基于馬爾科夫模型的美國四州能源狀況分析與建議

昌海亮

（湖南農業大學工學院，湖南 長沙 410128）

1 數據來源與處理

在美國國家能源數據系統（SEDS）網站中分別采集加利福尼亞州、亞利桑那州、新墨西哥州和德克薩斯州四大州從1960—2009年的數據集并整理，進行數據預處理，剔除無關數據，得到相關有用數據。

2 馬爾科夫模型

本文運用馬爾科夫模型的步驟如下：①建立馬爾科夫轉移矩陣；②運用統計法、二次規劃法及線性方程組法初步求解馬爾科夫轉移矩陣；③對結果進行歸一化處理，得到轉移概率矩陣。

3 四大州能源狀況分析

通過繪制四大州各能源消耗從1960—2009年的變化曲線圖并進行相關分析。

3.1 加利福尼亞州

清潔可再生能源產業的消耗整體比例呈下降趨勢，化石燃料、火力發電、車用汽油等不可再生能源消耗比例整體呈上升趨勢。此外，從1960—1965年，清潔可再生能源的比例呈上升趨勢，并在1965年以后緩慢下降，與不可再生能源相反。在這50年中，化石燃料的比例一直比較大，火力發電呈上升趨勢，車用汽油和其他能源基本保持穩定。

3.2 亞利桑那州

50年來，化石燃料呈現下降趨勢，車用汽油、火力發電等能源比例呈上升趨勢。清潔可再生能源的比例在1960—1974年基本穩定，從1974—1977年有下降趨勢，此后持續下降，1988年之后有一個小幅增長。由此可見，能源消耗轉移既包括同大類能源內部轉移，也包括不同大類能源之間的轉移，從中可以找出國家重點使用的清潔可再生能源。

3.3 新墨西哥州

清潔可再生能源整體比例呈下降趨勢。化石燃料、火力發電和車用汽油等不可再生能源消耗比例整體呈上升趨勢。此外，從1960—1985年，清潔可再生能源的比例呈下降趨勢，1985年后基本趨于穩定。火力發電在過去50年里一直呈緩慢上升的趨勢。在過去的50年里，車用汽油和其他能源的比例在10%左右波動。

3.4 德克薩斯州

清潔可再生能源整體比例呈下降趨勢，化石燃料、火力發電、車用汽油等不可再生能源比重整體呈上升趨勢。此外，從1960—1980年，化石燃料的份額一直在增加，然后開始下降到58%左右。在過去的50年里，火力發電、車用汽油和其他能源的份額一直在增加。然而，1960—1981年間，清潔可再生能源的使用量急劇下降，2009年總量僅占10%，表明該州環境在那50年中較好，并且使用的可再生能源相對較少。

4 四個州之間的異同

根據以上分析，發現這四個州使用的化石燃料的比例基本在50%～60%，但亞利桑那州50年來的化石燃料呈下降趨勢，其余三個呈現上升趨勢。在過去的50年中，每個州使用的清潔可再生能源的比例有所下降，而亞利桑那州的清潔可再生能源比例下降較小，其余三州的清潔可再生能源比例則明顯下降。這四個州的火力發電、車用汽油和其他能源的份額在50年內保持穩定的上升趨勢。

5 原因分析

獲取相關資料發現，亞利桑那州的化石燃料資源非常少，但該州大部分地區屬于半干旱氣候，充足的日照使其太陽能資源豐富，高原地區為其提供風力資源，還擁有豐富的地熱資源。此外，該州的工業類型是一個人均能源消耗低的小型工業部門。相比之下，其他三州擁有豐富的化石燃料資源，比如原油和天然氣。然而，由于加州氣候溫和，使得供暖設備使用頻率較低，人均能源消耗較少。雖然其他三個州的清潔可再生能源在過去50年里一直在下降，但它們都擁有豐富的可再生能源，并且可以大力開發和使用。

6 建議

建議加利福尼亞州到2050年保持不可再生能源消費的緩慢增長，其中化石燃料的增長率要低于10%.此外，繼續提高清潔可再生能源的份額，到2050年實現超過18%的目標。此外，到2050年溫室氣體排放量至少減少60%。

亞利桑那州應將不可再生能源消費的份額至少降低8個百分點，相應地到2050年實現清潔可再生能源比例上升到17%左右，同時，保持不可再生能源的緩慢增長，繼續提高太陽能消耗的份額。

新墨西哥州到2050年清潔可再生能源份額將增加到24%左右，保持不可再生能源的緩慢同步增長。在風力發電方面，保持快速增長的穩定狀態。

對于德克薩斯州而言，清潔可再生能源將超過26%，相應降低汽油和煤炭的比例超過2個百分點。

［1］ 郝立麗，張濱，呂潔華.基于馬爾科夫轉移矩陣的林業產業結構轉化趨向研究［J］.林業經濟，2017（05）：26-32.

［2］ 樂歡，劉再起.美國能源政策研究［D］.武漢：武漢大學，2014.

［3］ 蔣國旗，李興山.中國綜合能源市場體系建設研究［D］.北京：中共中央黨校，2013.