【正文】 題目 能源總量控制問題 摘要 能源是人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中必不可少的一部分。本文建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，分析研究了能源總量控制問題。 對(duì)于問題一， 分析各產(chǎn)業(yè)的不同特征 ，通過不同 產(chǎn)業(yè) 結(jié)構(gòu) 對(duì)應(yīng)的具體能源消耗（煤、汽油、柴油…）的數(shù)據(jù)按每年的比重進(jìn)行分析， 得到第一產(chǎn)業(yè)中 耗能 在前三位的是煤、柴油、電力；第二產(chǎn)業(yè)中 耗能 在前三位的是煤、原油、焦炭；第三產(chǎn)業(yè)中 耗能 在前三位的是煤、柴油、電力。 運(yùn)用 模糊綜合評(píng)判模型，建立評(píng)價(jià)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)能耗特征的指標(biāo)。通過 模糊評(píng)判函數(shù)，對(duì)表 2 各產(chǎn)業(yè)的能源消耗數(shù)據(jù)求解比例，得到模糊綜合判斷矩陣。 對(duì)建立的 9個(gè)因素分配權(quán)重， Matlab 進(jìn)行編程，可以得到評(píng)判指標(biāo)為： ( 0. 49 21 , 0. 55 00 , 0. 50 00 )B ? 依據(jù)各省份的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)能源消費(fèi)特征進(jìn)行分類，將它轉(zhuǎn)化為對(duì)支柱產(chǎn)業(yè)進(jìn)行分類。對(duì) 2022 年各省年度第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)增加值數(shù)據(jù)，用統(tǒng)計(jì)分析法進(jìn)行分析。按比重找出支柱產(chǎn)業(yè)，從而進(jìn)行分類（具體分類見表 3） 。 對(duì)于問題二， 分析 能源消費(fèi)總量的控制 與各因素之間 的關(guān)系 采用層次分析法。根據(jù)建立的層次 圖對(duì)各因素進(jìn)行分析構(gòu)造判斷矩陣，用 Matlab 得到 各層次的權(quán)值 ， 進(jìn)行一致性檢驗(yàn) ， 求得總排序權(quán)值 。依據(jù)表 4 的準(zhǔn)則層權(quán)值，可以得到對(duì)能源消費(fèi)總量影響最大的是能源消費(fèi)構(gòu)成，其次是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，資源稟賦和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平并列最后。 對(duì)于問題三， 要 提出我國下一個(gè)周期能源總量分配的一種方案 ， 選取可以反映產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、資源稟賦、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平這些因素的典型經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 的數(shù)據(jù)，用變異 系數(shù)法 對(duì)這些指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 確定各個(gè)省份的分配權(quán)重 ，為 資源分配最優(yōu) ，建立合理 方案 （方案見表 7） 。 對(duì)于問題四 ， 提出監(jiān)督和考核的實(shí)施方案，并重視方案實(shí)施的可操作性。由于能源消費(fèi)量的直接監(jiān)督 是不能實(shí)現(xiàn)的，所以采用轉(zhuǎn)化思想，轉(zhuǎn)化為可以測量的碳排放量。由于碳排放與能源消費(fèi)量有直接關(guān)系，最終通過考察碳排放量來監(jiān)督和考核的各省實(shí)施的情況。 對(duì)于問題五， 采取 措施來具體落實(shí)分解目標(biāo) ，應(yīng) 分別對(duì)第一產(chǎn)業(yè)中的農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)，第二產(chǎn)業(yè)中的工業(yè)、建筑業(yè)以及第三產(chǎn)業(yè)規(guī)劃實(shí)行具體的節(jié)能措施。 關(guān)鍵詞： 模糊 評(píng)判模型 能源 增加值 統(tǒng)計(jì)分析法 變異系數(shù)法 一、問題重述 隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源消耗也日益增大，而這也導(dǎo)致了一系列負(fù)面因素，如能源浪費(fèi)，大氣污染 。這些對(duì)于建立一個(gè)節(jié)約型社會(huì)起 著負(fù)面的作用。所以 對(duì)我國往年 能源消耗 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再對(duì)未來幾年的能源使用進(jìn)行規(guī)劃。以實(shí)現(xiàn)能源、經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展 。 1 經(jīng)濟(jì)迅速的發(fā)展導(dǎo)致了能源的過度消耗，因此經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必須保持在一個(gè)相對(duì)合理的水平。我國每個(gè)省份（包括省、自治區(qū)和直轄市）都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)體，每個(gè)地方都希望從自身出發(fā)加快發(fā)展，但過快的經(jīng)濟(jì)增 長 會(huì)使能源過度消耗，最終導(dǎo)致整個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可持續(xù)。合理控制各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的手段之一就是合理控制各地能源消費(fèi)量。當(dāng)全國總的能源消費(fèi)量在某個(gè)給定水平時(shí)，管理部門需要制定一個(gè)相對(duì)合理的方案將 這有限的資源配置給各個(gè)地區(qū)，使得各地在合理均衡發(fā)展的基礎(chǔ)上，充分利用有限資源提升發(fā)展質(zhì)量。 分析以下問題： 分析不同產(chǎn)業(yè)的能量消耗特征，建立評(píng)價(jià)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)能源消耗特征的指標(biāo)，并依據(jù)各省份的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)各省份能源消費(fèi)特征進(jìn)行分類。 能源消費(fèi)總量控制 與 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 、 資源稟賦、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)（即能源消費(fèi)構(gòu)成，如煤、油、氣、電）、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素，請(qǐng)分析能源消費(fèi)總量與上述因素（也可提出其他重要因素）之間的關(guān)系。 基于上述分析，針對(duì)不同省份產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、資源稟賦、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素，選用可以反映這些因素的典型經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 建立數(shù)學(xué)模型，以 2022 年為基準(zhǔn)，提出下一發(fā)展周期（如五年）我國能源消費(fèi)總量按省份的分配或者分解的一種方案，注意分解方案要考慮實(shí)際執(zhí)行過程中的可操作性和合理性。 為了便于及時(shí)監(jiān)督和考核各省份落實(shí)能源消費(fèi)總量控制目標(biāo)的情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制目標(biāo)的階段性測量和考核，請(qǐng)?zhí)岢霰O(jiān)督和考核各省份能源消費(fèi)總量控制目標(biāo)完成情況的實(shí)施方案，尤其要重視提高方案實(shí)施的可操作性。 結(jié)合前述有關(guān)研究，假如你是某省份能源管理部門負(fù)責(zé)人，在全國能源消費(fèi)總量目標(biāo)分解的形勢下，根據(jù)第 4 問的考核方案，您覺得應(yīng)采取那些措施來具體落實(shí)分解目標(biāo)。 二、問題分析 問題一是分析不同產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的能源消耗特征并建立評(píng)價(jià)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)能源消耗特征的指標(biāo)，然后依據(jù)各省份的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)各省份能源消費(fèi)特征進(jìn)行分類。 對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的分類采用三次產(chǎn)業(yè)分類法，不同的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 與 其所消耗的能源種類與數(shù)量各有差別，所以其能源消耗各有特征。 評(píng)價(jià)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)能源消耗特征的指標(biāo)，本身邊界就是不明顯的，而 模糊綜合評(píng)價(jià)法可以對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)指標(biāo)，所以可 以采用模糊綜合評(píng)價(jià)法來建立評(píng)價(jià)指標(biāo)。由以上分析可知，每一種產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)各自對(duì)應(yīng)一種能源消費(fèi)特征，所以可以對(duì)各省份的主體產(chǎn)業(yè)進(jìn)行分類從而達(dá)到對(duì)各省份能源消耗特征的分類。 對(duì)問題二的分析 問題二是分析能源消費(fèi)總量與資源稟賦、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。由于影響能源消費(fèi)總量的控制因素有很多，不能直接看出它與各因素之間的關(guān)系。所以需要一個(gè)評(píng)價(jià)模型來解釋他們之間的關(guān)系。 層次分析法是將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。比較吻合本題，所以采用層 次分析法， 建立 能源消費(fèi)總量的 層次結(jié)構(gòu)模型 ，構(gòu)造 判斷矩 陣并 計(jì)算權(quán)向量， 最后進(jìn)行 一致性檢驗(yàn)。 2 對(duì)問題三的分析 問題三 是通過反映不同省份產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、資源稟賦、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素的典型指標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型來提出我國下一個(gè)周期 能源總量分配的一種方案。 目的是使 各地在合理均衡發(fā)展的基礎(chǔ)上，充分利用有限資源提升發(fā)展質(zhì)量， 這是一個(gè)資源分配優(yōu)化問題。 問題的關(guān)鍵在于各個(gè)省份的分配指標(biāo)如何確定。由于不同省份產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、資源稟賦、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素不相同，選用可以反映這些因素的典型經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，運(yùn)用變異系數(shù)法確定各個(gè)省份的權(quán)重，然后通過各省 分配權(quán)重做出我國能源消費(fèi)總量按省份的分配的一種方案 。 對(duì)問題四的分析 問題四是提出監(jiān)督和考核各省份能源消費(fèi)總量控制目標(biāo)完成情況的實(shí)施方案，尤其要重視提高方案實(shí)施的可操作性。 在現(xiàn)實(shí)中，及時(shí)監(jiān)督各省份能源消費(fèi)總量控制目標(biāo)的完成情況是不容易的。由于對(duì)于一個(gè)省 較短時(shí)間內(nèi)能源消費(fèi)總量的測量具有時(shí)間和空間上的困難，所以很難 及時(shí)統(tǒng)計(jì)各個(gè)省份的能源消費(fèi)總量。 自然想到采用轉(zhuǎn)化思想，將不易直接統(tǒng)計(jì)的能源消費(fèi)總量轉(zhuǎn)化為某一個(gè)易于測量統(tǒng)計(jì)的值，而且這個(gè)值必須與各省份能源消費(fèi)量有比較明顯的關(guān)系。 然后對(duì)這個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析，得到 進(jìn)度和考核各省份能源消費(fèi)總量控制目標(biāo)完成情況的實(shí)施方案。 三、模型假設(shè) 結(jié)合本題的實(shí)際，為了確保模型求解的準(zhǔn)確性和合理性，排除一些因素的干擾，提出以下幾點(diǎn)假設(shè)： 假設(shè) 從中國統(tǒng)計(jì)局等 網(wǎng)站上得到的數(shù)據(jù)都是真實(shí)準(zhǔn)確的 ； 假設(shè)問題二中我們構(gòu)造的判斷矩陣是能夠反映本題的，是可靠地 ； 假設(shè)從 2022 年起的下一個(gè)周期，我國沒有重大的外因與內(nèi)因改變各省的能源消費(fèi)構(gòu)成 ； 假設(shè)我國在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)有能源短缺問題，能源價(jià)格和品質(zhì)不會(huì)有太大變動(dòng) ； 假設(shè)我國的碳 排放測量技術(shù)做夠先進(jìn)，數(shù)據(jù)測量足夠精確。居民生產(chǎn)生活 對(duì)碳排放的 響極小，可以忽略不計(jì)。 四、符號(hào)說明 為了便于問題的求解，我們給出以下符號(hào)說明： ijR 第 i 個(gè)產(chǎn)業(yè)的第 j 個(gè)因素在所有產(chǎn)業(yè)中同一因素所占比例 ijC 表 2 中第 j 行 i 列的各能源總量的數(shù)據(jù) R 模糊評(píng)判矩陣 W 各層次權(quán)值 3 max? 最大特征值 CR 檢驗(yàn)系數(shù) RI 平均隨機(jī)一致性指標(biāo) iV 第 i 項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù) i? 第 i 項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差 ix 第 i 項(xiàng)指標(biāo)的平均數(shù) iW 各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重 五、模型的建立與求解 在我國，按三次產(chǎn)業(yè)分類法，產(chǎn)業(yè)可分為第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)。第一產(chǎn)業(yè)為農(nóng)業(yè)；第二產(chǎn)業(yè)為工業(yè)和 建筑業(yè)；第三產(chǎn)業(yè)是除第一、第二產(chǎn)業(yè)以外的其他各業(yè)。 根據(jù)這些產(chǎn)業(yè)的劃分，可以找到它們?cè)?1990、 199 202 202 202 2022 這六年中分別對(duì)應(yīng)的能源消費(fèi)數(shù)據(jù) （見附錄 Ⅰ ） 。 以及三個(gè)產(chǎn)業(yè)對(duì)應(yīng)的具體能源消耗（煤、汽油、柴油…）的數(shù)據(jù)（見附件 1） 第一產(chǎn)業(yè)包括了植業(yè)、林業(yè)和漁業(yè)， 將附錄 Ⅰ 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用 Mathematica 得出能源消耗與年份的散點(diǎn)圖并添加趨勢線，即得到圖 1。 1995 2022 2022 2022年份450050005500600065007000能源消耗 圖 1 第一產(chǎn)業(yè)的總能量消耗 根據(jù)圖 1， 可以很 明顯的發(fā)現(xiàn)在 1995 2022? 年有一個(gè)下降段，這是因?yàn)樵?1998 年我國長江發(fā)生了一次全流域性的特大洪水，損失極為嚴(yán)重， 就農(nóng) 田受災(zāi)面積達(dá) 2229 萬公頃，屬于是自然災(zāi)害，所以忽略這次災(zāi)害受到的影響， 第一產(chǎn)業(yè)的 總能量消耗 變化還是不