一种基于社会经济数据的碳排放中长期预测方法

1.本发明涉及碳排放预测技术领域，具体涉及一种基于社会经济数据的碳排放中长期预测方法。


背景技术：

2.在绿色经济的发展框架下，气候持续变暖逐渐成为引起各国关注的热点问题。追溯气候变暖的根源，有气候变化周期的影响，但更大程度上根植于以二氧化碳(co2)为代表的温室气体的大量排放。在co2的排放源中，人类生产与生活尤其是工业化程度的加深占据了重要地位。
3.由于碳排放量的预测要结合已有的排放情况，碳排放量的预测方法的合理选择成为了关键问题。但是已有的对碳排放量的预测方法的研究相对较少，尤其是缺少对能源结构的预测。
4.综上所述，如何提供一种能够合理预测碳排放量的方法，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供了一种基于社会经济数据的碳排放中长期预测方法。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：
7.本发明涉及一种基于社会经济数据的碳排放中长期预测方法，包括以下步骤：
8.(1)一次能源需求预测：通过模拟以前年度的一次能源消费与实际gdp、产业结构、工业能源强度的相关关系，根据政策规划和历史发展趋势，先预测未来实际gdp、产业结构、工业能源强度的数值，再根据模拟到的相关关系预测未来年度一次能源消费量；
9.(2)能源结构预测：根据以前年度的煤、石油、天然气以及水、风、光、核能源消费结构，运用马尔科夫预测法，并结合相关政策，确定未来关键节点年度能源结构，从而推算出未来各年的能源结构；结合步骤(1) 计算的一次能源消费量，得到未来煤、石油、天然气以及水、风、光、核能源消费量；
10.(3)运用二氧化碳配方估算系数计算二氧化碳排放量；
11.(4)碳排放量预测：结合二氧化碳排放系数以及步骤(2)计算得到的煤、石油、天然气以及水、风、光、核及其他的能源消费量预测未来年度碳排放量。
12.优选地，所述碳排放量预测计算公式为：
13.二氧化碳排放量co2＝2.763*coal+2.145*oil+1.642*gas
14.其中，coal为煤炭消费量，oil为石油消费量，gas为天然气消费量，各能源对应的二氧化碳排放估算系数见表1。
15.表1
16.能源二氧化碳排放系数(千克/千克标准煤)煤炭2.763
石油2.145天然气1.642水、风、光、核及其他0
17.优选地，所述一次能源消费量的获取方法，包括以下步骤：
18.(1)以前年度一次能源消费为被解释变量，以实际gdp、产业结构、工业能源强度为解释变量，建立如下模型：
19.ln resource
t
＝α0ln gdp
t
+α1ln structure2
t
+α2ln industry
t
+ε
t
20.其中，lnresource
t
为一次能源需求的对数，lngdp
t
为实际gdp的对数， lnstructure2
t
为产业结构的对数，lnindustry
t
为工业能源强度的对数，ε
t
为扰动项；a0为gdp的变化率对一次能源变化率的响应系数；a1为产业结构的变化率对一次能源变化率的响应系数；a2为工业能源强度的变化率对一次能源变化率的响应系数。
21.(2)基于拟合的回归结果，根据预测的未来年度的实际gdp、产业结构和工业能源强度，得到未来年度的一次能源消费量的需求；
22.其中，未来年度的实际gdp、产业结构和工业能源强度预测方法可以通过国家具体规划及发展趋势进行预测，各指标说明及数据来源见表2所示。
23.表2
24.指标名称符号数据说明一次能源需求resource各种能源消费量转换为吨标准煤加总得到实际gdpgdp以固定年为不变价平减产业结构structure2以固定年为不变价的第二产业增加值比总增加值工业能源强度industry以工业能源消费比工业增加值得到工业能源强度
25.优选地，所述未来各年的能源结构的获取方法，方法以下步骤：
26.运用马尔可夫预测法推测未来年度煤炭、石油、天然气以及水、风、光、核及其他的能源结构，使结果更具可靠性。马尔科夫预测法原理如下：
27.马尔科夫预测法是应用随机过程中马尔科夫链的理论和方法研究经济现象未来发展变化及对其进行预测的方法。马尔科夫预测的基本模型为s(n+t)＝s(n)*p
t
，其中，s(n)为第n期煤炭、石油、天然气以及水、风、光、核及其他的能源结构，p为s(n)到s(n+t)的转移概率矩阵。
28.马尔科夫转移概率矩阵的建立遵循以下几个步骤：以煤炭为例：
[0029][0030]
①
计算保留概率元素值。保留概率元素为主对角线元素，表示能源结构保持原有份额的概率。当某指标结构从n时刻转移到n+t时刻，其中一种能源份额增加，则该能源的保留概率为1，反之为n时刻份额与n+t时刻的份额之比。
[0031]
当s(n+t)≥s(n)p1→1(n)＝1；
[0032]
当s(n+t)＜s(n)
[0033]
②
保留概率为1的元素所在行的其他转移概率元素为0。因为若某行的保留概率为
1，那么某指标的该能源份额增加或不变，故不存在向其他能源的转移。
[0034][0035]
③
保留概率小于1的元素所在列的其他转移概率元素为0。因为若该列的保留概率小于1，说明某指标该能源的份额减少，不可能从其他能源吸收。
[0036][0037]
④
保留概率小于1的元素所在行的非零转移概率元素值为
[0038][0039]
由此，根据以前年度的煤、石油、天然气以及水、风、光、核及其他的能源消费量及未来年度的关键时间节点的国家政策规划，可以推测出以后年度的能源结构。
[0040]
本发明具有以下优点：
[0041]
本发明是提供一种基于社会经济数据的碳排放中长期预测方法，通过预测未来年度一次能源消费量和能源结构，结合碳排放估计系数，得到未来年度的碳排放量。
附图说明
[0042]
图1是本发明所涉及的基于社会经济数据的碳排放中长期预测方法的步骤流程图。
具体实施方式
[0043]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，以下的实施实例只是对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。
[0044]
实施例
[0045]
本实施例涉及一种基于社会经济数据的碳排放中长期预测方法，见图1 所示，包括以下步骤：
[0046]
(1)一次能源需求预测：通过模拟以前年度的一次能源消费与实际gdp、产业结构、工业能源强度的相关关系，根据政策规划和历史发展趋势，先预测未来实际gdp、产业结构、工业能源强度的数值，再根据模拟到的相关关系预测未来年度一次能源消费量；
[0047]
(2)能源结构预测：根据以前年度的煤、石油、天然气以及水、风、光、核能源消费结构，运用马尔科夫预测法，并结合相关政策，确定未来关键节点年度能源结构，从而推算出未来各年的能源结构；结合步骤(1) 计算的一次能源消费量，得到未来煤、石油、天然气以及水、风、光、核能源消费量；
[0048]
(3)运用二氧化碳配方估算系数计算二氧化碳排放量；
[0049]
(4)碳排放量预测：结合二氧化碳排放系数以及步骤(2)计算得到的煤、石油、天然气以及水、风、光、核及其他的能源消费量预测未来年度碳排放量。
[0050]
所述碳排放量预测计算公式为：
[0051]
二氧化碳排放量co2＝2.763*coal+2.145*oil+1.642*gas
[0052]
其中，coal为煤炭消费量，oil为石油消费量，gas为天然气消费量，各能源对应的二氧化碳排放估算系数见表1。
[0053]
优选地，所述一次能源消费量的获取方法，包括以下步骤：
[0054]
(1)以前年度一次能源消费为被解释变量，以实际gdp、产业结构、工业能源强度为解释变量，建立如下模型：
[0055]
in resource
t
＝α0ln gdp
t
+α1ln structure2
t
+α2ln industry
t
+ε
t
[0056]
其中，lnresource
t
为一次能源需求的对数，lngdp
t
为实际gdp的对数， lnstructure2
t
为产业结构的对数，lnindustry
t
为工业能源强度的对数，ε
t
为扰动项；a0为gdp的变化率对一次能源变化率的响应系数；a1为产业结构的变化率对一次能源变化率的响应系数；a2为工业能源强度的变化率对一次能源变化率的响应系数。
[0057]
(2)基于拟合的回归结果，根据预测的未来年度的实际gdp、产业结构和工业能源强度，得到未来年度的一次能源消费量的需求；
[0058]
其中，未来年度的实际gdp、产业结构和工业能源强度预测方法可以通过国家具体规划及发展趋势进行预测，各指标说明及数据来源见表2所示。
[0059]
所述未来各年的能源结构的获取方法，方法以下步骤：
[0060]
运用马尔可夫预测法推测未来年度煤炭、石油、天然气以及水、风、光、核及其他的能源结构，使结果更具可靠性。马尔科夫预测法原理如下：
[0061]
马尔科夫预测法是应用随机过程中马尔科夫链的理论和方法研究经济现象未来发展变化及对其进行预测的方法。马尔科夫预测的基本模型为 s(n+t)＝s(n)*p
t
，其中，s(n)为第n期煤炭、石油、天然气以及水、风、光、核及其他的能源结构，p为s(n)到s(n+t)的转移概率矩阵。
[0062]
马尔科夫转移概率矩阵的建立遵循以下几个步骤：以煤炭为例：
[0063][0064]
①
计算保留概率元素值。保留概率元素为主对角线元素，表示能源结构保持原有份额的概率。当某指标结构从n时刻转移到n+t时刻，其中一种能源份额增加，则该能源的保留概率为1，反之为n时刻份额与n+t时刻的份额之比。
[0065]
当s(n+t)≥s(n)p1→1(n)＝1；
[0066]
当s(n+t)＜s(n)
[0067]
②
保留概率为1的元素所在行的其他转移概率元素为0。因为若某行的保留概率为1，那么某指标的该能源份额增加或不变，故不存在向其他能源的转移。
[0068][0069]
③
保留概率小于1的元素所在列的其他转移概率元素为0。因为若该列的保留概率小于1，说明某指标该能源的份额减少，不可能从其他能源吸收。
[0070][0071]
④
保留概率小于1的元素所在行的非零转移概率元素值为
[0072][0073]
由此，根据以前年度的煤、石油、天然气以及水、风、光、核及其他的能源消费量及
未来年度的关键时间节点的国家政策规划，可以推测出以后年度的能源结构。
[0074]
本发明是提供一种基于社会经济数据的碳排放中长期预测方法，通过预测未来年度一次能源消费量和能源结构，结合碳排放估计系数，得到未来年度的碳排放量。
[0075]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。

技术特征：
1.一种基于社会经济数据的碳排放中长期预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)一次能源需求预测：通过模拟以前年度的一次能源消费与实际gdp、产业结构、工业能源强度的相关关系，先预测未来实际gdp、产业结构、工业能源强度的数值，再根据模拟到的相关关系预测未来年度一次能源消费量；(2)能源结构预测：根据以前年度的煤、石油、天然气以及水、风、光、核能源消费结构，运用马尔科夫预测法，确定未来关键节点年度能源结构，从而推算出未来各年的能源结构；结合步骤(1)计算的一次能源消费量，得到未来煤、石油、天然气以及水、风、光、核能源消费量；(3)运用二氧化碳配方估算系数计算二氧化碳排放量；(4)碳排放量预测：结合二氧化碳排放系数以及步骤(2)计算得到的煤、石油、天然气以及水、风、光、核能源消费量预测未来年度碳排放量。2.如权利要求1所述的一种基于社会经济数据的碳排放中长期预测方法，其特征在于，所述碳排放量预测计算公式为：二氧化碳排放量c02＝2.763*coal+2.145*oil+1.642*gas其中，coal为煤炭消费量，oil为石油消费量，gas为天然气消费量。3.如权利要求1所述的一种基于社会经济数据的碳排放中长期预测方法，其特征在于，所述一次能源消费量的获取方法，包括以下步骤：(1)以前年度一次能源消费为被解释变量，以实际gdp、产业结构、工业能源强度为解释变量，建立如下模型：lnresource
t
＝α0lngdp
t
+α1lnstructure2
t
+α2lnindustryt+ε
t
其中，lnresource
t
为一次能源需求的对数，lngdp
t
为实际gdp的对数，lnstructure2
t
为产业结构的对数，lnindustry
t
为工业能源强度的对数，ε
t
为扰动项，a0为gdp的变化率对一次能源变化率的响应系数；a1为产业结构的变化率对一次能源变化率的响应系数；a2为工业能源强度的变化率对一次能源变化率的响应系数；(2)基于拟合的回归结果，根据预测的未来年度的实际gdp、产业结构和工业能源强度，得到未来年度的一次能源消费量的需求；其中，未来年度的实际gdp、产业结构和工业能源强度预测方法可以通过国家具体规划及发展趋势进行预测。4.如权利要求1所述的一种基于社会经济数据的碳排放中长期预测方法，其特征在于，所述未来各年的能源结构的获取方法具体为：运用马尔可夫预测法推测未来年度煤炭、石油、天然气以及水、风、光、核能源结构；其中，马尔科夫预测法原理如下：马尔科夫预测的基本模型为s(n+t)＝s(n)*p
t
；其中，s(n)为第n期煤炭、石油、天然气以及水、风、光、核能源结构，p为s(n)到s(n+t)的转移概率矩阵；马尔科夫转移概率矩阵的建立遵循以下几个步骤：以煤炭为例：
①
计算保留概率元素值，保留概率元素为主对角线元素，表示能源结构保持原有份额的概率；当某指标结构从n时刻转移到n+t时刻，其中一种能源份额增加，则该能源的保留概率为1，反之为n时刻份额与n+t时刻的份额之比；当s(n+t)≥s(n)p1→1(n)＝1；当s(n+t)＜s(n)
②
保留概率为1的元素所在行的其他转移概率元素为0，若某行的保留概率为1，那么某指标的该能源份额增加或不变，故不存在向其他能源的转移；p1→3(n)＝0；
③
保留概率小于1的元素所在列的其他转移概率元素为0，若该列的保留概率小于1，说明某指标该能源的份额减少，不可能从其他能源吸收；p3→1(n)＝0；
④
保留概率小于1的元素所在行的非零转移概率元素值为由此，根据以前年度的煤、石油、天然气以及水、风、光、核能源消费量及未来年度的关键时间节点的国家政策规划，推测出以后各年度的能源结构。

技术总结
本发明提供了一种基于社会经济数据的碳排放中长期预测方法；包括：(1)一次能源需求预测：通过模拟以前年度的一次能源消费与实际GDP、产业结构、工业能源强度的相关关系，先预测未来能源强度的数值，再根据模拟到的相关关系预测未来年度一次能源消费量；(2)能源结构预测：根据以前年度各能源消费结构，用马尔科夫预测法，推算出未来各年的能源结构；得到未来各能源消费量；(3)运用二氧化碳配方估算系数计算二氧化碳排放量；(4)碳排放量预测：结合二氧化碳排放系数及能源消费量预测未来年度碳排放量。本发明通过预测未来年度一次能源消费量和能源结构，结合碳排放估计系数，得到未来年度的碳排放量。来年度的碳排放量。来年度的碳排放量。


技术研发人员：李江龙 刘泓汛 韩蓉 陈飞 周林 陈佳玺 杨恺 孟观飞 杨秀汪
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/8