:深度分析丨新时代下的电力需求预测

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随着对能源转型的认识,2050年的发电量和装机容量不断提高,但到目前为止,2050年的发电量预测还没有提高到20万亿千瓦小时。

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业内对“十三五”电力规划似乎充满了信心,负责起草规划的国家电力规划研究中心写了不少文章,也有一些专家认为煤电装机富余,这些都是以“十三五”电力规划中的需求预测为标准来说话,但却没有人讨论“十三五”电力规划中需求预测是否准确?是否有可修改之处?

“十三五”电力规划与“十五”电力规划有相似之处。在“十五”规划之前,我国电力工业由于受到东南亚金融危机的影响,电力消费增速下降,1997年增速为4.8%,1998年为2.8%。由于受到“十五”前几年低增速的影响,在研究编制“十五”电力规划时,各主管部门和各研究单位预测2005年发电量和装机容量偏小,如国家计委预测2005年发电量17300亿千瓦时,装机容量3.7亿千瓦,“十五”期间年均增长率分别为4.8%和3%;国家经贸委预测2005年发电量为17500亿千瓦时,装机容量3.9亿千瓦,年均增长率分别为5.04%和4.0%;研究单位及专家预测,2005年发电量17500~18500亿千瓦时,装机容量为3.9~4亿千瓦,增长率分别为5.04%~6.2%及4.08%~4.6%。由于实际经济发展速度比预测的速度快,“十五”期间电力规划在三年完成,于是修订“十五”电力规划,预计2005年发电量达到19600~20000亿千瓦时,年均发电量增长率提高到6%~7.3%,结果仍然偏低。2005年实际完成发电量为24975亿千瓦时,是国家计划发电量的1.44倍;装机容量为51718万千瓦,是国家计划装机容量的1.40倍。

最近几年,由于受国际经济疲软的影响,中国经济进入新常态,电力增速下降,2012年为5.9%,2013年8.9%,2014年为3.8%,2015年0.96%,2016年为5%,在这种情况下,“十三五”电力规划制定采用全社会用电量为6.8~7.2万亿千瓦时,年平均增速为3.6%~4.8%,另考虑储备2000亿千瓦时为考量依据。“十三五”电力规划公布后,2017年全国全社会用电量6.3万亿千瓦时,全社会用电量同比增长6.6%,增速同比提高1.6个百分点。很可能“十三五”电力规划的预测跟“十五”一样,预测负荷偏低。接连几年电力需求高增长,使电力规划失去意义,需要不断地滚动修编。其实在新常态下,电力需求年增长7%~8%甚至8%~9%也不为过,如果“十三五”规划从2017年开始增长率高于“十三五”电力规划值,那么“十三五”也可能像“十五”电力规划那样,需要及时修订。

不能忘记调查研究

调查研究是电力需求预测的基本功,改革开放以后,我国逐步从国外引进了模型预测,弹性系数预测方法体系。原电力部计划司司长曾强调调查研究是计划、规划工作的基本功,没有调查研究就没有资格做负荷预测。电力规划工作者应当到农林水和各个工业部门去了解情况,到农村、到工厂实地调研,寻找电力供应和消费的规律。

在全球经济“大转型”的新常态下,能源行业何去何从?我们首先需要识别出哪些是确定的,哪些是不确定的,哪里存在着新机会,哪些存在着风险。随着经济的发展,人类将更加尊重地球生态边界、气候变化、空气质量、环境保护等;人类将推动全球能源结构走向低碳绿色、逐步脱离以化石能源为主导的状态;提高全球电气化的比重,这些都是确定性的,尤其是电力作为终端能源消费的比重不断升高,这更加确定无疑。总之,通过调查研究,才能够比较准确地预测负荷。

据国家电力规划研究中心介绍,“十三五”我国用电需求是用数量经济模型、电力弹性系数法和分行业用电量法预测的。这是我国电力工业常用的预测方法,这些预测方法都存在主观随意性。

根据数量经济模型做电力需求预测,外行看了觉得很神秘,很科学,但实际上模型的灵魂是数据。大家的兴趣在模型,设计建立预测模型,可以写论文,却没有人沉下心来研究数据。模型再好,没有数据或者数据不科学,输进去的是“垃圾”,出来的成果也是“垃圾”。电力弹性系数法预测,设定第二产业弹性系数为0.5~0.55之间,第三产业为1.05~1.15,居民生活为1.1~1.2,综合计算为0.65~0.71之间。从国家统计局《中国统计摘要》来看,2008为弹性系数为0.58,2009年为0.75,2010年为1.25,2011年为1.27,2012年为0.77,2013年为1.16,2014年为0.51,缺乏规律性。

所以自2010年世界能源危机之后,大家认为电力弹性系数已经不可作为能源、电力需求预测的方法。与其花功夫预测电力弹性系数,不如在调查研究上多花点功夫。至于行业用电量法预测与第二种电力弹性系数预测法是类似的——先预测各行业电力弹性系数,综合各行业的弹性系数,得出总的电力弹性系数,然后求得2020年全社会用电量;而第三个预测,则是直接预测各行业的用电量,然后各行业相加得出全社会用电量。三个方法预测结果,第一个方法为7.2~7.4万亿千瓦时,第二个方法为7.0~7.3万亿千瓦时,第三个方法为6.8~7.4万亿千瓦时,似乎都很接近,其实搞电力需求预测的人都知道,预测时可以通过试算解决,甚至可以使三个方案的预测结果都相等。

要预测总发电量

在我国的电力数据统计中,包括发电量和全社会用电量,发电量比全社会用电量大。有人以为发电量包括厂用电、线损,其实全社会用电量中也包括厂用电、线损。这个差额主要是进出口电量。随着我国国际交往增加,洲内跨国联网,洲际联网增加,以及全球能源互联网的发展,发电量的数字会不断增加,如在2010年差额为279亿千瓦时,占全社会用电量0.66%,到2017年已达到1200亿千瓦时,占全社会用电量1.18%。这是我们承担的国际义务,这部分发电量和全社会用电量一样是不能少的,所以我们在预测全国用电量之外,应当预测总发电量。2010年~2017年的发电量和全社会用电量数字如下表:

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在“十三五”我国用电需求预测的文章中,关于电力需求预测用了三个名词:在数量经济模型预测中,2020年全国需电量为7.2万~7.4万亿千瓦时,这里用的是“全国需电量”;在电力弹性系数法预测,2020年全社会需电量预测为7.0万~7.3万亿千瓦时,这里用的是“全社会需电量”;在分行业用电量法预测中,2020年全社会用电量在6.8万~7.4万亿千瓦时,这里用的是“全社会用电量。”前面讲的是三种预测方法,可是后面又加了一种人均用电量法共四种名词,但并没有介绍人均用电量法的测算。在最后总结中2020年统一归结为全社会用电量6.8~7.2万亿千瓦小时,应该说三种预测方法预测的都是全社会用电量。

要推进电能替代

为贯彻落实中央财经领导小组第六次会议《国务院关于印发大气污染防治行动计划的通知》(国发〔2013〕37号)及《能源发展战略行动计划(2014~2020年)》(国办发〔2014〕31号)相关部署,国家发展改革委等八部委以发改能源〔2016〕1054号文联合印发了《关于推进电能替代的指导意见》,要求“2016~2020年,实现能源终端消费环节电能替代散烧煤,燃油消费总量约1.3亿吨标煤,带动电煤占煤炭消费比重提高到1.9%,带动电能占终端能源消费比重提高约1.5%,促进电能占终端能源消费比重达到约27%。”

有一件事情始终没有弄清楚,就是以电代煤,要代替1.3亿吨标煤,需要多少电?后来媒体公布,代替1.3亿吨标煤要用4500亿千瓦时电力。因为以电代煤,不是用电去代替声、光、通信等高效用电,以电代煤是用电去代替经济性差的供热部分。因为这部分经济性差,所以一直还是用煤炭、石油、天然气等化石燃料供应。最近几年由于热泵技术的发展,1千瓦时电可以获得2千瓦时、3千瓦时、甚至4千瓦时电的能量。用电制热效率高了,经济性有所提高,但由于发电和热泵需要巨大的投资和运行费用,因此目前热泵的经济性并不高,有待于技术水平的提升。

目前来看,用电锅炉代替煤锅炉,环境效益好,但能效和经济性还不高。现在关于以电代煤公布了一些数字:国家电网公司从2013~2016年累计推广实施电能替代电量达1030亿千瓦时,首次突破1000亿大关,相当于在能源消费终端减少燃煤4037万吨,减排二氧化碳7190万吨,减排二氧化硫等污染物76万吨,环保、社会效益显著。还有一种估计,在“十三五”期间,电能替代在国家电网公司供电区域内可完成5000亿千瓦时替代量,南方电网公司供电区域内可完成1000亿千瓦时电能替代(没有提到内蒙古电力公司供电区域内可以完成多少),至少两大电网公司可完成6000亿千瓦时,加上这笔用电量,2020年全社会用电增长率至少可以达到6.5%。

这里是按电能替代电能利用高效率来计算耗电量的,每亿千瓦时电能可以替代3亿吨左右标准煤或4亿吨左右原煤来计算的,象电锅炉、电炊具达不到这么高效率,要替代1.3亿吨标准煤,替代电量还要增加,“十三五”相应的全社会用电量和全社会用电量增长率还会增加。因为电能替代1.3亿吨标准煤是必须完成的。所以电能替代的电量是一定能够完成的,应当纳入电力规划。

关于灵活电源平衡

在建国初期电力短缺,为了多发电力满足电力需求,往往采取调班用电,提高发电设备利用小时数。那时倾向于多建基荷电厂。后来装机容量比较富裕之后,为了保持各类电厂运行的灵活性、可靠性和经济性,在进行电力规划中,不仅要保证有足额的装机容量,而且要根据负荷特性,使高峰电厂、腰荷电厂和基荷电厂有合理的比例。

目前我国处在化石能源发电向可再生能源和新能源发电大转换时期,要大力发展可再生能源电力和新能源电力,需要用火电(天然气发电和煤电)、储能和需求响应来解决可再生能源电力和新能源电力的间歇性,随机性和季节性问题。特别是目前需求响应尚不能大规模发展时,主要靠火电调峰、调频、辅助服务的情况下,矛盾比较突出。“三北”弃风弃光,云南、四川弃水,局部地区调峰能力不足,煤电利用小时数不断下降,输电系统利用率偏低。为了解决这些问题,我们在进行电力需求预测时,是否应该测算一下,我们发展可再生能源电力、核电电力,风电、太阳能电力,需要多少调峰、调频容量?需要多少辅助服务容量?我们有多少调峰、调频、辅助服务容量,是否平衡,能否满足发展水电、核电、风电、太阳能发电要求?在“十三五”期间能否解决弃水、弃风、弃光,甚至弃核的要求?

“十三五”规划中虽有水电、风电、太阳能发电、核电的装机规模,也有天然气发电、煤电、抽水蓄能电站的规模,但没有水电、风电、太阳能发电、核电需要多少调峰、调频和辅助服务容量。不知道非化石能源电力的辅助服务要求能否满足?弃水、弃风、弃光、弃核的问题能否解决?最好是调峰、调频、灵活电源多准备些,以便水电、风电、光电、核电超计划完成,才能保证不丢弃、少丢弃电能。

关于饱和用电水平

饱和用电水平是关系国家及地区电力规划的关键指标,对其进行科学研究,将有助于远近结合,统筹兼顾,将有助于指导当前能源电力发展建设。过去有人研究认为2030年是电力发展峰值年。最近南方能源报刊登《基于国际比较的我国饱和用电水平研判》,认为我国人均用电量约为7000~8000千瓦时/年,2032年或2042年达到饱和时期,全社会用电量预计将达到11.68万亿千瓦时(8000千瓦时/人/年×14.6亿人口。

能源转型对于饱和用电水平有很大影响,所以首先要了解清楚能源转型。能源转型包含多种理解:一是在供给侧,用清洁能源替代化石能源;在能源消费侧实施清洁能源替代。这里所说的清洁能源是指风能、太阳能、水能等可再生能源,还包括煤炭清洁高效利用和天然气等。另一种理解则是,发展以电力为中心,实现“两个替代”,能源开发实施“清洁替代”,以太阳能、风能、水能等清洁能源替代化石能源,能源消费实行“电能替代”,以电代煤、以电代油、以电代天然气,实现一个回归(化石能源回归基本属性,主要作为工业原料和材料使用),一个提高(即提高电气化水平)。因为第一方案缺乏必要的数据,难以估算,现在按第二方案,能源供给实施可再生能源和核电替代,能源消费以电能替代,估计需要电能20万亿千瓦时(按国家发改委等八部委电能4500亿千瓦时替代标准煤1.3亿吨计算)。

改革开放以后的能源预测,都或多或少在考虑能源转型,用清洁、低碳能源替代化石能源。从1996年到2015年收集到14个预测资料来看,绝大部分预测的时间节点为2050年。随着对能源转型的认识,2050年的发电量和装机容量不断提高,但到目前为止,2050年的发电量预测还没有提高到20万亿千瓦小时。

“十三五”规划中2020年发电量6.8~7.2万亿千瓦时,装机容量20亿千瓦。2012年国家开发银行的预测,2050年发电量为13.8万亿千瓦时,装机容量35亿千瓦;2012年中国电力企业联合会王志轩预测,2050年发电量为16.3万亿千瓦时,装机容量达49亿千瓦。2014年华北电力大学罗建国等人预测,2050年发电量15万亿千瓦时,装机容量41亿千瓦,2015年国家电网公司能源研究院白建华预测,发电量15万亿千瓦时,装机容量68.4亿千瓦(其中包括储能容量为6亿千瓦)。如果按白建华的预测2050年发电设备利用小时数为2200小时,那么要达到饱和电量20万亿千瓦时,装机容量应该达到90.9亿千瓦。如果要想用电力完全替代所有各种化石能源,以全球综合电力网替代全球综合能源网,20万亿千瓦时是不够的,关键是4500亿千瓦时电力替代不了1.3亿吨标煤。看来认为2030年是电力发展峰值年是不可靠的。

最近有人说,在2017年前中国一直存在着两个潜在的风险,第一个是能源,第二个是粮食。自从在技术上获得三大突破,中国有可能排除两大风险。这三大突破一是地热发电的研究成功;二是低成本沙漠化土壤改良;三是海水、盐碱地、水稻种植。热干岩勘查取得重大突破,其储量比煤炭、石油的储量高几十倍,甚至可能使人类放弃高聚变生产能源。热干岩如能开采成功,可以弥补我国能源资源的不足,对于电能的替代,电力饱和水平也可能有影响。电力饱和用电水平的高低,取决于用电力替代化石能源的水平(用电力替代化石能源的比例,例如替代50%,80%或是全替代)。再一个就是电力替代化石能源的速度,替代速度愈快,饱和用电水平就会愈快到来。而这两个发展速度的快慢取决于经济性的实现。同时,我们也希望页岩气的利用技术能很快成熟,与地热发电一同为我国电力发展作贡献。

新时代、新征程、新常态下,就要有新的电力预测方法,要抛弃电力弹性系数法、人均用电量法,要用调查研究来预测负荷。(来源:中国电力企业管理/朱成章)

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