中國“十四五”時期可再生能源發(fā)展預(yù)測分析

王麗敏，王慶豐，劉曉慧

（1.中原工學院系統(tǒng)與工業(yè)工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450007；2.中原工學院經(jīng)濟管理學院，河南鄭州 450007）

0 引言

“十四五”時期是我國加快能源綠色低碳轉(zhuǎn)型、推動落實“雙碳”目標的關(guān)鍵五年。2022 年6 月1 日，國家發(fā)改委等九部門聯(lián)合印發(fā)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，為未來一段時期我國可再生能源發(fā)展制定了明確的發(fā)展目標，主要包括：第一，總量目標。2025 年可再生能源消費總量達到10 億噸（按標準煤）左右，在一次能源消費增量中占比超過50%；第二，發(fā)電目標。2025 年可再生能源年發(fā)電量達到3.3 萬億千瓦時左右，發(fā)電量增量在全社會用電量增量中的占比超過50%，風電和太陽能發(fā)電量較2020 年相比實現(xiàn)翻倍。

近年來我國以風電、太陽能發(fā)電為代表的可再生能源產(chǎn)業(yè)取得了令人矚目的發(fā)展成就，這和強有力的產(chǎn)業(yè)扶持政策密不可分，尤其是以標桿上網(wǎng)電價為主要形式的電價補貼政策更是功不可沒。但是，根據(jù)2020 年1 月財政部等三部委發(fā)布的《關(guān)于促進非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》的有關(guān)內(nèi)容，為促進可再生能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，中央財政自2021 年起對新增風電、太陽能發(fā)電項目不再給予補貼。這意味著“十四五”期間我國風電、太陽能發(fā)電進入了無補貼時代。針對“十四五”時期我國可再生能源發(fā)展，楊漾［1］認為基于“十三五”期間我國可再生能源增速實際情況，實現(xiàn)“十四五”規(guī)劃目標沒有任何問題。但需要注意的是，根據(jù)國家能源局發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020 年我國風電、太陽能發(fā)電新增裝機容量分別高達7 167 和4 820 萬千瓦［2］，較2019 年相比分別增加2.78 倍和1.80 倍，很大程度上是眾多可再生能源發(fā)電企業(yè)為了享受電價補貼政策的最后一波紅利，趕上2020 年電價補貼的最后一趟末班車，不惜寅吃卯糧，出現(xiàn)了大規(guī)模的“搶裝潮”，導致2020 年風電、太陽能發(fā)電新增裝機容量一路狂飆。

隨著風電、太陽能發(fā)電進入平價上網(wǎng)階段，“十四五”期間可再生能源產(chǎn)業(yè)是否能夠真正從過去的依靠政策驅(qū)動和補貼支撐發(fā)展轉(zhuǎn)為市場驅(qū)動發(fā)展，完全依靠市場機制來推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展［3］？在沒有中央財政補貼的情況下，我國可再生能源產(chǎn)業(yè)能否延續(xù)過去的快速發(fā)展勢頭，按期實現(xiàn)“十四五”既定發(fā)展目標？目前學術(shù)界對此尚無針對性的研究。本文試圖將灰色緩沖算子和傳統(tǒng)GM（1,1）預(yù)測模型相結(jié)合，針對“十四五”期間我國可再生能源總量目標和發(fā)電目標進行預(yù)測分析，以期為政府制定未來可再生能源產(chǎn)業(yè)政策提供依據(jù)和參考。

1 相關(guān)文獻綜述

針對電力需求、能源需求或可再生能源預(yù)測問題，目前采用的研究方法主要包括定性預(yù)測、能源消費彈性系數(shù)、回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)、回歸分析預(yù)測、系統(tǒng)動力學、組合預(yù)測等方法，預(yù)測對象則主要圍繞能源消費總量、能源消費結(jié)構(gòu)、能源需求趨勢等。如郝宇等［4］采用情景分析方法，設(shè)定高增長情景、基準情景、低增長情景3 種情景狀態(tài)，對不同情景下我國的能源消費總量開展預(yù)測研究；王風云等［5］基于對總發(fā)電量、火力發(fā)電量、可再生能源發(fā)電量的預(yù)測結(jié)果，對我國未來可再生能源發(fā)電供給可行性和市場空間進行分析；馮雪等［6］從信息源的角度出發(fā)，構(gòu)建了基于多源信息融合的我國能源需求預(yù)測理論框架；毛亞林［7］基于碳中和背景對我國一次能源消費總量及其構(gòu)成、終端能源消費量及其構(gòu)成等問題進行了中短期預(yù)測分析；廖華等［8］建立基準情景和戰(zhàn)疫情景兩種情景，采用能源消費彈性系數(shù)方法，對“十四五”期間一次能源消費需求總量以及主要能源品種的消費量進行預(yù)測研究；陳喜陽等［9］設(shè)計一種基于兩層“分解-集成”策略的預(yù)測方法，設(shè)定不同的預(yù)測情景，對2021—2035 年我國能源消費和碳排放量進行預(yù)測。但上述文獻多是以我國能源消費總量為對象進行預(yù)測研究，而以可再生能源為預(yù)測對象的研究文獻則相對較少。

灰色預(yù)測模型由于在處理小樣本和不確定性問題具有明顯優(yōu)勢，正在成為研究能源預(yù)測問題的重要方法，其中最常用的預(yù)測模型就是GM（1,1）模型。王風云等［10］基于灰色預(yù)測方法，對我國可再生能源電價補貼收支平衡問題進行深入的探討；蘇琪等［11］將群體智能算法和灰色預(yù)測相結(jié)合，構(gòu)建一種全新的灰色-帝王蝶優(yōu)化預(yù)測模型，并在預(yù)測能源供需等問題時取得了良好的預(yù)測效果；Qian等［12］在研究中國能源消費整體結(jié)構(gòu)問題時，建立一種基于成分數(shù)據(jù)的帶信息項的自適應(yīng)離散灰色預(yù)測模型；Xia 等［13］設(shè)計一種具有動態(tài)時滯函數(shù)的分數(shù)離散灰色模型來預(yù)測清潔能源發(fā)電量；Ding 等［14］鑒于能源消費和可再生能源發(fā)電的非線性特征，建立一種新型的非線性多變量離散灰色預(yù)測模型；Duan 等［15］構(gòu)建一種新穎的具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的灰色預(yù)測模型來研究中國電力需求問題。總之，上述文獻更多的是根據(jù)有關(guān)能源數(shù)據(jù)序列的變化特征，在GM（1,1）模型的基礎(chǔ)上進一步加以改進，通過改善模型的適應(yīng)性來提高預(yù)測精度，并在研究能源預(yù)測有關(guān)問題時取得了較好的預(yù)測效果。

“十四五”期間我國風電、太陽能發(fā)電進入平價上網(wǎng)階段，意味著實施多年的電價補貼政策退出了歷史舞臺。然而，現(xiàn)有文獻中大多數(shù)研究都是針對“十四五”期間我國能源消費總量等問題進行預(yù)測，而結(jié)合無補貼時代背景對可再生能源發(fā)展進行科學預(yù)測的研究文獻則相對較少。本文擬在GM（1,1）模型的基礎(chǔ)上結(jié)合灰色緩沖算子，針對“十四五”期間我國可再生能源有關(guān)問題開展預(yù)測研究，驗證可再生能源的“十四五”發(fā)展目標能否如期完成。

2 中國可再生能源發(fā)展預(yù)測模型

2.1 基本預(yù)測模型

GM（1,1）模型在建模時對數(shù)據(jù)序列沒有特殊要求，尤其適合解決小樣本、貧信息的不確定性問題［16］8。一般而言，每一階段的發(fā)展規(guī)劃都是在基于上一階段發(fā)展情況的基礎(chǔ)上制定的。我國國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃以及產(chǎn)業(yè)規(guī)劃一般以五年為一個周期。因此，我國可再生能源“十四五”發(fā)展目標是在基于“十三五”期間我國可再生能源發(fā)展狀況而制定的。“十三五”包括2016—2020 共5 年時間，適合采用GM（1,1）模型進行預(yù)測。其基本預(yù)測過程如下：

（8）誤差檢驗。

2.2 緩沖序列生成

預(yù)測對象在發(fā)展過程中如果受到外部因素造成的沖擊擾動，將會導致系統(tǒng)行為數(shù)據(jù)產(chǎn)生失真現(xiàn)象，從而無法真實反映預(yù)測對象本來的變化規(guī)律。近年來我國可再生能源產(chǎn)業(yè)取得的巨大成就和以電價補貼政策為主的產(chǎn)業(yè)扶持政策具有很大關(guān)系。涂強等［17］研究指出我國可再生能源政策對促進可再生能源快速發(fā)展是積極有效的。於世為等［18］得出了同樣的觀點，但同時指出距離“雙碳”目標要求仍然有較大的差距。姚誠等［19］的研究卻持有不同的觀點，政府補貼與新能源企業(yè)的盈利能力呈負相關(guān)，認為政府對新能源產(chǎn)業(yè)實施補貼政策要采取市場化導向。需要指出的是，這種產(chǎn)業(yè)扶持政策并不是一貫化、常態(tài)化的行為，是國家在一定階段為了扶持新興產(chǎn)業(yè)而實施的特殊政策，一般存在于產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期階段，并隨著產(chǎn)業(yè)的壯大而逐漸削弱直至取消。因此，產(chǎn)業(yè)扶持政策可以視為可再生能源產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過程中受到的一種外部沖擊擾動。隨著2021 年起我國風電、太陽能發(fā)電進入無補貼時代，這種沖擊擾動隨之消失不復存在。

針對受到?jīng)_擊擾動影響的預(yù)測對象，在預(yù)測之前首先要對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，排除擾動造成的干擾，才能正確認識和把握預(yù)測對象的變化規(guī)律，提高預(yù)測精度。否則的話，直接用失真的數(shù)據(jù)序列去建模預(yù)測，則會由于模型描述的并不是預(yù)測對象的真實變化規(guī)律而導致預(yù)測失敗［16］38。鑒于電價補貼政策對我國可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成了外部沖擊擾動，首先需要運用緩沖算子來生成緩沖數(shù)據(jù)序列，消除產(chǎn)業(yè)政策造成的外部沖擊擾動影響，還原產(chǎn)業(yè)發(fā)展的固有規(guī)律，在此基礎(chǔ)上再建立GM(1,1)預(yù)測模型對“十四五”期間我國可再生能源有關(guān)問題進行預(yù)測才比較合理可行。

設(shè)X為原始數(shù)據(jù)序列，D為緩沖算子，當X分別為增長序列、衰減序列或振蕩序列時：若緩沖序列XD 比原始序列X的增長速度（或衰減速度）減緩或振幅減小，則稱緩沖算子D為弱化算子；若緩沖序列XD 比原始序列X的增長速度（或衰減速度）加快或振幅增大，則稱緩沖算子D為強化算子。

緩沖數(shù)據(jù)序列生成具體方法如下：

設(shè)X為包含了外部沖擊擾動的原始數(shù)據(jù)序列，

則稱D為平均弱化緩沖算子，XD 為一階緩沖序列并排除了外部沖擊擾動。

如果外部沖擊擾動造成的干擾作用比較大，一階緩沖處理之后還不能完全消除影響，則可以在XD 的基礎(chǔ)上繼續(xù)進行緩沖處理。若D1，D2均為緩沖算子，則稱D1D2為二階緩沖算子，并稱為二階緩沖序列。依次類推，還可以得到三階緩沖序列乃至更高。

3 “十四五”期間中國可再生能源預(yù)測分析

3.1 可再生能源消費總量及占比預(yù)測

可再生能源包括風能、太陽能、水能、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能等非化石能源。但是，目前無論是《中國統(tǒng)計年鑒》還是《中國能源統(tǒng)計年鑒》中，都沒有專門的可再生能源統(tǒng)計數(shù)據(jù)，而是將其籠統(tǒng)劃分在一次電力及其他能源之內(nèi)。《中國電力年鑒》也僅僅只有每年的水電、風電和太陽能發(fā)電數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不夠全面。為了對可再生能源消費總量進行預(yù)測，首先需要計算出歷年的相關(guān)數(shù)據(jù)。所謂一次電力是指計入一次能源的電力，即包括核電、水電、風電以及太陽能發(fā)電所發(fā)出的電力。從一次電力及其他能源數(shù)據(jù)中去除核電部分，即可近似視為可再生能源消費總量數(shù)據(jù)。表1 詳細列出了“十三五”期間我國可再生能源有關(guān)數(shù)據(jù)。

表1 “十三五”期間我國可再生能源消費有關(guān)數(shù)據(jù)

“十三五”期間我國可再生能源產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，這主要是由于風電、太陽能發(fā)電等非水可再生能源在標桿上網(wǎng)電價等產(chǎn)業(yè)政策的扶持之下發(fā)展迅猛所致。在此期間，我國的水電產(chǎn)業(yè)政策并無太多的變化，水電發(fā)展相對較為平穩(wěn)。因此，本文將可再生能源分為水電和非水可再生能源兩大類，分別采用不同的方法對其進行單獨預(yù)測，然后再將兩類預(yù)測結(jié)果合并，從而得到可再生能源消費總量預(yù)測值。其中，水電能源消費總量直接基于表1 中水電能源消費量⑥的數(shù)據(jù)建立GM（1,1）模型進行預(yù)測。考慮到風電、太陽能發(fā)電等非水可再生能源在“十三五”期間受產(chǎn)業(yè)政策帶來的沖擊擾動影響較大，首先對非水可再生能源消費總量⑦的數(shù)據(jù)采用平均弱化緩沖算子進行緩沖處理，排除外部擾動的影響，然后再建立GM（1,1）模型進行預(yù)測。為了檢驗預(yù)測方法是否準確可行，論文對“十三五”期間我國可再生能源發(fā)展進行了模擬預(yù)測，具體結(jié)果如表2 所示。

表2 “十三五”期間我國水電及非水可再生能源消費量模擬預(yù)測結(jié)果

表2 顯示，對于水電能源消費總量，基于原始數(shù)據(jù)序列直接采用GM（1,1）模型建模預(yù)測，平均相對誤差只有0.60%，模擬預(yù)測效果較好。但對于非水可再生能源消費總量，如果未對數(shù)據(jù)序列緩沖處理而直接采用GM（1,1）模型進行預(yù)測，平均相對誤差高達2.41%；而經(jīng)過緩沖處理再建模預(yù)測的話，平均相對誤差只有0.52%。相比而言，基于緩沖處理之后再進行建模預(yù)測具有更高的預(yù)測精度。采用和水電預(yù)測同樣的方法對能源消費總量進行模擬預(yù)測，也取得了良好的預(yù)測效果，預(yù)測平均相對誤差為0.32%。

表3 顯示了“十四五”期間我國可再生能源消費總量預(yù)測計算結(jié)果。由表3 可得，2025 年我國能源消費總量將達到580 366 萬噸（按標準煤），較“十三五”期末增加82 052 萬噸。2025 年我國可再生能源消費總量只有86 088 萬噸標準煤，距離10 億噸的規(guī)劃目標還有較大差距；同時較“十三五”期末相比增加17 819 萬噸（按標準煤），在一次能源消費增量中的占比僅為21.71%，不到50%規(guī)劃目標的一半。

表3 “十四五”期間我國可再生能源消費總量預(yù)測單位：萬噸（按標準煤）

3.2 可再生能源發(fā)電量及占比預(yù)測

可再生能源發(fā)電包括水力發(fā)電和風電、太陽能發(fā)電等非水可再生能源發(fā)電。和可再生能源消費總量預(yù)測一樣，采用同樣方法對“十四五”期間我國可再生能源發(fā)電量進行預(yù)測。將可再生能源發(fā)電劃分為水力發(fā)電和非水發(fā)電兩大類，其中水力發(fā)電量直接基于表4 中水力發(fā)電量的數(shù)據(jù)進行預(yù)測。對于非水可再生能源發(fā)電量，則對表4 中非水可再生能源發(fā)電量的數(shù)據(jù)進行緩沖處理后再建立GM（1,1）模型進行預(yù)測，然后再合并水力發(fā)電預(yù)測結(jié)果得到可再生能源發(fā)電預(yù)測值。表5 展示了“十三五”期間我國可再生能源發(fā)電量模擬預(yù)測結(jié)果。

表4 “十三五”期間我國可再生能源發(fā)電量有關(guān)數(shù)據(jù)單位：億千瓦時

表5 “十三五”期間我國可再生能源發(fā)電量模擬預(yù)測結(jié)果

對于風電和太陽能發(fā)電量預(yù)測，對表4 中的原始數(shù)據(jù)序列同樣采取緩沖處理之后再建立GM（1,1）模型進行預(yù)測，模擬預(yù)測結(jié)果如表6 所示。

表6 “十三五”期間我國風力發(fā)電、太陽能發(fā)電模擬預(yù)測結(jié)果

表5、表6 數(shù)據(jù)顯示，無論是非水可再生能源發(fā)電量預(yù)測，還是風電和太陽能發(fā)電量預(yù)測，對原始數(shù)據(jù)序列采取緩沖處理之后再運用GM（1,1）模型進行模擬預(yù)測，其結(jié)果均具有較高的預(yù)測精度，平均相對誤差分別為0.36%、0.25%和1.26%。如果直接基于原始數(shù)據(jù)序列進行預(yù)測，則平均相對誤差分別為2.17%、1.30%和6.43%，存在較大的預(yù)測誤差。所以采用灰色GM（1,1）模型對“十四五”期間我國可再生能源發(fā)電量有關(guān)問題進行預(yù)測時，對于非水可再生能源發(fā)電量和風電、太陽能發(fā)電量等預(yù)測對象，首先需要對原始數(shù)據(jù)序列進行緩沖處理方能取得較好的預(yù)測效果。具體預(yù)測結(jié)果如表7 所示。

如表7 數(shù)據(jù)所示，2025 年我國全社會用電量將達到100 621 億千瓦時，較“十三五”期末相比增加25 511 億千瓦時。2025 年我國可再生能源發(fā)電量只有29 383 億千瓦時，遠遠低于3.3 萬億千瓦時的規(guī)劃目標；同時較“十三五”期末相比增加7 235 億千瓦時，在全社會用電量增量中的占比只有28.36%，剛剛超過50%的規(guī)劃目標的一半。至于風電和太陽能發(fā)電，2025 年發(fā)電量預(yù)測值分別為6 370 和4 236億千瓦時，較2020 年相比增幅分別為136.55%和162.24%，距離實現(xiàn)翻倍的規(guī)劃目標尚有較大的差距。

4 結(jié)論與政策建議

4.1 研究結(jié)論

根據(jù)我國可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際情況，將其劃分為水電和非水可再生能源兩大類，并將電價補貼政策視為風電、太陽能發(fā)電等非水可再生能源發(fā)展過程中受到的一種外部沖擊擾動。本文對水電和非水可再生能源區(qū)別對待，采取不同的數(shù)據(jù)處理方法分別預(yù)測。對于水電可再生能源，基于原始數(shù)據(jù)序列直接建模預(yù)測；對于非水可再生能源，首先運用平均弱化緩沖算子對原始數(shù)據(jù)序列經(jīng)過一階緩沖處理后生成緩沖數(shù)據(jù)序列，弱化產(chǎn)業(yè)政策造成的沖擊擾動影響，然后基于緩沖數(shù)據(jù)序列建立GM（1,1）預(yù)測模型。模擬預(yù)測結(jié)果表明，該方法具有較高的預(yù)測精度，擬合效果顯著優(yōu)于基于原始數(shù)據(jù)序列直接建模，適用于含有外部沖擊擾動影響的時間序列數(shù)據(jù)預(yù)測問題。

預(yù)測結(jié)果顯示，在標桿上網(wǎng)電價補貼政策停止實施以后，“十四五”期末我國可再生能源消費總量預(yù)計將達到86 088 萬噸（按標準煤），可再生能源在一次能源消費增量中的占比為21.71%；可再生能源年發(fā)電量為29 383 億千瓦時，可再生能源發(fā)電量增量在全社會用電量增量中的占比為28.36%，風電和太陽能發(fā)電量較2020 年相比增幅分別為136.55%和162.24%。無論是可再生能源消費總量還是發(fā)電量，預(yù)計都無法實現(xiàn)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》中提出的發(fā)展目標。

4.2 政策建議

風電、太陽能發(fā)電等非水可再生能源在“十三五”期間的跨越式發(fā)展與電價補貼政策密不可分。隨著2021 年國家取消電價補貼政策，由此帶來的外部沖擊也隨之消失，其造成的沖擊擾動雖然會由于慣性延續(xù)一段時間，但必定不會長久下去。要想繼續(xù)保持良好的發(fā)展勢頭，按期實現(xiàn)“十四五”規(guī)劃目標，就必須要對可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展施加新的外部沖擊。

增強市場消納能力，提升可再生能源利用水平。由于可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定性和難以存儲特點，以及我國可再生能源資源分布與消費需求在地理上存在逆向分布特征，可再生能源存在消納難題，致使大量寶貴的綠色清潔電力被白白浪費。2020 年全國棄風電量高達166.1 億千瓦時，棄風率超過5%的省份仍然有4 個，分別是新疆10.3%、蒙西7%、甘肅6.4%、湖南5.5%；全國棄光電量為52.6 億千瓦時，棄光率超過5%的省份有2 個，分別是西藏25.4%、青海8%［20］。上述省份或地區(qū)除湖南之外，其他主要集中于我國風資源和光資源較為豐富的西部地區(qū)。為此，需要進一步推動可再生能源富集地區(qū)外送消納，鼓勵開發(fā)建設(shè)可再生能源就近就地消納項目，建設(shè)一批可再生能源存儲調(diào)節(jié)設(shè)施，提升可再生能源存儲能力，加強可再生能源多元化直接利用規(guī)模，多管齊下提升可再生能源利用水平。

完善市場化發(fā)展機制，實現(xiàn)可再生能源市場驅(qū)動發(fā)展。我國分別于2016 年和2019 年建立了可再生能源電力綠色證書交易機制和消納保障機制，并于2020 年12 月啟動了全國碳排放權(quán)交易體系。“十四五”期間需要進一步健全可再生能源市場化發(fā)展機制，尤其是要完善可再生能源價格形成機制和補償機制，做好綠證交易、配額制與碳交易的銜接［21］，進一步體現(xiàn)可再生能源的生態(tài)環(huán)境價值，通過市場化手段使可再生能源開發(fā)利用過程中的環(huán)境及社會正外部性得到補償，發(fā)揮市場在資源配置中的決定性作用，使可再生能源步入市場驅(qū)動的良性發(fā)展之路。

繼續(xù)加強節(jié)能減排工作，控制能源消費總量增速。表3 預(yù)測結(jié)果顯示，“十四五”期末我國可再生能源無法實現(xiàn)在一次能源消費增量中占比超過50%的規(guī)劃目標。究其原因，除了受到無補貼時代可再生能源發(fā)展增速變緩的影響，還和我國能源消費總量增速過快有關(guān)。隨著“雙碳”目標的提出，一方面要繼續(xù)加強節(jié)能減排，提高能源使用效率，降低能源消費強度，控制能源消費總量增速；另一方面要對傳統(tǒng)煤電重新定位，嚴格控制煤電增量，使其成為調(diào)峰備用、兜底保供能源，助力可再生能源消納，從而彌補可再生能源的不穩(wěn)定性和間歇性缺點，帶動可再生能源消費，提高可再生能源在一次能源消費增量中的占比。