能源供需系统分析

能源供需安全问题是各国经济发展的关键，是当前能源研究中广为关注的问题之一。能源供需系统是一个包含多主体参与、具有多重复杂性的经济系统，简单的研究方法和局部分析已不能适应能源供需系统的复杂性。孙梅、高翠侠、韩敦、高安娜、张培培著的《能源供需系统分析--基于复杂网络新视角(精)》基于系统科学的新视角，对能源供需这一复杂巨系统进行研究，从我国能源供需体系现状和历史演变数据出发，构建不同形成机制的能源供需复杂网络模型，分析各能源品种的供需内在机理、演化规律及它们之间的相互耦合、相互影响。
本书适合管理科学、能源经济、能源系统工程、复杂系统分析与决策等方向的研究人员和研究生阅读。

第1章 国内外能源供需现状分析
1.1 总能源供需现状
1.2 煤炭
1.2.1 世界煤炭发展现状
1.2.2 中国煤炭发展现状
1.3 石油
1.3.1 世界石油发展现状
1.3.2 中国石油发展现状
1.4 天然气
1.4.1 世界天然气发展现状
1.4.2 中国天然气发展现状
1.5 电力
1.5.1 世界电力发展现状
1.5.2 中国电力发展现状
1.6 风能与太阳能
1.6.1 风能
1.6.2 太阳能
1.7 其他可再生能源
1.7.1 水能
1.7.2 生物质能
1.7.3 地热能
1.7.4 潮汐能
1.7.5 核能
参考文献
第2章 复杂网络基本理论及方法
2.1 图论
2.2 复杂网络的一般特性
2.3 复杂网络的统计描述
2.3.1 度与度分布
2.3.2 点权与边权的差异性
2.3.3 聚类系数
2.3.4 平均最短路径长度
2.3.5 小世界网络
2.3.6 无标度网络
2.3.7 介数中心度
2.3.8 K-核分解
2.3.9 社团结构
2.3.10 网络稳定性
2.3.11 平均场方法
2.4 其他研究方法
2.4.1 相关系数
2.4.2 最小生成树及其算法
2.4.3 阈值网络构建算法
2.4.4 随机矩阵理论
参考文献
第3章 能源供需演化网络
3.1 研究现状
3.2 模型建立
3.2.1 模型A：边权不随时间变化的能源供需网络模型
3.2.2 模型B：边权随时间变化的能源供需网络模型
3.3 中美煤炭供需分析
3.3.1 美国煤炭行业基本状况分析
3.3.2 中国煤炭行业基本状况分析
3.3.3 qp美煤炭供需的共同特征
3.4 中美煤炭供需演化网络实证研究
3.4.1 美国煤炭供需网络
3.4.2 中国煤炭供需网络
3.4.3 中美煤炭供需网络比较
3.4.4 中国煤炭供需策略建议
3.5 带有局域世界的能源供需网络模型
3.5.1 模型建立
3.5.2 点权分布解析
3.5.3 实证分析
本章小结
参考文献
第4章 多层化石能源贸易网络
4.1 研究现状
4.2 模型建立
4.2.1 单层能源贸易网络模型
4.2.2 多层能源贸易网络模型
4.3 度分布与点强度分布
4.3.1 度分布分析
4.3.2 点强度分析
4.4 社团结构演化
4.4.1 社团数目的演化分析
4.4.2 社团内部国家变动的演化分析
4.5 网络稳定性演化
4.6 国家综合能源地位的演化
4.7 政策建议
本章 小结
参考文献
第5章 石油、天然气价格网络
5.1 研究现状
5.2 原油价格粗粒化网络模型
5.2.1 模型建立
5.2.2 油价波动率网络拓扑性质分析
5.2.3 模式间的转变距离及中介分析
5.2.4 未来模式的预测算法
5.2.5 引领模式及关键转折点预警信号的识别
5.3 天然气价格可视化网络模型
5.3.1 模型建立
5.3.2 天然气价格可视图网络的拓扑性质分析
5.3.3 小世界特性分析
5.3.4 价格的社团聚类演化分析
5.4 中国石油进口供应风险及其影响的量化研究
5.4.1 中国石油供需分析
5.4.2 风险量化
5.4.3 石油进口风险对进口成本的影响
5.4.4 石油进口风险对国内各部门的影响
5.4.5 政镱建议
本章小结
参考文献
第6章 电力价格网络
6.1 研究现状
6.2 美国电力市场机制转折点研究
6.2.1 美国电力价格分析
6.2.2 电力市场相关性演化
6.2.3 特征值与特征向量
6.2.4 机制转折点识别
6.2.5 社团演化分析
6.3 二分网络电力竞价中的博弈模型
6.3.1 模型建立
6.3.2 数值模拟
6.4 政策建议
本章小结
参考文献
第7章 光伏市场网络
7.1 研究现状
7.2 国际光伏产品贸易竞争网络模型
7.2.1 模型建立
7.2.2 实证分析
7.2.3 中国光伏贸易地位分析
7.3 中国光伏企业最小生成树网络模型
7.3.1 模型建立
7.3.2 实证分析
7.3.3 中国光伏企业市场特征分析
7.3.4 中国光伏市场影响因素分析
7.4 中国光伏企业阈值网络模型
7.4.1 影响力指数的确定
7.4.2 模型建立
7.4.3 引领企业识别
7.4.4 企业对市场的影响
7.5 政策建议
本章小结
参考文献
第8章 风电价格研究网络
8.1 研究现状
8.2 模型建立
8.3 综述性论文分析
8.4 论文发表整体结构分析
8.5 国家及机构分布
8.6 高被引论文分析
8.7 关键词分布
8.8 未来研究方向
本章小结
参考文献
第9章 能源结构优化
9.1 研究现状
9.2 基于投资组合理论的中国能源结构优化
9.2.1 模型建立
9.2.2 各种能源的热力成本
9.2.3 各种能源的风险
9.2.4 相关系数矩阵
9.2.5 中国未来能源结构优化
9.2.6 有效边界及敏感性分析
9.3 基于动态规划的风电减排优化研究
9.3.1 模型建立
9.3.2 条件和参数设定
9.3.3 参考情景下的结果分析
9.3.4 不确定因素的敏感度分析
9.3.5 情景分析
本章小结
参考文献
彩图

    **章国内外能源供需现状分析

    本章介绍国内外能源供需现状，主要包括煤炭、石油、天然气、电力、风能、太阳能及其他可再生能源，使读者对国际国内能源供需现状有一个初步的了解.本章中图形与表格所涉及的数据资料均来自BP、IEA、EIA、中国国家统计局、中国统计年鉴、中国海关总署、世界核协会与国际原子能机构网站、F.O.Licht、CREIA、能源数据简明手册2016、国家能源局以及中国电力企业联合会历年的电力工业统计资料.

    1.1总能源供需现状

    农业经济时代，能源只是满足人们生活需要的一般性要素，薪柴等生物质能是人们使用的主要能源.18世纪后半期，手工劳动逐渐被取代，对能源的需求大大增加，煤炭取代薪柴等，成为世界主要的能源消费品种.19世纪到20世纪初，内燃机和电力两项革命性技术的诞生使得能源在现代经济社会中的地位得到巩固，从而对化石能源的需求量急速上升.第二次世界大战以后，石油消费量快速增长，在能源消费结构中的比重逐渐超过煤炭，大量天然气田的发现，也使得天然气的开发利用进入了快车道.21世纪初，石油、煤炭和天然气三大化石能源成为世界能源供应的主角，占全球一次能源消费总量的比重达到80％以上，能源资源的开发利用，促进了人类社会和世界经济的发展.随着全球经济一体化的深入，世界能源的生产、消费、贸易和市场的发展也呈现全球化和区域化等特征.目前，世界能源发展主要呈现出以下几个方面的特点.

    1.全球一次能源消费平稳增长，2011年以来增速放缓

    过去40多年的时间里，世界能源消费总量快速增长，从1970年的49.13亿吨油当量增加到2014年的129.28亿吨油当量，平均增长率为11.9％.北美、中南美洲、欧洲及欧亚大陆、中东、非洲及亚太六大地区的一次能源消费总量均有所增加.但是，经济、科技与社会比较发达的北美、欧洲及欧亚大陆两大地区的能源消费增长速度**缓慢.不同地区一次能源消费总量及其占世界总消费量比例的变化情况如表1.1和表1.2所示.从一次能源消费总量在世界的占比来看，2005年亚太地区便超过了北美、欧洲及欧亚大陆地区，成为全球*大程度的一次能源消费地区.2011年全球一次能源消费总量超过120亿吨油当量，总体能源消费量持续增长，但增速有所放缓.然而，2014年的能源行业是在动荡中前行的一年.这一年，全球一次能源消费量达到129.28亿吨油当量，同比增长0.9％，为2009年以来*低增速，远低于过去10年2.1％的平均增速水平.其中，经济合作与发展组织(OECD)国家一次能源消费量2004年以来一直保持略高于50亿吨油当量的水平，而非OECD国家的能源消费总量持续增加，并且非OECD国家的能源消费增速均高于OECD国家及全球消费增速水平，见图1.1.

    表1.11970.2014年世界各地区的一次能源消费总量(单位：百万吨油当量)

    表1.21970.2014年世界各地区一次能源消费量占世界的比例(单位：％)

    图1.12004.2014年世界一次能源消费量及增速

    从地区层面来看，2014年亚太地区是全球一次能源消费增量*大程度的地区，但增速连续四年放缓，仅为2.3％；中东地区跃居成为一次能源消费量增速*快的地区，同比增长4.4％；欧洲地区成为全球**出现能源消费量下滑的地区，同比下降2.8％，一次能源消费量减少0.81亿吨油当量.亚太地区、欧洲地区以及中南美洲地区的能源消费增速显著低于过去10年平均水平，见表1.2.

    从国家层面来看，中国在2014年是全球一次能源消费量*多的国家，为29.72亿吨油当量，占世界总量的23.0％，见图1.2.同时，中国连续14年成为世界一次能源消费量*大程度增量国，但增速为1998年以来的*低值.美国的页岩气革命带动石油供给大幅提升，并成为有史以来**连续三年增产超过100万桶/日的国家.印度一次能源消费增量超越美国居第二位，达到0.42亿吨油当量.乌兰成为一次能源消费量下降*多的国家，减少0.17亿吨油当量.

    图1.22014年主要国家一次能源消费量占比

    2.化石能源资源储备丰富，地区差异促进能源贸易

    在化石能源中，煤炭资源储备*为丰富，但其分布也存在巨大的不均衡性.2015年的《BP世界能源统计年鉴》显示，世界煤炭剩余可采储量为8915.31亿吨，储采比高达110.其中，北美、欧洲及欧亚大陆和亚太三个地区是世界煤炭资源的主要分布地区，合计占世界总量的94.6％，而亚太地区的储采比远低于其他几个地区，仅为51，见表1.3.同期，天然气剩余可采储量为1871000亿立方米，储采比达到54.1.其中，中东和欧洲及欧亚大陆是世界天然气资源*为丰富的地区，合计占世界总量的73.7％，然而，这两个天然气资源丰富地区的储采比却相差很大，北美和亚太地区的天然气储量及储采比均较小，见表1.3.相比煤炭和天然气资源，石油的储备相对较低，截至2014年底，全世界剩余石油探明可采储量为17001亿桶，储采比为52.5.2014年世界石油产量平均每天为8867.3万桶，比上一年度增加2.4％.表1.4对比了2014年世界各地区石油产量与消费量，可以发现，中东地区每天需要向外输出约1984.9万桶石油，非洲和中南美洲的石油产量大于消费量，而北美、欧洲及欧亚大陆和亚太地区的产销差分别为462.6万桶/天、.105.4万桶/天和2253.2万桶/天.

    表1.32014年世界各地区煤炭和天然气资源的储量与储采比

    表1.42014年世界各地区石油剩余探明储量、产量与消费量

    随着能源资源的不均衡现象严重，世界各地区及国家之间的能源贸易交易量进一步增大，能源储运安全及能源供应安全等问题将日益受到重视.2000年以来，世界化石能源贸易量逐渐增加，特别是石油，平均增速保持在5％以上，2008年以来，世界石油的总贸易量维持在较高水平，见图1.3.2014年世界石油总贸易量为4214万吨，是2000年的两倍.世界煤炭贸易量变化较大，特别是2003年以来，持续降低，2014年仅有574万吨，天然气总贸易量在2010年有小幅增加后又回落到2007年的贸易量水平，总体变化不大.

    图1.32000.2014年世界化石能源贸易量

    3.化石能源消费比重持续下降，可再生能源发展态势良好

    在世界一次能源消费结构中，清洁能源和天然气比重不断上升，呈现多元化发展趋势，风能等可再生能源已经成为一些发达国家能源供应体系中不可或缺的组成部分，使得化石能源的比重持续下降.但是化石能源仍占据主体地位，见图1.4.石油已经连续**5年在能源消费总量中缩减占比.2014年，全球一次能源消费构成仍以化石能源为主，占一次能源总消费量的86.3％，相比2004年下降了0.4个百分点，见图1.5.

    随着传统化石能源的大量使用以及温室气体的大量排放，可再生能源的发展为解决当今世界所面临的能源供需矛盾和环境问题提供了新的途径.从图1.6中世界可再生能源累计装机容量的发展可以看出，在可再生能源中，风能发电装机容量增长*快，其次是太阳能，地热能发展较慢.2014年，用于发电和交通领域的可再生能源继续保持良好的发展态势，在世界一次能源消费中所占比例首次达到了3.0％.其中，美国为可再生能源消费量*多的国家，消费量为0.6亿吨油当量，同比增长10.8％，占世界可再生能源总消费量的20.5％.中国为可再生能源消费量增长*多的国家，增加消费0.07亿吨油当量，同比增长15.1％.作为传统可再生能源项目，水电仍在可再生能源总体消费中占据主体地位.2014年，世界水电消费量为8.8亿吨油当量，占一次能源消费比例首次提升至6.8％，同比增长2.0％.但水能的增速明显低于风能、太阳能及生物质能等.作为新型可再生能源，2004.2014年，风能和太阳能增长*快，分别从2.7％和0.08％增长到13.4％和3.52％；生物质能、地热能等总体平稳增长，从7.8％增长到9.6％；而处于主体地位的水能，增速则明显较低，占比从89.4％减少到73.5％，见图1.7.

    图1.42000.2014年世界一次能源消费结构

    图1.52004年和2014年世界能源消费结构对比

    图1.62000.2014年世界可再生能源累计装机容量