發布時間：2022-04-11所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：隨著印度能源和煤炭需求的增加，中印兩國的能源競爭將日趨激烈，正確預測印度能源和煤炭需求增長趨勢對于中國國際能源戰略制定具有非常重要的意義。綜合印度社會、經濟、產業結構等因素對一次能源需求量的影響和經濟、社會發展實際，構建了能源需求預測的7種情
摘 要：隨著印度能源和煤炭需求的增加，中印兩國的能源競爭將日趨激烈，正確預測印度能源和煤炭需求增長趨勢對于中國國際能源戰略制定具有非常重要的意義。綜合印度社會、經濟、產業結構等因素對一次能源需求量的影響和經濟、社會發展實際，構建了能源需求預測的7種情景，利用系統動力學模型預測了不同情境下的能源及煤炭需求量。根據印度經濟、社會、能源、煤炭工業發展現狀和趨勢，考慮印度工業化需求、工業化基礎、工業化的資源限制和市場限制，結合其他能源研究機構的預測結果，認為人口中增速、GDP中增速和當前產業結構模式的情景1與人口中增速、GDP中增速和弱工業化模式的情景4是較為可能的情景，根據這一判斷，最終預測結果確定為：2035年能源需求量約(17~19)億t油當量，煤炭需求量約(9~10)億t油當量。至2035年的20多年里，印度可能成為全球能源消費增長最快和煤炭消費增長最快的地區。
關鍵詞：系統動力學;能源需求預測;煤炭需求預測;情景分析;印度
1 引言
印度作為全球第二大人口超過10億的新興經濟體1)，近年來經濟發展迅速，能源需求不斷增加。根據BP統計數據[1] ，印度能源消費總量由1965年的 0.53億t油當量增加到2013年的5.95億t油當量，成為全球第四大能源消費國。其中，煤炭消費總量占能源消費總量的50%以上。除了煤炭資源外，印度石油、天然氣等能源資源較為短缺，能源需求的增加也帶來進口量的增加和能源自給率的下降。在 20世紀80年代以前，印度一直保持著100%的煤炭自給水平，2013年煤炭自給率下降到70.54%，凈調入量從1981年的0.003億t油當量上升到了2013年的 0.96 億 t 油當量，2013 年原油的自給率僅為 23.94%，天然氣的自給率為65.46%。
中印兩國能源發展格局類似，皆具有能源消費和進口量大、能源結構以煤為主的特點。印度能源和煤炭需求的快速增加對中國的能源保障帶來了更大的挑戰，將使中印兩國在國際能源市場上的競爭日益激烈。研究和預測印度能源和煤炭需求發展趨勢，對于中國能源安全戰略的制定、海外能源資源開發及正確看待中印能源競爭和合作具有重要意義。從相關研究來看，一些國際能源研究機構和學者對印度能源需求和發展趨勢進行了預測[2-9] ，中國學者對印度能源發展趨勢、中印能源競爭與合作的關注也在不斷增加[10-12] ，存在的主要問題有：① 由于考慮的影響因素和情景設置不同，預測結果差別較大，對2035年前后印度能源需求的預測結果少則12多億t、多則30多億t油當量(表1)，煤炭需求預測也從 3.61 億 t 油當量到 20.08 億 t 油當量不等，為正確判斷印度能源和煤炭需求趨勢帶來了困難; ②與其他新興經濟體相比，印度的工業化程度總體偏低，通過工業化提高人民生活水平、完善基礎設施將是未來印度經濟發展的重要戰略選擇，工業化模式將對其能源和煤炭需求產生重要影響，但是以工業化模式和產業結構為情景變量的預測較少;③ 中國學者對印度能源問題的研究以介紹能源發展現狀為主，綜合分析其能源需求影響因素進行能源需求預測的較少。
本文綜合印度社會、經濟、產業結構、技術進步、污染物排放等因素對印度一次能源需求量的影響及其經濟、社會、能源發展實際，采用系統動力學方法建立分析模型，并設置不同情景對印度未來能源和煤炭需求進行了預測。
2 模型建構與情景設定
2.1 模型建構
能源需求是一個復雜的非線性系統，主要受經濟增長、社會發展、產業結構和技術水平等因素的影響。系統動力學擅長處理周期性、長期性、數據不足及某些參數或關系難以量化的問題，長期以來在能源供給和需求預測中得到了廣泛應用[13-20] 。參考這些文獻，考慮能源需求與人口增長、經濟增長、產業結構變化、技術進步、污染物排放之間的關系，構建了印度能源和煤炭需求預測的系統動力學因果關系模型(圖1)。各影響因素對能源需求的影響機理為：經濟增長在直接帶動能源消費增長的同時，也會帶來人均GDP的增加和人民生活水平的提高，進而增加能源消費;一般來講，工業部門能耗強度高于農業部門和服務業，工業在三次產業中占比的增加會導致總能耗強度的增加，因此工業化會帶來能源需求的快速增加;能源消費量增加會產生更多的污染物排放量，污染物排放量增加到一定程度會對能源消費產生約束和抑制作用;技術進步一方面會提高能源效率，通過降低能源強度減少一次能源消費量，另一方面技術進步會減輕能源消費的環境影響，進而減輕環境對能源消費的約束。該模型的主要反饋關系包括：
(1)能源消費→+GDP→+能源消費
(2)能源消費→+GDP→+人均GDP→+能源消費
(3)能源消費→+GDP→+科技投資→+技術進步→-能耗強度→+能源消費
(4)能源消費→+污染物排放量→-污染物排放影響因子→+能源消費
(5)GDP→+科技投資→+技術進步→-污染物排放量→-污染物排放影響因子→+能源消費→+ GDP
2.2 系統動力學流圖及主要方程式
根據系統動力學流圖，考慮印度經濟發展、人口增長、產業結構、技術進步、環境影響等數據的可獲得性，形成預測模型的系統動力學流圖(圖2)。根據系統動力學流圖中的參數關系，本文構造了31個系統動力學方程，主要的方程式包括：
(1)新增人口(億人)=人口總量 × 人口自然增長率(Time)
(2)人 口 總 量(億 人)=INTEG(新 增 人 口 ， 12.019)
(3)GDP 增加值(億美元)=GDP 總量 × GDP 增長率(Time)
(4)GDP總量(億美元)= INTEG(GDP增加值， 13 258.4)
(5)人均GDP(美元)= GDP總量/人口總量
(6)總能耗強度(百萬t油當量/億美元)=[農業占比(Time)× 1.560+工業占比(Time)× 1.505+服務業占比(Time)× 1.462-1.449] × 技術進步節能因子
(7)一次能源消費量(百萬t油當量)=人口總量 × 人均GDP × 總能耗強度 × 污染物排放影響因子
(8)煤炭消費量(百萬t油當量)=一次能源消費量 × 煤炭所占比例(Time)
(9)石油消費量(百萬t油當量)=一次能源消費量 × 石油所占比例(Time)
(10)天然氣消費量(百萬t油當量)=一次能源消費量 × 天然氣所占比例(Time)
系統設定基準年為2011年，目標年為2035年，步長為 1。方程式分別為：INITIAL TIME=2011; FINAL TIME=2035;SAVEPER=TIME STEP;TIME STEP=1。其中，總能耗強度的方程是根據印度 1990- 2010年總能耗強度和三個產業增加值占GDP的比例進行多元回歸得到的線性關系，檢驗結果如表2 所示;技術進步節能因子根據印度總能耗強度和研發投資占GDP比例的回歸分析結果以及參考文獻 [16]、[21]設定為常數 0.94;污染物排放影響因子根據印度十二五規劃中關于環境影響的描述以及參考文獻[22]設定，以表函數表示。
2.3 情景參數設定
2.3.1 人口增長速度設定 根據2010年聯合國《世界人口展望》中對印度未來人口發展的情景設定[23] 以及印度本國人口的歷史數據的分析，設定了三個發展方案(表3)。
2.3.2 經濟發展速度設定 GDP增長率的變化直接影響經濟總量，進而影響能源消費的變化。印度 “十一五”時期經濟總量快速增長，年均GDP增長率約為 8%。印度《十二五規劃》中對 2012 年至 2017 年經濟發展速度設定為：高增速8%、中等增速6%~ 6.5%、低增速 5%~5.5%[24] 。印度能源資源研究所(The Energy and Resources Institute：TERI) 在《National Energy Map for India：Technology Vision 2030》報告中認為，印度在2004至2036年GDP增長速度最有可能為6.7%[9] 。高盛公司發表的《與BRIC 共同夢想—通往2050年之路》報告預測，2032年印度的國內生產總值年增長率約為6%。中國學者文富德在《印度經濟：發展、改革與前景》一書中對印度至2050年的經濟發展進行了靜態和動態的預測，并對低增速(5%)、一般增速(6%)和較高增速(7%)下可能達到的經濟規模做了數學推理和預測[25] 。根據作者對印度經濟發展現狀及趨勢的分析[26] ，結合以上相關資料，將印度2012-2035年GDP年均增長率設定為三種情景：GDP高增速8%、中增速6%、低增速5%。
2.3.3 產業結構設定 分析印度60年來的產業結構的特點(如圖3)，可以看出印度的產業結構由以農業為主轉變為以服務業為主[27] 。農業所占比例從 1950-1951財年(印度的財年為4月1日至次年3月 31日)的53.1%下降到2010-2011財年的13.9%，服務業所占比例從 1950-1951 財年的 30.3%增加到 59.0%，工業所占比例從1950-1951財年的16.6%增加到2010-2011財年的27%。根據印度產業結構的歷史變化和當前經濟社會發展特點，產業結構設定為四種情景：一是強工業化情景，即出于經濟增長、社會基礎設施不斷完善和人民生活水平提高的考慮，工業比重會逐漸升高，參照中國的工業化道路和工業占比，2035年工業占比達到46.6%(表4);二是弱工業化情景，即印度工業化發展受到資源限制、市場限制和基礎設施不夠完善的制約，走適度工業化道路，參考印度十二五規劃、其他金磚國家(如巴西、俄羅斯、南非等)和部分工業化國家工業占比變化情況，至2035年工業占比設定為35%(表 5);三是延續當前發展模式，至2035年服務業所占比例為61.9%，工業所占比例為28.6%，農業所占比例為 9.5%，如表 6 所示;四是順應全球產業演變規律，走以服務業為主的道路，服務業占比達到英國、美國、日本等發達國家水平，到2035年，服務業占比達到 75.5%，農業所占比例下降為 4.5%，工業所占比例下降為20%，如表7所示。
2.3.4 能源消費結構參數設定 從歷史來看，煤炭一直是印度的主要能源，占能源消費的比例不斷上升，從 2000-2001 財年的 50.36%增加到 2011-2012 財年的 53.45%，石油所占比例同期內從 37.45%下降到23.29%，天然氣消費量所占比例從8.49%增加到13.17%。印度十二五規劃預測，至2016-2017財年，煤炭、石油和天然氣所占的比例分別為55.41%、26.04%和13.46%。規劃認為，煤炭作為印度主要能源的地位在很長時期不會改變，至2021-2022財年煤炭消費量所占比例可能達到56.9%。結合本文設定的產業結構模式(一般來講，工業化對煤炭的需求強度要高于服務業發展模式)，以及十二五規劃中相關數據，設置了不同產業結構下的能源消費結構：強工業化模式下，2035年煤炭消費量占比增加到 55%，石油消費量占比下降為 25%，天然氣消費量占比增加至 15%;弱工業化模式下，煤炭消費量占比增加到54%，石油消費量占比下降至25.5%，天然氣消費量占比增加到15.5%;當前發展模式下煤炭消費占比略有下降，至 2035 年變為 52.5%，石油消費量占比下降為27.5%，天然氣消費量占比增加到 15%;服務業為主的產業結構模式下，煤炭消費量占比下降至 50%，石油消費量占比下降到 25%，天然氣消費量占比增加到17%。
2.4 情景設定
為了便于比較和判斷印度能源和煤炭需求變化趨勢，本文設定了預測的7種情景，如表8所示。情景1為基準情景，參考印度當前的發展情況，人口中等增速、GDP中等增速、延續現在的產業結構、能源消費結構中煤炭占比略有下降。情景2和情景3 主要考慮GDP增長速度的變化對能源需求量的影響，其他指標與基準情景相同，情景 2 為 GDP 高增速，情景 3 為 GDP 低增速。情景 4 和情景 5 與基準情景的差別在于產業結構的設置不同，情景4產業結構為弱工業化，情景5是以服務業為主的產業結構。情景6是人口高增速、GDP高增速、產業結構為強工業化道路、能源消費結構中煤炭占比增加，為能源需求極端高的情景。情景7與情景6的指標設置相反，為人口低增速、GDP低增速、產業結構為服務業主導、能源消費結構中煤炭占比下降，為較低能源需求情景。 3 仿真結果及分析 3.1 模型一致性檢驗參照文獻中對系統動力學模型的檢驗方法[16] ，本文對模型仿真行為與系統過去行為的擬合程度進行了歷史檢驗。從2012-2013年的系統狀態變量的仿真值與歷史數據的比較來看(表9)，模型預測值與歷史數據的擬合程度較好，平均相對誤差都在 5%以內，滿足誤差要求[28] ，表明本文構建的印度能源需求預測模型是可行的，可以比較真實地反映實際系統。
3.2 預測結果
3.2.1 一次能源需求量情景預測結果 情景預測結果顯示(圖4)，基準情景下2035年印度一次能源需求量的預測值為 16.67 億 t 油當量。預測結果最高值是情景6，2035年一次能源需求量為30.39億t油當量。最低值是情景7，2035年一次能源需求量為 9.43億t油當量。情景2、情景3、情景4和情景5的預測值分別是24.61億、12.52億、18.21億、12.56億t 油當量。
3.2.2 煤炭需求量情景預測結果 根據能源消費結構情景設置和能源需求預測結果，基準情景下印度 2035年煤炭需求量為8.75億t油當量(圖5)，最高值為情景 6，為 16.71 億 t 油當量，最小值為情景 7，為4.71億t油當量，情景2、情景3、情景4和情景5的預測結果分別為12.92億、6.57億、9.83億、6.28億t油當量。
3.2.3 預測結果的綜合分析 根據本文的系統動力學模型，影響一次能源需求量的情景變量是人口增長、經濟發展和產業結構，其參數設置不同是導致情景預測結果差異的根本原因。情景 1 是基準情景，經濟、人口增長相對穩定，產業結構延續當前模式。情景2和情景3與基準情景的參數設置差別主要在經濟增長速度，GDP 增長率分別為 8%、5%、 6%，一次能源需求量的預測值情景2比基準情景多 7.94億t油當量，情景3相比基準情景減少了4.15億 t 油當量，反映了 GDP 增速變化對能源需求的影響。情景4和情景5與基準情景相比參數設置的差異在于產業結構的不同，情景4是弱工業化的產業結構，情景5是以服務業為主的產業結構，預測值分別為 18.21 億 t 油當量、12.56 億 t 油當量，反映了產業結構變化對能源需求的影響。與情景設定相符，情景6和情景7預測結果分別為最高值和最低值，即30.39億t油當量和9.43億t油當量。
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根據當前印度經濟、社會發展現狀和發展趨勢，在未來 20 多年人口和經濟仍然會持續增長[21] ，加強國內基礎設施建設、提高人民生活水平的訴求可能會大力發展工業，但是采取類似中國的強工業化模式又受到資源和市場的限制(尤其是出口導向的模式會有來自其他發展中國家的競爭)，因此人口中等增速、GDP中等增速、弱工業化模式的情景4 比情景6更具可能性。在和其他研究機構的預測結果(表1)對比分析后，認為情景1和情景4是較為可能的情景，能源需求預測值分別為16.67億t油當量和18.21億t油當量，本研究最終將2035年能源需求預測結果確定為(17~19)億t油當量。相應地，2035 年煤炭需求量為(9~10)億t油當量。
3.2.4 印度能源及煤炭需求增長的全球影響 當前，印度是全球第四大能源消費國和第三大煤炭生產、消費和進口國[26] 。通過預測可以看出，未來印度能源和煤炭需求會不斷增加，對全球能源消費總量、消費結構和全球能源貿易格局、能源及煤炭市場的影響力不斷加大。結合全球及主要能源消費國(中國、美國等)、煤炭消費國(中國、美國、日本等)的能源、煤炭需求預測結果[5，6] ，進一步分析發現，印度在未來20余年中可能成為全球能源消費增長最快、煤炭消費增長最快的地區，2035年將成為僅次于中國、美國的第三大能源消費國，占全球能源消費量的比例將達到10%以上;印度以煤為主的能源消費結構在未來20年很難改變，煤炭需求的持續快速增長將助推全球煤炭消費總量居高不下，推遲世界煤炭消費峰值的到來，與2010年相比，2035 年全球煤炭消費增量的50%將來源于印度，同時印度將成為僅次于中國的第二大煤炭消費國和進口國，2035年中印兩國煤炭進口量合計將達10億t左右，占全球跨區域煤炭貿易量的55%-65%，兩國在國際煤炭市場上的貿易競爭也將趨于激烈。
4 結論與討論
利用系統動力學建模和情景分析方法，本文對印度未來20年的能源和煤炭需求進行了預測，得出以下結論：
(1)印度經濟發展、人口增長、工業化將帶來能源和煤炭需求的快速增加，預計2035年印度能源和煤炭需求量分別達(17~19)億t油當量和(9~10)億t 油當量;
(2)印度產業發展模式對能源和煤炭需求有重要影響，在GDP增速、人口增速相同的情況下，弱工業化比服務業主導模式下2035年的能源和煤炭需求分別高5.65億t油當量和3.55億t油當量;
(3)預計印度2035年將成為僅次于中國、美國的第三大能源消費國，僅次于中國的第二大煤炭消費國，中印兩國在國際能源市場上的需求競爭將日趨激烈。——論文作者：呂 濤1 ，張美珍1 ，雷 強2
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