王凌誼，王志敏，錢紋，時亞軍，顧潔，彭虹橋，朱玥

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司規(guī)劃研究中心，昆明 650011；2.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 大數(shù)據(jù)工程技術(shù)研究中心，上海 200240）

0 前言

電力消費的變化也可以從一定程度上反映出國家或地區(qū)經(jīng)濟水平的提升。經(jīng)濟發(fā)展過程中的宏觀總量、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和地域特征等因素都會對電力消費產(chǎn)生影響。深入探究這些因素與電力消費間的關(guān)系，可以更好地把握電力需求未來的發(fā)展[1]。對區(qū)域電力消費增長的影響因素進行分析，了解各個因素對電力消費增長的貢獻占比，能為供給側(cè)改革后未來電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展及電力市場營銷策略制定提供有效的指導(dǎo)，有效緩解區(qū)域供電壓力，最大限度地發(fā)揮電力能效。

國內(nèi)學(xué)者對電力消費增長的影響因素做過大量研究，目前常用的方法有電耗系數(shù)分解、閾值協(xié)整模型和單層對數(shù)平均迪氏指數(shù)法分解法。文獻[2]通過電耗系數(shù)分解，將電力消費的增長因素分解為經(jīng)濟增長效應(yīng)、結(jié)構(gòu)變化效應(yīng)和強度變化效應(yīng)增長三個因素，但分解過于單一。文獻[3]基于閾值協(xié)整模型，分析了我國電力消費與經(jīng)濟增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、電力使用效率、電力價格幾個因素的關(guān)系，得出由于經(jīng)濟周期性波動，這些因素之間具有的長期非線性關(guān)系。Ang(2003)總結(jié)了指數(shù)分解法的應(yīng)用方法，分為拉氏指數(shù)分解法和迪氏指數(shù)分解法[4]。指數(shù)分解法最先被用于分解能源需求變化的影響因素，后來被大量用于污染物排放特別是碳排放的影響因素分析中[5-7]。同時，這種分解方法也被用于水資源消耗的變化分析[8]與糧食生產(chǎn)影響因素的分解之中[9]。文獻[10] 使用單層指數(shù)分解法對我國工業(yè)用電量進行分解，但僅僅局限于工業(yè)用電領(lǐng)域，未對區(qū)域的整體用電情況進行分析。在研究電力消費的領(lǐng)域中，運用LMDI分解法的研究大多利用傳統(tǒng)的單層模型，然而在供給側(cè)改革的大環(huán)境下，單層LMDI 分解法在特定政策、行業(yè)方面的解釋性不足，電力消費增長因素分解的方法需要進一步改進。

鑒于上述情況，本文將利用多層LMDI 方法分析電力消費量及強度變化的影響因素。對云南省2008-2016 年電力消費進行分解，討論分解得到的各個相關(guān)因素對云南省總體電力消費增長的影響及貢獻程度。

1 多層LMDI模型機理與建模

單層與多層LMDI 分解法均屬于指數(shù)分解法的范疇，指數(shù)分解法最早起源于1871 年Laspeyres 提出的以基期價格為權(quán)重的指數(shù)，隨后不斷發(fā)展和完善，目前已被廣泛應(yīng)用到能源消費分析中，其基本思想是把一個目標(biāo)變量的變化分解成若干個影響因素變化的組合。首先介紹傳統(tǒng)的單層LMDI 分解法。

1.1 傳統(tǒng)LMDI法簡介

傳統(tǒng)單層LMDI 分解法的基本思想可用數(shù)學(xué)語言表達如下[11]：

假定目標(biāo)變量為V，V可以分解成為n個影響因素(x1,…,xn)的組合形式：

不妨假設(shè)從0 到T 時間段內(nèi)，目標(biāo)變量從V0變化到VT，可以得到指數(shù)分解形式的基本表達式如下：

1）加法形式（Additive Decomposition）：

2）乘法形式（Multiplicative Decomposition）：

其中：ΔVxi和Dxi分別為第i 個影響因素的分解量，ΔVrsd和Drsd分別為因素分解后剩余的殘差項。

然而傳統(tǒng)的單層LMDI 分解方法在單一層面進行的分解結(jié)果具有一定的特殊性，許多有用的信息，特別是與不同層次的結(jié)構(gòu)變化有關(guān)的信息都被掩蓋了。

1.2 多層LMDI法原理及模型

多層LMDI 分解模型在傳統(tǒng)單層LMDI 模型基礎(chǔ)上，將總量（總能量消費）變化經(jīng)過單層分解得到的規(guī)模效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)保留，進一步對強度效應(yīng)進行分解得到子級的結(jié)構(gòu)效應(yīng)和強度效應(yīng)，如圖所示1。由于能源強度經(jīng)過更高階數(shù)分解得出的能源效率更好，若以研究能源效率的變化趨勢為目標(biāo)，那么多層次的能源強度效應(yīng)分解通常是首選。

圖1 多層LMDI分解法示意圖

理論上，多層LMDI 模型有以下優(yōu)點：

1）分解分析可以根據(jù)分層數(shù)據(jù)來分層計算，例如可以利用分產(chǎn)業(yè)電量和產(chǎn)業(yè)下的行業(yè)電量進行分層計算；

2）由于能量強度可以被進一步分解為子級的結(jié)構(gòu)效應(yīng)和強度效應(yīng)，可以反映更深層次的結(jié)構(gòu)關(guān)系，例如將單層LMDI 分解法中的電力消費強度效應(yīng)進一步分解得到部門效應(yīng)，分析產(chǎn)業(yè)下行業(yè)結(jié)構(gòu)對電力消費的影響。

3）由于分步分解，所以可以更好的利用數(shù)據(jù)，更精準(zhǔn)地實現(xiàn)分析。

綜合比較了上述兩種分解方法，考慮到結(jié)果的可解釋性，提出了多層次LMDI 加法模型對云南省電力消費數(shù)據(jù)進行分解分析，除了進一步分解強度效應(yīng)得到子級的結(jié)構(gòu)效應(yīng)和強度效外，還考慮了人口因素的分解。該方法最大的優(yōu)點是不會產(chǎn)生分解剩余項，且允許數(shù)據(jù)中包含零。

電力消費總量的加法分解模型如下：

其中：

A——人口；

B——GDP；

Bi——第i產(chǎn)業(yè)的GDP 值；

Cij——第i產(chǎn)業(yè)中第j個行業(yè)的GDP 值；

Qij——第i產(chǎn)業(yè)中第j個行業(yè)的電力消費量；

A=B/A，代表人均GDP；

Bi=Bi/B，代表第i產(chǎn)業(yè)GDP 所占比例；

cij=Cij/Bi，代表第j行業(yè)在第i產(chǎn)業(yè)中的所占比例；

qij=Qij/Cij，代表第i產(chǎn)業(yè)中第j行業(yè)的電力消費強度。

定義電力消費量的變化量ΔQ為電力消費量增長的綜合效應(yīng)。根據(jù)LMDI 模型的特點，電力消費量增長的綜合效應(yīng)可以分為以下5 個部分：人口效應(yīng)ΔQA，規(guī)模效應(yīng)ΔQa，結(jié)構(gòu)效應(yīng)ΔQb，部門效應(yīng)ΔQc，強度效應(yīng)ΔQq，其中部門效應(yīng)和強度效應(yīng)是經(jīng)過進一步分解后得到的子級效應(yīng)。所以電力消費量增長的綜合效應(yīng)表達式為：

考慮到以年為單位的數(shù)據(jù)分解，上述各效應(yīng)的表達式為：

2 云南省電力消費變化的多層LMDI分解分析

2.1 數(shù)據(jù)來源及說明

本文以云南省的經(jīng)濟與電力消費相關(guān)數(shù)據(jù)為例，選取《中國統(tǒng)計年鑒》和《云南省統(tǒng)計年鑒》中相關(guān)數(shù)據(jù)計算整理，時間跨度為2008-2016 年。其中總?cè)丝跒槌擎?zhèn)人口與非城鎮(zhèn)人口總和，由于需要考慮產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟對電力消費的影響，而居民用電并無經(jīng)濟產(chǎn)出，故本文中全社會電力消費量是指第一、第二與第三產(chǎn)業(yè)的電量消費總和，全社會GDP 是指第一、第二與第三產(chǎn)業(yè)的GDP 總和。其中各產(chǎn)業(yè)、行業(yè)GDP 數(shù)據(jù)均以2000 年為基準(zhǔn)期進行折算。

2.2 云南省電力消費變化統(tǒng)計分析

2008-2016 年，云南省全省用電量呈上升趨勢，如圖2 所示。2015 年之前，全省用電量逐年增長，年均增幅達到11.11%；2015 年后，受供給側(cè)改革、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和規(guī)模以上單位工業(yè)增加值能耗比下降的影響，全社會用電量有所下降。用電結(jié)構(gòu)方面，如圖3，從三大產(chǎn)業(yè)用電結(jié)構(gòu)來看，第二產(chǎn)業(yè)用電量占云南省總用電量的絕大部分，占比達到80%以上，但占比總體呈下降趨勢；其次是第三產(chǎn)業(yè)，平均占比達到7.67%，且占比不斷提升?？傮w來說，云南省呈現(xiàn)出“二、三、一”的用電結(jié)構(gòu)，與當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)基本一致。

圖2 2008-2016年云南省電力消費量(億千瓦時)

圖3 云南省2008-2016年用電結(jié)構(gòu)變化

2.3 云南省電力消費變化分解分析

2.3.1 單層LMDI分解分析

首先以傳統(tǒng)的單層分解方法為例，以2008年為基準(zhǔn)年份，采用傳統(tǒng)單層LMDI 模型，分解得到規(guī)模效應(yīng)，結(jié)構(gòu)效應(yīng)和效率效應(yīng), 云南省總電量自2008 年以來從呈上升態(tài)勢到趨于穩(wěn)定，其中規(guī)模效應(yīng)促進電量需求的上升，結(jié)構(gòu)效應(yīng)削弱電量需求的上升，而效率效應(yīng)除2013年外均削弱電量需求的上升。從三大效應(yīng)的數(shù)據(jù)絕對值大小可以看出，電量的上升主要受規(guī)模效應(yīng)影響。

2.3.2 多層LMDI分解分析

以2008 年為基準(zhǔn)年份，應(yīng)用多層LMDI模型進行分析，其中t-1 期為基準(zhǔn)年份即2008年，逐年計算出第t 期的綜合效應(yīng)，得到云南省2009-2016 年電力消費量增長的綜合效應(yīng)結(jié)果。

多層LMDI 分解后的結(jié)果顯示，以2008 年為基準(zhǔn)年份，云南省總電量的變化自2008 年以來從呈上升態(tài)勢到趨于穩(wěn)定?？傮w來說，人口效應(yīng)、規(guī)模效應(yīng)和部門效應(yīng)這三個因素的逐年效應(yīng)均為正值，對電力消費的增長呈正向作用；結(jié)構(gòu)效應(yīng)和強度效應(yīng)這兩個因素則基本呈負(fù)值，即削弱電力消費增長。

具體而言，如圖4，規(guī)模效應(yīng)促進電量需求的上升且占比最高，所占比例均值高達114.59%；部門效應(yīng)呈正向促進作用，占比較為穩(wěn)定，均值為17.63%，說明各產(chǎn)業(yè)中各行業(yè)的GDP 分配較為穩(wěn)定；而在2008-2016 年人口增長較為緩慢，人口效應(yīng)對電力消費增長影響較小，幾乎可以忽略。

另一方面，結(jié)構(gòu)效應(yīng)和強度效應(yīng)（除2013 年）均對電力消費的增長呈現(xiàn)抑制作用，主要由于第二產(chǎn)業(yè)電力消費量在云南省全社會用電量中占比過高。

從五大效應(yīng)的數(shù)據(jù)絕對值大小可以看出，電量的上升主要由規(guī)模效應(yīng)造成；從各效應(yīng)份額變化的速率來看，強度效應(yīng)的貢獻率對電量的影響越來越大。相對于基年2008 年，2016年云南的電量增長至1219..84 億kWh，其中規(guī)模效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效益和強度效益對此增長的貢獻率分別為107.67%、-8.43% 和-19.24%。規(guī)模效應(yīng)依然是電量增長的主要驅(qū)動力，值得注意的是，2014-2016 年規(guī)模、結(jié)構(gòu)和強度效應(yīng)份額的增長率為-3.67%、5.1% 和-1.22%，結(jié)構(gòu)效應(yīng)的增長尤為突出，說明近幾年來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對電量需求的影響作用逐步提升，也反映了在供給側(cè)改革的大背景下，國家政策強調(diào)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，淘汰落后產(chǎn)能，提高生產(chǎn)效率和能源利用效率。

2.4 對比分析

與傳統(tǒng)單層LMDI 分解結(jié)果進行對比。多層LMDI 將單層LMDI 模型中的效率效應(yīng)進一步分解為子級效應(yīng)，稱作部門效應(yīng)和強度效應(yīng)。從趨勢上來看，單層和多層LMDI 分解出的規(guī)模效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)大體上變化比例相近，驗證了多層LMDI 分解結(jié)果的正確性。

相比而言，在多層LDMI 分解結(jié)果中由于加入了部門效應(yīng)的分解，規(guī)模效應(yīng)逐年相應(yīng)的絕對值有所降低，同時結(jié)構(gòu)效應(yīng)的抑制效應(yīng)也有所削弱，突出了產(chǎn)業(yè)下各行業(yè)結(jié)構(gòu)對電力消費的影響，這一點在單層LMDI 分解模型中解釋性不足。

值得注意的是，多層LMDI 模型中還考慮了人口效應(yīng)這個非經(jīng)濟因素的影響，改善了單層分解模型中未考慮特定政策因素的局限性。從結(jié)果來看，人口效應(yīng)的變化對電力消費的影響仍呈正向拉動作用，但影響占比較小。

3 結(jié)束語

本文將能源消耗領(lǐng)域中常用的LMDI 分解法引入電力消費量增長分析中，建立多層LMDI分解模型，分解分析了云南省2008-2016 年電力消費量增長的影響因素，對比傳統(tǒng)的單層分解模型，得到以下結(jié)論：

1）云南省電力消費量自2008 年以來從呈上升態(tài)勢到趨于穩(wěn)定，從三大產(chǎn)業(yè)用電結(jié)構(gòu)來看，第二產(chǎn)業(yè)用電量占云南省總用電量的絕大部分，但總體呈下降趨勢；其次是第三產(chǎn)業(yè)，且占比不斷提升?？傮w來說，云南省呈現(xiàn)出“二、三、一”的用電結(jié)構(gòu)，與經(jīng)濟占比基本一致。

2）通過指數(shù)分解分析，建立電力需求的LMDI 分解模型，其中規(guī)模效應(yīng)和部門效應(yīng)這三個因素對電力消費的增長呈促進作用；結(jié)構(gòu)效應(yīng)和強度效應(yīng)均對電力消費的增長呈現(xiàn)抑制作用；由于云南省近年來總?cè)丝跀?shù)增長較慢，故人口效應(yīng)對電力消費增長的影響較小。

3）從五大效應(yīng)的數(shù)據(jù)絕對值大小可以看出，電量的上升主要由規(guī)模效應(yīng)造成，而加入的人口效應(yīng)和部門效應(yīng)的影響較為穩(wěn)定，解決了單層模型在特定政策、行業(yè)方面解釋性不足的局限性；從份額變化的速率來看，強度效應(yīng)的貢獻率對電量的影響越來越大。強度效應(yīng)的快速增加也一定程度上反映出當(dāng)前云南省仍以粗放式經(jīng)濟增長方式為主，在供給側(cè)改革的背景下，經(jīng)濟發(fā)展中更要注重有質(zhì)量、有效益、健康的增長。對于政府而言，要從宏觀層面控制固定資產(chǎn)的投資流向, 特別是那些電力密集型產(chǎn)業(yè),達到經(jīng)濟健康、持續(xù)、較快發(fā)展的目的。

下一步研究中將繼續(xù)收集全國經(jīng)濟與電力消費相關(guān)數(shù)據(jù)，進一步改進多層LMDI 分解模型，分不同時期對全國的電力消費數(shù)據(jù)加以分析。