長株潭三市溫度變化對居民生活用電量的影響

劉 晗，王 欣

（湖南科技大學 地理信息系統(tǒng)系，湖南 湘潭 411201）

長株潭三市溫度變化對居民生活用電量的影響

劉 晗，王 欣

（湖南科技大學 地理信息系統(tǒng)系，湖南 湘潭 411201）

基于1984a-2008a長沙、株洲、湘潭三個氣象站25年的逐日溫度資料和長株潭三市城市居民生活用電量數(shù)據(jù)，利用格蘭杰因果檢驗法，分析長株潭溫度變化對本區(qū)居民生活用電量的影響.結果表明：(1)格蘭杰因果性分析揭示了氣溫變化與電力需求之間存在著一定的因果聯(lián)系，且用電量對氣溫的格蘭杰因果性遠遠高于氣溫對用電量的格蘭杰因果性；(2)通過協(xié)整方法也證實了氣溫變化與電力需求之間存在真實的長期協(xié)整關系，并建立了一個長期電力預測模型，以揭示兩變量內(nèi)在的一種協(xié)同變動關系；(3)長株潭三市夏半年平均氣溫升高1℃，其對應的降溫耗能增加約3%.

長株潭地區(qū)；氣溫；格蘭杰因果檢驗法

氣候變化和能源消費都是公眾關注的熱點問題.而關于兩者的研究，國內(nèi)研究較多的是把能源消費作為一個重要因子，分析其對氣候變化的影響，比如在能源消耗結構和能源消耗量的定量分析法的基礎上，以溫室氣體排放量作為重要的測度指標，分析其對氣候變化的影響上[1-3].袁順全[4]等通過比較研究中美能源消費與氣候變化的關系，指出中國的能源消費變化正處于由氣象災害驅(qū)動型向溫度驅(qū)動型的過渡時期；陳峪[5]等以北方地區(qū)采暖情況為例，研究了氣候變化對能源需求的影響，指出在各行業(yè)能源需求中，居民生活耗能對氣候的變化反應最為靈敏；張海東[6]等系統(tǒng)地研究了氣候變化對我國取暖和降溫耗能的影響，并對主動取暖和降溫的時段進行優(yōu)化研究；邵遠坤[7]等研究了在2000-2001年內(nèi)成都市氣溫變化與電力負荷有很好的相關關系.不同地區(qū)的人由于居住的環(huán)境、生活習慣等的不同會導致其對熱舒適感的敏感程度產(chǎn)生差異，因此，加強小尺度區(qū)域氣候變化與能源消耗關系的研究，是認識大尺度區(qū)域上氣候變化與能源消耗關系的基礎，對區(qū)域生產(chǎn)和生活具有指導意義.

本文基于1984-2008年長株潭三個氣象站25年的逐日氣溫數(shù)據(jù)和城市居民生活用電量資料，分析長株潭溫度變化與本區(qū)居民生活用電量的關系，對于長株潭城市群“兩型社會”建設具有重要的現(xiàn)實意義.

1 資料與方法

本文所用氣象資料為長沙、株洲、湘潭3個氣象站的1984-2008年逐日氣溫數(shù)據(jù)，城市居民生活用電量數(shù)據(jù)則來自《中國城市統(tǒng)計年鑒》.

格蘭杰因果性檢驗法.可以推斷兩個時序變量之間的因果關系，通過分析一個變量X是否能夠預測另一個變量Y，則可以判斷變量X是否是導致Y的原因.

其具體操作是：首先在無約束條件下求出模型的殘差平方和SSE1;然后，再在約束條件bj=0(j=1,…,n)的條件下求出模型

的殘差平方和SSE2.由于在假設H0:bj=0(j=1,…,n)成立的條件下，統(tǒng)計量

服從F(n,T-m-n-1)分布.因此，可利用統(tǒng)計量F對假設進行檢驗.

殘差分析法.可檢驗長期協(xié)整方程是否成立，即兩組變量之間是否真實存在著一種長期的協(xié)同變動關系.殘差檢驗是指對長期回歸方程得到的殘差進行平穩(wěn)性檢驗，如果殘差在經(jīng)過一次差分之后成為一個平穩(wěn)序列，則認為該長期方程所體現(xiàn)的長期協(xié)整關系是真實存在的.

2 長株潭溫度與電力需求的計量經(jīng)濟學分析

2.1 分析數(shù)據(jù)

年平均溫度 本文分析了長株潭三市1984-2007年的年平均溫度變化情況(圖1).平均氣溫為17.75℃，最大值為19.2℃，最小值為16.7℃，偏度為0.587，峰度為2.645，且JB=1.41對應的概率為0.494，通過0.05的顯著性水平檢驗，所以該序列服從正態(tài)分布.

圖1 溫度變化頻率分布圖

年電力總消費量 據(jù)長株湘潭1984-2007年的年電力消費總量的數(shù)據(jù)分布圖(圖2)，可得出年電力消費總量也是呈現(xiàn)逐年上升并加強的趨勢，其中，峰度為3，且JB=4.6對應的概率為0.0999，大于0.05，所以該變量也服從正態(tài)分布.

2.2 基本變量的平穩(wěn)性檢驗

圖2 電力消費總量變化頻率分布圖

只有變量是平穩(wěn)性序列，才能對變量進行格蘭杰因果性檢驗，所以分析的第一步就是先對主要變量進行單位根的平穩(wěn)性檢驗.單位根檢驗主要是檢驗序列中是否存在單位根，如果存在則序列就是非平穩(wěn)時間序列，且存在單積成分，那么在估計過程之前需要對變量進行差分.本文選取應用比較廣泛的Augmented Dickey-Fuller檢驗對變量進行平穩(wěn)性檢驗.

經(jīng)過ADF檢驗可知，在一階差分之后兩個變量在1%和5%的顯著水平下都小于ADF單位根檢驗的臨界水平，這說明兩個變量都能夠在一次差分之后成為平穩(wěn)序列，檢驗結果如表1.

表1中長株潭三市年平均氣溫與年用電量的零階差分ADF值都大于臨界值，說明序列中含有單位根，沒有通過1%和5%的顯著性水平檢驗，這2個變量是不平穩(wěn)的，而對其做一階差分后ADF值小于臨界值，通過顯著性水平檢驗，說明上述2個變量在一階差分后平穩(wěn)性都表現(xiàn)良好，可以進行格蘭杰因果分析.

表1 長株潭三市平穩(wěn)性檢驗

2.3 溫度與電力需求的格蘭杰因果分析

本文選取了年平均氣溫與用電量兩個變量進行格蘭杰因果性檢驗.檢驗采取了從1-7不同的滯后期數(shù)，目的是試圖揭示這兩個變量之間相互影響的時期特征.表2主要列出了前3期的檢驗數(shù)據(jù).

F統(tǒng)計量的臨界值是否大于F分布的標準值，若臨界值概率小于0.05，則零假設(X不是Y的格蘭杰原因)不成立，即X能導致.因果關系的檢驗還取決于檢驗的數(shù)列是否協(xié)整，若一對序列保持協(xié)整，則兩者之間必然存在因果關系，以保持這種必要的動態(tài)均衡.

表2 格蘭杰因果性檢驗

從上述分析結果可見，在滯后期內(nèi)，用電量與氣溫都不互為格蘭杰原因，但可以看到用電量對氣溫的格蘭杰因果性遠遠高于氣溫對用電量的格蘭杰因果性.此外，在滯后期超過7后，用電量對氣溫的影響并不顯著.

2.4 溫度與電力需求的長期預測模型

為了進一步揭示這兩組變量之間在數(shù)量上的相關性，根據(jù)最小二乘法(LS)回歸分析建立年平均溫度與用電量之間的長期預測模型，如：

其中，t是年平均溫度，p(-1)是用電量滯后一期變量，各項統(tǒng)計量指標都達到模型設定的要求，R2為0.89，即方程4對數(shù)據(jù)的擬合度大于89%，模型擬合效果良好.

綜上所述，該長期協(xié)整方程是真實有效的，而非虛假回歸，所以在揭示氣溫與電力需求之間的緊密聯(lián)系上，可以借助計量經(jīng)濟學上的一些方法來分析.在利用上述長期協(xié)整方程來進行電力預測時，電力部門可以根據(jù)氣象部門對未來氣溫預報來推算長株潭三市用電量的變動情況，預測精度可以達到89%以上.

3 結論

根據(jù)以上分析，可以得出如下結論：

(1)格蘭杰因果性分析揭示了氣溫變化與電力需求之間存在著一定的因果聯(lián)系，且用電量對氣溫的格蘭杰因果性遠遠高于氣溫對用電量的格蘭杰因果性；

(2)通過協(xié)整方法也證實了氣溫變化與電力需求之間存在真實的長期協(xié)整關系，并建立了一個長期電力預測模型，以揭示兩變量內(nèi)在的一種協(xié)同變動關系.

(3)長株潭三市夏半年平均氣溫升高1℃，其對應的降溫耗能增加約3%.

〔1〕袁順全,趙秉棟,千杯遂,等.能源消費變化及其與經(jīng)濟和氣候的關系研究[D].河南大學,2002.

〔2〕殷永元,王桂新.全球氣候變化評估及其應用[M].北京:高等教育出版社,2004.

〔3〕張立祥.城市供電量與氣象條件的關系[J].氣象,2000,26(7).

〔4〕袁順全,千杯遂.能源消費與氣候關系的中美比較研究[J].地理科學,2003（5）:629-634.

〔5〕陳峪,黃朝迎.氣候變化對能源需求的影響[J].地理學報,2000,55(增刊):11-19.

〔6〕張海東,孫照渤.氣候變化對我國取暖和降溫耗能的影響及優(yōu)化研究[D].南京信息工程大學,2007.

〔7〕邵遠坤,晉冀蜀,游泳.成都市氣象要素對電力負荷的影響關系研究[J].四川氣象,2003（4）:56-58.

F468.0+21

A

1673-260X（2012）02-0056-02