深度分析丨新時(shí)代下的電力需求預(yù)測(cè)
2018-03-08 11:43:53
摘要：在“十五”規(guī)劃之前，我國(guó)電力工業(yè)由于受到東南亞金融危機(jī)的影響，電力消費(fèi)增速下降，1997年增速為4 8%，1998年為2 8%。
“十三五”電力規(guī)劃與“十五”電力規(guī)劃有相似之處。在“十五”規(guī)劃之前，我國(guó)電力工業(yè)由于受到東南亞金融危機(jī)的影響，電力消費(fèi)增速下降，1997年增速為4.8%，1998年為2.8%。由于受到“十五”前幾年低增速的影響，在研究編制“十五”電力規(guī)劃時(shí)，各主管部門和各研究單位預(yù)測(cè)2005年發(fā)電量和裝機(jī)容量偏小，如國(guó)家計(jì)委預(yù)測(cè)2005年發(fā)電量17300億千瓦時(shí)，裝機(jī)容量3.7億千瓦，“十五”期間年均增長(zhǎng)率分別為4.8%和3%;國(guó)家經(jīng)貿(mào)委預(yù)測(cè)2005年發(fā)電量為17500億千瓦時(shí)，裝機(jī)容量3.9億千瓦，年均增長(zhǎng)率分別為5.04%和4.0%;研究單位及專家預(yù)測(cè)，2005年發(fā)電量17500~18500億千瓦時(shí)，裝機(jī)容量為3.9~4億千瓦，增長(zhǎng)率分別為5.04%~6.2%及4.08%~4.6%。由于實(shí)際經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度比預(yù)測(cè)的速度快，“十五”期間電力規(guī)劃在三年完成，于是修訂“十五”電力規(guī)劃，預(yù)計(jì)2005年發(fā)電量達(dá)到19600~20000億千瓦時(shí)，年均發(fā)電量增長(zhǎng)率提高到6%~7.3%，結(jié)果仍然偏低。2005年實(shí)際完成發(fā)電量為24975億千瓦時(shí)，是國(guó)家計(jì)劃發(fā)電量的1.44倍;裝機(jī)容量為51718萬千瓦，是國(guó)家計(jì)劃裝機(jī)容量的1.40倍。
最近幾年，由于受國(guó)際經(jīng)濟(jì)疲軟的影響，中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)，電力增速下降，2012年為5.9%，2013年8.9%，2014年為3.8%，2015年0.96%，2016年為5%，在這種情況下，“十三五”電力規(guī)劃制定采用全社會(huì)用電量為6.8~7.2萬億千瓦時(shí)，年平均增速為3.6%~4.8%，另考慮儲(chǔ)備2000億千瓦時(shí)為考量依據(jù)。“十三五”電力規(guī)劃公布后，2017年全國(guó)全社會(huì)用電量6.3萬億千瓦時(shí)，全社會(huì)用電量同比增長(zhǎng)6.6%，增速同比提高1.6個(gè)百分點(diǎn)。很可能“十三五”電力規(guī)劃的預(yù)測(cè)跟“十五”一樣，預(yù)測(cè)負(fù)荷偏低。接連幾年電力需求高增長(zhǎng)，使電力規(guī)劃失去意義，需要不斷地滾動(dòng)修編。其實(shí)在新常態(tài)下，電力需求年增長(zhǎng)7%~8%甚至8%~9%也不為過，如果“十三五”規(guī)劃從2017年開始增長(zhǎng)率高于“十三五”電力規(guī)劃值，那么“十三五”也可能像“十五”電力規(guī)劃那樣，需要及時(shí)修訂。
不能忘記調(diào)查研究
調(diào)查研究是電力需求預(yù)測(cè)的基本功，改革開放以后，我國(guó)逐步從國(guó)外引進(jìn)了模型預(yù)測(cè)，彈性系數(shù)預(yù)測(cè)方法體系。原電力部計(jì)劃司司長(zhǎng)曾強(qiáng)調(diào)調(diào)查研究是計(jì)劃、規(guī)劃工作的基本功，沒有調(diào)查研究就沒有資格做負(fù)荷預(yù)測(cè)。電力規(guī)劃工作者應(yīng)當(dāng)?shù)睫r(nóng)林水和各個(gè)工業(yè)部門去了解情況，到農(nóng)村、到工廠實(shí)地調(diào)研，尋找電力供應(yīng)和消費(fèi)的規(guī)律。
在全球經(jīng)濟(jì)“大轉(zhuǎn)型”的新常態(tài)下，能源行業(yè)何去何從?我們首先需要識(shí)別出哪些是確定的，哪些是不確定的，哪里存在著新機(jī)會(huì)，哪些存在著風(fēng)險(xiǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類將更加尊重地球生態(tài)邊界、氣候變化、空氣質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)等;人類將推動(dòng)全球能源結(jié)構(gòu)走向低碳綠色、逐步脫離以化石能源為主導(dǎo)的狀態(tài);提高全球電氣化的比重，這些都是確定性的，尤其是電力作為終端能源消費(fèi)的比重不斷升高，這更加確定無疑?？傊ㄟ^調(diào)查研究，才能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)負(fù)荷。
據(jù)國(guó)家電力規(guī)劃研究中心介紹，“十三五”我國(guó)用電需求是用數(shù)量經(jīng)濟(jì)模型、電力彈性系數(shù)法和分行業(yè)用電量法預(yù)測(cè)的。這是我國(guó)電力工業(yè)常用的預(yù)測(cè)方法，這些預(yù)測(cè)方法都存在主觀隨意性。
根據(jù)數(shù)量經(jīng)濟(jì)模型做電力需求預(yù)測(cè)，外行看了覺得很神秘，很科學(xué)，但實(shí)際上模型的靈魂是數(shù)據(jù)。大家的興趣在模型，設(shè)計(jì)建立預(yù)測(cè)模型，可以寫論文，卻沒有人沉下心來研究數(shù)據(jù)。模型再好，沒有數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)不科學(xué)，輸進(jìn)去的是“垃圾”，出來的成果也是“垃圾”。電力彈性系數(shù)法預(yù)測(cè)，設(shè)定第二產(chǎn)業(yè)彈性系數(shù)為0.5~0.55之間，第三產(chǎn)業(yè)為1.05~1.15，居民生活為1.1~1.2，綜合計(jì)算為0.65~0.71之間。從國(guó)家統(tǒng)計(jì)局《中國(guó)統(tǒng)計(jì)摘要》來看，2008為彈性系數(shù)為0.58，2009年為0.75，2010年為1.25，2011年為1.27，2012年為0.77，2013年為1.16，2014年為0.51，缺乏規(guī)律性。
所以自2010年世界能源危機(jī)之后，大家認(rèn)為電力彈性系數(shù)已經(jīng)不可作為能源、電力需求預(yù)測(cè)的方法。與其花功夫預(yù)測(cè)電力彈性系數(shù)，不如在調(diào)查研究上多花點(diǎn)功夫。至于行業(yè)用電量法預(yù)測(cè)與第二種電力彈性系數(shù)預(yù)測(cè)法是類似的——先預(yù)測(cè)各行業(yè)電力彈性系數(shù)，綜合各行業(yè)的彈性系數(shù)，得出總的電力彈性系數(shù)，然后求得2020年全社會(huì)用電量;而第三個(gè)預(yù)測(cè)，則是直接預(yù)測(cè)各行業(yè)的用電量，然后各行業(yè)相加得出全社會(huì)用電量。三個(gè)方法預(yù)測(cè)結(jié)果，第一個(gè)方法為7.2~7.4萬億千瓦時(shí)，第二個(gè)方法為7.0~7.3萬億千瓦時(shí)，第三個(gè)方法為6.8~7.4萬億千瓦時(shí)，似乎都很接近，其實(shí)搞電力需求預(yù)測(cè)的人都知道，預(yù)測(cè)時(shí)可以通過試算解決，甚至可以使三個(gè)方案的預(yù)測(cè)結(jié)果都相等。
要預(yù)測(cè)總發(fā)電量
在我國(guó)的電力數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，包括發(fā)電量和全社會(huì)用電量，發(fā)電量比全社會(huì)用電量大。有人以為發(fā)電量包括廠用電、線損，其實(shí)全社會(huì)用電量中也包括廠用電、線損。這個(gè)差額主要是進(jìn)出口電量。隨著我國(guó)國(guó)際交往增加，洲內(nèi)跨國(guó)聯(lián)網(wǎng)，洲際聯(lián)網(wǎng)增加，以及全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，發(fā)電量的數(shù)字會(huì)不斷增加，如在2010年差額為279億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量0.66%，到2017年已達(dá)到1200億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量1.18%。這是我們承擔(dān)的國(guó)際義務(wù)，這部分發(fā)電量和全社會(huì)用電量一樣是不能少的，所以我們?cè)陬A(yù)測(cè)全國(guó)用電量之外，應(yīng)當(dāng)預(yù)測(cè)總發(fā)電量。2010年~2017年的發(fā)電量和全社會(huì)用電量數(shù)字如下表：
在“十三五”我國(guó)用電需求預(yù)測(cè)的文章中，關(guān)于電力需求預(yù)測(cè)用了三個(gè)名詞：在數(shù)量經(jīng)濟(jì)模型預(yù)測(cè)中，2020年全國(guó)需電量為7.2萬~7.4萬億千瓦時(shí)，這里用的是“全國(guó)需電量”;在電力彈性系數(shù)法預(yù)測(cè)，2020年全社會(huì)需電量預(yù)測(cè)為7.0萬~7.3萬億千瓦時(shí)，這里用的是“全社會(huì)需電量”;在分行業(yè)用電量法預(yù)測(cè)中，2020年全社會(huì)用電量在6.8萬~7.4萬億千瓦時(shí)，這里用的是“全社會(huì)用電量。”前面講的是三種預(yù)測(cè)方法，可是后面又加了一種人均用電量法共四種名詞，但并沒有介紹人均用電量法的測(cè)算。在最后總結(jié)中2020年統(tǒng)一歸結(jié)為全社會(huì)用電量6.8~7.2萬億千瓦小時(shí)，應(yīng)該說三種預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)的都是全社會(huì)用電量。
要推進(jìn)電能替代
為貫徹落實(shí)中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會(huì)議《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》(國(guó)發(fā)〔2013〕37號(hào))及《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014~2020年)》(國(guó)辦發(fā)〔2014〕31號(hào))相關(guān)部署，國(guó)家發(fā)展改革委等八部委以發(fā)改能源〔2016〕1054號(hào)文聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)電能替代的指導(dǎo)意見》，要求“2016~2020年，實(shí)現(xiàn)能源終端消費(fèi)環(huán)節(jié)電能替代散燒煤，燃油消費(fèi)總量約1.3億噸標(biāo)煤，帶動(dòng)電煤占煤炭消費(fèi)比重提高到1.9%，帶動(dòng)電能占終端能源消費(fèi)比重提高約1.5%，促進(jìn)電能占終端能源消費(fèi)比重達(dá)到約27%。”
有一件事情始終沒有弄清楚，就是以電代煤，要代替1.3億噸標(biāo)煤，需要多少電?后來媒體公布，代替1.3億噸標(biāo)煤要用4500億千瓦時(shí)電力。因?yàn)橐噪姶?，不是用電去代替聲、光、通信等高效用電，以電代煤是用電去代替?jīng)濟(jì)性差的供熱部分。因?yàn)檫@部分經(jīng)濟(jì)性差，所以一直還是用煤炭、石油、天然氣等化石燃料供應(yīng)。最近幾年由于熱泵技術(shù)的發(fā)展，1千瓦時(shí)電可以獲得2千瓦時(shí)、3千瓦時(shí)、甚至4千瓦時(shí)電的能量。用電制熱效率高了，經(jīng)濟(jì)性有所提高，但由于發(fā)電和熱泵需要巨大的投資和運(yùn)行費(fèi)用，因此目前熱泵的經(jīng)濟(jì)性并不高，有待于技術(shù)水平的提升。
目前來看，用電鍋爐代替煤鍋爐，環(huán)境效益好，但能效和經(jīng)濟(jì)性還不高?，F(xiàn)在關(guān)于以電代煤公布了一些數(shù)字：國(guó)家電網(wǎng)公司從2013~2016年累計(jì)推廣實(shí)施電能替代電量達(dá)1030億千瓦時(shí)，首次突破1000億大關(guān)，相當(dāng)于在能源消費(fèi)終端減少燃煤4037萬噸，減排二氧化碳7190萬噸，減排二氧化硫等污染物76萬噸，環(huán)保、社會(huì)效益顯著。還有一種估計(jì)，在“十三五”期間，電能替代在國(guó)家電網(wǎng)公司供電區(qū)域內(nèi)可完成5000億千瓦時(shí)替代量，南方電網(wǎng)公司供電區(qū)域內(nèi)可完成1000億千瓦時(shí)電能替代(沒有提到內(nèi)蒙古電力公司供電區(qū)域內(nèi)可以完成多少)，至少兩大電網(wǎng)公司可完成6000億千瓦時(shí)，加上這筆用電量，2020年全社會(huì)用電增長(zhǎng)率至少可以達(dá)到6.5%。
這里是按電能替代電能利用高效率來計(jì)算耗電量的，每?jī)|千瓦時(shí)電能可以替代3億噸左右標(biāo)準(zhǔn)煤或4億噸左右原煤來計(jì)算的，象電鍋爐、電炊具達(dá)不到這么高效率，要替代1.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，替代電量還要增加，“十三五”相應(yīng)的全社會(huì)用電量和全社會(huì)用電量增長(zhǎng)率還會(huì)增加。因?yàn)殡娔芴娲?.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤是必須完成的。所以電能替代的電量是一定能夠完成的，應(yīng)當(dāng)納入電力規(guī)劃。
關(guān)于靈活電源平衡
在建國(guó)初期電力短缺，為了多發(fā)電力滿足電力需求，往往采取調(diào)班用電，提高發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)。那時(shí)傾向于多建基荷電廠。后來裝機(jī)容量比較富裕之后，為了保持各類電廠運(yùn)行的靈活性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，在進(jìn)行電力規(guī)劃中，不僅要保證有足額的裝機(jī)容量，而且要根據(jù)負(fù)荷特性，使高峰電廠、腰荷電廠和基荷電廠有合理的比例。
目前我國(guó)處在化石能源發(fā)電向可再生能源和新能源發(fā)電大轉(zhuǎn)換時(shí)期，要大力發(fā)展可再生能源電力和新能源電力，需要用火電(天然氣發(fā)電和煤電)、儲(chǔ)能和需求響應(yīng)來解決可再生能源電力和新能源電力的間歇性，隨機(jī)性和季節(jié)性問題。特別是目前需求響應(yīng)尚不能大規(guī)模發(fā)展時(shí)，主要靠火電調(diào)峰、調(diào)頻、輔助服務(wù)的情況下，矛盾比較突出。“三北”棄風(fēng)棄光，云南、四川棄水，局部地區(qū)調(diào)峰能力不足，煤電利用小時(shí)數(shù)不斷下降，輸電系統(tǒng)利用率偏低。為了解決這些問題，我們?cè)谶M(jìn)行電力需求預(yù)測(cè)時(shí)，是否應(yīng)該測(cè)算一下，我們發(fā)展可再生能源電力、核電電力，風(fēng)電、太陽能電力，需要多少調(diào)峰、調(diào)頻容量?需要多少輔助服務(wù)容量?我們有多少調(diào)峰、調(diào)頻、輔助服務(wù)容量，是否平衡，能否滿足發(fā)展水電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電要求?在“十三五”期間能否解決棄水、棄風(fēng)、棄光，甚至棄核的要求?
“十三五”規(guī)劃中雖有水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、核電的裝機(jī)規(guī)模，也有天然氣發(fā)電、煤電、抽水蓄能電站的規(guī)模，但沒有水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、核電需要多少調(diào)峰、調(diào)頻和輔助服務(wù)容量。不知道非化石能源電力的輔助服務(wù)要求能否滿足?棄水、棄風(fēng)、棄光、棄核的問題能否解決?最好是調(diào)峰、調(diào)頻、靈活電源多準(zhǔn)備些，以便水電、風(fēng)電、光電、核電超計(jì)劃完成，才能保證不丟棄、少丟棄電能。
關(guān)于飽和用電水平
飽和用電水平是關(guān)系國(guó)家及地區(qū)電力規(guī)劃的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)研究，將有助于遠(yuǎn)近結(jié)合，統(tǒng)籌兼顧，將有助于指導(dǎo)當(dāng)前能源電力發(fā)展建設(shè)。過去有人研究認(rèn)為2030年是電力發(fā)展峰值年。最近南方能源報(bào)刊登《基于國(guó)際比較的我國(guó)飽和用電水平研判》，認(rèn)為我國(guó)人均用電量約為7000~8000千瓦時(shí)/年，2032年或2042年達(dá)到飽和時(shí)期，全社會(huì)用電量預(yù)計(jì)將達(dá)到11.68萬億千瓦時(shí)(8000千瓦時(shí)/人/年×14.6億人口。
能源轉(zhuǎn)型對(duì)于飽和用電水平有很大影響，所以首先要了解清楚能源轉(zhuǎn)型。能源轉(zhuǎn)型包含多種理解：一是在供給側(cè)，用清潔能源替代化石能源;在能源消費(fèi)側(cè)實(shí)施清潔能源替代。這里所說的清潔能源是指風(fēng)能、太陽能、水能等可再生能源，還包括煤炭清潔高效利用和天然氣等。另一種理解則是，發(fā)展以電力為中心，實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)替代”，能源開發(fā)實(shí)施“清潔替代”，以太陽能、風(fēng)能、水能等清潔能源替代化石能源，能源消費(fèi)實(shí)行“電能替代”，以電代煤、以電代油、以電代天然氣，實(shí)現(xiàn)一個(gè)回歸(化石能源回歸基本屬性，主要作為工業(yè)原料和材料使用)，一個(gè)提高(即提高電氣化水平)。因?yàn)榈谝环桨溉狈Ρ匾臄?shù)據(jù)，難以估算，現(xiàn)在按第二方案，能源供給實(shí)施可再生能源和核電替代，能源消費(fèi)以電能替代，估計(jì)需要電能20萬億千瓦時(shí)(按國(guó)家發(fā)改委等八部委電能4500億千瓦時(shí)替代標(biāo)準(zhǔn)煤1.3億噸計(jì)算)。
改革開放以后的能源預(yù)測(cè)，都或多或少在考慮能源轉(zhuǎn)型，用清潔、低碳能源替代化石能源。從1996年到2015年收集到14個(gè)預(yù)測(cè)資料來看，絕大部分預(yù)測(cè)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)為2050年。隨著對(duì)能源轉(zhuǎn)型的認(rèn)識(shí)，2050年的發(fā)電量和裝機(jī)容量不斷提高，但到目前為止，2050年的發(fā)電量預(yù)測(cè)還沒有提高到20萬億千瓦小時(shí)。
“十三五”規(guī)劃中2020年發(fā)電量6.8~7.2萬億千瓦時(shí)，裝機(jī)容量20億千瓦。2012年國(guó)家開發(fā)銀行的預(yù)測(cè)，2050年發(fā)電量為13.8萬億千瓦時(shí)，裝機(jī)容量35億千瓦;2012年中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)王志軒預(yù)測(cè)，2050年發(fā)電量為16.3萬億千瓦時(shí)，裝機(jī)容量達(dá)49億千瓦。2014年華北電力大學(xué)羅建國(guó)等人預(yù)測(cè)，2050年發(fā)電量15萬億千瓦時(shí)，裝機(jī)容量41億千瓦，2015年國(guó)家電網(wǎng)公司能源研究院白建華預(yù)測(cè)，發(fā)電量15萬億千瓦時(shí)，裝機(jī)容量68.4億千瓦(其中包括儲(chǔ)能容量為6億千瓦)。如果按白建華的預(yù)測(cè)2050年發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)為2200小時(shí)，那么要達(dá)到飽和電量20萬億千瓦時(shí)，裝機(jī)容量應(yīng)該達(dá)到90.9億千瓦。如果要想用電力完全替代所有各種化石能源，以全球綜合電力網(wǎng)替代全球綜合能源網(wǎng)，20萬億千瓦時(shí)是不夠的，關(guān)鍵是4500億千瓦時(shí)電力替代不了1.3億噸標(biāo)煤?？磥碚J(rèn)為2030年是電力發(fā)展峰值年是不可靠的。
最近有人說，在2017年前中國(guó)一直存在著兩個(gè)潛在的風(fēng)險(xiǎn)，第一個(gè)是能源，第二個(gè)是糧食。自從在技術(shù)上獲得三大突破，中國(guó)有可能排除兩大風(fēng)險(xiǎn)。這三大突破一是地?zé)岚l(fā)電的研究成功;二是低成本沙漠化土壤改良;三是海水、鹽堿地、水稻種植。熱干巖勘查取得重大突破，其儲(chǔ)量比煤炭、石油的儲(chǔ)量高幾十倍，甚至可能使人類放棄高聚變生產(chǎn)能源。熱干巖如能開采成功，可以彌補(bǔ)我國(guó)能源資源的不足，對(duì)于電能的替代，電力飽和水平也可能有影響。電力飽和用電水平的高低，取決于用電力替代化石能源的水平(用電力替代化石能源的比例，例如替代50%，80%或是全替代)。再一個(gè)就是電力替代化石能源的速度，替代速度愈快，飽和用電水平就會(huì)愈快到來。而這兩個(gè)發(fā)展速度的快慢取決于經(jīng)濟(jì)性的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，我們也希望頁巖氣的利用技術(shù)能很快成熟，與地?zé)岚l(fā)電一同為我國(guó)電力發(fā)展作貢獻(xiàn)。
新時(shí)代、新征程、新常態(tài)下，就要有新的電力預(yù)測(cè)方法，要拋棄電力彈性系數(shù)法、人均用電量法，要用調(diào)查研究來預(yù)測(cè)負(fù)荷。
(本文刊載于《中國(guó)電力企業(yè)管理》2018年2期，作者系本刊特約撰稿人)
