) .127 .207 .550 Zscore(工業(yè)廢水排放強度) .078 .354 -.006 Zscore(工業(yè)固體廢物排放強度) .158 .427 -.010 Zscore(工業(yè)廢氣排放強度) .088 .365 .001 Zscore(石油消費量) .228 .065 .009 Zscore(石油生產(chǎn)量) .195 .010 -.020 Zscore(能源生產(chǎn)量) .272 .133 -.043 Zsc

20、ore(能源消費量) .265 .120 -.048 Zscore(能源加工轉(zhuǎn)換效率) .201 .063 .034 由式3-1可得我國能源安全綜合得分模型為： F = f 1 *λ1 + f 2 *λ2 + f 3 *λ3 = 0.63867 f1 +0.141164 f2 +0.11777 f3 （式3-3） 則1986-2010年我國能源安全各公因子得分、綜合得分及其排序，見表6。 表6 1986-2010年中國能源安全狀況 年份 f1 f2 f3 F F排序 1986 -0.19075 3.08607 0.09724 0

21、.3253 9 1987 -0.49166 2.08124 -0.12663 -0.035 11 1988 -0.7249 1.39201 0.14163 -0.25 13 1989 -0.93257 0.78011 1.24641 -0.339 16 1990 -0.5924 0.92657 -1.54708 -0.43 17 1991 -1.11062 0.05773 0.32153 -0.663 20 1992 -1.03969 -0.1457 -0.38349 -0.73 24 1993 -0.96124

22、-0.47671 0.07366 -0.673 21 1994 -0.90835 -0.47875 -1.03386 -0.769 25 1995 -0.40662 -0.52653 0.26379 -0.303 14 1996 -0.4575 -0.72178 0.48161 -0.337 15 1997 -0.52351 -0.95324 -0.66565 -0.547 19 1998 -0.59349 -1.00729 -1.50105 -0.698 22 1999 -0.87126 -1.34903 0.3732

23、7 -0.703 23 2000 -0.5101 -0.99498 -0.35291 -0.508 18 2001 -0.04538 -0.48868 -0.84275 -0.197 12 2002 -0.04967 -0.49158 1.15493 0.0349 10 2003 0.34921 -0.20811 1.69272 0.393 8 2004 0.559 -0.39075 2.81512 0.6334 7 2005 1.26128 0.06933 -0.36866 0.7719 6 2006 1.272

24、92 -0.07817 -0.02237 0.7993 5 2007 1.47253 -0.01533 -0.59827 0.8678 4 2008 1.75213 0.01992 -1.11292 0.9908 3 2009 1.86671 0.09043 -0.70436 1.122 2 2010 1.87591 -0.17679 0.5981 1.2436 1 4、中國能源安全評價模型結(jié)果分析 本文用圖1直觀表示出3個公因子得分及綜合得分，該圖主要反映了以下內(nèi)容： 圖1：1986-2010年公因子及綜合得分 （1）能源安全綜

25、合得分F在1986-1994年呈下降趨勢，繼1993年我國成為石油凈進口國，1994-1995年得分突然上升，1995-1999年得分再次下降。然而，自1999年起綜合得分持續(xù)上升，且從2003年起綜合得分明顯大于0，可見2003-2010年我國能源安全整體狀況趨于變壞。此外，2010年能源供需安全因子得分和能源安全綜合得分是1986-2010年最高的。2010年我國石油對外依存度突破50%的警戒線，石油消費彈性系數(shù)從0.32躍升為1.12，可見2010年我國能源供需安全受到嚴重威脅，我國能源安全狀況也隨著能源供需惡化趨于變壞，這不得不引起重視。 從3個公因子初始方差貢獻率可以知道能源供需安

26、全因子是影響中國能源安全的首要因素，其次是能源生態(tài)安全因子，最后是能源經(jīng)濟依賴安全因子。 （2）第一主成份得分在1986-1998年較為波動，且得分均為負數(shù)，表明1986-1998年我國能源供需狀況較為安全。然而，自1999年起得分持續(xù)上升，尤其是2003年起得分開始變?yōu)檎登颐黠@大于0，表明2003-2010年我國能源供需狀況不如此前。這是因為隨著我國快速發(fā)展，1992年我國能源消費總量開始大于能源生產(chǎn)總量。計算得知1999-2010年我國能源消費年均增長率為7.92%是1986-1998年能源消費年均增長率4.43%的1.8倍。此外，《中國能源發(fā)展報告（2009）》指出2020年我國石油

27、對外依存度繼2010年打破50%的警戒線會上升到64.5%，可見我國未來能源供需矛盾會繼續(xù)隨著石油對外依存度的不斷提高加深。 （3）能源環(huán)境安全因子得分在1986-1999年整體呈下降趨勢，然而1999-2010年得分波動很大，得分近似呈現(xiàn)出升降交替，表明1999年后我國環(huán)境狀況時好時壞，不斷反彈。盡管1986-2010年我國工業(yè)三廢排放強度大幅度下降，如工業(yè)固體廢物排放強度年均下降25.24%，但僅僅表明我國環(huán)境狀況得到部分改善。從現(xiàn)在到2020年仍是我國城市化和工業(yè)化快速發(fā)展的階段，因此我國環(huán)境保護問題任重道遠。 （4）能源經(jīng)濟依賴安全因子得分1986-2010年間劇烈波動，但計算發(fā)現(xiàn)

28、“十一五”期間我國能源消費彈性系數(shù)和石油消費彈性系數(shù)均值分別從“十五”時期的1.17和0.798下降到0.582和0.51，可見“十一五”期間經(jīng)濟發(fā)展對包括石油在內(nèi)的能源依賴程度較“十五”時期有所下降，這主要是因為“十一五”時期我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整開始落入實處。 5、結(jié)論 （1）從2003年起我國能源供需安全和能源整體狀況趨于變壞而且環(huán)境狀況時好時壞，易知如果不采取預警措施，那么未來幾年我國能源安全狀況不容樂觀。因此，本文認為新時期我國能源安全必須從能源供需、環(huán)境和經(jīng)濟依賴安全三方面著手，尤其從能源供需安全方面采取措施。由于我國能源供需突出問題是石油供需的安全，所以中國要保障能源安全必須首先保

29、障石油安全。我國要全面提高石油儲備水平，實施石油進口渠道多元化，開發(fā)新能源以減少對石油能源的消費，積極調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu)，同時深入貫徹落實經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整，以保障我國能源安全。 （2）可以預見隨著十二五時期我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整深入貫徹，我國經(jīng)濟發(fā)展對包括石油在內(nèi)的能源的依賴程度其長期趨勢必然是下降的。 參考文獻 [1] 趙新剛，劉璐，等．中國能源安全與經(jīng)濟增長的實證分析 [J]．工業(yè)技術經(jīng)濟，2011，23(3) ：17～23． [2] Wu Zongxin，Eric D．Larson，Pat DeLaquil．Future implications of China’s energy

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33、 This paper puts energy, environment and economy into a system and selects corresponding indexes. This paper empirically analyzes Chinas1986-2010energy security situation by using factor analysis model and theresultsshow thatenergy itselffollowed by environment and economy dependence are important

34、factors affecting energy security situation in our country. Therefore, our country needs to take measures from energy supply and demand security, energy environment security and energy economics dependence security, especially from energy supply and demand security. Our country should increase the l

35、evel of oil reserves and the diversification of oil import channels, develop new energy sources to reduce the consumption of petroleum, actively adjust the structure of energy consumption, meanwhile thoroughly implement he adjustment of economic structure to improve our country’s energy security in the future . [Key Words]China; Energy security assessment ; Factor analysis method 9