发布时间：2022-04-11所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘 要：随着印度能源和煤炭需求的增加，中印两国的能源竞争将日趋激烈，正确预测印度能源和煤炭需求增长趋势对于中国国际能源战略制定具有非常重要的意义。综合印度社会、经济、产业结构等因素对一次能源需求量的影响和经济、社会发展实际，构建了能源需求预测的7种情
摘 要：随着印度能源和煤炭需求的增加，中印两国的能源竞争将日趋激烈，正确预测印度能源和煤炭需求增长趋势对于中国国际能源战略制定具有非常重要的意义。综合印度社会、经济、产业结构等因素对一次能源需求量的影响和经济、社会发展实际，构建了能源需求预测的7种情景，利用系统动力学模型预测了不同情境下的能源及煤炭需求量。根据印度经济、社会、能源、煤炭工业发展现状和趋势，考虑印度工业化需求、工业化基础、工业化的资源限制和市场限制，结合其他能源研究机构的预测结果，认为人口中增速、GDP中增速和当前产业结构模式的情景1与人口中增速、GDP中增速和弱工业化模式的情景4是较为可能的情景，根据这一判断，最终预测结果确定为：2035年能源需求量约(17~19)亿t油当量，煤炭需求量约(9~10)亿t油当量。至2035年的20多年里，印度可能成为全球能源消费增长最快和煤炭消费增长最快的地区。
关键词：系统动力学;能源需求预测;煤炭需求预测;情景分析;印度
1 引言
印度作为全球第二大人口超过10亿的新兴经济体1)，近年来经济发展迅速，能源需求不断增加。根据BP统计数据[1] ，印度能源消费总量由1965年的 0.53亿t油当量增加到2013年的5.95亿t油当量，成为全球第四大能源消费国。其中，煤炭消费总量占能源消费总量的50%以上。除了煤炭资源外，印度石油、天然气等能源资源较为短缺，能源需求的增加也带来进口量的增加和能源自给率的下降。在 20世纪80年代以前，印度一直保持着100%的煤炭自给水平，2013年煤炭自给率下降到70.54%，净调入量从1981年的0.003亿t油当量上升到了2013年的 0.96 亿 t 油当量，2013 年原油的自给率仅为 23.94%，天然气的自给率为65.46%。
中印两国能源发展格局类似，皆具有能源消费和进口量大、能源结构以煤为主的特点。印度能源和煤炭需求的快速增加对中国的能源保障带来了更大的挑战，将使中印两国在国际能源市场上的竞争日益激烈。研究和预测印度能源和煤炭需求发展趋势，对于中国能源安全战略的制定、海外能源资源开发及正确看待中印能源竞争和合作具有重要意义。从相关研究来看，一些国际能源研究机构和学者对印度能源需求和发展趋势进行了预测[2-9] ，中国学者对印度能源发展趋势、中印能源竞争与合作的关注也在不断增加[10-12] ，存在的主要问题有：① 由于考虑的影响因素和情景设置不同，预测结果差别较大，对2035年前后印度能源需求的预测结果少则12多亿t、多则30多亿t油当量(表1)，煤炭需求预测也从 3.61 亿 t 油当量到 20.08 亿 t 油当量不等，为正确判断印度能源和煤炭需求趋势带来了困难; ②与其他新兴经济体相比，印度的工业化程度总体偏低，通过工业化提高人民生活水平、完善基础设施将是未来印度经济发展的重要战略选择，工业化模式将对其能源和煤炭需求产生重要影响，但是以工业化模式和产业结构为情景变量的预测较少;③ 中国学者对印度能源问题的研究以介绍能源发展现状为主，综合分析其能源需求影响因素进行能源需求预测的较少。
本文综合印度社会、经济、产业结构、技术进步、污染物排放等因素对印度一次能源需求量的影响及其经济、社会、能源发展实际，采用系统动力学方法建立分析模型，并设置不同情景对印度未来能源和煤炭需求进行了预测。
2 模型建构与情景设定
2.1 模型建构
能源需求是一个复杂的非线性系统，主要受经济增长、社会发展、产业结构和技术水平等因素的影响。系统动力学擅长处理周期性、长期性、数据不足及某些参数或关系难以量化的问题，长期以来在能源供给和需求预测中得到了广泛应用[13-20] 。参考这些文献，考虑能源需求与人口增长、经济增长、产业结构变化、技术进步、污染物排放之间的关系，构建了印度能源和煤炭需求预测的系统动力学因果关系模型(图1)。各影响因素对能源需求的影响机理为：经济增长在直接带动能源消费增长的同时，也会带来人均GDP的增加和人民生活水平的提高，进而增加能源消费;一般来讲，工业部门能耗强度高于农业部门和服务业，工业在三次产业中占比的增加会导致总能耗强度的增加，因此工业化会带来能源需求的快速增加;能源消费量增加会产生更多的污染物排放量，污染物排放量增加到一定程度会对能源消费产生约束和抑制作用;技术进步一方面会提高能源效率，通过降低能源强度减少一次能源消费量，另一方面技术进步会减轻能源消费的环境影响，进而减轻环境对能源消费的约束。该模型的主要反馈关系包括：
(1)能源消费→+GDP→+能源消费
(2)能源消费→+GDP→+人均GDP→+能源消费
(3)能源消费→+GDP→+科技投资→+技术进步→-能耗强度→+能源消费
(4)能源消费→+污染物排放量→-污染物排放影响因子→+能源消费
(5)GDP→+科技投资→+技术进步→-污染物排放量→-污染物排放影响因子→+能源消费→+ GDP
2.2 系统动力学流图及主要方程式
根据系统动力学流图，考虑印度经济发展、人口增长、产业结构、技术进步、环境影响等数据的可获得性，形成预测模型的系统动力学流图(图2)。根据系统动力学流图中的参数关系，本文构造了31个系统动力学方程，主要的方程式包括：
(1)新增人口(亿人)=人口总量 × 人口自然增长率(Time)
(2)人 口 总 量(亿 人)=INTEG(新 增 人 口 ， 12.019)
(3)GDP 增加值(亿美元)=GDP 总量 × GDP 增长率(Time)
(4)GDP总量(亿美元)= INTEG(GDP增加值， 13 258.4)
(5)人均GDP(美元)= GDP总量/人口总量
(6)总能耗强度(百万t油当量/亿美元)=[农业占比(Time)× 1.560+工业占比(Time)× 1.505+服务业占比(Time)× 1.462-1.449] × 技术进步节能因子
(7)一次能源消费量(百万t油当量)=人口总量 × 人均GDP × 总能耗强度 × 污染物排放影响因子
(8)煤炭消费量(百万t油当量)=一次能源消费量 × 煤炭所占比例(Time)
(9)石油消费量(百万t油当量)=一次能源消费量 × 石油所占比例(Time)
(10)天然气消费量(百万t油当量)=一次能源消费量 × 天然气所占比例(Time)
系统设定基准年为2011年，目标年为2035年，步长为 1。方程式分别为：INITIAL TIME=2011; FINAL TIME=2035;SAVEPER=TIME STEP;TIME STEP=1。其中，总能耗强度的方程是根据印度 1990- 2010年总能耗强度和三个产业增加值占GDP的比例进行多元回归得到的线性关系，检验结果如表2 所示;技术进步节能因子根据印度总能耗强度和研发投资占GDP比例的回归分析结果以及参考文献 [16]、[21]设定为常数 0.94;污染物排放影响因子根据印度十二五规划中关于环境影响的描述以及参考文献[22]设定，以表函数表示。
2.3 情景参数设定
2.3.1 人口增长速度设定 根据2010年联合国《世界人口展望》中对印度未来人口发展的情景设定[23] 以及印度本国人口的历史数据的分析，设定了三个发展方案(表3)。
2.3.2 经济发展速度设定 GDP增长率的变化直接影响经济总量，进而影响能源消费的变化。印度 “十一五”时期经济总量快速增长，年均GDP增长率约为 8%。印度《十二五规划》中对 2012 年至 2017 年经济发展速度设定为：高增速8%、中等增速6%~ 6.5%、低增速 5%~5.5%[24] 。印度能源资源研究所(The Energy and Resources Institute：TERI) 在《National Energy Map for India：Technology Vision 2030》报告中认为，印度在2004至2036年GDP增长速度最有可能为6.7%[9] 。高盛公司发表的《与BRIC 共同梦想—通往2050年之路》报告预测，2032年印度的国内生产总值年增长率约为6%。中国学者文富德在《印度经济：发展、改革与前景》一书中对印度至2050年的经济发展进行了静态和动态的预测，并对低增速(5%)、一般增速(6%)和较高增速(7%)下可能达到的经济规模做了数学推理和预测[25] 。根据作者对印度经济发展现状及趋势的分析[26] ，结合以上相关资料，将印度2012-2035年GDP年均增长率设定为三种情景：GDP高增速8%、中增速6%、低增速5%。
2.3.3 产业结构设定 分析印度60年来的产业结构的特点(如图3)，可以看出印度的产业结构由以农业为主转变为以服务业为主[27] 。农业所占比例从 1950-1951财年(印度的财年为4月1日至次年3月 31日)的53.1%下降到2010-2011财年的13.9%，服务业所占比例从 1950-1951 财年的 30.3%增加到 59.0%，工业所占比例从1950-1951财年的16.6%增加到2010-2011财年的27%。根据印度产业结构的历史变化和当前经济社会发展特点，产业结构设定为四种情景：一是强工业化情景，即出于经济增长、社会基础设施不断完善和人民生活水平提高的考虑，工业比重会逐渐升高，参照中国的工业化道路和工业占比，2035年工业占比达到46.6%(表4);二是弱工业化情景，即印度工业化发展受到资源限制、市场限制和基础设施不够完善的制约，走适度工业化道路，参考印度十二五规划、其他金砖国家(如巴西、俄罗斯、南非等)和部分工业化国家工业占比变化情况，至2035年工业占比设定为35%(表 5);三是延续当前发展模式，至2035年服务业所占比例为61.9%，工业所占比例为28.6%，农业所占比例为 9.5%，如表 6 所示;四是顺应全球产业演变规律，走以服务业为主的道路，服务业占比达到英国、美国、日本等发达国家水平，到2035年，服务业占比达到 75.5%，农业所占比例下降为 4.5%，工业所占比例下降为20%，如表7所示。
2.3.4 能源消费结构参数设定 从历史来看，煤炭一直是印度的主要能源，占能源消费的比例不断上升，从 2000-2001 财年的 50.36%增加到 2011-2012 财年的 53.45%，石油所占比例同期内从 37.45%下降到23.29%，天然气消费量所占比例从8.49%增加到13.17%。印度十二五规划预测，至2016-2017财年，煤炭、石油和天然气所占的比例分别为55.41%、26.04%和13.46%。规划认为，煤炭作为印度主要能源的地位在很长时期不会改变，至2021-2022财年煤炭消费量所占比例可能达到56.9%。结合本文设定的产业结构模式(一般来讲，工业化对煤炭的需求强度要高于服务业发展模式)，以及十二五规划中相关数据，设置了不同产业结构下的能源消费结构：强工业化模式下，2035年煤炭消费量占比增加到 55%，石油消费量占比下降为 25%，天然气消费量占比增加至 15%;弱工业化模式下，煤炭消费量占比增加到54%，石油消费量占比下降至25.5%，天然气消费量占比增加到15.5%;当前发展模式下煤炭消费占比略有下降，至 2035 年变为 52.5%，石油消费量占比下降为27.5%，天然气消费量占比增加到 15%;服务业为主的产业结构模式下，煤炭消费量占比下降至 50%，石油消费量占比下降到 25%，天然气消费量占比增加到17%。
2.4 情景设定
为了便于比较和判断印度能源和煤炭需求变化趋势，本文设定了预测的7种情景，如表8所示。情景1为基准情景，参考印度当前的发展情况，人口中等增速、GDP中等增速、延续现在的产业结构、能源消费结构中煤炭占比略有下降。情景2和情景3 主要考虑GDP增长速度的变化对能源需求量的影响，其他指标与基准情景相同，情景 2 为 GDP 高增速，情景 3 为 GDP 低增速。情景 4 和情景 5 与基准情景的差别在于产业结构的设置不同，情景4产业结构为弱工业化，情景5是以服务业为主的产业结构。情景6是人口高增速、GDP高增速、产业结构为强工业化道路、能源消费结构中煤炭占比增加，为能源需求极端高的情景。情景7与情景6的指标设置相反，为人口低增速、GDP低增速、产业结构为服务业主导、能源消费结构中煤炭占比下降，为较低能源需求情景。 3 仿真结果及分析 3.1 模型一致性检验参照文献中对系统动力学模型的检验方法[16] ，本文对模型仿真行为与系统过去行为的拟合程度进行了历史检验。从2012-2013年的系统状态变量的仿真值与历史数据的比较来看(表9)，模型预测值与历史数据的拟合程度较好，平均相对误差都在 5%以内，满足误差要求[28] ，表明本文构建的印度能源需求预测模型是可行的，可以比较真实地反映实际系统。
3.2 预测结果
3.2.1 一次能源需求量情景预测结果 情景预测结果显示(图4)，基准情景下2035年印度一次能源需求量的预测值为 16.67 亿 t 油当量。预测结果最高值是情景6，2035年一次能源需求量为30.39亿t油当量。最低值是情景7，2035年一次能源需求量为 9.43亿t油当量。情景2、情景3、情景4和情景5的预测值分别是24.61亿、12.52亿、18.21亿、12.56亿t 油当量。
3.2.2 煤炭需求量情景预测结果 根据能源消费结构情景设置和能源需求预测结果，基准情景下印度 2035年煤炭需求量为8.75亿t油当量(图5)，最高值为情景 6，为 16.71 亿 t 油当量，最小值为情景 7，为4.71亿t油当量，情景2、情景3、情景4和情景5的预测结果分别为12.92亿、6.57亿、9.83亿、6.28亿t油当量。
3.2.3 预测结果的综合分析 根据本文的系统动力学模型，影响一次能源需求量的情景变量是人口增长、经济发展和产业结构，其参数设置不同是导致情景预测结果差异的根本原因。情景 1 是基准情景，经济、人口增长相对稳定，产业结构延续当前模式。情景2和情景3与基准情景的参数设置差别主要在经济增长速度，GDP 增长率分别为 8%、5%、 6%，一次能源需求量的预测值情景2比基准情景多 7.94亿t油当量，情景3相比基准情景减少了4.15亿 t 油当量，反映了 GDP 增速变化对能源需求的影响。情景4和情景5与基准情景相比参数设置的差异在于产业结构的不同，情景4是弱工业化的产业结构，情景5是以服务业为主的产业结构，预测值分别为 18.21 亿 t 油当量、12.56 亿 t 油当量，反映了产业结构变化对能源需求的影响。与情景设定相符，情景6和情景7预测结果分别为最高值和最低值，即30.39亿t油当量和9.43亿t油当量。
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根据当前印度经济、社会发展现状和发展趋势，在未来 20 多年人口和经济仍然会持续增长[21] ，加强国内基础设施建设、提高人民生活水平的诉求可能会大力发展工业，但是采取类似中国的强工业化模式又受到资源和市场的限制(尤其是出口导向的模式会有来自其他发展中国家的竞争)，因此人口中等增速、GDP中等增速、弱工业化模式的情景4 比情景6更具可能性。在和其他研究机构的预测结果(表1)对比分析后，认为情景1和情景4是较为可能的情景，能源需求预测值分别为16.67亿t油当量和18.21亿t油当量，本研究最终将2035年能源需求预测结果确定为(17~19)亿t油当量。相应地，2035 年煤炭需求量为(9~10)亿t油当量。
3.2.4 印度能源及煤炭需求增长的全球影响 当前，印度是全球第四大能源消费国和第三大煤炭生产、消费和进口国[26] 。通过预测可以看出，未来印度能源和煤炭需求会不断增加，对全球能源消费总量、消费结构和全球能源贸易格局、能源及煤炭市场的影响力不断加大。结合全球及主要能源消费国(中国、美国等)、煤炭消费国(中国、美国、日本等)的能源、煤炭需求预测结果[5，6] ，进一步分析发现，印度在未来20余年中可能成为全球能源消费增长最快、煤炭消费增长最快的地区，2035年将成为仅次于中国、美国的第三大能源消费国，占全球能源消费量的比例将达到10%以上;印度以煤为主的能源消费结构在未来20年很难改变，煤炭需求的持续快速增长将助推全球煤炭消费总量居高不下，推迟世界煤炭消费峰值的到来，与2010年相比，2035 年全球煤炭消费增量的50%将来源于印度，同时印度将成为仅次于中国的第二大煤炭消费国和进口国，2035年中印两国煤炭进口量合计将达10亿t左右，占全球跨区域煤炭贸易量的55%-65%，两国在国际煤炭市场上的贸易竞争也将趋于激烈。
4 结论与讨论
利用系统动力学建模和情景分析方法，本文对印度未来20年的能源和煤炭需求进行了预测，得出以下结论：
(1)印度经济发展、人口增长、工业化将带来能源和煤炭需求的快速增加，预计2035年印度能源和煤炭需求量分别达(17~19)亿t油当量和(9~10)亿t 油当量;
(2)印度产业发展模式对能源和煤炭需求有重要影响，在GDP增速、人口增速相同的情况下，弱工业化比服务业主导模式下2035年的能源和煤炭需求分别高5.65亿t油当量和3.55亿t油当量;
(3)预计印度2035年将成为仅次于中国、美国的第三大能源消费国，仅次于中国的第二大煤炭消费国，中印两国在国际能源市场上的需求竞争将日趋激烈。——论文作者：吕 涛1 ，张美珍1 ，雷 强2
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