劉麗香,孟慶鵬

(河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校經(jīng)濟貿(mào)易系,河北滄州 061001)

考慮人口、經(jīng)濟、環(huán)境因素的城市電力需求預(yù)測

劉麗香,孟慶鵬

(河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校經(jīng)濟貿(mào)易系,河北滄州 061001)

文中以北京市為例,建立了人口、經(jīng)濟、環(huán)境、電力消費模型,并進行了仿真及檢驗,通過模擬可得到2007～2020年北京市用電量、用電結(jié)構(gòu)、電力消費等指標,預(yù)測結(jié)果與北京市的相關(guān)規(guī)劃目標接近或基本吻合。

城市經(jīng)濟;系統(tǒng)動力學(xué);電力需求;預(yù)測

1 背景

電力需求預(yù)測工作由來已久,研究理論及方法均已成熟,目前已很難實現(xiàn)方法上的突破,本文的特點是將電力需求置于人口、經(jīng)濟及環(huán)境可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)中來綜合加以考慮,順應(yīng)建立和諧社會的要求和趨勢。

本文采用系統(tǒng)動力學(xué)方法建模,這主要基于以下兩點考慮:

1)社會經(jīng)濟及電力需求系統(tǒng)的特性。①復(fù)雜性。城市經(jīng)濟系統(tǒng)異常龐大,錯綜復(fù)雜。建立城市經(jīng)濟發(fā)展模型要考慮的因素很多,各個因素之間又會相互影響。電力需求預(yù)測同樣是這樣,我們不可能簡單地從以往的數(shù)據(jù)就可以預(yù)測未來,必須考慮諸多的因素。②層次性。城市經(jīng)濟系統(tǒng)是一個大系統(tǒng),它由諸多的子系統(tǒng)組成,如人口、產(chǎn)業(yè)等,各個子系統(tǒng)相互區(qū)別又相互聯(lián)系。③不確定性。在經(jīng)濟的發(fā)展過程中存在諸多不確定性,如國家政策的突變、自然災(zāi)害及戰(zhàn)爭等,所以我們建立的經(jīng)濟發(fā)展模型只能是粗略地反映經(jīng)濟的發(fā)展過程,不可能做到絕對的量化和精確。

2)系統(tǒng)動力學(xué)的適用性。系統(tǒng)動力學(xué)是非常適合于研究此類社會經(jīng)濟系統(tǒng)的復(fù)雜性、結(jié)構(gòu)性及規(guī)律性的問題的,它能在對數(shù)據(jù)的精度要求不太高的前提下得到比較正確和有用的結(jié)論。

2 模型流圖

本文研究的是人口、經(jīng)濟及環(huán)境可持續(xù)系統(tǒng)下的城市電力需求情況,根據(jù)需要及實際情況,將整個系統(tǒng)分為人口、經(jīng)濟、環(huán)境及電力需求四個子系統(tǒng)。模型流圖如圖1所示。

圖1 模型流圖

2.1 模型流圖

人口子系統(tǒng)。人口作為狀態(tài)變量,主要受到自然增長率和機械增長率的影響引起人口增減變化,把人口的自然增長和機械增長作為速率變量。

經(jīng)濟子系統(tǒng)。該系統(tǒng)的狀態(tài)變量有三個:GDP,二產(chǎn)GDP及三產(chǎn)GDP。本文是研究北京的電力需求情況。

環(huán)境子系統(tǒng)。狀態(tài)變量環(huán)保目標是一個從實際系統(tǒng)中抽象出來的量,它的實質(zhì)是一個評價指標,初始值為0,如果大于0,表明環(huán)境相對轉(zhuǎn)好,反之亦然。

電力消費子系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要狀態(tài)變量是電力消費,輔助狀態(tài)變量是電價,速率變量是電力消費增長量。

2.2 模型方程

根據(jù)北京市1990～2007年的統(tǒng)計資料,并咨詢相關(guān)部門的工作人員和專家,在建立模型的方程以及確立主要參數(shù)的過程中,利用了北京市社會經(jīng)濟發(fā)展及電力需求的歷史數(shù)據(jù),以統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),并綜合采用了其它預(yù)測方法,考慮了各子系統(tǒng)變量的有機聯(lián)系,如電力消費不僅受收入、電價的影響,也受人口數(shù)量、GDP及環(huán)保目標的影響,電力消費也影響著以上因素的值。在借鑒已有研究成果的基礎(chǔ)上,使用Vensim-PLE軟件進行建模、仿真和分析。系統(tǒng)的主要方程如下:

人口子系統(tǒng)

x0、x1分別表示人口機械增長量及自然增長量,P0為人口初值。

經(jīng)濟子系統(tǒng)

a)YGDP=YGDP0+∫ΔYGDPdt

b)YGDP2,t=YGDP2,0+∫YGDP2,t-1×(0.2×M1+0.4×M2+0.4×M3)dt

M1,M2,M3分別表示二產(chǎn)電力貢獻度、二產(chǎn)人力資源貢獻度及二產(chǎn)投資貢獻度,YGDP2,0表示二產(chǎn)GDP初值。

環(huán)境子系統(tǒng)

N=1+∫(N1-N2)dt

N表示環(huán)保目標;N1、N2分別表示污染治理及污染排放。

電力消費子系統(tǒng)

ΔQ=Q×(Z1+Z2+Z3+Z4+Z5)

Z1,Z2,Z3,Z4,Z5分別表示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整度、電價影響因子、效率改進度、人均可支配收入支出影響度及GDP推動度; ΔQ表示電力消費增長量。

3 仿真結(jié)果分析及檢驗

3.1 仿真結(jié)果分析

在Vensim PLE軟件平臺上進行模型仿真,主要狀態(tài)變量的模擬結(jié)果如下。

3.1.1 經(jīng)濟子系統(tǒng)

經(jīng)濟子系統(tǒng)重點考察幾個狀態(tài)變量的變化趨勢情況,如圖2所示。

從圖2可看出,北京市未來GDP繼續(xù)穩(wěn)步增長,其中三產(chǎn)發(fā)展相對較快,因而其對GDP的拉動度也要大;二產(chǎn)的發(fā)展較平穩(wěn),這與實際形式是相符合的?？梢钥闯鑫磥肀本┑漠a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化不大,二產(chǎn)比例穩(wěn)定在28.5%左右,三產(chǎn)所占比例有小幅提升,2020年達到71%。本文預(yù)測的結(jié)果與《北京城市總體規(guī)劃(2004～2020)》的要求是吻合的,該規(guī)劃中提出2020年三產(chǎn)比重超過70%,二產(chǎn)穩(wěn)定在29%左右。

3.1.2 人口子系統(tǒng)

北京未來人口增長情況如圖3所示。該圖也反應(yīng)了人口增長與電力需求的關(guān)系。

北京市未來人口增長比較穩(wěn)定,至2020年常住人口將達1980萬,這個數(shù)字高于北京城市總體規(guī)劃中的數(shù)字(1800萬),但低于相關(guān)學(xué)者2100萬的估計,根據(jù)未來北京市第三產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,本文模型預(yù)測的數(shù)據(jù)還是比較可靠的。

3.1.3 環(huán)境子系統(tǒng)

北京市未來環(huán)保目標值如圖4所示?？梢钥闯?北京市的環(huán)保目標值在“十一五”期間呈快速增長趨勢,這得益于國家在環(huán)境保護及節(jié)能方面的政策,及北京市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的力度。之后,曲線出現(xiàn)一個拐點,這是因為環(huán)保工作帶來的邊際效應(yīng)的下降所致。

3.1.4 電力消費子系統(tǒng)

本文的主要目的是研究北京市未來的電力消費需求,以及電力消費與經(jīng)濟等系統(tǒng)的相互影響與制約的關(guān)系。下面分析北京市未來的電力需求狀況。

1)電力消費需求情況。從圖5可以看出,未來北京市第三產(chǎn)業(yè)及生活用電增速較快,二產(chǎn)用電增長相對緩慢。其中三產(chǎn)用電量在“十一五”期間的平均增速達到9%,之后增速變緩,逐漸降低到6%左右,二產(chǎn)用電量于2012年超過二產(chǎn);居民生活用電增速最快,一直穩(wěn)定在7.5%～9.5%的水平,這反映了人們的生活水平穩(wěn)步提高,其所占比例穩(wěn)步提升,至2020年,二產(chǎn)、三產(chǎn)及生活用電分別占總用電量的36%、45%及19%。本文的預(yù)測與北京市電力規(guī)劃還是比較相符的。

2)電力消費強度情況。北京市未來的電力消費強度是逐年下降的。如圖6所示。

從圖6可以看出,未來北京市電力消費強度總體上呈穩(wěn)步下降的趨勢,其中第二產(chǎn)業(yè)下降最為明顯,在它的推動下,全社會電力消費強度下降的也較快,二產(chǎn)電力消費強度受國家節(jié)能環(huán)保政策的影響較大,尤其是北京將很多高耗能企業(yè)搬遷出市區(qū),加之北京城市的定位,未來北方的經(jīng)濟將逐漸向天津轉(zhuǎn)移。

4 結(jié)論

根據(jù)以上的分析可以看出,本文的模型有效地解決了城市電力需求預(yù)測及與經(jīng)濟、人口等因素的相互關(guān)系問題。通過模型的模擬可以得到2007～2020年北京市的用電量、用電結(jié)構(gòu)、電力消費強度等電力指標,以及GDP、人口等指標,這些指標基本描繪了北京市未來15年的經(jīng)濟發(fā)展、人口就業(yè)、電力消費等情況,為進一步研究北京市的電網(wǎng)規(guī)劃與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

文中的很多預(yù)測結(jié)果都與北京城市的相關(guān)規(guī)劃目標相接近甚至是基本吻合,這也印證了本模型的可靠性和適用性。

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(責(zé)任編輯:路文梅)

Prediction of Urban Power Demand Considering the Factors of Population Economy and Environment

LIU Li-xiang,M ENG Qing-peng
(Department of Economy and Trade,Hebei Engineering and Technical College,Cangzhou 061001,China)

Taking Beijing as an example,we have set up a model of population economy,environment and power consumption and have implemented the simulation and examination.From the simulation,we can obtain the indice of power consumption and power utilization structure of Beijing from 2007 to 2020. The result of prediction is close to the relative planning target of Beijing.

urban economy;system dynamics;power demand;prediction

F426.61

A

1008-3782(2010)01-0030-04

2009-09-14

劉麗香(1981-),女,河北滄州人,河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校助教。