山東電網(wǎng)2021-2025年電力需求預(yù)測

□ 文| 孫 齊

引言

能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)和動(dòng)力，而電力是能源的重要組成部分，電力生產(chǎn)、供應(yīng)及安全事關(guān)我國現(xiàn)代化建設(shè)全局發(fā)展?！笆奈濉睍r(shí)期是山東省實(shí)現(xiàn)“走在前列、全面開創(chuàng)”目標(biāo)任務(wù)的關(guān)鍵時(shí)期，也是新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)突破的關(guān)鍵時(shí)期，同時(shí)，在電力現(xiàn)貨市場中，簽約策略、報(bào)價(jià)策略、交易策略等等市場行為都是以需求預(yù)測的結(jié)果作為基礎(chǔ)。因此，在山東電力現(xiàn)貨市場來臨的背景下，對(duì)本省電力市場進(jìn)行分析預(yù)測是極其必要的。本文基于山東省電力市場相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，采用了產(chǎn)值單耗法、灰色GM(1，1)模型兩種電力負(fù)荷預(yù)測方法，對(duì)山東省未來五年（2021-2025）的電力需求進(jìn)行中長期預(yù)測，并對(duì)預(yù)測結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

產(chǎn)值單耗法預(yù)測

產(chǎn)值單耗法基本原理

產(chǎn)值單耗法是根據(jù)第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)每單位產(chǎn)值用電量創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，根據(jù)所預(yù)測的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)推算出年用電需求量，加上居民生活年用電量，構(gòu)成全社會(huì)年用電量。通過對(duì)過去的單位產(chǎn)值耗電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，找出一定的規(guī)律，預(yù)測規(guī)劃期第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)的綜合單耗，然后根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃的指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測。

產(chǎn)值單耗法要求在預(yù)測時(shí)期內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展穩(wěn)定，故而對(duì)短期和中期預(yù)測效果較好。根據(jù)對(duì)電力市場歷史數(shù)據(jù)的分析，本文認(rèn)為山東省未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較穩(wěn)健，因而可以采用產(chǎn)值單耗法進(jìn)行預(yù)測。

產(chǎn)值單耗法預(yù)測算例

利用Excel軟件對(duì)山東省總產(chǎn)值、三大產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值以及用電量、居民生活用電量進(jìn)行處理分析。從數(shù)據(jù)的趨勢可以看出，本省第一產(chǎn)業(yè)電力單耗量近四年始終在180KWh/萬元上下波動(dòng)，故本文假設(shè)2018-2025年期間單耗180KWh/萬元；第二產(chǎn)業(yè)單耗近十年不斷下降，應(yīng)用趨勢擬合法對(duì)其進(jìn)行擬合，擬合曲線為y=1758e-0.02x；第三產(chǎn)業(yè)單耗近十年總體大致呈下降趨勢，但降速有所放緩，近三年基本穩(wěn)定在207KWh/萬元，故本文假設(shè)2018-2019年間單耗為207KWh/萬元，2021-2022年間為206.5KWh/萬元，2023-2025年間為206KWh/萬元；山東省人均居民用電量近十年變化趨勢近似為線性上升，故本文假設(shè)2018-2025年間每年增加34.13KWh/人。

通過分析2008-2017年山東省各產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例的數(shù)據(jù)變化趨勢可以得出，2008-2017年該地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)比例都呈逐年下降的趨勢，不同的是由于第一產(chǎn)業(yè)占比基數(shù)較小，因此下降幅度相對(duì)較大；第二產(chǎn)業(yè)占比的基數(shù)相對(duì)于第一產(chǎn)業(yè)多；第三產(chǎn)業(yè)占比呈總體上升趨勢。山東省三大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例逐漸優(yōu)化，運(yùn)用趨勢擬合法，我們發(fā)現(xiàn)，第二、三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化趨勢接近于線性，占比以固定比例上升，故假設(shè)第二產(chǎn)業(yè)占比擬合曲線為y=-0.013x+0.582，擬合曲線為y=0.016x+0.316。根據(jù)占比和為1的原則進(jìn)行微調(diào)。

根據(jù)山東省2008-2017年總?cè)丝跀?shù)及其增長率的變化趨勢發(fā)現(xiàn)，山東省人口數(shù)量近10年增長速度較為緩慢，但在2015年二胎政策放開后，人口增速在2016年突增，除2010、2016年，每年增速在0.5%-0.6%內(nèi)平穩(wěn)波動(dòng)。隨著《山東省人口與計(jì)劃生育條例》中二胎產(chǎn)假的延長、社會(huì)撫養(yǎng)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)普遍降低等新規(guī)定的出臺(tái)，再加上孔孟之鄉(xiāng)多子多福的觀念深入人心，因此假設(shè)2021-2025年山東省總?cè)丝跀?shù)以0.63%的增速變化。

根據(jù)2008-2017年山東省GDP及其增長率趨勢可以看出其每年近似呈線性增長態(tài)勢，且除個(gè)別年份外，增長率呈遞減趨勢，符合線性變化規(guī)律，通過回歸擬合，假設(shè)2018-2025年山東省GDP年增長量為4731.98億元。

表1 產(chǎn)值單耗法影響因素預(yù)測數(shù)值

通過計(jì)算公式代入數(shù)據(jù)可預(yù)測出2021-2025年山東省全社會(huì)用電量。

Q：山東省全社會(huì)用電量 UQ(P)：居民人均用電量

P：山東省常住人口 GDP(i)：山東省第i產(chǎn)業(yè)GDP

UQ(i)：山東省第i產(chǎn)業(yè)單耗

表2 山東省2021-2025年電力需求預(yù)測值

灰色GM(1，1)模型預(yù)測

灰色GM(1，1)模型基本原理

建立GM(1，1)模型的實(shí)質(zhì)是對(duì)原始數(shù)據(jù)做一次累加生成，使生成數(shù)據(jù)呈一定規(guī)律，通過建立微分方程模型擬合曲線，用來對(duì)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。GM(1，1)模型基于一階線性微分方程、最小二乘法等理論，適用于原始數(shù)據(jù)較少的對(duì)象的預(yù)測?；疑A(yù)測方法具有要求樣本數(shù)據(jù)少、不考慮分布規(guī)律和變化趨勢、預(yù)測精度高、可檢驗(yàn)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此該模型在電力負(fù)荷預(yù)測中應(yīng)用廣泛。

灰色GM(1，1)模型預(yù)測算例

首先進(jìn)行模型的構(gòu)建，根據(jù)原始序列求得一次累加數(shù)列，進(jìn)而得矩陣B和矩陣，計(jì)算參數(shù)a和u，求出GM(1，1)負(fù)荷預(yù)測模型：

（t=0，1，2，…）

（t=1，2，…）

且仿真得2008-2017年的電力消費(fèi)量。然后進(jìn)行模型精度的后驗(yàn)差檢驗(yàn)。首先確定原始數(shù)列方差為865244.164、殘差數(shù)列方差為23890.201。接著確定后驗(yàn)差比值C為0.166，小于0.35；小誤差概率P為1，大于0.95。模型的精度為一級(jí)，說明建立的GM(1，1)模型預(yù)測效果好，可用此其進(jìn)行預(yù)測。

表3 山東省2021-2025年電力需求預(yù)測結(jié)果

預(yù)測結(jié)果比較

綜合兩種電力需求量預(yù)測結(jié)果如圖1所示。

采用產(chǎn)值單耗法預(yù)測的結(jié)果的折線圖近似直線，說明山東省近十年來的電力消費(fèi)量穩(wěn)步增長，經(jīng)濟(jì)發(fā)展穩(wěn)步上升，故預(yù)測出的2021-2025年的電力需求量是穩(wěn)步增加的。而灰色GM(1，1)模型預(yù)測結(jié)果偏高，且結(jié)果的增速逐年加快，這是由于灰色GM(1，1)模型比較適合具有指數(shù)增長規(guī)律的結(jié)果的預(yù)測，當(dāng)增長規(guī)律不為指數(shù)時(shí)，預(yù)測精度較差。因此，針對(duì)山東省發(fā)展現(xiàn)狀與預(yù)測方法模型的最佳應(yīng)用情景，對(duì)比兩種預(yù)測結(jié)果，本文認(rèn)為采用產(chǎn)值單耗法對(duì)山東省2021-2025年的電力需求進(jìn)行預(yù)測較為合理。

圖1 電力需求量（億kWh）預(yù)測結(jié)果折線圖