省级区域中长期能源供应保障与清洁化研究方法及应用

杨　敏，叶　彬，葛　斐，王　宝，周静姝，张德广

(国网安徽省电力公司经济技术研究院，合肥　230022)



省级区域中长期能源供应保障与清洁化研究方法及应用

杨敏，叶彬，葛斐，王宝，周静姝，张德广

(国网安徽省电力公司经济技术研究院，合肥230022)

资源环境约束已成为制约能源发展的重要因素。受地区间经济增长方式与速度、能源消费结构与水平、资源禀赋以及环境承载力等差异影响，为保证经济社会发展目标的顺利实现，迫切需要对省级区域能源需求与清洁化发展形势开展深入研究。基于LEAP模型，将地区经济社会发展与大气污染防治结合，构建了一套针对省级区域开展中长期能源供应保障与清洁化研究的方法体系，并应用到安徽省中长期能源发展思路研究中，建议安徽地区拓展煤炭输入渠道、积极发展本地可再生能源、加强电网建设增强区外受电能力、积极推进电能替代强化节能减排，以保证能源供应和提高消费清洁化水平，实现经济社会的可持续发展。

省级区域；能源供应保障；清洁化

“十三五”是我国全面建成小康社会的关键时期，工业化与城市化进程持续推进，能源需求将继续保持较快增长。随着我国能源资源约束加剧，生态环境问题日益突出，如何平衡能源需求、环境质量和民生保障[1]，成为能源发展面临的一系列新挑战。为推动能源生产和消费革命，国家制定并组织实施《国家能源发展战略行动计划(2014—2020)》、《能源行业加强大气污染防治工作方案》、《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》、《可再生能源电力配额考核办法试行》等一系列计划与方案，要求转变能源发展方式，优化能源结构，严格控制能源消费过快增长，切实改善大气环境质量。

受地区资源禀赋、能源消费结构与水平等因素影响，能源供需形势在省际之间存在较大差异，目前绝大多数研究都针对国家层面进行[2-3]，从省级层面将能源供需与清洁化形势结合的研究还未见报道。如何结合各地区的经济发展水平和能源资源现状，开展省级区域能源供需研究，合理规划配置资源，提出适合自身发展的中长期能源发展战略和思路，保障能源供应和提高消费清洁化水平，实现可持续的能源清洁化之路，都是非常值得研究和超前谋划的问题。本文基于LEAP模型构建了一套省级区域中长期能源供应与消费清洁化研究体系，并结合情景分析应用到安徽省能源发展思路研究中，提出针对性的发展建议。

1　能源供应及清洁化研究方法

图1　基于LEAP 模型的能源供应与清洁化研究框架图

1.1方法论架构

目前常用的能源需求研究方法主要有计量经济分析法、投入产出法、系统动力学模型、灰色系统理论、神经网络模型等[4-6]。基于部门分析建立的LEAP模型，采用“自下而上”的分析方法，涵盖能源需求—转换—传输—分配—终端使用的各个环节，可与情景分析结合构建未来能源和环境发展的各种可能方案，更适合中长期能源供应与清洁化研究。本研究根据LEAP模型提供的建模框架，建构了省级区域中长期能源供需与清洁化研究方法体系，基本架构如图1所示。

未来能源需求受经济增长方式与速度、人口、城市化和工业化进程、能源利用效率以及能源环境保护政策等多因素影响。在开展能源需求研究前，需对地区未来经济社会以及能源环境发展趋势等影响能源需求的外部条件作详细的分析并量化。

根据地区宏观经济社会发展目标分解确定各部门活动水平，结合各部门能源消费强度、能源消费结构、能源加工转换效率以及污染物排放因子等通过模型计算汇总得到终端/能源加工转换/一次能源需求总量以及大气污染物排放总量。为使能源需求分析更能反映不同能源用途，在国家统计年鉴部门分类基础上将部门简化归类为能源消费和能源转换两部分，并对能源消费部门进行整合，将第一产业和第二产业合并为产业部门，将三产分为交通运输业、商业和居民生活共计3个部门[7]，产业部门可根据实际情况进一步细分；能源转换部门包括能源工业用能及输送损失、发电、炼油、能源开采等所有能源加工转换相关行业。部门能源消费总量估算方法如下：

(1)

随着能源需求和环保压力的加剧，未来大气污染物排放总量、一次能源消费总量、可再生能源占比都将成为区域能源消费增长的限制性因素。本研究设置了4个环节的反馈调整使得能源需求预测尽可能符合未来能源发展形势。

(1)首先，校核大气污染物排放总量是否能够满足未来环保控制目标，如果不能满足则需要通过调整产业结构、优化能源消费方式以及强化污染物减排等措施直到满足设定目标为止。

(2)其次，将模型计算得到的一次能源需求量与设定的能源消费总量控制指标比较，如果能源需求量大于设定的能源消费总量，则需通过加大技术创新提高能源利用效率、强化节能、加强工业内部结构调整等措施达到总量控制目标。

(3)再次，根据地区能源资源分布与储量情况，分析能源生产与利用能力，与满足能源总量控制目标的一次能源消费总量对比，通过调整规划的一次能源调入/调出量、电力输入/输出量等实现能源供需平衡。

(4)此外，对满足能源供需平衡的一次能源需求结构进行分析，判断未来地区可再生能源利用是否能够满足可再生能源配额考核指标，如果不能，需要对一次能源结构相关环节进行再调节以符合要求，最终得到满足设定经济社会发展目标和资源环境约束的区域能源需求结果。

根据分析结果，从能源消费全过程考虑，提出适合地区经济社会发展目标的能源发展战略，保障能源供应安全，促进经济社会发展。主要从以下3个方面展开：一是电力工业，结合当前形势，可考虑从可再生能源、电能替代、常规火电以及电网发展战略等角度谋划；二是煤炭工业，我国能源资源现状决定在相当长时间内一次能源结构仍以煤炭为主，超前规划中长期煤炭开采强度、生产能力以及调入/调出量等有利于保证地区能源供应安全；三是油气工业，城镇化进程的推进势必导致油气需求量增加，合理规划油气管网建设，保证未来油气供应能力能够满足经济社会发展的需求。

1.2情景设定主要考察因素

由于不同地区的经济社会发展水平、能源资源禀赋、生态环境状况等都存在较大差异，在对未来能源需求进行分析研究时，以下因素需要重点考虑：

(1)未来经济发展水平以及在全国的定位。能源消费方式和水平与经济社会发展紧密关联。在开展能源供需形势预测前必须对区域未来经济社会发展趋势进行定性分析并量化。经济社会发展水平判断可通过历史期经济社会发展回顾，并与发达国家、国内其他地区对比，明确当前所处阶段和在全国所处水平，结合国家和地区当前的功能区划、经济发展战略以及政府中长期发展规划等展望未来经济发展形势，包括人口增长、GDP 水平、城市化进程等。

(2)结构变化。产业结构以及工业内部结构的调整都有利于能源效率的提升。我国东南沿海等相对发达地区的工业化程度较高，经济增长已经由信息产业、服务业等第三产业推动，未来这些地区的产业结构仍将朝高精尖新的方向发展；中西部地区工业化水平相对较低，基础设施建设尚未完成，地区产业结构调整方向仍会是“二三一”模式；进而不同地区中长期内单位GDP能耗仍存在较大差距。

(3)主要产品类型。产品类型与能源消费密切相关。以高能耗产品为主的地区，其总单位GDP能耗水平势必高于以高附加值低能耗产品为主的地区。判断未来主导产品类型有助于把握地区能耗水平走势。同时，从先行工业化国家发展进程看，能源强度的峰值往往由能耗较高的钢铁强度和水泥强度决定[8]，通过对地区城市化进程和基础设施建设进度的判断，可对高耗能行业发展态势和可能出现的拐点作出预测。

(4)自然资源现状。能源发展方式受地区自然资源储量限制。我国资源分布区域差异大，自然资源禀赋直接决定了各地区在能源供给中扮演的角色，国家也已发布了重点建设的14个大型煤炭基地。各地区可根据自身的资源类型和储量情况，合理规划资源的开发利用规模和时序。

(5)可再生能源开发潜力。随着资源环境压力加剧，低碳环保的清洁能源消费要求大力发展可再生能源，国家对各地区可再生能源利用情况也提出了明确的考核指标，各地区进行能源规划时，需要充分考虑地区可再生能源开发利用潜力，尽可能优先发展利用可再生能源，提高能源清洁化水平。

表1　安徽省中长期能源发展情景参数设定

(6)电力工业发展方式。受自然资源禀赋、地理位置差异等影响，不同地区电源结构不尽相同。在设定未来电力工业发展方向时，需同时考虑电源结构变化和技术进步。例如，在东北、西北等风能资源丰富地区，风电装机比例相对较高；西部地区日照资源丰富，适合发展光伏电站；农业大省可发展生物质发电，实现秸秆的清洁化利用，解决焚烧带来的大气污染问题。随着未来节能减排压力加大和地区电力负荷增长，核电势必得到发展，在水资源丰富的沿海等地需考虑核电开发建设的可行性。以煤为主的能源消费结构决定煤电在中长期内仍将是大部分地区的主要装机类型。我国已有自主研发的高效清洁燃煤技术，其SO2排放远低于环保标准，NOX排放水平甚至显著优于燃气热电联产机组[9]。后期随着煤电技术的进步，发电煤耗将逐步下降，大气污染物排放明显减少，先进发电技术带来的节能减排潜力巨大。

(7)环境承载力。受经济发展和工业化水平差异影响，不同地区所面临的环境形势各不相同。目前西部地区工业化程度相对较低，环境质量相对较好，在中长期内经济发展所受环境约束较小；东北等工业基地受前期粗放型发展方式影响，生态环境问题严重，环境约束将成为地区经济发展的重要限制条件。

(8)电能替代潜力。电能作为便捷、安全、清洁、高效的能源，在能源环境问题突出的背景下，“以电代煤、以电代油、电从远方来”的能源消费模式将成为中长期能源发展的一个新方向。根据各地区的能源消费结构和用能行业特征，可针对性地挖掘电能替代潜力，降低区域能耗水平，提高能源消费清洁化程度，缓解节能减排压力，为其他行业发展争取更大的环保空间。

通过充分考虑未来可能出现的重大技术演变、产业结构调整，以及经济社会环境等种种不确定性因素对能源需求带来的影响，通过不同情景设置研究未来能源消费与清洁化发展趋势，以及改变这种趋势的各种可能性及实现不同的可能性所需要的前提条件。

2　安徽省案例研究

本文以安徽省为例，预测安徽省中长期能源供需与清洁化发展趋势。模型以2012年为基准，研究时间跨度为2013～2030年。

2.1经济社会发展形势判断

经济新常态下安徽省经济增速将逐步放缓，预计“十三五”和2020～2030年均分别增长8.5%和7.0%；到2030年全省将进入后工业化发展阶段，三产比重超过50%；全省常住人口将从2013年的6 030万人增加至7 183万人。

2.2情景设计

按照预期的经济社会发展目标，根据当前的能源消费水平和结构、节能减排成效，考虑未来政策选择、技术水平发展程度等对中长期能源供应和清洁化水平的影响，设立基准、清洁和强化清洁三种情景，见表1。

3　安徽省中长期能源供需与清洁化形势分析

3.1能源供需形势分析

3.1.1能源需求

到2020年基准、清洁和强化清洁三种情景下安徽省能源需求总量(转换为标煤)分别为173 Mt、167 Mt和162 Mt，对应“十三五”能源需求增速分别为5.0%、4.5%和4.1%；到2030年三种情景下的能源需求总量(转换为标煤)分别为233 Mt、211 Mt和202 Mt，2020年～2030年能源需求年均增速分别为3.0%、2.3%和2.3%。强化清洁情景在基准情景基础上进一步强调技术进步，促进节能减排，使得2020年、2030年其能源需求总量较基准情景分别减少6.8%和13.4%。

3.1.2能源结构

(1)一次能源需求结构(见表2)。从表2可知，油和天然气比重的快速提升使得中长期内安徽省煤炭消费比重持续下降，可再生能源消费比例有所提升。安徽省能源消费结构将显著改善，但能源结构仍以煤炭为主，这与安徽地区以煤为主的能源资源禀赋现状相符。同时安徽地区可再生能源资源可开发量有限，后期发展空间有限。

表2　三种情景下安徽省中长期一次能源需求结构　%

(2)终端能源需求结构(见表3)。从表3可知，中长期内安徽省煤炭消费比重稳步下降，电力消费比重逐步提升，预计2020年达25%左右，接近2011年日本的电气化水平25.7%，2030年有望超过30%。电能替代的大力推进使得安徽地区电气化水平提升显著。

表3　三种情景下安徽省中长期终端能源需求结构　%

(3)电源结构。强化清洁情景下，2020年安徽省火电和可再生能源发电装机占比分别为84.5%和14.4%；到2030年两者占比分别调整至72.9%和19.9%。从中长期来看，火电依旧是安徽省电源主力。国家能源局推出的《可再生能源电力配额考核办法(试行)》，要求2020年安徽省可再生能源电力占全社会用电量比重至少达7%，力争9%。结合安徽省内实际的可再生能源分布情况，基准情景下2020年非水可再生能源电力消费比例仅达到4.6%，在适度考虑区外电力受进的清洁和强化清洁情景下，非水可再生能源电力消费比重也只占6.5%，很难完成国家要求的配额指标。因此对于安徽这类可再生能源贫乏地区，尽早谋划区外来电、争取受进可再生能源电力提高可再生能源电力消费比重、适度压缩省内煤电装机，对安徽省清洁能源发电比重提升具有重要意义。

3.1.3能源供需平衡

从中长期能源供需平衡来看，安徽地区能源缺口将持续扩大，预计2020年缺口在69.3～77.5 Mt(转换为标煤)，其中油气调入量占总缺口的44%～46%，煤炭调入量占43%～54%；到2030年缺口将达到甚至超过该省总产量，预计缺口在102.0～138.4Mt(转换为标煤)，油气调入量占总缺口的43%～47%，煤炭调入量占25%～52%。能源净输入量占一次能源总需求量的比重上升，成为安徽地区中长期内能源供需平衡的重要特征。

在能源和电力需求持续增长带动下，安徽省煤炭缺口将逐步扩大。为应对巨大的煤炭供应缺口，在完善煤炭运输、稳定调入等煤炭供应保障体系的同时，应综合利用全国特高压电网等优势资源，积极争取省外来电，有效控制省内煤电装机规模，缓解煤炭供应压力。

3.2能源消费清洁化形势分析

3.2.1SO2排放

2020年安徽省全社会SO2排放量在42.5～45.8万t，2030年进一步降至31.9～38.8万t，强化清洁情景较基准情景分别少排放3.3和6.9万t。强化清洁情景下主要高耗能行业和电力工业对2015～2020年SO2减排贡献率分别为60.7%和33.9%，对2020～2030年SO2减排贡献率分别为62.3%和34.9%。

3.2.2NOx排放

2020年安徽省全社会NOx排放量在71.4～78.1万t，2030年进一步降至48.5～62.3万t，强化清洁情景较基准情景分别少排放6.7和13.8万t。强化清洁情景下电力工业和主要高耗能行业对2015—2020年NOx减排贡献率分别为57.7%和32.0%，对2020—2030年NOx减排贡献率分别为28.4%和25.3%。机动车的迅猛增加将使交通运输业成为全社会NOx主要排放源，强化清洁情景下交通运输业排放的NOx占全社会比重分别从2015年的36.4%逐步提高到2020年的42.6%，到2030年占46.0%，这一趋势与Shi等人的研究结果一致[10]。

3.2.3烟(粉)尘排放

2020年安徽省全社会烟(粉)尘排放量在32.6～35.8万t，2030年进一步降至20.4～26.2万t，强化清洁情景较基准情景分别少排放3.2和5.8万t。强化清洁情景下居民生活和商业、主要高耗能行业和电力工业对2015—2020年烟(粉)尘减排贡献率分别为33.0%、30.9%和28.7%，对2020—2030年烟(粉)尘减排贡献率分别为28.7%、51.6%和8.2%。

3.2.4清洁化形势分析

根据国务院印发的《“十二五”节能减排综合工作方案》，2015年安徽省SO2和NOx排放总量分别控制在50.5万t和82.0万t以内，比2010年分别下降6.1%和9.8%。基于近年来的政策环境，预计中长期污染物总量控制目标将更加严格，假设2020年和2030年SO2、NOx和烟(粉)尘排放总量目标分别为45.5万t、69.7万t、35万t和36.4万t、52.3万t和24.5万t。根据三种情景计算结果，仅强化清洁情景可以满足大气污染物排放控制假设目标。

从安徽地区节能减排形势来看，需强化节能减排目标责任，依靠各行业齐头并进，在大力推进电力工业、高耗能行业和交通运输业环保力度的同时，还应积极转变能源利用模式，积极推进电能替代工程。据测算，通过实施电能替代，推进安徽省电锅炉推广、玻璃行业电窑炉替代、港口岸电、推动电气化铁路比例提升、发展轨道交通，预计2020年电能替代较2015年终端SO2、NOx和烟(粉)尘减排对全社会减排的贡献分别为17%、22%和7%，2030年较2020年分别为13%、23%和10%，实施电能替代能够取得显著的减排效果。

3.3安徽省能源战略建议

为保障安徽地区能源供应和加快能源消费清洁化进程，实现能源可持续发展，根据安徽地区现状，结合全国能源发展方向，提出以下建议：

(1)鼓励省内能源企业扩大能源对外交流与合作，多渠道开拓煤炭输入渠道，同时全面推进坚强智能电网建设，逐步完善主网网架并加大城乡配电网升级改造力度，增强接受区外电力能力，保障能源供应；

(2)引进综合集成能源供应商，结合城镇化和工业化发展规划，试点建设包括天然气、太阳能、地热能、生物质能等多种能源的分布式综合集成能源项目示范工程，并逐步推广应用，加大可再生能源开发力度；同时积极争取受进区外可再生能源电力，提高可再生能源电力比重，完成配额考核指标；

(3)建立能源消费总量目标分解指标体系和分解落实机制，强化节能减排目标责任，并在能源消费终端加快节能产品和技术推广，积极推进电能替代工程，提高能源消费清洁化水平，实现能源与环境的可持续发展。

4　结语

在经济结构转型阶段科学规划能源发展战略将为地区经济发展赢得先机。本文依托对地区经济社会发展与能源环境技术政策的把握，将能源需求与大气污染物防治结合，首次提出了针对省级区域开展中长期能源供需与消费清洁化研究的一套方法体系，并以安徽省为例对其能源供需和清洁化发展形势作了分析预测，针对性地提出了安徽地区中长期能源发展战略建议。该研究成果可指导地区能源需求分析工作，为能源发展战略思路研究提供参考，有助于科学协调经济社会与能源环境的可持续发展问题。

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(本文编辑：赵艳粉)

Research Methods and Application of Provincial Regional Medium/Long-Term Energy Supply Security and Clean

YANG min, YE Bin, GE Fei, WANG Bao, ZHOU Jing-shu, ZHANG De-guang

(Research Institute of Economics and Technology, State Grid Anhui Electric Power Company, Hefei 230022, China)

The environmental constraints of resources have become the important factors restricting the development of the energy，including regional differences in economic growth modes and speed, the energy consumption structure and level, resource endowments and environmental bearing capacity. In order to ensure the smooth realization of economic and social development, it is urgent to carry out in-depth study on the provincial regional demand for energy and clean development. Based on LEAP Model, this research combines regional economic and social development with the control of air pollution, and establishes a set of method system for provincial regional medium/long-term energy supply security and clean, applied to the medium/long-term energy development in Anhui Province. It is suggested that in Anhui areas coal input channel should be expanded, local renewable energy sources should be actively developed, the power grid construction should be strengthened for enhancing power acceptance from outside, electrical energy alternatives should be advanced for energy conservation and emissions reduction, in order to guarantee the energy supply, improve clean consumption, and realize the sustainable development of economy and society.

provincial area; energy supply security; clean

10.11973/dlyny201604011

杨敏(1986)，女，博士，工程师，主要从事能源经济研究。

F206

A

2095-1256(2016)04-0452-07

2016-03-16