本书介绍中国煤炭市场系统(China Coa1 Market System，CCMS)的构建理论和方法，主要包括七个模块:供给方程模块、进(出)口核算模块、工业用煤核算模块、电力输配优化模块、取暖用煤核算模块、运输优化模块、基于空间均衡模型的煤炭市场模块。采用自下而上的构建方法，全方位地刻画不同区域、不同煤种和不同产业的煤炭供给需求状况，并通过空间均衡将两者祸合起来，从而描述出全国煤炭市场运营的全貌。运用敏感度或情境分析的方法，模拟不同要素改变下的煤炭市场表现，从而成为煤炭产业政策设计的仿真实验室。
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第1章 绪论
1.1研究背景和意义1
1.1.1研究背景1
1.1.2研究意义2
1.2国内外文献综述2
1.2.1国内外研究现状2
1.2.2国内外研究结论与不足5
1.3CCMS设计概况6
1.3.1研究假设6
1.3.2CCMS结构7
1.3.3构建方法9
1.3.4变量和数据10
1.4创新和价值10
第2章 国内煤炭供给市场模型12
2.1设计恩路12
2.2煤炭类别及其供给区域13
2.2.1煤炭分类13
2.2.2不同煤种的供给区域13
2.3模型、数据及估算方法16
2.3.1总体思路16
2.3.2供给模型16
2.3.3估算和校准方法17
2.3.4供给曲线方程18
2.3.5数据收集与处理18
2.4参数估算和校准结果18
2.4.1原煤需求方程的估算结果18
2.4.2原煤供给方程的计量结果20
2.4.3常数项校准和供给方程建立21
2.5中国煤炭的供给能力分析23
2.5.1全国原煤供需分析23
2.5.2各区域不同煤种供给能力分析24
2.5.3低硫煤的供给能力分析27
第3章 进口煤炭供给市场模型29
3.1中国煤炭进口概览与特征29
3.1.1中国煤炭进口概览29
3.1.2中国煤炭进口特征30
3.1.3中国煤炭进口的影响因素33
3.2煤炭进口误差修正模型34
3.2.1变量和数据34
3.2.2煤炭进口模型的构建34
3.2.3误差修正模型的构建35
3.3煤炭进口弹性的Rotterdam改进模型35
3.3.1问题的提出35
3.3.2Rotterdam改进模型的构建37
3.3.3实证分析与结果38
3.3.4结果分析与启示40
第4章 工业生产用煤需求模型43
4.1工业用煤需求的理论构建43
4.1.1产业板块的选择43
4.1.2理论模型的建立44
4.1.3计算步骤47
4.1.4数据来源和加工方法48
4.2黑色金属冶炼业的用煤核算49
4.2.1吨钢综合能耗的结构解析49
4.2.2吨钢综合能耗的省际差异52
4.2.3吨钢综合能耗的时间演进54
4.2.4钢铁工业用煤的省际分析56
4.3有色金属冶炼业的用煤核算57
4.3.1氧化铝冶炼业58
4.3.2铜冶炼业60
4.3.3铅冶炼业64
4.4非金属矿物制品业的用煤核算67
4.4.1水泥产业67
4.4.2陶瓷产业71
4.5化学制品制造业的用煤核算73
4.5.1合成氨产业73
4.5.2电石产业77
4.6石泊与炼焦加工业的用煤核算80
4.6.1炼焦综合能耗结构解析81
4.6.2炼焦用能的省际分析82
4.7煤炭开采与洗选业的用煤核算83
4.7.1吨煤生产综合能耗解构83
4.7.2吨原煤生产综合能耗的时间演进84
4.7.3原煤生产用能的省际分析85
4.82011年各地工业用煤核算86
第5章 电力生产用煤需求模型88
5.1思路和现状分析88
5.1.1基本思路的设计88
5.1.2输煤输电的实践现状89
5.1.3输煤输电的研究现状94
5.2理论模型构建97
5.2.1研究假设97
5.2.2目标函数97
5.2.3约束条件98
5.2.4模型的设立99
5.3优化方法设计100
5.3.1模型的简化100
5.3.2模型的编程实现101
5.4数据收集与指标核算103
5.4.1各省份落地电价103
5.4.2各省份可供电总量110
5.4.3省际电网输电能力113
5.4.4电力供需市场均衡限制117
5.5优化结果与分析118
5.5.1现有电网约束下的优化结果118
5.5.2不加电网约束下的优化结果124
5.5.3优化后各省供电能力分析126
5.6不同情境的仿真优化分析128
5.6.1情境一：增强碳排放的约束力度128
5.6.2情境二：增加电网的输送能力132
5.6.3情境三：增加“绿电”的供给量135
5.7全国电网规划的优化建议139
第6章 集中供热用煤需求模型141
6.1城镇化与集中供热141
6.1.1城镇化发展现状141
6.1.2集中供热的现状和挑战142
6.1.3研究现状综述143
6.2北方省份集中供热现状145
6.2.1集中供热地区145
6.2.2集中供热面积146
6.2.3集中供热方式147
6.2.4集中供热耗煤149
6.3集中供热耗煤的影响困素151
6.3.1影响因素的定性分析151
6.3.2影响因素的定量分析152
6.4城镇化下集中供热面积预测模型155
6.4.1城镇化下集中供热人口的变迁轨迹155
6.4.2集中供热面积预测模型的构建156
6.4.3城镇集中供热人口数量的核算158
6.4.4集中供热面积的预测结果170
6.5集中供热耗煤预测与节能潜力测算176
6.5.1单位建筑面积耗媒量和节煤潜力176
6.5.2各地集中供热耗煤量的核算177
6.5.3各地集中供热节能潜力的评价182
6.6城镇化政策对供热耗媒的影响183
6.6.1加大棚户区改造力度183
6.6.2加快新楼房人口增长速度184
第7章 煤炭运输储备优化模型187
7.1煤炭运输通道优化模型187
7.1.1区域间运输通道分析187
7.1.2区域间最优运输线路190
7.2煤炭储各规模优化模型192
7.2.1煤炭储各的任务和策略192
7.2.2优化模型的理论构建194
7.2.3煤炭储备规模优化结果195
第8章 煤炭市场空间均衡模型198
8.1煤炭空间流动与贸易市场198
8.1.1中国煤炭空间流动格局198
8.1.2中国煤炭贸易市场200
8.2空间均衡模型理论202
8.2.1空间均衡模型简介202
8.2.2空阅均衡模型基本结构203
8.2.3模型求解的KKT条件204
8.3中国煤炭市场空间均衡模型205
8.3.1基本的假设205
8.3.2模型的构建206
8.4基础数据的处理207
8.4.1供给产能核算207
8.4.2需求参数估算208
8.4.3需求量核算210
8.4.4贸易可行性判断矩阵214
8.5优化结果分析214
8.5.1优化方案设计214
8.5.2两种方案优化结果的比较分析215
8.5.3基准方案确立与结果讨论227
第9章 仿真平台构建与应用示例233
9.1仿真平台设计与开发233
9.1.1中国煤炭市场系统仿真平台设计233
9.1.2系统开发的关键技术和程序设计238
9.2基于情境分析的应用示例242
9.2.1情境设计与分析方法242
9.2.2情境一：大型煤矿建设的决策支持244
9.2.3情境二：购煤配煤优化的决策支持249
9.2.4情境三：煤矿产能返出的决策支持252
9.2.5情境四：资源有序开发的决策支持252
9.2.6情境五：输煤通道建设的决策支持254
9.2.7情境六：进出口关税对煤炭市场的影响256
9.2.8情境七：碳排放配额对煤炭市场的影响260
9.2.9情境八：输电线路扩容对煤炭市场的影响265
9.2.10情境九：可再生能源对煤炭市场的影响268
第10章 研究结论与展望271
10.1主要结论与贡献271
10.2研究不足与展望272
主要参考文献274
附表280
致谢287
图目录
图1-1中国煤炭市场系统(CCMS)的理论框架8
图2-1中国煤炭资源的空间分布14
图2-21980-2010年原煤消费量与出厂价格的比较20
图2-32011年全国原煤供给与需求曲线24
图2-4产能和需求调整对原煤供给的影响24
图2-52011年全国各区域无烟煤供给曲线25
图2-62011年全国各区域中高硫烟煤供给曲线25
图2-72011年全国各区域低硫烟煤供给曲线25
图2-82011年全国各区域中高硫次烟煤供给曲线26
图2-92011年全国各区域低硫次烟煤供给曲线26
图2-102011年全国各区域褐煤供给曲线27
图3-1中国进口煤炭主要来源国及2011年进口量29
图3-22001-2014年中国煤炭进出口数量比较31
图3-32003-2013年煤炭进口价格与数量的散点图31
图3-4煤炭进口的影响机理33
图4-1中国主要工业部门的煤炭消费量43
图4-2研究思路和技术路线45
图4-3各地工业煤炭需求的计算步骤48
图4-4吨钢综合能耗在生产工艺中的解构52
图4-5氧化铝综合能耗的能源构成和比例58
图4-6氧化铝综合能耗在生产工艺中的解构58
图4-7氧化铝综合能耗与其累计产量间的关系59
图4-82011年各地氧化铝综合能耗RESI值雷达图(以2006年为基年)59
图4-9铜冶炼综合能耗的能源构成和比例62
图4-10铜冶炼综合能耗在生产工艺中的解构62
图4-11铜冶炼综合能耗与其累计产量间的关系62
图4-122011年各地铜冶炼综合能耗RESI值雷达图(以2005年为基年)63
图4-13铅冶炼综合能耗的能源构成和比例65
图4-14铅冶炼综合能耗在生产工艺中的解构65
图4-15铅冶炼综合能耗与其年累计产量间的关系65
图4-162011年各地铅冶炼综合能耗RESI值雷达图以2005年为基年)66
图4-17吨水泥综合能耗在生产工艺中的解构68
图4-18水泥综合能耗的能源构成和比例69
图4-19水泥综合能耗与其累计产量间的关系69
图4-2011年各地水泥综合能耗的RESI值霄达图(以2005年为基年)70
图4-21陶瓷生产工艺中的能耗解构71
图4-22单位陶瓷能耗的能源构成和比例72
图4-23盹氨综合能耗的能源构成和比例74
图4-241970-1999年吨氨综合能耗的拟合情况75
图4-252011年各地合成氨综合能耗RESI值雷达图(以2005年为基年)76
图4-26煤炭在电石生产工艺中的应用78
图4-271970-1999年电石产量和耗能情况78
图4-282011年各地电石生产的焦炭RESI值雷达图(以2000年为基年)79
图4-29吨原煤生产能耗的能源构成和比例84
图4-302005-2010年吨原煤生产综合能耗的拟合情况84
图5-1电煤供应链运行流程104
图5-22009年主要电网企业输配电成本构成108
图5-3全国电力输配线路规划114
图5-4全国输电线路及其输送总能力115
图5-5优化后的全国电力供给格局120
图5-6优化后各省份供电与电煤需求变化情况123
图5-7碳排放限制下各省供电与电煤需求变化情况131
图5-8改变线路输送容量下各省供电与电煤需求变化情况134
图5-9改变"绿电"供给下各省供电与电煤需求变化情况138
图5-10全国电网建设规划建议139
图6-1历年城镇人口数量141
图6-21996-2012年中国集中供热面积146
图6-31996-2012年北方各省份集中供热面积147
图6-41997-2011年集中供热耗煤量150
图6-5城镇化下集中供暖人群的变迁轨迹156
图6-62011-2025年各地集中供热的总面积174
图6-72011年各地集中供热耗煤占比178
图6-82025年各地集中供热耗煤占比178
图6-9标准情境I下各地区的节能潜力182
图6-10标准情境E下各地区的节能潜力182
图7-1煤炭贸易流向和途径189
图7-2全国铁路运煤主干网及通道容量190
图7-32012年国家煤炭应急储备基地和规划储煤量192
图7-4电厂库存与国家储各的关系193
图7-52011年全国电厂每月曰均供煤量194
图8-12011年各地生产/消费的原煤数量199
图8-2无烟煤实际价格与模拟价格的对比情况216
图8-3炼焦煤实际价格与模拟价格的对比情况217
图8-4动力煤实际价格与模拟价格的对比情况217
图8-5两种方案下各地无烟煤供给来源地差异情况224
图8-6两种方案下各地炼焦煤供给来源地差异情况225
图8-7两种方案下各地动力煤供给来源地差异情况226
图8-8无烟煤的实际价格与优化价格比较229
图8-9炼焦煤的实际价格与优化价格比较229
图8-10动力煤的实际价格与优化价格比较230
图8-11基准情境下三种煤炭的价格优化结果230
图8-12全国煤炭空间流动的煤种格局231
图9-1中国煤炭市场系统仿真平台结构235
图9-2情境一的价格仿真结果244
图9-3投资两地的供给端价格变化情况246
图9-4投资两地的消费端价格变化情况246
图9-5情境一下投资江西的无烟煤空间流动与基准情境的比较247
图9-6情撞一下投资河北的无烟煤空间流动与基准情攘的比较248
图9-7情境二的价格仿真结果249
图9-8江苏省定向从山西矿购煤1000万t的价格变化249
图9-9情境二的无烟煤空间流动与基准情境的比较251
图9-10情境四的价格仿真结果252
图9-11关停何北19炼焦煤对各地市场价格变化的影响254
图9-12情境四下炼焦煤空间流动与基准情境的比较255
图9-13情境五的价格仿真结果256
图9-14山西、内蒙古至华中地区输煤通道的影响256
图9-15情境五下动力煤空间流动与基准情境的比较258
图9-16情境六的价格仿真结果260
图9-17福建关口进口关税提升3%对全国无烟煤的价格影响260
图9-18情境六下无烟煤空间流动与基准情境的比较261
图9-19情境七的价格仿真结果262
图9-20碳排放限额对全国动力媒的价格影响262
图9-21情境七下动力煤空间流动与基准情境的比较264
图9-22情境八的价格仿真结果265
图9-23输电线路扩容对全国动力煤的价格影响265
图9-24情境八下动力煤空间流动与基准情璋的比较267
图9-25情境九的价格仿真结果268
图9-26开发绿电对全国动力煤的价格影响268
图9-27情境九下动力煤空间流动与基准情境的比较270
表目录
表1-1自顶向下的能源系统模型3
表1-2自底向上的能源系统模型3
表1-3混合型的能源系统模型5
表1-4各子模块的目标、考察对象和区域7
表2-1主要煤炭产品的供给区域和2011年产量14
表2-2各区域原煤需求方程的估算结果19
表2-3各区域原煤供给方程的估算结果20
表2-4不同区域煤种的常数项校准值和供给方程价格21
表2-5价格上涨50元情境下的各地低硫煤供给增量28
表3-12011年主要煤炭进口来源地的进口量、金额和均价30
表3-22001~2013年中国煤炭进口主要来源国及市场份额32
表3-3煤炭进口理论模型所用数据值34
表3-4煤炭进口模型的回归结果35
表3-5中国煤炭进口的模型参数估计结果39
表3-6中国煤炭进口的改进模型参数估计结果39
表3-7中国煤炭市场对不同来源国的支出弹性、价差弹性和价格弹性41
表4-1各产业关键基础数据来源情况及用能核算方法调整49
表4-2样本企业生产用能数据50
表4-3各工艺流程中不同能源的消耗数据50
表4-4工序能耗及各能源的单位消耗值51
表4-52000年各省份吨钢综合能耗及其组成结构53
表4-6各能耗指标与粗钢累积产量的回归结果54
表4-72011年全国各地吨钢阻CI、阻SI及UTC值55
表4-8全国各地钢铁用煤及节煤效果的比较结果56
表4-9全国各地氧化铝用能及节能效果的比较结果60
表4-102011年云南铜业能源消耗结构61
表4-11全国各地铜冶炼用能及节能效果的比较结果64
表4-12全国各地铅冶炼用能及节能效果的比较结果66
表4-132006年水泥制造业主要能源消耗量68
表4-14全国各地水泥用能及节能效果的比较结果70
表4-152010年和2011年全国各地陶瓷用能比较72
表4-16煤头样本企业吨氨综合能耗水平(2009年度)74
表4-172000~2011年盹氨综合能耗及其结构75
表4-18全国各地合成氨用能及节能效果的比较结果76
表4-192000~2011年电石耗能预测值79
表4-20全国各地电石用能及节能效果的比较结果79
表4-21样本企业炼焦综合能耗水平81
表4-222010年和2011年全国各地焦炭用能比较82
表4-23国有重点煤矿能耗指标(1990~2005年)83
表4-24全国各地原煤生产用能及节能效果的比较结果85
表4-252011年各地分产业用煤情况87
表5-12011年中国各省份电力平衡情况90
表5-22011年中国电力市场跨区跨省交易情况91
表5-32011年中国各省区发电耗煤平衡情况93
表5-42011年中国各省份供电标准煤消费量105
表5-52011年中国各省份电厂使用电煤价格105
表5-6各省份供电标准煤耗值及其发电煤耗成本106
表5-7各省份火电标杆电价及电力转化成本107
表5-8各省份之间输配电成本109
表5-92011年各省火电装机、设各最大年利用小时及其限制下的火电最大可供电量110
表5-101971~2010年中国CO，排放与煤炭发电量111
表5-11CO，排放限制下各省份最大可供电量112
表5-12各省份火电可供电量112
表5-13中国跨省区电力输送方向、输送通道及年最大输送量114
表5-14输电线路中各省份及其序号116
表5-15各条线路间火电输电能力情况116
表5-16各省份用电需求量、本省补给“绿电”量及火电需求量统计117
表5-17优化后的各供电方输送到需求方的电力数量119
表5-18优化前后各省区的输煤输电格局122
表5-19不加电网约束的各供方输送到需求方的电力优化数量125
表5-20各省火电实际供给量与优化供给量的比较126
表5-21改变后的各省碳排放限值及其火电供给量129
表5-22降低各省份碳排放限值下的优化结果130
表5-23改变碳排放限值下火电优化供给及其标煤需求132
表5-24增加线路输电容量下的优化结果133
表5-25改变电网输送能力下火电优化供给及其标煤需求l35
表5-26增加“绿电”优先输送量下的优化结果l36
表5-27改变“绿电”输送量下火电优化供给及其标煤需求137
表6-1中国气温分区的标准145
表6-2集中供热的主要方式和特点147
表6-3中国北方省份不同供热方式的比例149
表6-42012年集中供热单位面积耗煤量150
表6-5原始数据表153
表6-6单位根检验结果154
表6-7计量回归结果154
表6-8各省地级市城市棚户区户数及改造目标158
表6-9历年度的棚户区平均改造强度159
表6-10历年因棚户区改造增加的集中供热人数160
表6-11各年度各地区地级市市区人口数量160
表6-12各年度各地区地级市市区人口自然增长率161
表6-l3各年度各地区地级市从农村向城市迁徙的人口总数161
表6-14各地农村向城镇人口转移的模型163
表6-15新楼房居民的集中供热人口数164
表6-162010年各地区地级市老楼房居民人口基数和自然增长率165
表6-17各地各年度的老楼房居民人口数量166
表6-18各年度各地区地级市暂住人口数量167
表6-192011--2025年流动暂住人口租住楼房的比例168
表6-202011--2025年各地流动人口中集中供热面积的人口数量168
表6-212011--2025年各地集中供热的总人口169
表6-2220111--2025年人均规划住宅面积170
表6-232011--2025年各地住宅集中供热的总面积171
表6-24单位根检验结果172
表6-25一阶差分后的单位根检验结果172
表6-262011--2025年各地非住宅集中供热的总面积173
表6-272011--2025年各地集中供热的总面积175
表6-28各地采暖期内单位建筑面积耗煤量和节能潜力176
表6-292011--2025年现实情境下各地区集中供热耗煤预测值179
表6-302011--2025年标准情境下各地区集中供热耗煤预测值180
表6-312011--2025年标准情境II下各地区集中供热耗煤预测值181
表6-32加快棚户区改造的历年改造比率183
表6-33现实情境下加快棚户区改造的供暖耗煤增量184
表6-34节能情境下加快棚户区改造的供暖节煤潜力184
表6-35现实情境下加速新楼房人口增长水平的供暖耗煤增量185
表6-36节能情境下加速新楼房人口增长水平的供暖节煤潜力185
表7-1主要运煤铁路线及2011年运煤量187
表7-2各主要港口间却11年煤炭运费191
表7-32011年全国电厂耗煤和库存情况195
表7-4不同期望服务水平下的安全库存量196
表7-5不同期望服务水平下的电厂生产保障水平196
表8-12011年中国煤炭空间流动情况200
表8-2各省份的煤炭需求方程与价格弹性208
表8-3各省份煤炭需求参数值210
表8-42011年工业产品耗煤量及单位产品耗煤系数211
表8-52011年基准情塌下各地不同各类煤炭消费数量212
表8-6两种方案下价格的西尔不相等系数216
表8-7两种方案下无烟煤空间流动情况对比218
表8-8两种方案下炼焦煤空间流动情况对比219
表8-9两种方案下动力煤空间流动情况对比221
表8-102011年各地煤炭调入实际值与优化值227
表8-11两种方案下实际值与优化值的统计检验结果227
表9-1仿真情境的设计方案243
表9-2情境一下无烟煤空间流动仿真结果245
表9-3情境二下无烟煤空间流动仿真结果250
表9-4情境四下炼焦煤壁间流动仿真结果253
表9-5情境五下动力煤空间流动仿真结果257
表9-6情境六下无烟煤空间流动仿真结果259
表9-7情境七下动力煤空间流动仿真结果263
表9-8情境八下动力煤空间流动仿真结果266
表9-9情境丸下动力煤空间流动仿真结果269
附表1区域间单位煤炭运输最优成本280
附表2单位运输成本最小下的区域问煤炭运输距离282
附表3无烟煤区域间煤炭贸易物流关系判断矩阵284
附表4烟(焦)煤区域间煤炭贸易物流关系判断矩阵285
附表5动力煤区域间煤炭贸易物流关系判断矩阵286
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