第一作者簡介：馬燕如（1990-），女，碩士，工程師。研究方向?yàn)槟茉唇?jīng)濟(jì)。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.16.003

摘" 要：為全面、準(zhǔn)確分析新時(shí)期發(fā)展背景下城市未來用電特征，要結(jié)合新形勢、新特點(diǎn)，考慮多種新要素，在以往所用方式、方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整，建立適合“雙碳”“雙區(qū)”發(fā)展目標(biāo)的電力需求預(yù)測新體系。該文首先對“雙碳”“雙區(qū)”對城市電力需求預(yù)測影響進(jìn)行分析，并提出碳強(qiáng)度約束下電能占終端能源比重法、細(xì)分產(chǎn)業(yè)法和新型負(fù)荷修正法3種電力需求預(yù)測方法，綜合預(yù)測分析全社會用電量，了解城市中長期電力需求的具體特征，掌握用電總量趨勢、用電結(jié)構(gòu)趨勢和最高負(fù)荷及負(fù)荷特性趨勢，為城市發(fā)展規(guī)劃頂層設(shè)計(jì)、控制電力負(fù)荷和提高電力投資效益提供參考。

關(guān)鍵詞：雙碳；雙區(qū)；電力需求預(yù)測；用電特征；最高負(fù)荷

中圖分類號：F426" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）16-0012-04

Abstract： In order to comprehensively and accurately analyze the characteristics of urban future power consumption in the context of development in the new era， it is necessary to combine the new situation and new characteristics， consider a variety of new elements， and optimize and adjust on the basis of the previous methods and methods， so as to establish a new electrical power demand prediction system suitable for the development goal of double carbon and double zones. This paper first analyzes the influence of double carbon and double zones on urban electrical power demand prediction， and puts forward three methods of electrical power demand prediction： the proportion of electric energy to terminal energy under the constraint of carbon intensity， the subdivided industry method， and the new load correction method. This paper makes a comprehensive forecast and analysis of social electricity consumption， proposes to understand the specific characteristics of urban medium-and long-term electrical power demand， and grasp the trend of total electricity consumption， power consumption structure， maximum load and load characteristics. This provides a reference for the top-level design of urban development planning， controlling power load and improving the efficiency of power investment.

Keywords： double carbon; double zone; electrical power demand prediction; power consumption characteristics; maximum load

“雙碳”“雙區(qū)”背景下，城市各區(qū)域加大了建設(shè)力度，搭建了多元發(fā)展平臺，充分發(fā)揮“雙區(qū)疊加”優(yōu)勢，積極參與粵港澳大灣區(qū)建設(shè)。為促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)達(dá)成，應(yīng)了解該背景下城市能源電力使用需求和行業(yè)發(fā)展新特點(diǎn)，結(jié)合電力需求歷史特征，運(yùn)用多種需求預(yù)測方法，構(gòu)建新型預(yù)測體系，對“雙碳”背景下、“雙區(qū)”驅(qū)動下社會長期用電量和電力使用分布情況進(jìn)行預(yù)測，分析多項(xiàng)要素對電力使用量的影響，應(yīng)選擇適宜方法，保證預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，這對后續(xù)電力行業(yè)發(fā)展合理規(guī)劃有著現(xiàn)實(shí)意義。

1" “雙碳”“雙區(qū)”對城市電力需求預(yù)測影響分析

1.1" “雙碳”促使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，影響電力負(fù)荷特性

“雙碳”目標(biāo)的提出改變了城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度不斷加快，高耗能產(chǎn)業(yè)逐漸轉(zhuǎn)型，將低碳環(huán)保作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展理念。而新業(yè)態(tài)的出現(xiàn)也使得社會用電量和用電結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，比如新基建的電力需求較大，城市總體用電量提升，增強(qiáng)了用電負(fù)荷；為促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)達(dá)成，在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)時(shí)，電能占比有所提高，這是促進(jìn)各行業(yè)電氣化發(fā)展的必然趨勢。在碳排放的約束下，行業(yè)發(fā)展中能耗管理水平得到提升，電力資源得到了充分利用，基于上述發(fā)展特點(diǎn)，城市電力需求增長趨勢會形成新特征；重視新能源的開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的優(yōu)化建設(shè)，是促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)達(dá)成的關(guān)鍵，要求電力行業(yè)發(fā)展期間應(yīng)注重對電力系統(tǒng)的靈活設(shè)計(jì)，分析用電需求后，加強(qiáng)需求側(cè)管理，為新能源產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展創(chuàng)造良好條件，基于這一發(fā)展形勢電力負(fù)荷特性發(fā)生較大改變[1]。

1.2" “雙區(qū)”推動城市經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，影響未來用電、用能特性

“雙區(qū)”驅(qū)動下城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)建設(shè)及發(fā)展定位等都呈現(xiàn)新特點(diǎn)，產(chǎn)生了新變化，雙區(qū)城市之間的發(fā)展更為密切，實(shí)現(xiàn)了全面融合與協(xié)調(diào)建設(shè)，不同區(qū)域之間的合作持續(xù)深入，各行各業(yè)都向著高端化發(fā)展，服務(wù)水平得到升級，這就導(dǎo)致城市用電結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，負(fù)荷特性也呈現(xiàn)新特點(diǎn)；“雙區(qū)”驅(qū)動下城市發(fā)展實(shí)現(xiàn)了科技創(chuàng)新，加大了創(chuàng)新型城市建設(shè)，建立了具有國際性特點(diǎn)的科技創(chuàng)新中心，在發(fā)展建設(shè)期間各項(xiàng)新技術(shù)得到了快速發(fā)展，如分布式能源、需求側(cè)響應(yīng)和能源綜合利用等，改變了城市整體能源的使用特點(diǎn)，社會發(fā)展過程中的電力需求也會受到較大影響。

2" “雙碳”“雙區(qū)”背景下未來電量預(yù)測方法

2.1" 基于碳強(qiáng)度控制目標(biāo)，分析電能在終端能源中的占比

“十四五”發(fā)展規(guī)劃中碳強(qiáng)度控制為重要內(nèi)容，制定了碳強(qiáng)度和碳排放總量控制制度，本文基于這一發(fā)展背景，結(jié)合社會用電需求和電氣化發(fā)展要求，以控制碳強(qiáng)度為目標(biāo)，運(yùn)用“自上而下”預(yù)測方法，分析電能占終端能源的比重，具體步驟如圖1所示。首先，要對城市電力需求歷史特征進(jìn)行分析，確定“碳達(dá)峰”的預(yù)期時(shí)間，對城市能源消費(fèi)情況進(jìn)行預(yù)測分析；第二，以區(qū)域碳強(qiáng)度控制要求為指導(dǎo)，結(jié)合城市能源發(fā)展規(guī)劃方向，制定階段性目標(biāo)；第三，對不同發(fā)展路徑下能源的消耗情況和能源組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷和分析；第四，預(yù)測不同發(fā)展路徑下電能占總能源消耗量的比重；最后，將用電量與損耗量相加，預(yù)測新時(shí)期發(fā)展背景下全社會用電量。

為促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)達(dá)成，城市未來發(fā)展中應(yīng)根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況，因地制宜地開發(fā)資源能源，減少煤炭油品的用量，加大天然氣的使用量，構(gòu)建符合當(dāng)前時(shí)代發(fā)展的新型電力系統(tǒng)，使城市中的一些重要產(chǎn)業(yè)和發(fā)展領(lǐng)域，用電能或者清潔能源替代煤炭資源[2]。擬定基本情境、高電能替代和低電能替代3種發(fā)展情境，分析不同轉(zhuǎn)型路徑下電能占終端能源消費(fèi)比重，預(yù)測結(jié)果如圖2所示，在能源消費(fèi)總量相同的情況下，碳強(qiáng)度下降越快，清潔能源和電能在用能結(jié)構(gòu)中的占比越高，城市整體的電氣化水平也有所提升。

圖1" 用電需求預(yù)測流程圖

圖2" 不同轉(zhuǎn)型路徑下電能占終端能源消費(fèi)比重預(yù)測

2.2" 分析不同產(chǎn)業(yè)的電力需求

該預(yù)測方法是對不同產(chǎn)業(yè)的電力需求進(jìn)行分析，先要進(jìn)行產(chǎn)業(yè)細(xì)分，主要分為第一產(chǎn)業(yè)用電，以工業(yè)和建筑業(yè)為主的第二產(chǎn)業(yè)用電，以交通運(yùn)輸、倉儲物流、零售批發(fā)、信息傳輸、住宿餐飲和其他服務(wù)業(yè)為主的第三產(chǎn)業(yè)及居民用電，對于“雙碳”“雙區(qū)”背景下的重要發(fā)展領(lǐng)域也要全面分析，構(gòu)建分部門電力需求預(yù)測模型（圖3）。在研究該種預(yù)測方法時(shí)，應(yīng)用產(chǎn)值單耗法對以往的需求預(yù)測方法進(jìn)行改進(jìn)修正。不同產(chǎn)業(yè)發(fā)展中電力需求的增加量預(yù)測分析，應(yīng)聯(lián)系社會發(fā)展實(shí)際，結(jié)合行業(yè)差異特點(diǎn)，進(jìn)行趨勢外推，還要分析不同影響因素指標(biāo)，借助專門工具計(jì)量分析相關(guān)指標(biāo)與影響因素之間的關(guān)系，從而確定電力發(fā)展對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)的影響[3]。通常會利用系統(tǒng)動力學(xué)知識建立預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)對城市未來發(fā)展電力需求的準(zhǔn)確預(yù)測。

運(yùn)用上述方法進(jìn)行預(yù)測分析，城市中長期發(fā)展中，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值單耗會逐漸下降；第二產(chǎn)業(yè)中先進(jìn)制造業(yè)和高技術(shù)制造業(yè)得到良好發(fā)展，資源能源的用量得到了控制，各種高碳能源用量逐漸減少，前期下降速度較快，2035年后下降幅度變緩；第三產(chǎn)業(yè)中的交通運(yùn)輸、批發(fā)零售、住宿餐飲等行業(yè)的電氣化率逐漸提升，而且在現(xiàn)代通信技術(shù)快速發(fā)展的影響下，信息傳輸和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)也得到了進(jìn)一步發(fā)展，整個第三產(chǎn)業(yè)“十四五”階段和中長期發(fā)展過程中用電單耗逐漸增加，在后續(xù)技術(shù)持續(xù)優(yōu)化和完善后單耗量會逐漸下降。

圖3" 不同產(chǎn)業(yè)電力需求預(yù)測模型

2.3" 重點(diǎn)分析對電量增加影響大的產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，進(jìn)行用電負(fù)荷趨勢性判斷

“雙碳”“雙區(qū)”背景下，電力需求預(yù)測中還應(yīng)著重分析對用電量增長幅度影響較大的產(chǎn)業(yè)，采用新型負(fù)荷修正法，進(jìn)行用電負(fù)荷趨勢性判斷[4]。新基建是當(dāng)前時(shí)代背景下的重要項(xiàng)目，發(fā)展建設(shè)中涉及較多新型負(fù)荷，如5G 基站、大數(shù)據(jù)中心、新能源汽車和軌道交通等?！半p區(qū)”驅(qū)動下，城市5G基站數(shù)量持續(xù)增加，主要以信號全覆蓋為原則，基站點(diǎn)增多后功率消耗加大，與4G 基站相比，能耗增加了3～5倍，新增用電量預(yù)測值為1.2～2.1 TWh；大數(shù)據(jù)中心機(jī)架數(shù)量持續(xù)增加，通過對數(shù)據(jù)中心運(yùn)行和使用中電能消耗情況分析，“十四五”期間數(shù)據(jù)中心建設(shè)中新增用電量預(yù)測值為3.6～5.9 TWh；新能源汽車數(shù)量大幅度提升，電能消耗量增加；軌道交通方面，高鐵數(shù)量和城市軌道鐵路數(shù)量增加，電耗率加大。其中電動汽車用電需求在晚高峰時(shí)段的用電負(fù)荷較大，需要加強(qiáng)用電管理；而數(shù)據(jù)中心的用電量大，電量增量效應(yīng)最高，具體如圖4所示。

對于城市發(fā)展建設(shè)中新能源汽車建設(shè)和大數(shù)據(jù)中心規(guī)劃，主要在“十四五”階段，所以預(yù)測結(jié)果與近中期實(shí)際情況更為貼近，遠(yuǎn)期規(guī)劃還不夠清晰。要想對新基建項(xiàng)目遠(yuǎn)景規(guī)劃的電力需求和用電負(fù)荷變化趨勢進(jìn)行預(yù)測分析，則應(yīng)聯(lián)系國家有關(guān)規(guī)劃內(nèi)容，分析新基建項(xiàng)目建設(shè)中涉及到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)和發(fā)展特點(diǎn)，對電力需求變化趨勢進(jìn)行分析判斷，而最終的全社會用電量預(yù)測結(jié)果則為參考數(shù)據(jù)。

3" 研究實(shí)踐結(jié)果分析

3.1" 最高負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)趨勢預(yù)測

預(yù)測城市近中期最高負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)與產(chǎn)業(yè)用電結(jié)構(gòu)有關(guān)，第二產(chǎn)業(yè)用電量越大，最高負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)越高，第三產(chǎn)業(yè)和居民用電量越大，該數(shù)值越小?！半p碳”“雙區(qū)”背景下，城市第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展中用電量持續(xù)下降，而第三產(chǎn)業(yè)用電逐漸提升，最高負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)下降。中遠(yuǎn)期需求側(cè)各類手段削峰填谷效果更為凸顯。需求側(cè)管理手段的有效實(shí)施，提高了削峰填谷效果，最高負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)增大，其與電動汽車有序充電、實(shí)施峰谷電價(jià)機(jī)制等措施有關(guān)[5]。本文首先對各項(xiàng)措施實(shí)施后用電負(fù)荷曲線分析，從未來發(fā)展的角度出發(fā)，進(jìn)行曲線修正，可以獲得考慮多方面因素后的最高用電負(fù)荷值，以此分析負(fù)荷變化趨勢。典型日負(fù)荷曲線變化趨勢如圖5所示。

3.2" 城市“十四五”及中長期電力需求特征

3.2.1" 用電總量趨勢

“雙碳”目標(biāo)背景下，在2030年之前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰是主要目標(biāo)，基于這一發(fā)展形勢，城市電氣化率明顯提升，新基建項(xiàng)目逐漸增多，全社會用電量也會處于一直增長的狀態(tài)，前中期增速較快，后中間增速變緩[6]。2035年碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過程中，社會經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)得到調(diào)整優(yōu)化，綠色節(jié)能理念滲透到各行各業(yè)，電能使用效率增加，可實(shí)現(xiàn)在減少用電量的同時(shí)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，該階段電力需求增長飽和，增長速率可降低到1%之內(nèi)。

3.2.2用電結(jié)構(gòu)趨勢

“雙碳”“雙區(qū)”背景下，城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化革新，以高產(chǎn)值、低能耗為目標(biāo)，傳統(tǒng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)型，并向著其他城市轉(zhuǎn)移，高能耗產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到了一定限制，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)縮小，在這種發(fā)展形勢下，城市第二產(chǎn)業(yè)用量會有所控制，呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，而新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景良好，在先進(jìn)技術(shù)的支持下，第三產(chǎn)業(yè)用電量持續(xù)增加，居民用電占比也逐漸升高，其中新基建用電量在全社會用電總量增量中的比重較大，且處于持續(xù)提升狀態(tài)，城市用電結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

3.2.3需求側(cè)管理措效果分析

從需求側(cè)的角度出發(fā)，實(shí)施相關(guān)管理措施，可達(dá)到削峰填谷的目的，實(shí)現(xiàn)對最高用電負(fù)荷的有效控制，減少電力系統(tǒng)運(yùn)行成本和投資效益。在“雙碳”“雙區(qū)”背景下，城市未來發(fā)展建設(shè)中應(yīng)注重頂層設(shè)計(jì)，全面分析和響應(yīng)需求側(cè)，結(jié)合用電需求完善各項(xiàng)政策機(jī)制，同時(shí)也要加大對各種用電量控制技術(shù)的研究力度，盡量減小用電需求，提高用電效應(yīng)。還要對一些用電量較大的領(lǐng)域，實(shí)施具有針對性的需求側(cè)管理方法，并大力發(fā)展新能源技術(shù)，對電動汽車充放電行為進(jìn)行有序管理，建立貼近新時(shí)期發(fā)展需求的商業(yè)模式，從而實(shí)現(xiàn)對電力資源的優(yōu)化配置，能夠結(jié)合發(fā)展需要對電網(wǎng)進(jìn)行合理調(diào)度，保障運(yùn)行穩(wěn)定。

4" 結(jié)論

基于“雙碳”“雙區(qū)”背景，分析電力需求預(yù)測影響，結(jié)合城市發(fā)展建設(shè)特征，運(yùn)用適宜的電力需求預(yù)測方法，充分考慮對多方面影響因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行電力需求的準(zhǔn)確預(yù)測，為各區(qū)域發(fā)展建設(shè)提供新思路。通過新方法和新體系的應(yīng)用，可分析預(yù)測不同產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的用電量，還可對全社會的用電量和最高負(fù)荷進(jìn)行分析，將其作為城市未來發(fā)展規(guī)劃設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，完善政策機(jī)制，發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對電力使用的合理調(diào)節(jié)和用電負(fù)荷的智能控制，對城市用電行為進(jìn)行科學(xué)管理，在減少碳排放的同時(shí)推動區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

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