基于马尔科夫模型的美国四州能源状况分析与建议

昌海亮

（湖南农业大学工学院，湖南 长沙 410128）

1 数据来源与处理

在美国国家能源数据系统（SEDS）网站中分别采集加利福尼亚州、亚利桑那州、新墨西哥州和德克萨斯州四大州从1960—2009年的数据集并整理，进行数据预处理，剔除无关数据，得到相关有用数据。

2 马尔科夫模型

本文运用马尔科夫模型的步骤如下：①建立马尔科夫转移矩阵；②运用统计法、二次规划法及线性方程组法初步求解马尔科夫转移矩阵；③对结果进行归一化处理，得到转移概率矩阵。

3 四大州能源状况分析

通过绘制四大州各能源消耗从1960—2009年的变化曲线图并进行相关分析。

3.1 加利福尼亚州

清洁可再生能源产业的消耗整体比例呈下降趋势，化石燃料、火力发电、车用汽油等不可再生能源消耗比例整体呈上升趋势。此外，从1960—1965年，清洁可再生能源的比例呈上升趋势，并在1965年以后缓慢下降，与不可再生能源相反。在这50年中，化石燃料的比例一直比较大，火力发电呈上升趋势，车用汽油和其他能源基本保持稳定。

3.2 亚利桑那州

50年来，化石燃料呈现下降趋势，车用汽油、火力发电等能源比例呈上升趋势。清洁可再生能源的比例在1960—1974年基本稳定，从1974—1977年有下降趋势，此后持续下降，1988年之后有一个小幅增长。由此可见，能源消耗转移既包括同大类能源内部转移，也包括不同大类能源之间的转移，从中可以找出国家重点使用的清洁可再生能源。

3.3 新墨西哥州

清洁可再生能源整体比例呈下降趋势。化石燃料、火力发电和车用汽油等不可再生能源消耗比例整体呈上升趋势。此外，从1960—1985年，清洁可再生能源的比例呈下降趋势，1985年后基本趋于稳定。火力发电在过去50年里一直呈缓慢上升的趋势。在过去的50年里，车用汽油和其他能源的比例在10%左右波动。

3.4 德克萨斯州

清洁可再生能源整体比例呈下降趋势，化石燃料、火力发电、车用汽油等不可再生能源比重整体呈上升趋势。此外，从1960—1980年，化石燃料的份额一直在增加，然后开始下降到58%左右。在过去的50年里，火力发电、车用汽油和其他能源的份额一直在增加。然而，1960—1981年间，清洁可再生能源的使用量急剧下降，2009年总量仅占10%，表明该州环境在那50年中较好，并且使用的可再生能源相对较少。

4 四个州之间的异同

根据以上分析，发现这四个州使用的化石燃料的比例基本在50%～60%，但亚利桑那州50年来的化石燃料呈下降趋势，其余三个呈现上升趋势。在过去的50年中，每个州使用的清洁可再生能源的比例有所下降，而亚利桑那州的清洁可再生能源比例下降较小，其余三州的清洁可再生能源比例则明显下降。这四个州的火力发电、车用汽油和其他能源的份额在50年内保持稳定的上升趋势。

5 原因分析

获取相关资料发现，亚利桑那州的化石燃料资源非常少，但该州大部分地区属于半干旱气候，充足的日照使其太阳能资源丰富，高原地区为其提供风力资源，还拥有丰富的地热资源。此外，该州的工业类型是一个人均能源消耗低的小型工业部门。相比之下，其他三州拥有丰富的化石燃料资源，比如原油和天然气。然而，由于加州气候温和，使得供暖设备使用频率较低，人均能源消耗较少。虽然其他三个州的清洁可再生能源在过去50年里一直在下降，但它们都拥有丰富的可再生能源，并且可以大力开发和使用。

6 建议

建议加利福尼亚州到2050年保持不可再生能源消费的缓慢增长，其中化石燃料的增长率要低于10%.此外，继续提高清洁可再生能源的份额，到2050年实现超过18%的目标。此外，到2050年温室气体排放量至少减少60%。

亚利桑那州应将不可再生能源消费的份额至少降低8个百分点，相应地到2050年实现清洁可再生能源比例上升到17%左右，同时，保持不可再生能源的缓慢增长，继续提高太阳能消耗的份额。

新墨西哥州到2050年清洁可再生能源份额将增加到24%左右，保持不可再生能源的缓慢同步增长。在风力发电方面，保持快速增长的稳定状态。

对于德克萨斯州而言，清洁可再生能源将超过26%，相应降低汽油和煤炭的比例超过2个百分点。

［1］ 郝立丽，张滨，吕洁华.基于马尔科夫转移矩阵的林业产业结构转化趋向研究［J］.林业经济，2017（05）：26-32.

［2］ 乐欢，刘再起.美国能源政策研究［D］.武汉：武汉大学，2014.

［3］ 蒋国旗，李兴山.中国综合能源市场体系建设研究［D］.北京：中共中央党校，2013.