供给侧改革背景下云南省电量增长关联因素挖掘

王凌谊，王志敏，钱纹，彭虹桥， 顾洁，时亚军，朱玥

(1.云南电网有限责任公司电网规划建设研究中心, 云南 昆明 650011；2.上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240)

供给侧改革于2015年为适应经济新常态提出的，其核心在于通过劳动力、资本、技术创新及自然资源等生产要素再组合配置，提高供给体系的质量和效率，以实现供需平衡，提高经济及能源的可持续发展能力[1-2]。在经济发展新常态背景下，我国不少地区的电量开始呈中低速增长，并愈发注重供给结构优化配置、提高用能效率及发掘电能替代潜力等[3-5]。因此，供给侧因素将对电量增长产生一定程度的影响，给地区未来的电量预测及电网规划带来一定的挑战[6]。

现阶段对电力供给侧改革的研究主要侧重于概念刻画、政策解读及展望分析。文献[7]通过对供给侧改革概念的解读，分析了此背景下云南省发电行业近年来的发展情况；文献[8]基于供给侧改革政策解读，对电力行业循环经济新的发展趋势进行了研究，提出了供给侧背景下4种潜在的发展模式及融资创新模式；文献[9]通过提出能源互联网平台框架的构想，实现电力供给侧改革及需求侧管理的能源服务管理；文献[10]则侧重分析及研究了电力行业在供给侧改革背景下的管理机制研究。综上分析，以上文献均围绕电力供给侧展开了一定程度的定性分析，但缺乏供给侧改革因素对电量增长影响的定量研究，给后续电力供给侧改革背景下电网规划带来困难。

针对上述研究现状，本文着重分析供给侧改革背景下云南省电量增长的关联因素。通过对供给侧结构性改革的内涵解读，分别从经济侧及电力侧2个角度分别建立了供给侧改革因素的指标体系；并从线性与非线性结合的直接单因素及系统性主成分分析的角度，综合挖掘供给侧改革对电量增长的关联因素。结果表明，所提出的供给侧改革指标能全面地量化供给侧改革对电量发展的影响，且与云南省当地供给侧改革政策相对应；同时通过综合关联因素挖掘方法，能辨识云南省电量增长主导性的供给侧改革因素，为后续研究供给侧改革对电力需求演变规律提供了支撑。

1 供给侧改革指标体系

1.1 经济侧供给侧改革内涵解读及指标体系

供给侧结构性改革的根本目的：在适当扩大总需求的同时, 去产能、去库存、去杠杆、降成本、补短板，从生产领域加强优质供给，扩大有效供给，提高全要素生产率，使供给更好适应需求结构变化[11]。此外，供给侧作为经济学两大领域之一，包含劳动力、资本、创新、自然资源及制度管理等五大要素。供给侧结构性改革旨在从上述五大要素推进，调整经济结构，使生产要素实现最优配置，提升经济增长的质量及效率。因此，经济侧供给侧结构性改革的内涵可归纳为“五大要素，五大任务”，具体如图1所示。

图1 经济侧供给侧结构性改革内涵解释说明Fig.1 Explanation of connotation of economic supply-side structural reform

基于上述分析并参考云南省供给侧改革任务要求[12-13]，对云南省供给侧结构性改革现状及未来着力点进行梳理，总结了云南省经济侧供给侧结构性改革的内涵解读如图2所示。

图2 云南省经济侧供给侧结构性改革内涵解读Fig.2 Illustration of connotation of economic supply-side structural reform in Yunnan province

对云南省经济侧供给侧改革的“五大任务”内涵逐条解读，并选取相应的量化指标进行刻画，具体分析如下：

a)去产能。作为云南省供给侧改革最核心及最迫切的任务，其目标是减少过剩产能，优化产业结构。因此选择产业结构比R(第二与第三产业产值比)作为衡量经济侧去产能成效的量化指标。

b)去库存。云南省拟通过推进农民落户城镇，减少房地产库存问题。因此选择城镇化率U(城镇人口在全省总人口中占比)作为衡量去库存任务的量化指标。

c)去杠杆。着重实体经济的减负及债务管理，拟通过拓宽融资渠道等降低实体经济企业的负债，同时刺激实体经济提高生产效率。基于此，选择规模以上工业年负债率L(负债总额与资产总额的比值)、全员劳动生产率YP2个指标衡量去杠杆任务的执行情况。

d)降成本。云南省出台普惠性的降成本优惠政策，促进工业经济发展，拓宽企业利润空间。因此，采用规模以上工业企业成本产值比CR(规模以上工业企业主营成本与销售工业品产值的比值)、工业生产者出厂价格指数PPI(producer price index，PPI)衡量降成本落实程度。

e)补短板。主要体现在云南当地政府着重于补齐五网基础设施，完善八大产业的发展，同时积极推进信息产业、先进制造业等高新企业的发展。基于此，采用社会公共事业固定投资额SI及科技研究技术服务固定投资额TI衡量补短板的量化指标。

综上，将云南省经济侧供给侧改革“五大任务”对应的量化指标汇总见表1，并将供给侧“五大要素”与量化指标一一对应。

表1 云南省经济侧供给侧结构性改革量化指标筛选
Tab.1 Quantitative index selection of economic supply-side structural reform for Yunnan province

供给侧结构性改革“五大任务”对应指标对应符号对应的“五大要素”去产能产业结构比R创新(全要素生产率)、资源(土地)去库存城镇化率U劳动力(人口)、制度管理去杠杆 规模以上工业年负债率L资本全员劳动生产率YP创新降成本规模以上工业企业成本产值比CR资本工业生产者出厂价格指数PPI资本、制度管理补短板社会公共事业固定投资额SI资源科技研究技术服务固定投资额TI创新

1.2 电力侧供给侧改革内涵解读及指标体系

新常态下，电力产业同样面临着传统产能过剩、可再生能源发展瓶颈、系统整体运行低效等突出问题，要牢固树立“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念[14]。基于此，电力供给侧结构性改革的内涵可概括如图3所示。

图3 电力供给侧结构性改革内涵说明Fig.3 Explanation of connotation of power supply-side structural reform

围绕五大理念的电力供给侧结构性改革内涵，结合电力行业供给侧结构性改革“五大任务”[15]，云南省电力行业供给侧结构性改革举措详细说明如图4所示。

图4 云南省电力供给侧结构性改革内涵解读Fig.4 Illustration of connotation of power supply-side structural reform in Yunnan province

依据云南省电力供给侧结构性改革的内涵，拟从节电增效、电力改革及电能替代等3个角度量化电力供给侧结构性改革对当地电力需求的影响。

a)节电增效。云南省着重消除五大高耗能产业过剩产能。采用工业能源效率IEF(工业能源消费总量与工业增加值的比值)表征工业“去产能”完成情况；单位产业电耗EPer[产业用电量与国内产业生产总值(gross domestic product,GDP)的比值]表征各产业增效潜力。

b)电力改革。增量配电市场开放势必对未来云南省内电力需求发展规律产生较大的影响。为衡量当地电力改革的深化程度，可采用电力固定投资额EI量化。

c)电能替代。云南省主要通过“以电代柴”推进居民生活用电的电能替代。开展“以电代柴”的电能替代，能提高农村居民电力消费水平，从一定程度上弥补供需不平衡的现状，同时为当地丰富的电力资源增加消纳空间。因此，拟采用人均生活用电量RE指标衡量未来云南省电能替代的潜力。

综上，电力供给侧改革因素指标体系说明见表2。

2 关联因素综合挖掘方法

为验证本文所提出的供给侧改革指标体系的合理性，同时辨识供给侧改革背景下云南省电量增长的主导因素，从直接单因素及系统性主成分分析的角度，构建关联因素综合挖掘方法。

表2 云南省电力供给侧结构性改革量化指标筛选Tab.2 Quantitative index selection of power supply-side structural reform for Yunnan province

注：表中后4个指标对应的政策措施起始时间近，数据完整度不足，因此在本算例中暂不对上述后4个指标加以考虑，而作为后续研究点。第一产业以下简称“一产”，第二产业和第三产业类推。

2.1 线性与非线性融合的单因素直接关联因素挖掘

步骤1，按式(1)求解各个因素元素对应的距离，得到变量各自的元素间的距离矩阵(aj,k)与(bj,k)。

(1)

步骤2，计算中心距离矩阵，得到：

(2)

步骤3，计算距离协方差

(3)

步骤4，计算变量自身的距离方差

(4)

步骤5，计算距离相关系数

(5)

式中： linsng(x,y)表示变量序列x,y线性关联符号，若变量之间为线性正相关，则linsng (x,y)取正号，负相关则linsng(x,y)取负号，二者独立则取0。因此，距离相关系数的取值范围为[-1,1]；典型距离相关系数的取值与非线性关系散点对应关系如图5所示。

图5 距离相关系数与对应非线性关系散点图Fig.5 Scatter plot of distance correlation coefficient and corresponding nonlinearity

从图5可看到，如平方关系的距离相关系数接近0.50，三次方关系的距离相关系数则接近0.40，因此距离相关系数能够描述工程上常用的非线性关系，同时距离相关系数能辨识线性关联性。一般地，距离相关系数的绝对值越接近1，表明因素间的线性关联性越强；否则，需通过图5的非线性关系对变量的关联关系进行分析。

2.2 系统性主成分分析

供给侧改革涉及经济及能源的方方面面，为辨识电量增长的主导供给侧改革因素，需要将供给侧改革指标看成一个系统，从系统性的角度分析供给侧改革对电量发展的影响。主成分分析能在尽量保留关键信息的前提下，从众多因素组成的系统中提取关键因素[17]，因而适合从复杂的供给侧改革体系中提取影响电量发展的关键因素，其一般的实现流程如下：

步骤1，设自变量系统由p维影响因素xij,i=1,…,n;j=1,…,p组成，自变量数据矩阵X=(xij)n×p，计算各指标的样本均值及标准差为：

(6)

步骤2，标准化，得到标准化数据矩阵Y=(yij)n×p，

其中

(7)

步骤3，构建样本相关阵R=(rij)p×p，各元素计算式为

(8)

式(8)中yki和ykj分别为式(7)所求得的标准化矩阵第k行第i列、第k行第j列的元素。显然，样本相关阵为对称阵，对角线上元素为1。

步骤4，求样本相关阵的特征值及累积贡献率。设样本相关阵的正特征值由大到小排列为λ1>λ2>…>λp，前m个主成分的累积贡献率

(9)

若累积贡献率ρm达到90%，则可提取前m个主成分替代原有的p个因素。

步骤5，根据主成分表达式，选取主导因素。设样本相关阵的特征向量aj=(aj1,…,ajp),j=1,…,p，则主成分表达式为

(Zi)n×1=(yij)n×paj,j=1,…,p.

(10)

式中(Zi)n×1表示长度为n的第i个主成分。通常第一主成分的贡献率最大，因此只需分析第一主成分中各因素的系数aj，按绝对值大小排列，较大者为主导因素。

3 供给侧改革因素对电量影响分析

以云南省2003至2016年全社会用电量(见附录)与表1及表2中的2个子系统供给侧改革指标体系为依据，分析云南省供给侧改革因素指标的合理性，且挖掘其对电量的主导影响因素。

3.1 单因素关联关系分析

3.1.1 经济侧供给侧改革指标合理性验证

基于距离相关系数的求解步骤，将2003至2016年电量与经济侧供给侧改革指标进行单因素关联关系分析，所得结果见表3。

表3 电量与经济侧供给侧改革指标单因素关联关系 分析结果Tab.3 Analysis results of correlation between power energy and single factor for economic supply-side reform index

3.1.2 电力侧供给侧改革指标合理性验证

与经济侧供给侧改革指标的验证步骤相似，求解电量与电力供给侧改革因素指标的距离相关系数，结果见表4。

表4 电量与电力侧供给侧改革指标单因素关联关系分析结果
Tab.4 Analysis results of correlation between power energy and single factor for power supply-side reform index

距离系数与相关指标的距离相关系数IEFEPer1EPer2R∗n-0.977-0.885-0.869距离系数与相关指标的距离相关系数EPer3EIRER∗n-0.4720.9390.966

由表4可见，所选6个电力供给侧改革因素与电量的相关系数中，有5个超过0.85，表明电力供给侧改革因素与电量的关联性较强，指标选取较合理；其次，三产单位GDP电耗与电量的距离相关系数为-0.472，非线性关系介于平方关系及三次方关系之间，主要原因为三产业用电相对清洁及高效；再者，节电增效的执行预计将减缓未来电量的增长，其中工业能源效率的提高对电量增长的减缓作用最显著，这与经济侧供给侧改革的去产能指标的分析结果一致；另一方面，云南省的电量消费能力的增长需要通过更加深入的电改及更有力的电能替代刺激，例如：进一步加大电力设施的固定投资额，加大电能替代力度，解放农村居民用电潜力等。

3.2 电量增长主导因素挖掘

将经济侧及电力侧供给侧改革指标体系融合，构成供给侧因素系统(14个指标)，与电量序列进行主成分分析(维数p=15)，所得结果见表5。

表5 供给侧改革因素系统主成分提取结果
Tab.5 Principal component analysis results of supply-side reform factor system

成分次序特征值方差各成分比例累积比例110.9499.0400.7300.73021.9090.7270.1270.85731.1820.8380.0790.93640.3440.1190.0230.95950.2250.0250.0150.97460.2000.1010.0130.987

由表5可知，提取的主成分特征值大于1的包含前3项，特征值分别为10.949、1.909及1.182，且前3个主成分的累积贡献率达到93.6%，因此可提取第一、第二与第三主成分作为供给侧改革因素系统的代表分析指标。将供给侧改革指标的第一、第二与第三主成分提取见表6。

表6 供给侧结构性改革因素第一、第二与第三主成分提取结果
Tab.6 Extraction results of the first, the second and the third principal components for supply-side structural reform factors

指标第一主成分第二主成分第三主成分产业结构比R-0.1610.5760.138城镇化率U0.300-0.0760.005工业企业负债率L0.2900.0260.007全员生产率YP0.290-0.1500.012成本产值比CR0.2650.229-0.150PPI0.1920.545-0.005社会公共投资SI0.273-0.299-0.029科研固定投资TI0.2470.2000.346工业能源效率IEF-0.293-0.0110.021一产单位GDP电耗-0.254-0.112-0.207二产单位GDP电耗-0.2560.305-0.002三产单位GDP电耗-0.045-0.1420.880电力投资额EI0.2800.177-0.115人均生活用电量RE0.296-0.028-0.046

由于第一主成分贡献占比远大于其他主成分，下文以分析第一主成分各因素的系数为例，挖掘出供给侧背景下电量发展的主导因素。第一主成分表达式如下：

Z1=-0.161R+0.300U+0.290L+0.290YP+

0.265CR+0.192PPI+0.273SI+0.247TI-

0.293IEF-0.254EPer1-0.256EPer2-0.045EPer3+

0.280EI+0.296RE.

(11)

由表6及式(11)，进一步分析可得以下结论：

a)以第一主成分的绝对值数值为主导因素提取标准，可知经济侧供给侧结构性改革对电量增长的影响作用比电力侧供给侧结构性改革更显著，且对应的主导因素多(如以第一主成分系数大于0.290为主导因素的标准，经济侧供给侧改革指标的主导因素包括城镇化率、工业企业负债率及全员生产率，而电力系统供给侧改革指标的主导因素仅包括工业能源效率及人均生活用电量)。

b)第一主成分分析系数结果表明，各供给侧因素指标与电量的正负关联性(参考表3及表4)得到较好的保持，验证了使用第一主成分分析提取主导因素的合理性。

c)在促进电量增长的供给侧改革指标中，城镇化率、人均生活用电量、工业企业负债率及全员生产率对电量增长的拉动作用最强，从另一个侧面表明，城市居民生活用电的增长、农村居民城镇化的加速及工业制造能力的提升将最大程度地刺激未来电量的增长；相反，在减缓甚至抑制电量增长的供给侧改革指标中，工业能源效率、二产单位GDP电耗及第一产业单位GDP电耗将对未来电量增长的限制幅度最大，分析表明，工农业去产能将会减缓未来当地电量的增长。

4 结束语

本文从解读供给侧改革内涵出发，构建经济侧及电力侧供给侧改革指标体系，并通过单因素直接关联因素挖掘及系统性主成分分析等综合关联因素挖掘方法验证了指标选取的合理性，并分析了供给侧改革对云南省电量增长的影响，得到以下结论：

a)经济侧供给侧结构性改革指标的单因素关联因素结果表明，“去产能”将减缓未来电量的增长，其他任务的执行将从不同程度上刺激电量的发展。

b)电力供给侧结构性改革指标的单因素关联因素结果表明，节电增效的执行将减缓未来电量的增长；愈发深入的电改及更有力的电能替代则能解放云南电量增长的潜力。

c)系统性主成分分析结果表明，经济侧供给侧结构性改革对电量增长的拉动作用比电力系统供给侧结构性改革更显著，且对应的主导因素更多；城市居民生活用电的增长、农村居民城镇化的加速及工业制造能力的提升将最大程度地刺激未来电量的增长；工农业的“去产能”将会减缓未来云南省电量的进一步增长。

本文所提出的经济侧、电力供给侧改革内涵解读、指标体系构建及关联主导因素挖掘方法并不局限于云南省当地，可结合特定地区的政策及规划要求，推广至其他省份。