青海电力需求的影响因素和指标分析

2018-09-04张祥成张鹏宇于德明

分布式能源 2018年3期

傅旭，苗淼，张祥成，张鹏宇，于德明

(1.西北电力设计院有限公司，陕西西安 710075； 2.国网青海省电力公司经济技术研究院, 青海西宁 810008； 3.国网吉林省电力有限公司，吉林长春 130000；4.国网东北分部长甸发电厂，辽宁丹东 118000)

0 引言

电力需求预测一般通过对历史数据的分析和研究，探索负荷发展变化的规律，对负荷发展做出预先的估计和推测。电力负荷的增长变化受到多种因素的影响，这些因素包括产业结构、消费水平和经济发展阶段等[1-3]。中长期电力需求预测一般指5年以上并以年为单位的预测。中长期电力需求预测可以为发电和输变电部门的规划提供基础数据，也可作为安排年度、月度运行检修方式的参考依据。

随着电力需求总量的增加，中长期电力需求预测备受广大学者的关注，并进行了大量的研究[4-7]，人工神经网络、灰色模型等智能算法相继应用于中长期负荷预测[8-12]。文献[13]重点分析我国东部城市的居民用电负荷特性；文献[14]以南方电网为研究对象，分析了我国南方地区的负荷特性变化情况；文献[15]针对南京节假日期间负荷特性变化较大的问题，研究了南京的节假日负荷特性；文献[16]对华东电网的年负荷特性进行了分析；文献[17]对广东地区的负荷曲线、用电趋势、负荷密度进行分析预测；文献[18-19]分别研究我国整体和我国西北地区的负荷特性规律。

未来对电网的安全、稳定和经济运行的要求上升到了更高的层次，因此，提高电力系统负荷预测质量是现代电力系统发展的必然要求。“十三五”期间青海电网大力发展光伏、风电等新能源发电，准确、合理地对青海中长期负荷进行预测，对新能源消纳也具有重要的意义。

基于上述考虑，本文采用近15 a来青海经济社会发展数据对影响青海电力需求增长的因素进行了相关性分析，包括国内生产总值(gross domestic product，GDP)、人口、产业结构、城镇化率、销售电价等因素，进而研究了青海电力弹性系数、能耗率、利用小时数、人均生活用电等指标发展情况，并进行了预测。在此基础上，采用青海逐年8 760 h负荷数据，分析了青海电网负荷的年特性、季特性、日特性，分析了其成因和特点。研究成果可为青海电网负荷预测、负荷特性分析、电网规划设计、调峰计算和新能源消纳研究提供基础，对我国其他省区的电力需求预测也具有一定的参考意义。

1 青海电力需求影响因素分析

1.1 经济因素

在影响用电量的众多因素中， GDP是最重要的决定因素。随着经济的持续发展增长，生产与人民日常生活对电力的依赖性越来越强，同时这种电力消费的增长对国内生产总值增长的作用越来越明显。用电量与GDP增长的变化趋势基本保持一致，在经济发展情况越好的时候，GDP就越高，此时对电力的需求量就越大；当经济发展情况不好时，GDP就低，对电力的需求量就越小，因此国内生产总值与用电量之间具有稳定且显著的正相关关系。

式(1)中给出了近15 a来青海全社会用电量E与GDP值SGDP的变化情况。通过回归曲线的相关系数可看出，青海省的GDP和全社会用电量相关性很高，即青海GDP与用电量需求之间存在着显著的正相关性，相关系数R2为0.988 7。

(1)

1.2 产业结构

经济的发展和用电水平的提高必然导致产业结构和用电结构的相应改变并最终影响用电需求。由于各产业对用电量的需求大小不尽相同，故产业结构也会影响用电量，第二产业和第三产业对电力的需求要比第一产业大。

式(2)—(4)中给出了第一、二、三产业用电量与相应产业GDP之间的关系。除第一次产业外，各产业的用电量与各产业的GDP均呈现出较好的相关特性，相关系数均在0.97以上。

式中：E1、E2、E3分别为第一、二、三产业的用电量；E4为城乡居民生活用电；SGDP1、SGDP2、SGDP3分别为第一、二、三产业的GDP值。

1.3 人口因素

人口数量明显影响用电量，较大规模的人口基数，直接影响全社会用电量的最终数值；同时，人口数量和结构与人均用电量水平也有密切关联。近些年来，随着我国各地区居民收入和生活水平的不断提高，生活电力消费将伴随着人口增长、工业化和城市化而稳定增长。虽然我国的人口增长率处于较低水平，但各地区人口绝对数的缓慢增长仍需供给一定规模的电力，才能满足生活对电力日益增长的需求。居民用电量主要由基本需求和季节性需求两部分组成，前者主要是电冰箱、电炊具、照明、电视机、电热水器、洗衣机和电脑等常用电器，后者主要是冬季取暖负荷和夏季降温负荷。

从中短期来看，重化工业的快速发展和城市化进程的深入仍将是需求的主要拉动力量。中长期内，经济结构升级下第三产业的持续快速发展保证了用电量的增长，更进一步，居民生活水平的提高也是用电需求长期增长潜力的重要保障。

下式给出青海人口与全社会用电量之间的关系：

(6)

式中P为人口数量,万人。

1.4 城镇化率

城镇化率是影响用电量和用电构成的一个重要因素。式(7)给出了近10 a来，青海城镇化率与全社会用电量之间的关系。从中可看出，青海用电量与城镇化率呈现出明显的线性相关性。

(7)

式中B为城镇化率。

1.5 其他因素

理论上，商品的价格是影响其需求的一个重要因素。电价对用电量也存在一定影响。电价下调必然促使用电量增加，反之则反。不过，我国的电价是根据供给成本行政性地确定的，供给成本包括全部燃料、运行和维护成本以及需回收的建设成本及利润。由于各级政府的许多主管部门及许多相关者介入了电价的批准过程，因此我国电价的制定过程很复杂；而且各省之间、甚至同一个省内的电价都有很大的不同。图1给出了青海平均销售电价与全社会用电量之间的关系。

图1 青海销售电价与用电量关系Fig.1 Electricity price and electricity consumption in Qinghai

可以看出，随着销售电价的提高，青海全社会用电量也在提高。这从经济意义上来说，是不符合常理的，因为随着电价的提高，用电量应该有所降低才对。实际上，这主要是由社会发展的硬约束决定的，即使电价增高，由于社会发展的需要，全社会用电量仍增加。

2 青海负荷增长指标分析

2.1 电力弹性系数

2000—2015年青海全省电力弹性系数和第一、二、三产业及城乡居民生活用电的电力弹性系数的变化情况如图2—5所示。可以看出：

图2 青海用电量增速和GDP增速变化曲线Fig.2 Electricity consumption growth and GDP growth in Qinghai

图3 青海电力弹性系数变化曲线Fig.3 Elastic coefficient of electric power in Qinghai

图4 青海第一、二、三产业电力弹性系数变化曲线Fig.4 First, second, third industry electric elasticity coefficient in Qinghai province

图5 青海城乡居民用电弹性系数变化曲线Fig.5 Elastic coefficient of urban and rural residents in Qinghai

图6 青海省最大负荷利用小时数与第二产业占比关系Fig.6 Maximum load utilization hours and second industry power consumption ratio in Qinghai

(1) 青海的电力消费需求与经济发展保持了同步增长的态势，近15 a来，青海电力消费弹性系数均值大约为1.016。

(2) 分阶段来看，“十五”期间青海电力弹性系数均值为1.15；“十一五”期间电力弹性系数均值为1.32；2011—2014年电力弹性系数均值为1.0。

(3) 从分产业电力弹性系数的变化情况来看，青海第一产业电力消费弹性系数变化最大，城乡居民生活用电和第二产业用电的电力弹性系数波动较小。

(4) 从电力消费弹性系数的变化趋势来看，青海“十三五”期间用电结构不会发生大的变化，电力弹性系数大体上应该维持在“十二五”期间的电力弹性系数的水平上，预计“十三五”期间的电力弹性系数值为1.0～1.1，“十四五”及以后的电力弹性系数在0.80左右。

2.2 最大负荷利用小时数

青海最大负荷利用小时数及第二产业占比如图6所示。可以看出：

(1) 青海最大负荷利用小时数与第二产业占比相关性并不明显。2013年以前，青海最大负荷利用小时数和第二产业占比呈现同趋势变化的情况，但进入“十二五”后3 a以来，青海最大负荷利用小时数基本维持恒定，而第二产业占比则呈现出快速下降的趋势。

(2) 近15 a以来，青海最大负荷利用小时数平均为6 958 h；近10 a以来，青海平均最大负荷利用小时数为7 195 h；近5 a来，青海平均最大负荷利用小时为7 389 h；近2 a来，青海平均最大负荷利用小时数为7 476 h。青海最大负荷利用小时有缓慢增高的趋势。

(3) 预计“十三五”期间，预测青海最大负荷利用小时数应维持在7 500 h左右，“十四五”青海最大负荷利用小时按7 300 h左右考虑。

2.3 综合电耗系数

青海2000年以后的综合电耗系数变化情况如图7所示。可以看出：

图7 青海综合电耗系数变化情况Fig.7 Variation of comprehensive power consumption coefficient in Qinghai

(1) 近15 a以来，平均综合电耗系数为0.476 kW·h/元；近10 a来，平均综合电耗系数为0.506 7 kW·h/元；近5 a来，平均综合电耗系数为0.535 3 kW·h/元；近3 a来，平均综合电耗为0.518 6 kW·h/元。

(2) 分阶段来看，“十五”期间，平均综合电耗系数为0.414 kW·h/元；“十一五”期间，平均综合电耗系数为0.478 kW·h/元；“十二五”期间，平均综合电耗系数为0.535 kW·h/元。

(3) 预计“十三五”期间，随着我国节能降耗措施的逐步实施，青海综合电耗系数在0.45 kW·h/元左右比较合适。

2.4 各产业产值单耗

青海各产业产值单耗和人均生活用电量情况见图8—9，可以看出：

图8 青海产业产值单耗变化情况Fig.8 Change of industry unit power consumption in Qinghai

图9 青海第一、第二、第三产业产值单耗变化情况Fig.9 Change of first, second, third industry unit power consumption in Qinghai

(1) 从这3个产业的产值单耗来看，第二产业的产值单耗最高，第一产业产值单耗最低。

(2) 自2000年以来，第一产业电耗从0.035 kW·h/元缓慢降低至2015年的0.030 kW·h/元，年平均增速为-0.91%。与全国相比，青海第一产业的产值单耗略低于全国平均水平，预计“十三五”期间，青海第一产业产值单耗基本维持不变。

(3) 青海第二产业产值单耗从2000年的0.902 kW·h/元缓慢降低至2015年的0.714 kW·h/元，年均增长率为-1.54%。与全国相比，青海第二产业产值单耗仍高于全国平均第二产业产值单耗。预计“十三五”期间，青海第二产业单耗将进一步降低，青海第二产业产值单耗增速为-1%左右。

(4)青海第三产业产值单耗“十五”期间年平均增长率为-2.16%；“十一五”期间年平均增长率为-0.48%；“十二五”期间年均增长率为5.52%。从2000—2015年的年平均增长率为0.91%。与全国相比，青海第三产业的产值单耗仍略高于全国平均水平，预计“十三五”期间，青海第三产业的产值单耗基本维持不变。

2.5 人均生活用电量

图10给出了2000年以来，青海的人均生活用电情况，可以看出：

图10 青海人均生活用电Fig.10 Per person living electricity consumption in Qinghai

(1) 2000年以来，青海人均生活用电量快速增长。人均生活用电量从2000年的86 kW·h快速增加至2015年的391 kW·h，年均增长率10.59%。

(2) 分阶段来看，“十五”期间，年平均增长率为14.11%，“十一五”年均增长率达到8.41%，“十二五”年均增长率达9.33%。

(3) 预计“十三五”期间，青海人均生活用电量将进一步提高，年平均增长率为10%左右。

3 青海电网负荷特性分析

3.1 日负荷特性

图11—12给出了近10 a来青海电网夏季典型日负荷曲线和冬季典型日负荷曲线，图13给出了第二产业用电量β与日负荷率γ的变化情况。可以看出：

图11 青海电网夏季典型日负荷曲线Fig.11 Typical daily load curve of Qinghai power grid in summer

图12 青海电网冬季典型日负荷曲线Fig.12 Typical daily load curve of Qinghai power grid in winter

图13 青海电网第二产业用电量与日负荷率变化Fig.13 Changes of second industry power consumption and daily load rate in Qinghai

(1) 近10 a来青海电网夏季典型日负荷标么值曲线形状大体相似，夏季日最小负荷率逐年增大，由2005年的0.881上升为2015年的0.879。从日负荷率来看，也呈现出逐年增加的情况，这些特点表明青海电网夏季连续性生产负荷呈逐年增大趋势。

(2) 近10 a来，青海电网冬季典型日负荷标么值曲线形状大体相似，有一个早峰和一个晚峰。青海电网冬季典型日负荷曲线趋向平缓，冬季典型日负荷曲线晚峰和午峰的差距有逐渐减小趋势，这趋势表明青海冬季连续性生产负荷逐年增大。此外，晚峰负荷下降的速度趋向缓慢，表明居民用电负荷和第三产业用电负荷持续时间相对有所增加。

(3) 比较近10 a来青海电网夏、冬两季典型日负荷曲线可见，夏季受高温天气影响，午峰和晚峰接近，而冬季受寒冷天气影响，晚峰明显高于午峰。另外，由于夏季日照时间长，夜晚天气凉爽，人们工作、娱乐时间相应延长，因此，夏季典型日标么值曲线在22：00出现第2个晚峰，冬季则没有。

(4) 从青海电网夏、冬两季典型日标么值曲线可看出，青海日负荷变化较小，日最小负荷率均高于0.87。这是由于，青海第二产业占比较大，夜里负荷下降的较为不明显。

(5) 青海第二产业用电量占比高，夏季和冬季的日平均负荷率和日最小负荷率与第二产业用电量占比呈现出同步变化的趋势，第二产业用电特性对青海日负荷特性影响较大。

3.2 年负荷特性

近10 a来青海电网年负荷曲线如图14所示，青海电网的年负荷曲线具有如下特点：

图14 青海电网标么值年动态负荷曲线Fig.14 Annual load curves of Qinghai power grid

(1) 青海电网年负荷曲线呈现扁平形状，负荷曲线平缓。最小负荷多在2月和6、7月出现，年最大负荷出现时间集中在12月。

(2) 冬季负荷水平明显高于夏季负荷水平，且每年10—12月月负荷曲线的变化幅度大于6—9月，表明青海电网负荷的增长速度受低温季节影响较大。

(3) 2005年以来，每年7、8月份青海电网电力负荷均比较平坦，表明青海地区降温负荷所占比重不大，降温负荷增长幅度不高。

(4) 夏季最大负荷与冬季最大负荷的差距逐渐缩小，夏冬季最大负荷之比由2005年的0.86:1上升为2014年的1.05:1。

(5) 2008年青海年负荷略有下降，主要是由于2008年金融危机的影响，年负荷几乎没有自然增长率。2009年受到经济复苏的影响，青海电网的负荷从夏季开始有一个迅速的增加过程。

3.3 季不均衡系数

负荷特性指标中，季不均衡系数主要受到2个因素的影响，即负荷构成和负荷增长速度。青海电网近10 a的季不均衡系数情况如图15所示。

图15 青海电网负荷季不均衡系数Fig.15 Load season unbalance coefficient of Qinghai power grid

对于青海电网的负荷构成而言，青海电网的负荷一直是以第二产业为主，四大高耗能负荷占比一直在80%左右，尤其是近几年，高耗能负荷占比高达82%，而第一产业和第三产业的比重很小。高耗能负荷一般是连续生产性负荷，因此导致青海各月最大负荷之间的差距较小，季不均衡系数较高。除了2009年外，青海电网季不均衡系数在85%～95%波动，且2005—2008年青海电网季不均衡系数逐年上涨，2008年达到95.5%。但在2009年青海电网季不均衡系数陡降至74.3%。从2010年开始，青海电网季不均衡系数又开始逐年上涨，并在2014年达到91.54%。究其原因，2008年受到国际金融危机的影响，青海电网2008年用电负荷没有增长，甚至略有降低。到2009年随着经济复苏，青海负荷激增，年负荷特性曲线急剧变陡，从而导致2009年的季不均衡系数急剧下降。从2010年开始，青海电网年负荷曲线逐渐趋于平缓，季不均衡系数逐年小幅上升。