城鎮化率在電力需求預測中的應用分析

羅文雲，王 浩，何向剛，劉文霞，鐘以林

(1.貴州電網公司電網規劃研究中心，貴州 貴陽 550003；2.貴州電網有限責任公司貴陽供電局，貴州 貴陽 550001)

0 引言

城鎮化是指隨著一個國家或地區社會生產力的發展、科學技術的進步以及產業結構的調整，其社會由以農業為主的傳統鄉村型社會向以工業(第二產業)和服務業(第三產業)等非農產業為主的現代城市型社會逐漸轉變的歷史過程，也是城市最大內需潛力和發展動能所在。改革開放以來,中國城鎮化率從1978年的17.26% 增長到2019年的60.06% ,年均提高1.46個百分點，預計到2030年,中國城鎮化率將達到70.12%[1]。城鎮化率的提高意味著國家產業結構逐漸優化、經濟社會發展態勢向好。目前，中國正處于城鎮化深入發展的關鍵時期，加快產業結構轉型升級、保持經濟持續健康發展是國家重點發展戰略[2]。從歷史進程來看，電力需求與經濟、社會的發展有著密切聯系，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[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化進程占13.84%。文獻[4]中提出基于三個產業的電力－經濟生產函數法，利用專家分析法預測未來經濟和居民用電數據，再利用生產函數法預測三個產業的未來電量，從而得到全社會未來用電量。文獻[5]提出了基于經濟電力發展軌跡相似性的對標城市選取方法，通過用電量及經濟指標對比來選取對標相似市，從而得出目標城市的電力需求指標。文獻[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系，研究得出城鎮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年城鎮化率與全社會用電量數據為基礎，研究城鎮化率與電力消費之間的相關性，提出一種電力需求預測方法，為電網規劃設計中電力需求預測提供參考與研判依據。

1 城鎮化發展對電力消費的影響

1.1 城鎮化建設運維促進電力需求增長

城鎮化高質量發展需從“衣食住行”等方面滿足新增城鎮人口的生活需求。因此，政府將加大房產建設、園林綠化、交通運輸和醫療衛生等方面的城鎮基礎配套設施的建設力度。大規模的城鎮基礎設施建設、運行和維護,會帶動建材、鋼鐵等高耗能產業的快速發展。對高耗能產品的需求實際是對大量能源的需求[7]。這些基礎設施的建設、運行和維護都釋放了很大的電力需求空間。

1.2 能源消費結構改變促進電力需求增長

目前, 中國城鎮人口年均消耗能源約為農村人口的3.5倍。城鎮化率的提高意味著更多中國農村人口移居城鎮或者農村逐漸城鎮化, 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化的提高而逐步增加。

1.3 電氣化發展促進電力需求增長

一方面，當前中國電氣化進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”是全球能源轉型的最佳選擇，中國將加大工業、建筑、交通領域電能替代和能效提升力度，推進電氣化發展;另一方面隨著城鎮化進程推進, 農村剩余勞動力的就業問題將被解決,農村勞動力收入提高, 意味著其購買力的提高。城鎮平均電氣化水平較高, 商品供應也更充足。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生產,又會帶動制造業的電力需求增加。

2 城鎮化發展與電力需求的相關性

2.1 相關性分析方法概述

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

式中：σ2xy為協方差，用于度量x與y的相關性，為隨機變量x的方差，為隨機變量y的方差，。

R＞0表示正相關；R＜0表示負相關。R的絕對值越接近1，表示變量x，y之間的相關程度越大；R的絕對值越接近0，表示x，y之間越沒有線性相關；0＜R＜1表示x，y有相關關系，但是非線性相關；|R|≥0.8為高度相關；0.5≤|R|＜0.8視為中度相關；0.3≤|R|＜0.5視為低度相關；|R|＜0.3視為不相關。

2.2 相關性分析過程

2.2.1 數據選取

自1978年中國改革開放以來，貴州省經濟社會發展取得巨大成就，經濟實力大幅度提升，GDP增速排名連續九年位居全國前列，城鎮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，要堅定不移推進新型城鎮化，完善新型城鎮化格局。因此，本文以貴州省經濟社會發展歷史數據為基礎，研究貴州省城鎮化率與電力消費相關性，探求城鎮化率與全社會用電量之間的相關性。

2.2.2 數據處理

由于全社會用電量與城鎮化率數據單位不同，數值相差太大，故先通過公式(2)將兩者分別標幺值化至[0,1]區間進行比較。

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

取表1中歷史數據進行分析，用處理后的數據繪制城鎮化率與全社會用電量的標幺值曲線對比圖，如圖1所示。

表1 貴州省經濟社會發展歷史數據

圖1 城鎮化率-全社會用電量標幺值曲線

從圖1可以看出，城鎮化率與全社會用電量變化趨勢相同，城鎮化率升高的同時，全社會用電量也相應升高；從圖1中可以初步判定城鎮化率與全社會用電量有較強的相關性，因此可以通過相關系數計算進一步確定兩者之間的相關性指標。

2.2.3 數據分析

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

表2 城鎮化率-全社會用電量線性回歸分析結果表

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

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

圖2 城鎮化率-全社會用電量一次方程擬合曲線

3 城鎮化率在電網規劃中的應用

在電網規劃中，對全社會電力需求預測是基礎且關鍵的環節，其中全社會用電量作為關鍵預測指標，其預測結果的精準性將直接影響后續的電網規劃工作，由以上分析結果可知，全社會用電量與城鎮化率有較強相關性，因此，可將城鎮化率作為電力需求預測的一項指標，作為電網規劃中電力需求預測方法。其預測模型如下：

式中：Y為全社會用電量，億kWh；X為城鎮化率，%。

為校驗該模型的可行性，選取貴州省2016—2019年城鎮化率，采用式3對全社會用電量進行預測，并與貴州省2016—2019年全社會用電量實際值和《貴州省“十三五”電力工業發展規劃》研究中采用分部門單耗法、電力彈性系數法、人均用電量法和大用戶法得出的綜合預測值進行對比分析，其結果如表3所示。

表3 貴州省2016—2019年全社會用電量實際值與預測值表

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

4 結語

通過對貴州省全社會用電量與城鎮化率的實際歷史數據的相關性分析，認為全社會用電量與城鎮化率之間存在顯著相關性。使用該模型對貴州省2016—2019年全社會用電量進行預測，與實際值和其他方法綜合預測值對比結果顯示該模型具有一定的預判能力。在電網規劃設計中，可將該模型應用于中長期電力需求預測中，提高電力需求預測的準確性。