基于熵方法的能源使用評估模型

莊詩佳 周航

摘 要：本文以美國四大州為例，通過建立一個通用指標體系來描述相關地區的能源概況，并客觀分析這些地區能源概況的演變。根據本文分析，可以進一步描述各州清潔能源的使用情況，并考慮地理、氣候等因素，得出各州清潔能源使用的異同。為了找到清潔能源的最佳使用狀態，我們使用熵方法建立評估系統，并獲得這些狀態的評分。最終結果顯示，CA的清潔能源使用量是最好的。

關鍵詞：能源使用；熵；評估系統

引言

“石油危機”事件后，世界對能源問題越來越關注。不幸的是，從歷史的角度來看，由于能源政策的復雜性以及許多地方政府、環保組織、制造商和消費者的利益沖突，能源政策的制定變得越來越困難。2005年，美國制定了國家能源政策法案，該法案重點鼓勵企業使用可再生能源和無污染能源，并鼓勵企業、家庭和個人更多地使用節能和清潔能源產品。

1 能源概況

作為一種能源供應形式，電力具有許多優點，這意味著電力的使用可以是無限的。 在許多地方，電力是能源的主要來源，例如公共交通、供暖、照明等。為此，本文利用清潔發電的情況分析四個州的清潔能源使用情況。

根據相關數據可以分析出最直觀的是，國家的電力部門最初依靠水力發電， 但現在它的主導地位正在被取代。 對于大多數州而言，由于地理和氣候的限制，僅靠水力發電就無法滿足該州的能源消耗。為此，電力部門通過增加核能、風能、太陽能和地熱能滿足該州的電力需求。 其中，太陽能對電力行業的貢獻最小。

對于TX、CA以及AZ，由于其人口眾多和經濟繁榮，其對能源的需求更大。 由于水電水平有限，它們正在考慮建造核電站，核電廠的增加可能會帶來近30兆瓦小時的電力。然而對于新墨西哥州來說，由于人口稀少和經濟落后，并沒有建立核電站。

對于水力發電，CA擁有最大的發電量，取決于它擁有世界上最大的互聯水管理系統。在風力發電方面，德克薩斯州發電量最大，主要取決于其擁有美國最大的風力發電場。

2 模型建立

將能源分類中再生資源和不可再生資源作為評估系統的一級指標。目前有六大類清潔能源：核能、風能、水電能源、地熱能源、太陽能和生物能源。其中，核能是不可再生的能源，其余的則是可再生能源。在這里，本文將它們用作評估系統的二級指標。為了確定最佳使用清潔能源的狀態，本文建立了一個基于熵法的評估系統。

首先根據它們的定義選擇與這六大類清潔能源相對應的指標，然后進一步使用因子分析來降低SPSS的維度。

將相關數據導入MATLAB，并使用熵方法的思想計算可再生能源下的指標權重。得到相關權重數據，如下面表1所示。

表1 可再生能源指標權重

得到所有權重后，可以建立清潔能源的評分系統模型如下：

在上式中，w2i表示二次能量指標的權重；Sj是第j個州的清潔能源總分；yij表示第i個第二級指標下數據列的第j個元素的值。

3 模型結果

本文選擇2009年的數據來評估四個州的清潔能源狀況，最終結果如下圖1：

通過分析上述數字，可以很容易地發現CA的清潔能源概況是最平衡。 另外，根據本文清潔能源評分模型，CA的評分是四個州中最高的，這也證明了我們建立的模型的準確性。

結論

本文從宏觀的角度來研究美國四個州的清潔能源狀況，根據本文分析，可以進一步描述各州清潔能源的使用情況，并考慮地理、氣候等因素，得出各州清潔能源使用的異同。

參考文獻：

[1]Elton E J， Gruber M J， Brown S J， et al. Modern portfolio theory and investment analysis[M]. John Wiley & Sons， 2009.

[2]Painuly J P. Barriers to renewable energy penetration； a framework for analysis[J]. Renewable energy， 2001， 24（1）： 73-89.