基于主成分分析的河南省能源安全評價研究

王雙燕，高曉龍

（華北水利水電學院，鄭州450011）

基于主成分分析的河南省能源安全評價研究

王雙燕，高曉龍

（華北水利水電學院，鄭州450011）

從經濟能源安全、社會能源安全、環境能源安全、能源供給安全四個方面考慮，建立了河南省能源安全評價指標體系.利用主成分分析方法，對河南省2005－2010年的能源系統安全狀況進行分析.結果表明，人口與環境因素是影響河南省能源安全的主要因素.

能源安全；主成分分析；SPSS

隨著經濟的發展和技術的進步，作為一種特殊的生產要素，能源在社會經濟發展中發揮著越來越顯著的作用.然而，區域內經濟的快速增長、人口的不斷增加、環境的急劇惡化又反過來影響著區域內的能源安全.因此，建立一套合理的能源安全評價體系來評價區域內能源，顯得尤為重要.目前，中原經濟區建設事業深入發展，河南省必須解決經濟持續高速發展和城鎮化進程加快所帶來的能源安全問題.本文從河南省能源現狀出發，運用主成分分析法對建立的評價指標體系進行分析，提出了強化河南省能源安全的措施建議.

1 指標體系的建立

1.1 河南省能源現狀

近年來，河南省能源建設有了很大的發展，不僅大大促進了河南省經濟的發展，而且在全國能源供給中占有舉足輕重的地位.然而，近幾年由于受到國內外相關因素的影響，河南省出現了能源短缺問題，嚴重影響了社會生產和人們的日常生活，能源安全問題凸顯.目前，河南省的能源狀況大致表現為：①能源供需結構矛盾依然突出，亟待緩解.煤炭供需平衡受價格影響時常波動，天然氣供應日趨緊張，電源結構不合理，電網建設相對滯后；②能源消費結構單一.煤炭在河南省一次能源消費中占主體地位，石油、天然氣和水電等清潔能源比重偏小，可再生能源發展緩慢；③資源和環境制約日益加大.能源發展面臨的資源制約越來越大，資源可持續能力不強.以煤為主的能源生產與消費結構受環境制約不斷增大，煤炭生產引起的地表沉陷、瓦斯和粉塵排放等對環境的影響日益嚴重，煤炭燃燒產生的二氧化硫和溫室氣體排放量逐年增加，改善生態環境的壓力增大.

1.2 能源安全評價指標體系的建立

能源安全不僅指能源供應安全（包括基礎設施在內的所有能源供應鏈安全），并且擴展到經濟安全、社會安全和環境安全方面［1］.河南省能源安全評價指標體系建立在河南省能源供給和消費狀況以及能源消費與經濟、社會、環境相互影響的基礎上.從河南省的能源現狀出發，從經濟能源安全、社會能源安全、環境能源安全、能源供給安全四個方面考慮，建立河南省能源安全評價指標體系.

（1）經濟能源安全.當今世界經濟是建立在化石燃料基礎上的能源經濟，若沒有了強有力的能源供給，經濟的快速穩定發展是不可能實現的.反映一個地區能源與經濟是否處于協調發展狀態最直接的指標，就是該地區單位GDP能耗以及能源消費彈性系數.

（2）社會能源安全.人是社會的組成部分，是社會能源的消費主體.人口數量的增長、人均生活水平的提高、新能源和可再生能源的消費行為等都會對社會能源安全產生明顯影響.

（3）環境能源安全.能源在其生產和消費過程中會不可避免地產生污染物，對生態環境造成污染，影響能源經濟的可持續發展.要保持經濟社會持續發展，必須重視能源安全和環境保護問題.把能源工業三廢排放比作為環境能源安全狀況的指標，能夠反映能源利用對環境的影響.

（4）能源供給安全.充足的能源供應是能源安全的根本.能源供給首先考慮的是能源供給的自給程度.一個地區自身能源越豐富，越有利于保障區域經濟的可持續發展，也越有利于能源安全.此外，對省外的依存程度也是反映地區能源安全的重要指標［2］.

根據河南省能源發展影響因素分析，結合河南省2005－2010年能源系統相關指標數據的可獲得性，構建了河南省能源安全評價指標體系，該指標體系總共包括4個一級指標和10個二級指標，如表1所示.

表1 河南省能源安全評價指標體系

2 主成分分析模型的建立與評價

2.1 主成分分析

（1）指標數據的標準化.為了對變量進行比較，并消除觀測數據數量級和量綱差別所造成的影響，需要對樣本觀測數據進行標準化處理.標準化處理后的變量均值為0、方差為1.計算公式如下：

其中：xij表示第i個樣本的第j個指標的觀測數據；、Sj分別表示第j個指標的樣本均值和標準差，進行標準化處理后，得到標準化的數據矩陣X.

（2）進行指標之間的相關性判定，計算相關系數矩陣.根據公式計算標準化后指標i和j之間的相關系數，得到的系數矩陣表示各測評指標之間的相關情況.

（3）計算特征值λ和累積方差貢獻率.

（4）確定主成分的個數k和主成分Fi的表達式.按照主成分個數的提取原則，一般提取對應的特征值大于1的前k個主成分.特征值在某種程度上可以被看成表示主成分影響力度大小的指標.如果特征值小于1，說明主成分的解釋力度不如直接引入一個原變量的平均值解釋力度大，因此可以用特征值大于1作為提取標準［3］.主成分變量確定后，就可以計算k個主成分的表達式：

（5）進行綜合評價.以各主成分的方差貢獻率為權重，結合各主成分的線性組合表達式，得到綜合評價指標函數，即公式如下：

計算綜合評價值，然后對得分進行排序，即可以根據F值來比較判斷能源安全狀況的變化.

2.2 模型的建立與評價

2.2.1 KMO檢驗和Bartlett球形度檢驗

KMO檢驗和Bartlett球形度檢驗主要用于主成分分析的適應性檢驗.KMO檢驗變量之間的偏相關性是否較小，而Bartlett球形檢驗是判斷相關矩陣是否為單位矩陣.在主成分分析中，凱澤給出了常用的KMO度量標準：0.9表示非常適合；0.8表示合適；0.7表示一般；0.6表示不太合適；0.5表示極不合適［4］.這里對指標數據進行KMO檢驗和Bartlett球形度檢驗，適用于作主成分分析.

2.2.2 提取主成分

通過SPSS軟件，將原始數據標準化后求出相關矩陣（如表2所示），并求出各成分的特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率（如表3所示）.

表2 標準化后的數據

表3 總方差解釋表

從表3可知，特征值大于1的有2個主成分，因此提取2個主成分變量，并把這2個主成分變量分別命名為F1、F2.

2.2.3 確定主成分表達式

對以上提取出的2個主成分變量F1和F2進行SPSS分析，得到成分矩陣，如表4所示.

表4 成分矩陣

從表4可知：第一主成分的主要指標是人均能耗，這些指標主要指向能源消耗的社會指標；第二主成分的主要指標是能源工業廢水排放比、工業廢氣排放比和固體廢棄物排放比，這些指標主要指向能源消耗的環境指標.

用表4中成分矩陣的數據除以對應主成分的特征值的平方根，就得到主成分中對應每個指標的系數，本文使用SPSS軟件進行系數的確定.可以將F1和F2這2個主成分表示成10個變量的線性組合，表達式如下：

2.2.4 綜合得分的計算

以主成分方差貢獻率為權重，可以列出綜合積分的函數表達式：F＝0.658 9F1＋0.187 5F2，計算結果如表5所示.

表5 綜合得分

從表5可以看出：第一主成分呈上升趨勢，說明人口因素對能源安全的影響越來越大；第二主成分呈現波動趨勢，2007年之前呈上升趨勢，之后呈下降趨勢，說明環境變化對能源安全系統的影響經歷了先增大后減小的變化；就綜合評價來看，總體評價值呈現上升趨勢，說明研究時段內能源安全受各種因素的影響越來越明顯，能源安全總體狀況在下降.

3 結 語

能源安全對區域經濟發展與社會穩定起著重要作用.河南省作為全國的人口大省，人均能耗不斷增加，人的因素成為影響河南省能源安全的主要因素.環境因素是影響河南省能源安全的次要因素，但是自2007年以后，環境因素的影響有逐漸變小的趨勢，說明自“十一五”規劃提出節能減排后，節能項目的實施對能源安全起到了較大的作用.此外，隨著中原經濟區建設事業的發展，經濟因素對能源安全的影響會越來越大，河南省能源安全將會面臨更大的挑戰.鑒于此，主要從能源供應的穩定性和使用的安全性兩方面，提出以下保障河南省能源安全的建議.

（1）提倡全民節能減排、低碳生活.人均耗能的增加與人口的增加對河南省能源安全造成很大的壓力，提倡全民節能減排、低碳生活，不僅能夠緩解人均耗能增加，也是保護生態環境的需要.

（2）積極開發新能源和可再生能源.新能源和可再生資源的使用可以改善區域內能源結構，減少外部能源危機的輸入，還可以減少環境污染，是實現經濟可持續發展和社會和諧的必然選擇.

（3）提高能源的使用效率.提高能源的使用效率是實現河南省能源安全的重要突破口.河南省各地區要堅持以提高能源的使用效率為核心，以轉變經濟增長方式、調整產業結構和加快技術進步為根本，構建資源節約型的產業結構和消費結構，同時鼓勵節能技術的研發和推廣.

［1］ 何瓊.中國能源安全問題探討及對策研究［J］.中國安全科學學報，2009（6）：52－57.

［2］ 王雪珍.基于網絡層次分析法的上海能源安全評價指標體系研究［D］.上海：上海大學，2008.

［3］ 張文霖.主成分分析在SPSS中的操作應用［J］.市場研究，2005（12）：31－34.

［4］ 余建英.數據統計分析與SPSS應用［M］.北京：人民郵電出版社，2003.

Study on the Evaluation of Henan’s Energy Security Based on PCA

WANG Shuang－yan，GIAO Xiao－long
（North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450011，China）

With the development of economy and the advance of technology，energy as a special production factors play a more and more remarkable role in the social economy development，however the rapid development of economy has also brought the energy demand zooming，energy security has increasingly become the focus of all parties.Considering of four respects of the economic energy security，population energy security，environmental energy security，energy supply security，the paper establishes energy security evaluation index system of Henan province，using the PCA analyse energy system security situation of Henan province among 2005and 2010.

energy security；PCA；SPSS

F206

A

10.3969／j.issn.1671－6906.2011.06.005

1671－6906（2011）06－0022－04

2011－11－28

河南省政府決策研究招標項目（2011B444）；河南省科技攻關計劃項目（1121002210354）

王雙燕（1987－），女，河南洛陽人，碩士生.