王 寶， 陳 煜， 馬 靜， 葉 彬， 楊 敏

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院， 安徽 合肥 230022)

1 引言

電力市場(chǎng)分析預(yù)測(cè)是支撐電網(wǎng)公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃、電網(wǎng)規(guī)劃布局的重要基礎(chǔ)工作，尤其是在經(jīng)濟(jì)步入新常態(tài)、增速明顯趨緩的大形勢(shì)下，電網(wǎng)公司將更加注重電網(wǎng)網(wǎng)架的優(yōu)化安排以提高投資效益。準(zhǔn)確合理把握省級(jí)電網(wǎng)長(zhǎng)期電力需求，相較于中短期準(zhǔn)確預(yù)測(cè)對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃顯得更具科學(xué)性和前瞻性指導(dǎo)意義。

先前相關(guān)學(xué)者對(duì)中長(zhǎng)期電力需求預(yù)測(cè)的方法主要有計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型[1,2]、投入產(chǎn)出分析模型[3]、可計(jì)算一般均衡(CGE)模型[4]、情景分析模型[4-6]，考慮到省級(jí)中長(zhǎng)期電力發(fā)展還受節(jié)能減排等其他因素影響，存在一定的不確定性，采用情景分析預(yù)測(cè)方法較為合理，常用的情景分析方法是LEAP模型[7](Long-range Energy Alternatives Planning system，長(zhǎng)期能源可替代規(guī)劃系統(tǒng))。

省級(jí)電網(wǎng)網(wǎng)架能否實(shí)現(xiàn)合理優(yōu)化構(gòu)建，關(guān)鍵在于對(duì)長(zhǎng)期電力需求在各區(qū)域分布的準(zhǔn)確合理把握，目前相關(guān)研究甚少，文獻(xiàn)[8]采用基于對(duì)各功能區(qū)的未來(lái)發(fā)展定性判斷和占比法預(yù)測(cè)了重慶市中長(zhǎng)期電力需求分布。對(duì)省級(jí)電網(wǎng)長(zhǎng)期電力需求預(yù)測(cè)更容易把握，同時(shí)限于地市供電公司預(yù)測(cè)研究能力，各區(qū)域長(zhǎng)期電力需求預(yù)測(cè)可采取從全省到各區(qū)域的分析預(yù)測(cè)思路。

生產(chǎn)力與城鎮(zhèn)化(包括GDP、三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口規(guī)模等)差異直接決定了各區(qū)域長(zhǎng)期電力需求的差異性[9,10]，鑒于各產(chǎn)業(yè)和居民生活用電受不同的生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化指標(biāo)影響，本文從分產(chǎn)業(yè)角度創(chuàng)新性提出基于生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化布局的省級(jí)長(zhǎng)期電力需求分布預(yù)測(cè)方法，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)省級(jí)電網(wǎng)長(zhǎng)期電力需求在各區(qū)域分布的有效把握。

2 長(zhǎng)期生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化布局與電力需求預(yù)測(cè)

2.1 地區(qū)長(zhǎng)期生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化布局預(yù)測(cè)

地區(qū)長(zhǎng)期生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化布局預(yù)測(cè)需要以地區(qū)長(zhǎng)期生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，可采用以地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段等定性判斷為基礎(chǔ)，以先前學(xué)者對(duì)全國(guó)長(zhǎng)期生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化預(yù)測(cè)結(jié)果為參考，再以傳統(tǒng)定量預(yù)測(cè)模型為輔助工具，開展地區(qū)長(zhǎng)期生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化預(yù)測(cè)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合各區(qū)域歷史生產(chǎn)力與城鎮(zhèn)化發(fā)展及其差異，采用多元回歸、logistic、ARIMA、P-E-R等多種方法，合理預(yù)測(cè)地區(qū)長(zhǎng)期生產(chǎn)力在各區(qū)域的布局。地區(qū)長(zhǎng)期生產(chǎn)力布局預(yù)測(cè)可依靠省級(jí)經(jīng)濟(jì)研究機(jī)構(gòu)的專業(yè)判斷及其預(yù)測(cè)技術(shù)。

2.2 省級(jí)電網(wǎng)長(zhǎng)期電力需求預(yù)測(cè)

省級(jí)電網(wǎng)長(zhǎng)期電力需求預(yù)測(cè)可采用構(gòu)建LEAP模型，依據(jù)地區(qū)長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展預(yù)測(cè)，從終端用能角度出發(fā)，分主要產(chǎn)業(yè)部門(如：城鄉(xiāng)居民生活、交通運(yùn)輸、服務(wù)業(yè)、高耗能行業(yè)等)設(shè)計(jì)終端用能載體并根據(jù)技術(shù)進(jìn)步等因素預(yù)測(cè)其能耗強(qiáng)度，進(jìn)一步設(shè)計(jì)地區(qū)發(fā)電、煤炭開采等能源轉(zhuǎn)換模塊，最終構(gòu)建地區(qū)長(zhǎng)期能源需求預(yù)測(cè)的LEAP模型，根據(jù)地區(qū)LEAP模型能很好地預(yù)測(cè)地區(qū)長(zhǎng)期分行業(yè)和居民生活用電量以及全社會(huì)用電量。

2.3 安徽長(zhǎng)期生產(chǎn)力布局與電力需求預(yù)測(cè)結(jié)果

以安徽為例，省內(nèi)經(jīng)濟(jì)研究專業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全省長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)增速將逐步放緩，預(yù)計(jì)“十三五”和2020年至2030年年均分別增長(zhǎng)8.5%和6.5%左右；到2030年全省將進(jìn)入后工業(yè)化發(fā)展階段，三產(chǎn)比重超過(guò)50%；全省常住人口將從2015年的6144萬(wàn)人增加至6800萬(wàn)人。圖1至圖3分別給出了全省長(zhǎng)期生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化主要指標(biāo)在各地市的布局結(jié)果，皖北4地市(淮北、阜陽(yáng)、亳州、宿州)受制于資源、環(huán)境嚴(yán)重超載，長(zhǎng)期人口流出大勢(shì)所趨。

圖1 安徽省長(zhǎng)期GDP增速分布結(jié)果

圖2 安徽省長(zhǎng)期產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分布結(jié)果

圖3 安徽省長(zhǎng)期常住人口分布結(jié)果

根據(jù)安徽省發(fā)展特點(diǎn)和長(zhǎng)期趨勢(shì)，形成長(zhǎng)期能源電力發(fā)展可能的3種情景：基準(zhǔn)情景、清潔情景和強(qiáng)化清潔情景，基準(zhǔn)情景對(duì)應(yīng)正常節(jié)能減排力度及科技進(jìn)步速度、交通以油為主的傳統(tǒng)發(fā)展思路；清潔情景對(duì)應(yīng)技術(shù)進(jìn)步加速、能源消費(fèi)方式轉(zhuǎn)變、省內(nèi)省外兩個(gè)資源市場(chǎng)并舉的清潔化發(fā)展思路；強(qiáng)化清潔情景對(duì)應(yīng)節(jié)能減排和省外資源市場(chǎng)開發(fā)力度進(jìn)一步加大的加強(qiáng)型清潔化發(fā)展思路。對(duì)發(fā)展情景量化后，構(gòu)建安徽能源電力發(fā)展LEAP情景模型，預(yù)測(cè)2030年3種情景對(duì)應(yīng)全社會(huì)用電量(如表1)，結(jié)果顯示節(jié)能減排力度越大，安徽長(zhǎng)期用電增速越小。

表1 2030年安徽全社會(huì)用電預(yù)測(cè)結(jié)果 單位：億千瓦時(shí)

未來(lái)安徽沿著清潔情景發(fā)展最為可能，對(duì)應(yīng)2030年全省全社會(huì)用電3574億千瓦時(shí)，2016年至2030年年均增長(zhǎng)5.3%，分產(chǎn)業(yè)結(jié)果見表2。

表2 2030年安徽分產(chǎn)業(yè)用電預(yù)測(cè)結(jié)果 單位：億千瓦時(shí)

3 省級(jí)電網(wǎng)長(zhǎng)期電力需求分布預(yù)測(cè)模型

各產(chǎn)業(yè)及居民生活用電受不同的生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化指標(biāo)影響，需分別開展電力需求分布預(yù)測(cè)，一產(chǎn)用電體量小，且LEAP模型不單獨(dú)預(yù)測(cè)一產(chǎn)用電，將一產(chǎn)用電考慮在二產(chǎn)用電中。

3.1 城鄉(xiāng)居民生活用電分布預(yù)測(cè)

基于歷史數(shù)據(jù)計(jì)量分析，各區(qū)域城鄉(xiāng)居民生活用電差異主要由區(qū)域經(jīng)濟(jì)總量(GDP)和人口規(guī)模差異決定，構(gòu)建以各區(qū)域城鄉(xiāng)居民生活用電為被解釋變量的歷史基準(zhǔn)年回歸模型(如式(1))，再根據(jù)長(zhǎng)期各區(qū)域生產(chǎn)力和人口布局預(yù)測(cè)結(jié)果，計(jì)算得到長(zhǎng)期各區(qū)域城鄉(xiāng)居民生活用電初步預(yù)測(cè)結(jié)果，并按式(2)計(jì)算得到長(zhǎng)期各區(qū)域城鄉(xiāng)居民生活用電最終分布結(jié)果。

(1)

(2)

式中：WHt,l、GDPt,l和POPt,l分別表示區(qū)域l長(zhǎng)期t年對(duì)應(yīng)的城鄉(xiāng)居民生活用電、GDP和常住人口規(guī)模，WHt為全省長(zhǎng)期t年城鄉(xiāng)居民生活用電，L表示區(qū)域總數(shù)。

3.2 三產(chǎn)用電分布預(yù)測(cè)

歷史年份統(tǒng)計(jì)分析顯示，各區(qū)域三產(chǎn)用電量與三產(chǎn)增加值基本呈完全線性，因而長(zhǎng)期各區(qū)域三產(chǎn)用電可采用與各區(qū)域三產(chǎn)增加值回歸進(jìn)行預(yù)測(cè)。構(gòu)建歷史基準(zhǔn)年各區(qū)域三產(chǎn)用電與三產(chǎn)增加值回歸模型，再帶入長(zhǎng)期各區(qū)域三產(chǎn)增加值布局預(yù)測(cè)結(jié)果，并按式(3)計(jì)算得到長(zhǎng)期各區(qū)域三產(chǎn)用電分布結(jié)果。

(3)

3.3 二產(chǎn)(含一產(chǎn))用電分布預(yù)測(cè)

省級(jí)電網(wǎng)二產(chǎn)用電構(gòu)成較復(fù)雜，一般包括：二產(chǎn)終端用電(含高耗能行業(yè)和非高耗能行業(yè))、能源工業(yè)(煤炭開采、石油加工和天然氣生產(chǎn))用電、全部廠用電、主網(wǎng)(220kV及以上)網(wǎng)損、配網(wǎng)線路損失電量、抽水蓄能抽水耗用電量，其中：全部廠用電(主要是統(tǒng)調(diào)廠用電)、主網(wǎng)網(wǎng)損、抽水蓄能抽水耗用電量只在省級(jí)電網(wǎng)二產(chǎn)用電中計(jì)入，各區(qū)域不計(jì)入。

省級(jí)電網(wǎng)長(zhǎng)期t年全部廠用電WCDt、主網(wǎng)網(wǎng)損WZLt和配網(wǎng)線路損失電量WPLt一般占全社會(huì)用電一定的比例，可根據(jù)其占全社會(huì)用電比例(分別為κ1t、κ2t、κ3t)和全社會(huì)用電預(yù)測(cè)結(jié)果(Wt)乘積預(yù)測(cè)得到，長(zhǎng)期t年各比例可基于趨勢(shì)外推和結(jié)合與發(fā)達(dá)地區(qū)對(duì)比確定。抽水蓄能抽水耗用電量WPt根據(jù)長(zhǎng)期抽水蓄能規(guī)劃裝機(jī)容量PPt和利用小時(shí)數(shù)τ計(jì)算得到(WPt≈PPtτ/3×4)。

3.3.1 各區(qū)域二產(chǎn)(含一產(chǎn))終端用電分布

高耗能行業(yè)電耗大，且由于區(qū)位原因，高耗能行業(yè)在各區(qū)域分布往往存在較大差異，從而決定了各區(qū)域二產(chǎn)(含一產(chǎn))終端用電與二產(chǎn)增加值相關(guān)性一般不高，直接基于二產(chǎn)增加值分布預(yù)測(cè)二產(chǎn)(含一產(chǎn))終端用電分布的方法不可取，需先確定各區(qū)域高耗能行業(yè)用電分布后方能確定二產(chǎn)(含一產(chǎn))終端用電分布。

受趨嚴(yán)的環(huán)保政策影響，高耗能行業(yè)再布局難度大，長(zhǎng)期可按維持現(xiàn)有各區(qū)域分布考慮。基于歷史基準(zhǔn)年高耗能行業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量在各區(qū)域分布以及長(zhǎng)期省級(jí)電網(wǎng)高耗能行業(yè)用電預(yù)測(cè)結(jié)果，預(yù)測(cè)各區(qū)域長(zhǎng)期高耗能行業(yè)用電分布(如式(4))。

(4)

式中：WGt,l為長(zhǎng)期t年區(qū)域l主要高耗能行業(yè)用電預(yù)測(cè)值，Ns為全省主要高耗能產(chǎn)品種類，VGt0,l,s為基準(zhǔn)年t0區(qū)域l的s高耗能產(chǎn)品產(chǎn)量，WGIt,s為長(zhǎng)期t年全省s高耗能行業(yè)用電量預(yù)測(cè)值。

扣除高耗能行業(yè)用電后，各區(qū)域二產(chǎn)(含一產(chǎn)，不含高耗能)用電可基于各區(qū)域二產(chǎn)增加值占比來(lái)預(yù)測(cè)，再加上高耗能行業(yè)用電，得到二產(chǎn)(含一產(chǎn))終端用電在各區(qū)域分布結(jié)果(如式(5))。

(5)

式中：WSTt,l和GDP2t,l分別為長(zhǎng)期t年區(qū)域l二產(chǎn)(含一產(chǎn))終端用電量預(yù)測(cè)值和二產(chǎn)增加值預(yù)測(cè)值。

3.3.2 各區(qū)域能源工業(yè)用電分布

能源工業(yè)和高耗能行業(yè)類似，再布局難度大，其用電分布可按基準(zhǔn)年各區(qū)域能源工業(yè)產(chǎn)量占比，預(yù)測(cè)各區(qū)域能源工業(yè)用電量(如式(6))。

(6)

式中：WEIt,l為中長(zhǎng)期t年區(qū)域l能源工業(yè)用電量，VEt0,l,d為基準(zhǔn)年t0區(qū)域l的d能源產(chǎn)品產(chǎn)量，Nd為能源產(chǎn)品種類，WEt,d為省級(jí)電網(wǎng)中長(zhǎng)期t年d類能源工業(yè)用電預(yù)測(cè)結(jié)果。

3.3.3 各區(qū)域配網(wǎng)線路損失電量分布

長(zhǎng)期來(lái)看，隨著配網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化和管理水平提升，線損率高的區(qū)域?qū)⒚黠@下降，線損率低的區(qū)域受技術(shù)線損率限制，降幅有限，從而各區(qū)域線損率差異明顯縮小，線損率不再是各區(qū)域配網(wǎng)線路損失電量差異的主要因素。因而長(zhǎng)期各區(qū)域配網(wǎng)線路損失電量由各區(qū)域用電量大小決定，可根據(jù)上述已確定的分類用電量占比來(lái)預(yù)測(cè)各區(qū)域配網(wǎng)線路損失電量WPLt(如式(7))。

(7)

3.3.4 各區(qū)域二產(chǎn)(含一產(chǎn))用電分布

各區(qū)域二產(chǎn)(含一產(chǎn))用電WSt,l等于各區(qū)域二產(chǎn)(含一產(chǎn))終端用電、能源工業(yè)用電和配網(wǎng)線路損失電量之和(如式(8))，省級(jí)電網(wǎng)二產(chǎn)(含一產(chǎn))用電與各區(qū)域二產(chǎn)(含一產(chǎn))用電關(guān)系如式(9)。

(8)

(9)

3.4 全社會(huì)用電分布結(jié)果

基于對(duì)長(zhǎng)期城鄉(xiāng)居民生活用電、三產(chǎn)用電和二產(chǎn)(含一產(chǎn))用電分布的預(yù)測(cè)，加總形成長(zhǎng)期各區(qū)域全社會(huì)用電分布結(jié)果Wt,l(如式(10))。

(10)

4 實(shí)例分析

以下以安徽省清潔情景下2030年電力需求分布預(yù)測(cè)為例，闡述預(yù)測(cè)過(guò)程與結(jié)論。

根據(jù)式(1)，以2015年歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建城鄉(xiāng)居民生活用電回歸模型(如式(11))，帶入各地市2030年GDP和人口規(guī)模預(yù)測(cè)值，并根據(jù)式(2)得到各地市2030年城鄉(xiāng)居民生活用電分布結(jié)果(如表3)。根據(jù)式(3)，以2015年歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建三產(chǎn)用電回歸模型(如式(12))，并帶入各地市2030年三產(chǎn)增加值預(yù)測(cè)值，得到各地市2030年三產(chǎn)用電分布結(jié)果(如表3)。

WHl=0.005101215084×GDPl+0.02268179479×POPl-0.422537 (R2=0.9993)

(11)

WTl=0.02536760727×GDP3l+0.2239821035 (R2=0.9903)

(12)

表3 2030年居民和三產(chǎn)用電分布結(jié)果 單位：億千瓦時(shí)

基于LEAP模型可獲取2030年安徽二產(chǎn)(含一產(chǎn))用電內(nèi)部構(gòu)成預(yù)測(cè)結(jié)果(如表4)，基于2015年產(chǎn)品產(chǎn)量(鋼材、水泥、化肥、銅、原煤等)歷史分布、2030年二產(chǎn)增加值分布等，根據(jù)式(4)～式(7)，預(yù)測(cè)各高耗能行業(yè)、非高耗能行業(yè)、各能源工業(yè)以及配網(wǎng)線路損失電量在各地市分布(如表5)。

表4 2030年二產(chǎn)(含一產(chǎn))用電構(gòu)成 單位：億千瓦時(shí)

表5 2030年安徽省二產(chǎn)(含一產(chǎn))用電各地市分布預(yù)測(cè)結(jié)果 單位：億千瓦時(shí)

匯總城鄉(xiāng)居民生活用電、三產(chǎn)用電和二產(chǎn)(含一產(chǎn))用電各地市分布預(yù)測(cè)結(jié)果，得到各地市全社會(huì)用電分布結(jié)果(如表6)。

表6 2030年安徽省全社會(huì)用電量分布結(jié)果 單位：億千瓦時(shí)

3種情景對(duì)應(yīng)各地市長(zhǎng)期用電增長(zhǎng)走勢(shì)基本一致(如圖4)，淮北、淮南、馬鞍山和銅陵等能源或高耗能型工業(yè)城市用電增長(zhǎng)潛力較小；合肥、六安、安慶等皖中城市，憑借人口吸納優(yōu)勢(shì)，用電增長(zhǎng)空間較大；阜陽(yáng)、亳州、宿州等皖北城市工業(yè)發(fā)展落后，后期用電增長(zhǎng)空間亦較大。

圖4 3種情景對(duì)應(yīng)2030年分布結(jié)果

本文預(yù)測(cè)方法充分考慮了長(zhǎng)期各地市生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化布局差異，同時(shí)分產(chǎn)業(yè)用電分布預(yù)測(cè)亦充分考慮了用電結(jié)構(gòu)變化，該預(yù)測(cè)結(jié)果相較于傳統(tǒng)不考慮各地市生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化發(fā)展下的歷史全社會(huì)用電占比、長(zhǎng)期GDP占比等占比法更具科學(xué)性、合理性和可解釋性。

5 結(jié)論

對(duì)省級(jí)電網(wǎng)企業(yè)而言，僅開展地區(qū)長(zhǎng)期電力需求預(yù)測(cè)并不能很好地指導(dǎo)全省電網(wǎng)規(guī)劃和優(yōu)化，但限于地市供電公司預(yù)測(cè)研究能力，各區(qū)域長(zhǎng)期電力需求一般難以把握。本文基于省級(jí)電網(wǎng)長(zhǎng)期電力需求預(yù)測(cè)結(jié)果，構(gòu)建了基于生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化布局的省級(jí)長(zhǎng)期電力需求分布預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了從全省電力需求到各區(qū)域電力需求的科學(xué)有效銜接。由于考慮了各區(qū)域長(zhǎng)期生產(chǎn)力及城鎮(zhèn)化差異，分布預(yù)測(cè)結(jié)果相較于一般的占比預(yù)測(cè)方法更為科學(xué)合理。本文研究工作能夠?yàn)殡娏κ袌?chǎng)分析及電網(wǎng)規(guī)劃人員合理預(yù)測(cè)省級(jí)長(zhǎng)期電力需求分布以滿足電網(wǎng)合理前瞻性規(guī)劃需要，具有一定的參考價(jià)值。

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