基于信息熵理论我国能源消费结构探究

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1、基于信息熵理论我国能源消费结构探究　　【摘要】能源对一个国家的重要性是不言而喻的，对它的研究一直是个热点。本着优化我国能源消费结构的目的，作者引入了信息熵理论。通过计算不同种类能源的结构熵，了解当前能源消费结构的现状及优化空间并分别对原煤、原油、天然气、电力四种主要能源给出了消费比重调整的方向。【关键词】信息熵能源消费均衡度一、我国能源结构的熵值定义能源消费系统是一个非线性开放系统，它具有非线性开放系统共同的特点：它与外界的交换体现在物质、能量和信息三个方面上；它的演化特征具有自发性和不可逆性；它不是静止不动的而是会随着时间发生变动。近10年来，我国经济高速

2、发展，社会制度逐渐健全，环境问题日益受到关注，能源消费结构在这些因素的影响下，自发的和不可逆的进行演替和变化。这些都表明能源消费结构系统是一个耗散结构系统。因此，其结构变化特征可以用信息熵来描述。定义能源消费结构的信息熵为：S=-pi1npi（1）。其中为各种能源占总量比重。在对耗散系统的复杂程度的描述中，定义均衡度和优势度。其表达式为：E=-pi1npi/1nn（2）；D=1-E（3）。5二、我国能源消费结构的信息熵研究（一）能源消费分项熵值分析。对比我国主要能源分项熵值的计算结果，可发现各类能源消费熵值变化与所占消费比重的变化存在一定联系，通过对公式的进

3、一步推导论证，同时结合计算所得数据，最终将该分界点确定为0.35，即：当Pi值大于基准值0.35时，Si值随Pi值逆势变化，Pi值增大则Si值减小；当Pi值小于基准值0.35时，Si值变化与Pi值变化相同，Pi值增大则Si值增大。2003年-2012年，原煤消费比重Pi值始终大于基准值0.35，期间原煤熵值随原煤消费比重逆势变化，消费比重增加，原煤熵值减少。2003年到2007年原煤消费比重增高，对应的原煤熵值逐年减小，至2007年原煤消费比重达到最大值0.7110，此时原煤熵亦降为最低点0.2425，随后比重降低又引起了熵值的增加。对于原油、天然气和电力的

4、熵值研究同样符合上述结论。52003年-2012年中，我国原煤消费比重呈现先增加后下降的趋势，近10年的平均比重保持在0.6970以上。由于原煤消费比重远远高于基准值，数量的增加将直接导致原煤熵值的降低；数量的降低将导致原煤熵值得增加。我国原油消费比重，天然气消费比重和电力消费比重均小于基准值0.35.原油的消费比重一直小幅降低，最高年降幅为0.0050，最大比重值为21.3%；天然气消费比重一直处于小幅增高，最高年增幅仅为0.6%，最大比重也仅为5.31%，近10年的平均比重为3.61%；电力消费比重也是处于基准线以下，近10年的年均比重为7.31%，最高

5、年增幅仅为0.9%。由结构熵的公式可知：我国主要能源消费结构的总熵值由原煤熵、原油熵、天然气熵和电力熵的加总求和得来的。也就是说，四类能源消费分项熵值的大小影响和控制着总熵值的大小。所以，要想从根本上改进我国能源消费结构的合理性，必须先实施有效措施来调整各分项熵。（二）能源消费结构总熵值及均衡度分析。2003年-2012年我国能源结构的总熵值呈先降后增的趋势，其中2009年-2010年增幅最大，累计达到0.0457，检查分项熵变动情况得知，天然气熵和电力熵的共同作用导致了整体趋势的上升；原煤熵和原油熵下降的影响被抵消。2003年-2012年，我国主要能源消费

6、结构的均衡度保持在0.6-0.7之间，增幅较大的年份分别是2008年和2010年，与结构总熵值大幅上升趋势吻合。分析2003年-2012年我国能源消费比重，不难发现，原煤消费比重明显高于其他能源，近10年年平均比重为0.6970，超过其他三类能源消费比重的总和。（三）提高分项熵调整措施。5因为各类能源消费熵值变化与所占消费比重的变化存在联系，所以各类能源消费熵值可以通过增减其消费比重来调整。如下：1.原煤熵值调整。原煤消费比重始终高于基准线0.35，此时Si与Si值逆向变化，因此欲提高原煤熵可通过适当减少原煤消费比重实现，有较大调整空间，以2012年为例，减

7、少空间约为0.33左右。2.原油熵值调整。原油消费比重始终低于基准线0.35，此时Si与Pi值同向变化，因此欲提高原油熵可通过适当增加原油消费比重实现，有较大调整空间，以2012年为例，增加空间约为0.16左右。3.天然气熵值调整。天然气消费比重始终低于基准线0.35，此时Si与Pi值同向变化，因此欲提高天然气熵可通过适当增加原油消费比重实现，有较大调整空间，以2012年为例，增加空间约为0.30左右。4.电力熵值调整。电力消费比重始终低于基准线0.35，此时Si与Pi值同向变化，因此欲提高电力熵可通过适当增加电力消费比重实现，有较大调整空间，以2012年为

8、例，增加空间约为0.27左右。三、结论与建议我国能源