基于系统动力学的道路运输能源需求预测 —

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基于系统动力学的道路运输能源需求预测 ——

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在现代社会发展过程中，能源对于国家经济甚至安全起到了非常重要的作用。交通运输业单位产值能源消耗量已成为各行业最高，伴随着能源消耗量的持续增加，国家能源安全受到威胁，环境污染也逐渐加剧。其中，道路运输作为能耗占比最大的交通运输方式[1]，对其能耗影响因素进行深入研究，预测其能源需求，探究其节能减排措施，对于推进节能减排工作意义重大。

以往围绕交通运输业能源消耗展开的研究较多，且大都集中于能源需求影响因素分析和能源消耗预测。W. G. ZONG[2]通过回归分析和建立多个BP神经网络模型，对韩国的交通运输能源需求进行了预测。M. FOROUZANFAR等[3]先利用遗传算法得到自变量的预测值，继而基于预测值用遗传算法进行计算，最后得出伊朗交通运输能源消耗量。T. PUKEC等[4]采用自下而上模型，对克罗地亚的交通运输业能耗进行了预测。而深入研究道路运输能源需求的文章则较少，且一般是定性分析节能减排措施，缺乏数据和定量分析。OU Xunmin等[5]对中国道路运输能耗进行了全生命周期情景分析，发现新能源和替代性能源的新型汽车将可能带来能源消耗的减少。王瑞军等[6]利用完全分解模型分析了运输结构、能耗强度和货物周转量3个因素对货物运输能耗的影响，发现货物运输量的增长是能耗增长的主要原因。姜军等[7]梳理了道路运输系统结构，提出了节能减排的系统化措施。

道路运输能源消耗系统是一个复杂的动态系统，与GDP、人口及政策规划等关系紧密，受众多因素影响。系统动力学则侧重于研究系统内作用规律和动态反馈机制，适用于处理道路运输能源消耗量预测这种非线性和多重反馈问题，并能进行情景模拟分析。因此，笔者以辽宁省为例，深入分析其道路运输与经济、人口及能源系统之间相互影响与制约，最终建立道路运输能源需求的系统动力学模型，并通过预测和模拟，为相关决策及节能减排工作提供理论依据及参考。

1 辽宁省道路运输能源需求系统分析

1.1 道路运输与经济关系分析

笔者选取客运周转量(PT)和货运周转量(FT)代表道路运输子系统同国民生产总值GDP进行Granger因果关系检验，结果如表1。

表1PT/FT与GDP的Granger因果关系检验结果Table1GrangercausalitytestresultsbetweenPT/FTandGDP原假设观测值F统计量概率滞后性结论PT不是 LGDP的格兰杰原因LGDP不是 PT的格兰杰原因242.017 820.000 59.067 030.154 11拒绝原假设接受原假设FT不是LGDP的格兰杰原因LGDP不是FT的格兰杰原因244.811 370.020 40.133 320.876 01拒绝原假设接受原假设

由表1可见，在5%置信水平条件下，道路运输客货运周转量同为GDP的Granger原因，且客运周转量对GDP影响大于货运周转量。

另外，国民生产总值GDP可细划为第一产业增加值、第二产业增加值和第三产业增加值。其中，第一产业和第二产业的发展是推动货物运输需求增长的主要原因，因此笔者将考虑产业结构对道路运输的影响。

1.2 道路运输与人口关系分析

由于人口增长率相对于GDP增长率较小，不易观察，我们采用人均GDP增长率来代替人口增长率，同GDP增长率进行比较，结果如图1。

图1 辽宁省GDP与人均GDP增长率变化趋势Fig. 1 The growth rate trend of GDP and per capita GDP in Liaoning

图1中可明显看出，人均GDP增长率同GDP增长率变化趋势基本一致，结合道路运输和GDP的密切关系，可间接说明人口对整个系统亦产生影响。具体而言，人口变化一方面影响私家车需求，另一方面作用于营运客车客源，从而影响道路运输周转量及能源需求。

1.3 道路运输与能源关系分析

道路运输是能源消耗量最大的交通方式，且汽油和柴油是主要的燃料类型，天然气和电力消耗较少。近年来，辽宁省各类燃料的消费量如图2。

图2 辽宁省道路运输能源消费量Fig. 2 Energy consumption of road transportation in Liaoning

1.4 因果关系分析

综上得出辽宁省道路运输能源需求的因果关系，如图3。

图3 辽宁省道路运输能源需求因果关系Fig. 3 Causality of energy demand for road transportation in Liaoning

图3中，3条反馈回路较为重要：

1)GDP→+道路运输货运周转量→+道路运输周转量→+交通运输产业增加值→+交通运输业总能耗→+社会总能耗→+产业结构调整→+第三产业增加值→+GDP。

2)GDP→+居民消费水平→+私家车拥有量→+道路运输客运周转量→+道路运输周转量→+交通运输业产业增加值→+交通运输业总能耗→+社会总能耗→+产业结构调整→+第三产业增加值→+GDP 。

文章来源：《交通运输工程学报》网址: http://www.jtysgcxb.cn/qikandaodu/2020/1024/409.html