城鎮(zhèn)化率在電力需求預(yù)測中的應(yīng)用分析

羅文雲(yún)，王 浩，何向剛，劉文霞，鐘以林

(1.貴州電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，貴州 貴陽 550003；2.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴陽供電局，貴州 貴陽 550001)

0 引言

城鎮(zhèn)化是指隨著一個國家或地區(qū)社會生產(chǎn)力的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，其社會由以農(nóng)業(yè)為主的傳統(tǒng)鄉(xiāng)村型社會向以工業(yè)(第二產(chǎn)業(yè))和服務(wù)業(yè)(第三產(chǎn)業(yè))等非農(nóng)產(chǎn)業(yè)為主的現(xiàn)代城市型社會逐漸轉(zhuǎn)變的歷史過程，也是城市最大內(nèi)需潛力和發(fā)展動能所在。改革開放以來,中國城鎮(zhèn)化率從1978年的17.26% 增長到2019年的60.06% ,年均提高1.46個百分點，預(yù)計到2030年,中國城鎮(zhèn)化率將達(dá)到70.12%[1]。城鎮(zhèn)化率的提高意味著國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展態(tài)勢向好。目前，中國正處于城鎮(zhèn)化深入發(fā)展的關(guān)鍵時期，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級、保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展是國家重點發(fā)展戰(zhàn)略[2]。從歷史進(jìn)程來看，電力需求與經(jīng)濟(jì)、社會的發(fā)展有著密切聯(lián)系，1978—2019年, 中國全社會用電量從2 498億kWh增長到72 255億kWh, 年均增長8.78%。但目前該方面的研究較少，文獻(xiàn)[3]中采用LMDI分解法分析了陜西省居民生活用電量增長動因，研究得出增長因素中城鎮(zhèn)化進(jìn)程占13.84%。文獻(xiàn)[4]中提出基于三個產(chǎn)業(yè)的電力－經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)函數(shù)法，利用專家分析法預(yù)測未來經(jīng)濟(jì)和居民用電數(shù)據(jù)，再利用生產(chǎn)函數(shù)法預(yù)測三個產(chǎn)業(yè)的未來電量，從而得到全社會未來用電量。文獻(xiàn)[5]提出了基于經(jīng)濟(jì)電力發(fā)展軌跡相似性的對標(biāo)城市選取方法，通過用電量及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比來選取對標(biāo)相似市，從而得出目標(biāo)城市的電力需求指標(biāo)。文獻(xiàn)[6]中采用主成分分析法分析了與我國用電量與各影響因素的關(guān)系，研究得出城鎮(zhèn)化率對我國用電量具有相近的正向影響，但沒有研究其影響程度。因此，本文以貴州省2000—2015年城鎮(zhèn)化率與全社會用電量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究城鎮(zhèn)化率與電力消費之間的相關(guān)性，提出一種電力需求預(yù)測方法，為電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中電力需求預(yù)測提供參考與研判依據(jù)。

1 城鎮(zhèn)化發(fā)展對電力消費的影響

1.1 城鎮(zhèn)化建設(shè)運維促進(jìn)電力需求增長

城鎮(zhèn)化高質(zhì)量發(fā)展需從“衣食住行”等方面滿足新增城鎮(zhèn)人口的生活需求。因此，政府將加大房產(chǎn)建設(shè)、園林綠化、交通運輸和醫(yī)療衛(wèi)生等方面的城鎮(zhèn)基礎(chǔ)配套設(shè)施的建設(shè)力度。大規(guī)模的城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、運行和維護(hù),會帶動建材、鋼鐵等高耗能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。對高耗能產(chǎn)品的需求實際是對大量能源的需求[7]。這些基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、運行和維護(hù)都釋放了很大的電力需求空間。

1.2 能源消費結(jié)構(gòu)改變促進(jìn)電力需求增長

目前, 中國城鎮(zhèn)人口年均消耗能源約為農(nóng)村人口的3.5倍。城鎮(zhèn)化率的提高意味著更多中國農(nóng)村人口移居城鎮(zhèn)或者農(nóng)村逐漸城鎮(zhèn)化, 以往使用木材、煤炭等能源消費方式將由使用電力替代。因此，電力在終端能源消費中的比重隨著城鎮(zhèn)化的提高而逐步增加。

1.3 電氣化發(fā)展促進(jìn)電力需求增長

一方面，當(dāng)前中國電氣化進(jìn)程總體處于電氣化中期中級階段，面對全球能源緊張的局勢，“清潔低碳+電氣化”是全球能源轉(zhuǎn)型的最佳選擇，中國將加大工業(yè)、建筑、交通領(lǐng)域電能替代和能效提升力度，推進(jìn)電氣化發(fā)展;另一方面隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程推進(jìn), 農(nóng)村剩余勞動力的就業(yè)問題將被解決,農(nóng)村勞動力收入提高, 意味著其購買力的提高。城鎮(zhèn)平均電氣化水平較高, 商品供應(yīng)也更充足。兩方面的因素都會刺激家用電器需求增加, 家用電器擁有量和使用量的提高,意味著更高的人均電力消費[8]。如果其中大部分家電由國內(nèi)生產(chǎn),又會帶動制造業(yè)的電力需求增加。

2 城鎮(zhèn)化發(fā)展與電力需求的相關(guān)性

2.1 相關(guān)性分析方法概述

相關(guān)性分析是研究2個或2個以上處于同等地位的隨機(jī)變量間的相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計分析方法，它是描述2個變量間線性關(guān)系程度與方向的統(tǒng)計量[9]。x、y分別代表城鎮(zhèn)化率與全社會用電量，它們的相關(guān)系數(shù)用R表示，其計算公式如下：

式中：σ2xy為協(xié)方差，用于度量x與y的相關(guān)性，為隨機(jī)變量x的方差，為隨機(jī)變量y的方差，。

R＞0表示正相關(guān)；R＜0表示負(fù)相關(guān)。R的絕對值越接近1，表示變量x，y之間的相關(guān)程度越大；R的絕對值越接近0，表示x，y之間越?jīng)]有線性相關(guān)；0＜R＜1表示x，y有相關(guān)關(guān)系，但是非線性相關(guān)；|R|≥0.8為高度相關(guān)；0.5≤|R|＜0.8視為中度相關(guān)；0.3≤|R|＜0.5視為低度相關(guān)；|R|＜0.3視為不相關(guān)。

2.2 相關(guān)性分析過程

2.2.1 數(shù)據(jù)選取

自1978年中國改革開放以來，貴州省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展取得巨大成就，經(jīng)濟(jì)實力大幅度提升，GDP增速排名連續(xù)九年位居全國前列，城鎮(zhèn)化率和電力消費長期保持快速增長。貴州省2020年工作報告中指出，要堅定不移推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化，完善新型城鎮(zhèn)化格局。因此，本文以貴州省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究貴州省城鎮(zhèn)化率與電力消費相關(guān)性，探求城鎮(zhèn)化率與全社會用電量之間的相關(guān)性。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理

由于全社會用電量與城鎮(zhèn)化率數(shù)據(jù)單位不同，數(shù)值相差太大，故先通過公式(2)將兩者分別標(biāo)幺值化至[0,1]區(qū)間進(jìn)行比較。

式中：xi表示全社會用電量和城鎮(zhèn)化率的有名值；X*i表示全社會用電量和城鎮(zhèn)化率的標(biāo)幺值。

取表1中歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用處理后的數(shù)據(jù)繪制城鎮(zhèn)化率與全社會用電量的標(biāo)幺值曲線對比圖，如圖1所示。

表1 貴州省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展歷史數(shù)據(jù)

圖1 城鎮(zhèn)化率-全社會用電量標(biāo)幺值曲線

從圖1可以看出，城鎮(zhèn)化率與全社會用電量變化趨勢相同，城鎮(zhèn)化率升高的同時，全社會用電量也相應(yīng)升高；從圖1中可以初步判定城鎮(zhèn)化率與全社會用電量有較強(qiáng)的相關(guān)性，因此可以通過相關(guān)系數(shù)計算進(jìn)一步確定兩者之間的相關(guān)性指標(biāo)。

2.2.3 數(shù)據(jù)分析

本文采用SPSSAU軟件分析表1中貴州省2000—2015年城鎮(zhèn)化率與全社會用電量兩者之間的相關(guān)性[9]，將城鎮(zhèn)化率作為自變量，全社會用電量作為因變量進(jìn)行線性回歸分析，其分析結(jié)果如表2所示。

表2 城鎮(zhèn)化率-全社會用電量線性回歸分析結(jié)果表

從表2可以看出，模型R2值為0.969，意味著城鎮(zhèn)化率可以解釋全社會用電量的96.9%變化原因，為高度相關(guān)。對模型進(jìn)行F檢驗時發(fā)現(xiàn)模型通過F檢驗(F=436.855，p=0.000＜0.05)，也即說明城鎮(zhèn)化率一定會對全社會用電量產(chǎn)生影響關(guān)系。

最終具體分析可知：城鎮(zhèn)化率的回歸系數(shù)值為 5008.540(t=20.901，p=0.000＜0.01)，城鎮(zhèn)化率對全社會用電量產(chǎn)生顯著的正向影響關(guān)系[10-13]，其一次曲線散點擬合圖如圖2所示。

圖2 城鎮(zhèn)化率-全社會用電量一次方程擬合曲線

3 城鎮(zhèn)化率在電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

在電網(wǎng)規(guī)劃中，對全社會電力需求預(yù)測是基礎(chǔ)且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其中全社會用電量作為關(guān)鍵預(yù)測指標(biāo)，其預(yù)測結(jié)果的精準(zhǔn)性將直接影響后續(xù)的電網(wǎng)規(guī)劃工作，由以上分析結(jié)果可知，全社會用電量與城鎮(zhèn)化率有較強(qiáng)相關(guān)性，因此，可將城鎮(zhèn)化率作為電力需求預(yù)測的一項指標(biāo)，作為電網(wǎng)規(guī)劃中電力需求預(yù)測方法。其預(yù)測模型如下：

式中：Y為全社會用電量，億kWh；X為城鎮(zhèn)化率，%。

為校驗該模型的可行性，選取貴州省2016—2019年城鎮(zhèn)化率，采用式3對全社會用電量進(jìn)行預(yù)測，并與貴州省2016—2019年全社會用電量實際值和《貴州省“十三五”電力工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》研究中采用分部門單耗法、電力彈性系數(shù)法、人均用電量法和大用戶法得出的綜合預(yù)測值進(jìn)行對比分析，其結(jié)果如表3所示。

表3 貴州省2016—2019年全社會用電量實際值與預(yù)測值表

通過表3可以看出，采用公式2預(yù)測模型計算出的全社會用電量預(yù)測值相較于《貴州省“十三五”電力工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》研究成果中的綜合預(yù)測值、產(chǎn)值單耗法預(yù)測值、彈性系數(shù)法預(yù)測值和人均用電法預(yù)測值更與實際值相符，該模型具有一定的預(yù)判能力，可為電網(wǎng)規(guī)劃中電力需求預(yù)測提供參考。

4 結(jié)語

通過對貴州省全社會用電量與城鎮(zhèn)化率的實際歷史數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，認(rèn)為全社會用電量與城鎮(zhèn)化率之間存在顯著相關(guān)性。使用該模型對貴州省2016—2019年全社會用電量進(jìn)行預(yù)測，與實際值和其他方法綜合預(yù)測值對比結(jié)果顯示該模型具有一定的預(yù)判能力。在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中，可將該模型應(yīng)用于中長期電力需求預(yù)測中，提高電力需求預(yù)測的準(zhǔn)確性。