基于层次分析和自回归移动平均的电能占终端能源消费比重预测研究

彭恩志 高骞 杨俊义 洪宇 金诚

1.国网江苏省电力有限公司； 2.国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司； 3.国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司

一、引言

当前我国面临经济新常态，再加上新冠疫情的常态化，电网公司生产经营面临重大挑战，急需开拓终端能源市场。由于终端能源消费数据大多分散在各用能单位，电网公司缺乏电能占终端能源消费比重的及时统计和预测分析，难以有效支撑增供扩销。因此迫切需要研究不同地区电能占终端能源消费比重的变化规律，以便及时挑战售电市场开拓工作，同时可以促进我国能源消费转型升级、推动大气污染防治工作。

文1通过分析再电气化战略实施的必要性，构建了再电气化水平评价指标体系，利用模糊层次分析法，结合多维度数据，对我国各地区电气化水平进行测算，根据二级指标从4个维度进行评分,得出电气化水平综合评价，对比分析了制约各区域电气化水平发展的因素。文2通过研究分析影响城市再电气化潜力的经济、技术、环境、市场、政策等因素，结合城市能源的发展及其再电气化实现途径，从源、网、荷三个角度出发构建了涉及新能源、综合能源系统、需求侧响应等的多层次、多维度城市再电气化潜力评估指标体系，并对指标进行量化分析。上述方法未涉及潜在的新技术发展对电能占终端能源消费比重的影响分析，不利于预测中长期电能占终端能源消费比重演变趋势，从而影响其实用价值。

本文结合新型用能技术发展趋势，考虑地方经济社会发展要求和用能习惯，提出基于层次分析和自回归移动平均的电能占终端能源消费预测方法，通过层次分析法综合协调终端能源消费总量、分行业消费量、分技术领域消费量之间的差异，从而消除单一预测方法的局限性，最后针对江苏省应用上述方法进行测算，案例表明所提方法的可行性。

二、预测方法

1.根据选定地区的经济社会发展要求和能源资源禀赋，预测地区终端能源消费总量。

2.选择农业、采掘业、制造业、交通业、服务业等典型行业，根据地区用能特点，预测地区分品种终端能源消费。

3.选择燃煤、燃气、燃油、电力、热力、氢能、太阳能等主要用能品种，结合新型用能技术发展趋势及其经济性变化，预测地区分技术领域的终端能源消费。

4.单一类型的预测模型采用自回归移动平均模型ARMA(p,q)。如果时间序列满足：

则称时间序列{xn}服从（p,q）阶自回归移动平均模型ARMA(p,q)。φ1…φq为自回归系数；θ1…θq为移动平均系数。

5.采用层次分析法对前述的终端能源消费总量、分品种消费量进行校验、修正，直到分品种预测合计值、分行业预测合计值与终端能源消费总量预测接近。

6.计算电能占终端能源消费比重，方法如下。

其中，计算的基础数据来自历年《中国能源统计年鉴》。

三、案例分析

根据江苏省政府发布的数据，2019年江苏省实现地区生产总值99631.5亿元，按可比价格计算，比上年增长6.1%。其中，第一产业增加值4296.3亿元，增长1.3%；第二产业增加值44270.5亿元，增长5.9%；第三产业增加值51064.7亿元，增长6.6%。全省人均地区生产总值123607元，比上年增长5.8%。全社会用电量6264亿千瓦时，同比2.2%，比全国平均增速低2.3个百分点。从各行业用电量反推终端能源消费量，预计2019年江苏煤炭、石油、天然气消费量分别约为2.6亿吨，4300万吨和287亿立方米。扣除发电等二次加工转化规模，根据《中国能源统计年鉴2019》各品种能源折标准煤系数，分别乘以江苏分品种终端能源消费的实物量，并进行累加，得到江苏省2019年终端能源消费量约为2.45亿吨标准煤，进而推算江苏电能占终端能源消费比重约为30.5%。

江苏未来经济发展质量持续提升，万元GDP能耗不断下降，能源消费转型升级向纵深发展。未来随着深海风电、氢能等新型用能方式的逐步商业化，预计2050年江苏全社会用电量将达9700亿千瓦时，终端能源消费将达2.25亿吨标煤，由此得出江苏2050年电能占终端能源消费比重约为51.4%。考虑敏感因素，预计江苏2050年电能占终端能源消费比重约为50%-52%。限制江苏电能占终端能源消费比重提升的主要因素是石油和天然气的大量消费，尤其是在各类能源消费价格扭曲的情况下，近年来天然气消费增速远大于电力消费增速。

结论：提升终端用能领域的电气化水平，一方面有利于电网公司增供扩销，提高生产经营效益，另一方面可以促进我们能源消费转型升级和大气污染防治。本文结合新型用能技术发展趋势，考虑地方经济社会发展要求和用能习惯，提出基于层次分析和自回归移动平均的电能占终端能源消费预测方法，通过层次分析法综合协调终端能源消费总量、分行业消费量、分技术领域消费量之间的差异。研究表明，江苏2050年电能占终端能源消费比重约为50%-52%。限制江苏电能占终端能源消费比重提升的主要因素是石油和天然气的大量消费。案例表明所提方法的可行性。