张洪潮等:中国煤炭消费需求波动规律及成因分析 在经济全球化背景下,随着我国工业化进程的日益深 化,我国煤炭消费需求及其波动受到越来越多因素的直接 或间接影响,而且这些因素往往具有复杂非线性和时变 占能源消费比重的乘积来计算获取,年度尺度的经济增长 数据利用年度GDP和年度GDP增长率的数据来代替, 1980年一2011年的数据来自《中国能源统计年鉴 性,使得煤炭消费需求的测度与分析面临极大的困 2012)[3o1,2012年的数据来源于中国人民共和国国家统计 难 。从时间序列理论来看,很多社会经济问题都受 到这样几个因素的影响 ” :趋势因素、季节因素、周期 因素和不规则因素。由于研究理论和技术条件的,趋 势影响因素只能在整体上做一定的粗放型测度,不规则因 素和季节因素对煤炭消费需求客观发展趋势的影响又常 常被其他因素所掩盖,周期影响因素也只能通过计量经济 理论做较简单的模型分析处理,这给当前经济发展水平和 所处环境状态的准确测度带来相当的困难。考虑上述问 题,本文拟采用长期趋势回归分析方法,辅助BP滤波法和 季节性调整等方法,对中国煤炭消费需求的波动规律进行 测度和分析。 在煤炭消费需求的波动规律研究中,长期趋势回归分 析方法 可以有效的分析中国煤炭消费需求趋势性和 周期性的长期规律性变化特征,构建较为有效的时间序列 骨架,准确刻画中国煤炭消费需求的运动轨迹,便于从整 体上对煤炭消费需求做全面的了解和趋势性的分析。另 外,基于时间序列的波动规律一般都由不同频率的谐波叠 加而成,这就需要从频率域来分析时间序列的结构特征, BP滤波法 对于解决这一问题具有较好的效果。而季 节性调整方法 是把波动规律中的长期趋势因子、季 节性影响因子、周期性因子和不规则影响因子,以乘积的 形式来表达煤炭消费需求的整个波动规律。通过逐步分 解并去除乘积的其他因素,最后以季节性因素为主,对中 国煤炭消费需求波动规律做深一层次的分析说明,探寻中 国煤炭消费需求的季节性影响和波动特征。 2中国煤炭消费需求波动规律分析 2.1指标确定和数据来源 煤炭消费需求是一个复杂的非线性社会系统,不仅受 到煤炭生产和供应的影响,还受到社会经济发展水平等很 多因素的影响 。综合考虑指标分析的科学性、数据的 可获取性、完整性及权威性,本文拟选用煤炭消费量来代 表煤炭消费需求。另外,由于需要搜集的煤炭消费需求数 据时间跨度较长,月度尺度的数据统计不完备等诸多因 素,本文将对建国以来的年度煤炭消费数据进行波动规律 的整体性和长期性分析,对2006年以来的月度煤炭消费 数据特征进行周期性挖掘和处理。 年度尺度的煤炭消费需求数据的获取,考虑统计口 径、权威性、时效性、可获取性等因素,主要以统计年鉴为 准。其中,煤炭消费量数据通过能源消费总量与煤炭消费 局网站(http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/),1953年一 1979年的数据来源于《新中国六十年统计资料汇编》 。 月度尺度的煤炭消费需求数据的获取,考虑统计口 径、数据的可获取性、权威性等因素,利用煤炭生产量来代 替,并通过当期的煤炭进出口量和平衡表来辅助调整,这 样一来就能获取较为真实的煤炭消费量数据,且不影响对 煤炭消费需求的波动规律的把握。2006年1月到2013年 5月的相关数据,均来自于中华人民共和国国家统计局网 站(http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/),部分缺失通过线 性拟合的直线方程计算,或通过统计年鉴的年度数据来加 减计算而得。月度尺度的电力行业、建筑行业、钢材行业 等相关数据也是通过相同的方法获取得到。 2.2煤炭消费需求年度波动规律测度与分析 2.2.1总量变化规律分析 新中国成立以来,我国的煤炭消费需求发生了重大变 化,特别是从改革开放开始,煤炭消费需求更是持续攀升。 1953年煤炭消费量仅为0.510 2亿t左右,1979年煤炭消 费量增加到4.18亿t,2012年煤炭消费量就已经高达 25.04亿t,平均年增长率高达6.82%。具体的煤炭消费 量和年增长率见图1所示。 曼g 粤营 舳∞∞加0 却枷 ^ v悱半磐 u ■ 亭0 【1 焦Year 图1 1953—2012中国煤炭消费量及增长率变化情况 Fig.1 1953—2012 Chinese coal consumption and growth rate changes 从图1可以看出,1953—2012年,中国煤炭消费量整 体呈现上升的趋势。1957—1960年期间中国煤炭消费量 出现严重度波动下降的趋势,下降幅度达到30%左右。 改革开放之后,中国煤炭消费量基本保持稳定的波动增长 趋势。1996—1998年期间,再次经历小幅波动,2001年开 始中国煤炭消费量急速攀升,到2012年中国煤炭消费量 突破25亿t。 .95. 2.2.2长期趋势性分析 要对中国煤炭消费需求规律进行准确的刻画和描述, 必须严格剔除原始数据中非平稳性的数据,去除不确定性 因素的影响和可能产生的随机变量影响。因此,需要对原 始数据进行预处理,将其变为更能准确刻画煤炭消费规律 的时间序列。 欲求取平稳可靠的时间序列,需要以中国煤炭消费需 求数据为基础,建立趋势回归方程,利用SPSS软件,以误 差最小为原则,结合趋势线与实际经济解释量的吻合度, 择优选择拟合模型。选择线性模型、复合曲线模型、生长 曲线模型和幂函数模型,结合中国煤炭消费需求原始数据 进行拟合,得到的统计分析结果见表1所示。 表1 几种趋势方程统计分析结果 Tab.1 Statistical analysis of the results of several trends equation 在上表中,用于模拟的线性模型为Y =b。+b t;复合 模型为Y :bo+b。t+b2t ;生长模型为Y =e “ ;幂函数模 型为Y =bot 。根据表1各函数的统计特征及表达方式, 结合中国煤炭消费需求的长期波动趋势和规律,以各年数 据变化尽量落在趋势线上为原则,认为幂函数曲线对拟合 中国煤炭消费波动规律的变化趋势具有较好效果,因此选 用幂函数模型作为回归趋势模型。经过拟合,得出幂函数 模型的系数分别是b =2.296 5,b,=0.552 2。趋势方程 为Y =2.296 5×t ”,拟合图如图2所示。 2.2.3 BP法滤波结果分析 运用BP滤波法对我国年度尺度的煤炭消费需求量数 据进行分析,探寻中国煤炭消费需求的波动规律,最重要 的是确定波动周期的截断点及上下限。首先,初步估计煤 炭消费需求量周期的上下限时间,保证这一区间内的数据 能够顺利通过并进行分析,而不再这一区间的数据自动过 滤,不进入分析环节,保证了分析的可靠性和科学性。其 次,还需要明确截断点K。在既有的研究中,不少人对于 BP滤波分析中K的取值有一定的总结,也受到学者们的 认同。本文根据Baxter 等人的观点,在对时间序列数据 .96・ 中国人口・资源与环境2014年第l期 图2煤炭消费量幂函数模型长期趋势拟合图 Fig.2 Coal consumption power function model fitting chaa long—term trends 进行分析时,取P:6,q:32,其中分析季度数据时,k取值 为l2,分析年度数据时,k取值为3。另外,国内学者林伯 强 ” 等人通过研究发现,GDP是引导煤炭消费需求的 最主要原因,其增长方式与GDP增长方式基本一致。因 此,综合国内外学者对我国经济增长波动规律的研究成 果 。 ,经过多次反复试验与分析,最终设定三种不同的 取值方式。各种模拟结果如图3所示。 羔g 昱 嘲 粪8 证Year 图3 中国煤炭消费量在不同参数下的BP滤波波动情况 Fig.3 Chinese coal consumption under different parameters of BP filtering fluctuations 从图3可以看出,中国煤炭消费量在不同参数条件下 的BP滤波波动情况基本一致,选用不同的参数对煤炭消 费量波动曲线进行BP滤波处理,基本没有差别。从 1953—2012年,中国煤炭消费波动曲线共经历了10次完 整的周期性波动,波动周期4—7年。但由于从1953— 1978年间,煤炭消费波动幅度较大,且不具有稳定性和规 律性,因此分析从1979—2012年间,中国煤炭消费需求波 动曲线共经历了5次完整的周期性波动,平均波动周期在 3—6年之间。 2.3煤炭消费季节变动规律与分析 2.3.1 月度尺度的总体变化规律分析 中国煤炭消费需求不仅存在着年度尺度上的变化,在 张洪潮等:中国煤炭消费需求波动规律及成因分析 月度尺度上也存在着一定的波动变化规律,而这种月度尺 度变化的煤炭消费需求波动,直接影响煤炭生产、运输及 销售。准确把握月度尺度的煤炭消费需求波动,可以对煤 炭供应链的及时、有效反应提供基础,便于各种应急及储 备决策的制定。因此,有必要对中国煤炭消费需求的季节 性波动规律进行分析。 以月度尺度为基础的中国煤炭消费需求季节性变动 规律,由于数据时间范围跨度太长,数据信息量特别大,且 部分数据统计缺失无法获取,故采用自2006年以来的中 国煤炭消费量月度尺度统计数据进行统计分析。统计结 果见图4。 襄善 篮Year 图4 2008—2013中国煤炭消费量月度尺度波动曲线 Fig.4 2008—2013 Chinese coal consumption monthly seale fluctuation curve 从图4可以看出,以月度尺度为基础的各年煤炭消费 量变化规律基本一致,且呈现基本按月递增的波动变化方 式。从具体的波形来看,1、2月份是每年的最低谷,10、11 月份是每年的最高峰,期间,在6—9月会有小幅波动调 整,波动周期在3—6月之间。说明,每年的春秋季节是用 煤的低潮期,而每年的夏冬季节是用煤的高峰期。 2.3.2季节性调整的波动分析 要对中国煤炭消费需求规律进行准确的刻画和描述, 必须严格剔除原始数据中非平稳性的数据,去除不确定性 因素的影响和可能产生的随机变量影响。因此,需要对以 月度尺度为基础的原始数据进行季节性调整处理,将其变 为更能准确刻画煤炭消费规律的时间序列。 根据中国煤炭消费需求变化的特征和本文的需要,基 于时间序列的季节性调整技术,可以用四个部分的乘积来 表示,即: Y =T×S×C×, (1) 式中:Y 代表煤炭消费需求量,s代表季节变动值,c 代表周期性变动值,I代表非稳定性变动值。季节调整的 目的是消除季节变动因素s,从而均化季节性变动特征, 进一步分析煤炭消费需求的季节性变动特点。对公式 (1)做变换,两边同除以T×C后得到如下式子: S×,=T×S×C ×,/ (2) 式中:T×C可以根据中国煤炭消费需求长期趋势方 程Y =2.296 5×f 计算得出的趋势值。S =y/y 表示 剔除趋势值之后只包含随机性和季节性的时间序列,其中 S :y/y 。为了消除不稳定性的影响因素I,可以通过对s 进行平均,得到可以直接使用的季节性指数5 。 将统计得到的月度尺度数据以相同月份为组划分,计 算统计年限内每一个月的煤炭消费需求平均值。计算公 式(3)如下: 1 S I (5ll+s21+S3l+..…+s61) 1 S 2:T(sl2+S22+S32+……+s62) 1 S = (sm+s2 2+sm+..…+s6・:) (3) 根据上面12个式子计算得出的平均数S…即是中国 煤炭消费需求的季节性值,由于季节性等因素的影响,一 般情况下其和接近于12,但不等于12。此时,需要对这一 值进行修正,以达到季节性因素的最小影响。修正系数用 k代表,计算修正系数k的方法为: 1' k= (4) s 。根据上式修正后的系数可以表示为: =S ×k (5) 根据公式(3)、(4)、(5),计算得出中国煤炭消费需求 季节性指数,修正系数为0.983 104。详情如表5所示。 从表5可以看出,修正之前,季节性指数之和为……, 修正后的季节性指数之后等于12,且每个值都在1附近。 其中,当 <1时,煤炭消费需求处于淡季,低于月度平均 表2修正系数对照表 Tab.2 Correction factor table ・97・ 图5煤炭消费量季节指数走势 Fig.5 Coal consumption trend seasonal index 消费需求水平;当 >l时,煤炭消费需求处于旺季,高于 月度平均消费需求水平。 将调整后的季节性指数 绘制成曲线图,如图5所示。 从图5可以看出,季节性指数在1—3、7—9月小于1, 其中最小值是1月的0.912 4;4—6、10—12月的季节指数 大于1,其中最大的是11月的1.056 4。从季节指数曲线 可以得知,煤炭消费量从1月开始会逐渐上升,到6月份 开始逐渐下调,10月开始再次上涨。 3 中国煤炭消费需求波动规律成因分析 煤炭产业需求系统是一个复杂的社会系统,单从煤炭 产业链的供需关系来看,影响中国煤炭消费需求的关系非 常多,不仅包括宏观层面的社会经济水平、国家能源 等因素影响以外,还受到中观层面的产业结构变化和微观 的企业生产成本等众多因素的影响。本文单从影响中国 煤炭消费需求波动规律的角度出发,分析影响煤炭消费需 求波动的主要原因,探寻煤炭消费需求影响的内在规律。 3.1 煤炭消费需求与经济增长波动规律相协调 煤炭消费是工业发展的主要驱动力之一,在整个经济 发展中占据着重要地位,同时,煤炭产业的发展也受到经 济发展的影响。自新中国成立以来,经济发展从1953年 的824.2亿元增长到2012年的519 322,平均增长速度为 11.544 3%;煤炭消费需求量从1953年的0.510 24L t增加 到2012年的25.041 3亿t,平均增长速度为6.82%。从 整体上看,煤炭消费需求是跟随经济的增长而发展的。 从1949年到2013年的60年发展历程,经济增长与 煤炭消费需求都经历了多个周期性的波动式发展,二者是 否存在必然的联系?由于1949—1979的经济发展数据受 到多重因素的影响,考虑数据分析的科学性和权威性,根 据统计年鉴搜集改革开放以后,1980—2012经济增长和煤 炭消费需求的统计数据,利用关联对比的方式,绘制成图 6。 ・98・ 中国人口・资源与环境2014年第1期 鼍 褂§ 娄 图6 GDP与煤炭消费量的关联走势曲线 Fig.6 GDP associated with coal consumption trend curve 从图6可以看出,GDP增长曲线与煤炭消费量增长曲 线波动规律基本一致,经历相同的波峰和波谷,具有较强 的一致性。另外,利用关联度计算方法对二者进行计算, 得出二者的关联度系数为0.821 4,说明白改革开放以来, 中国的煤炭消费需求与经济增长呈现强相关性,二者的趋 势变化受到相互较强的影响。从1980—2004年期间,二 者的波动规律几乎完全一致;2005—2010年期间,煤炭消 费量增长率发生较大变化,但之后调整至与GDP增长相 邻位置,之后再次保持一致。说明,煤炭消费量的增长变 化围绕GDP的增长变化适时变动,煤炭消费量需求受到 经济增长的影响,且关系紧密。 3.2煤炭消费需求波动与宏观关系紧密 中国是能源生产和消费大国,煤炭作为现阶段我国最 主要的能源消费方式,直接影响着国民经济的发展。中国 自改革开放以来,经济发展持续增长,特别是加入WTO以 后,经济增速更是节节攀高,但是相应的基础设施建设还 相对比较落后。因此,制定与这种粗放型经济发展方式相 适应的宏观经济,势在必行。这对煤炭消费需求的长 期波动规律,也势必产生直接的影响。2001—2007年,中 国在宏观的鼓励下,煤炭消费需求逐渐攀升,大大促 进了国民经济大发展;2008—2010年间,由于全球金融危 机,调整了相应的国民经济发展策略,提出稳定增长 和适度宽松的,控制由于经济增长过快产生的基础设 施问题,煤炭消费需求增速也随之放缓。根据国家 先后下发的《十一五规划煤炭产业》、《十二五规划煤炭产 业》文件精神,不难看出,宏观在煤炭产业的发展方 式、增长速度和变化规律等方面起着决定性的作用,间接 地影响到了煤炭消费需求量的年度或长期波动变化规律。 3.3煤炭消费需求受电力等主要耗煤行业季节性生产变 化规律影响明显 煤炭消费需求受经济增长波动规律的影响,主要体现 在以年度尺度为基础的时间序列上,而以月度尺度为基础 张洪潮等:中国煤炭消费需求波动规律及成因分析 的煤炭消费需求波动规律则主要受到电力等高耗能行业 季节性生产变化的影响。电力、冶金、建材和化工等几大 耗能产业占煤炭总消费量的80%以上,其中以电力行业 耗能最大,占总耗能的40%一60%。而市场对电力、建材 等行业产品的需求都在一定程度上受到季节性的影响,致 使行业生产和生产所需要的煤炭消费量也产生了季节性 的波动需求。为了更清晰的认识煤炭消费需求受电力等 主要耗煤行业季节性波动影响,根据统计年鉴获取相关数 据,绘制煤炭消费需求与主要耗煤行业的波动趋势图(图 7) 图7月度煤炭消费量与主要耗煤行业生产量变化曲线 Fig.7 Monthly consumption 0f coal and coal industry produced major change curve 根据图7所示,从时间上可以看出,2011年与2012年 的各曲线走势规律基本一致;从行业曲线上可以看出,在 各月的生产量变化中,电力、钢材、水泥等高耗煤行业的产 量与煤炭消费量变化的波动规律基本一致,呈现较高相关 性。说明,在月度尺度的煤炭消费需求波动变化规律中, 煤炭消费量主要受到电力等高煤耗行业的影响。 3.4煤炭消费需求波动受其他相关水平变化的影响 能源消费作为推动经济发展的重要驱动力,在各国经 济活动中占据着重要地位。煤炭作为主要的能源消耗方 式,煤炭消费需求周期性波动规律的变化不仅受到、 经济和主要耗能行业的影响,还受到国际能源价格波动、 消费水平、外贸出口等很多因素的影响。现阶段,新能源 的开发利用虽然取得了一定的成果,但是以煤炭和石油为 主的能源消费方式并没有得到改变。我国是资源大国,但 并不是资源强国,人均占有能源数量极少,每年需要靠大 量的能源进口来保障国民经济的正常运行和增长。因此, 国际能源价格的波动就会直接间接的对国内煤炭消费需 求的季节性波动规律产生影响。另外,消费水平在一定程 度上反映了一个国家的工业发展程度和经济发展状况,反 映中国外贸水平的进出口贸易等很多因素,都会在一定程 度上对煤炭消费需求的年度和月度尺度的波动规律产生 影响。 4结论 煤炭是中国最主要的能源,在现有的国民经济发展所 需能源消耗中,占据着极为重要的地位。本文利用趋势回 归法分析了中国煤炭消费需求的长期趋势,并借助于BP 滤波法、季节性调整等方法,对我国煤炭消费需求的波动 规律进行了更进一步的分析。 通过分析发现:①自新中国成立以来,中国煤炭消费 需求经历了多次周期性波动变化,特别是自改革开放以 来,中国煤炭消费需求先后经历了大小不同的5次完整的 波峰波谷,由不同的长期波动和短期波动共同形成,平均 长期波动周期在4—6年之间,短期波动在3—5月之间; ②同时,通过对中国煤炭消费需求的成因进行分析,发现 经济增长和宏观对煤炭消费需求的长期波动规律存 在重要的影响;③电力等主要耗煤行业及国际能源价格、 进出口贸易等因素对中国煤炭消费需求的短期波动规律 有着直接的影响;④对我国煤炭消费需求波动规律及成因 的研究,为预测未来时间的煤炭需求变化趋势、把握关键 影响因素和构建稳定的煤炭产业链供销系统,提供了参考 思路和方法;⑤通过本文的研究和方法的成功应用,可以 将本文的研究方法与手段,延伸到类似的社会经济活动研 究中。 本文的研究仅限于对中国煤炭消费需求的波动规律 及成因进行分析,没有进一步对煤炭消费需求的长短期消 费需求进行预测,或者根据波动规律提出切实可行的煤炭 产业发展建议;另外,本文所做的研究是基于产业层面的 煤炭经济研究,对于直接影响市场供应关系的企业层面煤 炭供需关系尚未涉及,类似的研究可为煤炭企业的生产、 供应和销售提供直接的参考依据和供应安全决策。 (编辑:徐天祥) 参考文献(References) [1]陈正.中国煤炭需求的影响因素分析及峰值预测[J].商业经济 与管理,2011,(11):69—77.[Chen Zheng.Chinese Coal Demand Factors Analysis and Forecast Peak[J].Journal of Business Economics,2011,(11):69—77.] [2]国家发展和改革委员会.煤炭工业发展“十二五”规划[R]. 2012,3.[N ̄ional Development and Reform Commission.Coal Indust ̄Development,‘Twelfth Five Year Plan R].2013,3.] [3]刘国光.社会主义再生产问题[M].上海:三联书店,1980.[Liu Guoguang.Socialist Reproduction Problems[M].Shanghai:Joint Publishing,1980.] [4]王世军,王晓萍.人民币汇率波动规律的实证分析[J].数量经济 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Key words coal consumption;fluctuation pattern;demand curve;eauses