基于層次分析和自回歸移動平均的電能占終端能源消費比重預(yù)測研究

彭恩志 高騫 楊俊義 洪宇 金誠

1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司； 2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司連云港供電分公司； 3.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司揚州供電分公司

一、引言

當(dāng)前我國面臨經(jīng)濟新常態(tài)，再加上新冠疫情的常態(tài)化，電網(wǎng)公司生產(chǎn)經(jīng)營面臨重大挑戰(zhàn)，急需開拓終端能源市場。由于終端能源消費數(shù)據(jù)大多分散在各用能單位，電網(wǎng)公司缺乏電能占終端能源消費比重的及時統(tǒng)計和預(yù)測分析，難以有效支撐增供擴銷。因此迫切需要研究不同地區(qū)電能占終端能源消費比重的變化規(guī)律，以便及時挑戰(zhàn)售電市場開拓工作，同時可以促進我國能源消費轉(zhuǎn)型升級、推動大氣污染防治工作。

文1通過分析再電氣化戰(zhàn)略實施的必要性，構(gòu)建了再電氣化水平評價指標(biāo)體系，利用模糊層次分析法，結(jié)合多維度數(shù)據(jù)，對我國各地區(qū)電氣化水平進行測算，根據(jù)二級指標(biāo)從4個維度進行評分,得出電氣化水平綜合評價，對比分析了制約各區(qū)域電氣化水平發(fā)展的因素。文2通過研究分析影響城市再電氣化潛力的經(jīng)濟、技術(shù)、環(huán)境、市場、政策等因素，結(jié)合城市能源的發(fā)展及其再電氣化實現(xiàn)途徑，從源、網(wǎng)、荷三個角度出發(fā)構(gòu)建了涉及新能源、綜合能源系統(tǒng)、需求側(cè)響應(yīng)等的多層次、多維度城市再電氣化潛力評估指標(biāo)體系，并對指標(biāo)進行量化分析。上述方法未涉及潛在的新技術(shù)發(fā)展對電能占終端能源消費比重的影響分析，不利于預(yù)測中長期電能占終端能源消費比重演變趨勢，從而影響其實用價值。

本文結(jié)合新型用能技術(shù)發(fā)展趨勢，考慮地方經(jīng)濟社會發(fā)展要求和用能習(xí)慣，提出基于層次分析和自回歸移動平均的電能占終端能源消費預(yù)測方法，通過層次分析法綜合協(xié)調(diào)終端能源消費總量、分行業(yè)消費量、分技術(shù)領(lǐng)域消費量之間的差異，從而消除單一預(yù)測方法的局限性，最后針對江蘇省應(yīng)用上述方法進行測算，案例表明所提方法的可行性。

二、預(yù)測方法

1.根據(jù)選定地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展要求和能源資源稟賦，預(yù)測地區(qū)終端能源消費總量。

2.選擇農(nóng)業(yè)、采掘業(yè)、制造業(yè)、交通業(yè)、服務(wù)業(yè)等典型行業(yè)，根據(jù)地區(qū)用能特點，預(yù)測地區(qū)分品種終端能源消費。

3.選擇燃煤、燃氣、燃油、電力、熱力、氫能、太陽能等主要用能品種，結(jié)合新型用能技術(shù)發(fā)展趨勢及其經(jīng)濟性變化，預(yù)測地區(qū)分技術(shù)領(lǐng)域的終端能源消費。

4.單一類型的預(yù)測模型采用自回歸移動平均模型ARMA(p,q)。如果時間序列滿足：

則稱時間序列{xn}服從（p,q）階自回歸移動平均模型ARMA(p,q)。φ1…φq為自回歸系數(shù)；θ1…θq為移動平均系數(shù)。

5.采用層次分析法對前述的終端能源消費總量、分品種消費量進行校驗、修正，直到分品種預(yù)測合計值、分行業(yè)預(yù)測合計值與終端能源消費總量預(yù)測接近。

6.計算電能占終端能源消費比重，方法如下。

其中，計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自歷年《中國能源統(tǒng)計年鑒》。

三、案例分析

根據(jù)江蘇省政府發(fā)布的數(shù)據(jù)，2019年江蘇省實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值99631.5億元，按可比價格計算，比上年增長6.1%。其中，第一產(chǎn)業(yè)增加值4296.3億元，增長1.3%；第二產(chǎn)業(yè)增加值44270.5億元，增長5.9%；第三產(chǎn)業(yè)增加值51064.7億元，增長6.6%。全省人均地區(qū)生產(chǎn)總值123607元，比上年增長5.8%。全社會用電量6264億千瓦時，同比2.2%，比全國平均增速低2.3個百分點。從各行業(yè)用電量反推終端能源消費量，預(yù)計2019年江蘇煤炭、石油、天然氣消費量分別約為2.6億噸，4300萬噸和287億立方米。扣除發(fā)電等二次加工轉(zhuǎn)化規(guī)模，根據(jù)《中國能源統(tǒng)計年鑒2019》各品種能源折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)，分別乘以江蘇分品種終端能源消費的實物量，并進行累加，得到江蘇省2019年終端能源消費量約為2.45億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，進而推算江蘇電能占終端能源消費比重約為30.5%。

江蘇未來經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量持續(xù)提升，萬元GDP能耗不斷下降，能源消費轉(zhuǎn)型升級向縱深發(fā)展。未來隨著深海風(fēng)電、氫能等新型用能方式的逐步商業(yè)化，預(yù)計2050年江蘇全社會用電量將達9700億千瓦時，終端能源消費將達2.25億噸標(biāo)煤，由此得出江蘇2050年電能占終端能源消費比重約為51.4%。考慮敏感因素，預(yù)計江蘇2050年電能占終端能源消費比重約為50%-52%。限制江蘇電能占終端能源消費比重提升的主要因素是石油和天然氣的大量消費，尤其是在各類能源消費價格扭曲的情況下，近年來天然氣消費增速遠大于電力消費增速。

結(jié)論：提升終端用能領(lǐng)域的電氣化水平，一方面有利于電網(wǎng)公司增供擴銷，提高生產(chǎn)經(jīng)營效益，另一方面可以促進我們能源消費轉(zhuǎn)型升級和大氣污染防治。本文結(jié)合新型用能技術(shù)發(fā)展趨勢，考慮地方經(jīng)濟社會發(fā)展要求和用能習(xí)慣，提出基于層次分析和自回歸移動平均的電能占終端能源消費預(yù)測方法，通過層次分析法綜合協(xié)調(diào)終端能源消費總量、分行業(yè)消費量、分技術(shù)領(lǐng)域消費量之間的差異。研究表明，江蘇2050年電能占終端能源消費比重約為50%-52%。限制江蘇電能占終端能源消費比重提升的主要因素是石油和天然氣的大量消費。案例表明所提方法的可行性。