第4章能源需求预测

第4章能源需求预测4.1能源需求预测的意义和内容4.1.1能源需求预测的意义在进行能源规划时首先遇到的一个问题是：为满足发展国民经济和提高人民生活水平的需要，究竟需要多少能源呢？这就是说，对能源需求量必须进行预测，它是制订能源规划以至整个国民经济规划的重要组成部分和一个重要阶段。能源需求预测从研究一个国家或者地区能源消费的历史和现状开始，分析影响能源消费的各种因素，找出能源消费需求量与这些因素的关系，并根据这些关系对未来能源需求发展趋势作出估计和评价。一般说，影响能源消费需求的因素有人口数、国民经济发展速度及其结构、生产技术水平、能源生产和消费构成等等。能源需求预测与未来可供使用的能源预测相结合，即可对未来的能源供求形势作出分析，从而为制订优化的能源战略，安排能源建设和节能措施以及能源科研，以保证向新能源结构过渡。同时，在能源供需平衡的基础上还必须对社会和经济发展、环境影响作出必要的反馈，以实现人类社会持续发展的目标。因此，能源需求预测的作用主要是：(1)进行国民经济和科技发展规划、能源规划、节能规划等的重要依据；(2)推动技术和产品更新，增加竞争意识的手段；(3)制订经济、能源、环境领域的政策和决策的参考；(4)提高人民生活水平，组织好社会生活，进行科学管理的重要组成部分。4.1.2能源需求预测的特点与能源规划工作一样，能源需求分析具有连续、反复和综合性的特点，并与各部门密切联系与综合平衡，且对分析本身的高质量要求等特点。能源规划工作是一个连续、反复进行的过程，因此作为其基础工作的能源需求分析也必须反复多次进行，才能使依此制定的能源战略具有适应外界变化的灵活性和适应性。当考虑能源供求平衡时常常要涉及到能源投资情况，注重研究各方面的资金情况和新投资金的限制和筹措、能源供应可能性变化的反馈信息，因此做需求分析时必须重视综合平衡(包括资金平衡、重要物资量平衡、部门和地区平衡)，以便及时对需求加以调整，包括增强节能措施或增加对新增能源生产能力的各种备选方案。由于人们越来越重视能源规划，因此也就更重视能源需求分析的效率和是否能成功地通盘考虑各方面的政策。能源规划者和预测工作者重视政策的拟制和方案备选的研究，要求在能源计划的解释方面增加灵活性和适应性，并具有评价风险和不确定性对能源部门决策影响的能力。4.1.3能源需求预测的分类及内容能源需求预测可以分成定性的或者定量的两类。前一类是估计能源需求随某些因素变化的定性关系，例如变化某一因素，其后果是增加还是减少需求量；另一类是估计各种政策措施、技术进展或者其他因素对能源需求影响的大小，这就需要预测能源的绝对量，以便在制定政策和规划并确定今后的能源方向和能源科研战略时，起到指导和参考作用。对于在一个国家、地区、部门或特定范围内进行能源需求预测时，主要是预测能源总量(包括终端能源消费量与一次能源需求量)以及其构成，例如包括原煤、原油、天然气、核能、水电及其他一次能源需求量(可按实物量或折合标准燃料统一计算)。有时为了需要可专门预测某一种能源的需求量，如国民经济对电力的需求量、交通运输对燃料油的需求量、城市居民能源消费量等等。按预测时间的长短一般分为近期、中期及远期预测：(1)近期能源需求预测其周期约为5—10年。由于时间较近，国民经济的可能发展及其变化比较清楚，能源结构也不可能发生很大变化，因此能源需求预测值比较准确，其结果对国民经济能起指导作用。(2)中期能源预测其周期约为10—20年。影响能源需求的因素比较难于准确地把握，因此预测总是带有各种假设条件。然而，这种预测可以表明在预测期内能源需要量是否能适应国民经济发展的需要，以利于确定近期内需要开始建设的能源工程的规模与种类，从而在能源方案的选择上具有一定的灵活性。(3)远期能源预测其周期超过20年，甚至到50年。这种预测比较粗略，准确度也颇差，但却能提出极其重要的战略性问题，直接影响到近期能源建设和能源科研的一系列政策和决策。能源工业开发周期长、投资大。10年内开发的大型能源基地与发展重大新技术，一般要在20年后才能充分显示出其威力，影响国民经济的布局与结构。这种预测在进行不同方案的选择时灵活性最大，值得研究的课题也最多。能源结构应如何改变或过渡，主要需通过远期预测才能分析清楚。近期的能源预测对国民经济具有直接的指导作用，然而，重要的能源基地建设、重大的技术措施的研究与发展，需要中、远期的预测作为参考，以免陷入盲目性，影响国民经济的发展以及人民的生活消费水平的提高。因此中、远期的能源需求预测与近期的一样，同样是一项不可缺少的重要任务。4.2影响能源需求的因素能源需求预测是从研究一个国家、地区或特定范围内能源消费的历史与现状开始，根据其消费行为，归纳影响能源消费的各种因素；寻求消费与这些因素的关系；根据这些关系对未来能源需求发展趋势作出估计和评价。一般来说，影响能源需求的因素包括人口和生活方式、国民经济状况、产业结构与科学技术进步、资源与环境、价格与体制等。（1）人口和城市化人口数量及人口结构的时间分布变化及人口城乡结构的空间分布变化是与经济发展总量密切相关的，影响到城乡结构、产业结构、就业结构、消费结构包括能源消费总量和能源消费结构。众多的人口，会对社会形成全面性的压力，影响现代化的进程也影响对能源的需求。城市人口的比重随着人均GNP的增加而增加，因此，我国的城市人口将不断增长，城市人口对能源的需求，特别是对商品能源与优质能源的需求远大于农村人口。（2）经济增长和发展阶段我国的经济发展目标是到下世纪中叶达到中等发达国家的经济发展水平，人民过着较富裕的水平。改革开放以来，我国经济高速发展，工业化程度不断提高，这种发展趋势和速度也必然要求能源以较高的速度增长。（3）生活方式与消费结构随着人民生活水平的提高，人们的消费观念和行为会有很大变化，人们不满足于基本的消费需求，而要求有高级的消费享受。消费结构的变化既影响产业结构的变化，也增加对能源直接消费的需求，特别是电力、液体和气体燃料等优质能源的需求。（4）产业结构产业结构的变化将影响对能源的需求。这是因为一、二、三产业的产值能耗是不同的，第二产业的产值能耗远高于一、三产业的产值能耗，因此随着我国工业化进程的加快，将增加对能源的需求。产业结构的影响不仅限于一、二、三产业结构之间的变化，而且还在于各产业内部结构的变化。例如第一产业内部结构随着人民生活水平的提高，对高蛋白食品的需求增加，因此农业内部畜牧业、水产业的比例将要增加；第二产业内部工业各行业的比例变化，如传统的高耗能行业和新兴的、高附加值的行业和产品结构的变化；第三产业内部交通运输、通讯，商业及其他各类服务业之间的变化等，都会影响对能源的需求。（5）技术进步科学技术是第一生产力。在产业结构调整中，加快科技成果转化成生产力的进程，促进科技与生产相结合，采用高技术改造传统工业，并促进新技术的产业化，将大大影响能源需求，例如改造传统的化肥工业、水泥工业使产品能耗大幅度下降。或依靠科技进步，提高劳动生产率和管理水平，使整个工业向节能型转化。当前，持续发展与环境保护已成为世界各国的共识，因而对资源的合理利用，提高资源包括能源的利用效率成为共同的努力目标。科学技术进步对提高能源利用效率和效益的作用将愈益显著。（6）价格随着我国社会主义市场经济体制的建立和完善，价格的作用将愈益明显。能源订价的原则可简述为：①反映成本(社会成本=外部成本+生产成本)；②能源节约；③环境保护；④经济发展(出口竞争能力，物价稳定等)；⑤长期发展所需资金(合理的报酬率)；⑥各能源间应有合理的价比。从社会观点看，使用能源会产生空气污染、酸雨、噪音、交通堵塞等影响，进行防治需要投入，因此要考虑外部成本。故在反映成本中除反映生产成本外，还应考虑外部成本。从需求预测的角度看，我国在建立社会主义市场价格体制的过程中应研究能源需求的价格弹性和能源价格对各行业产品价格的影响等，从而对能源价格的制订提出相应的政策措施，也是需求预测的一个重要方面。4.3能源需求预测方法4.3.1方法概述所谓能源需求预测是指确定能源需求在未来时刻上的可能值。在预测某个量在某一个时刻(过去、现在或未来的任一时刻)的取值时，有以下四种方式中选择：①查阅自己或他人已完成的工作，找出其取值。②组织力量对其进行直接地度量(社会调查)③由自己或邀请专家对其进行合理地假定或猜测。④由其他已定值的量将其求出。前三种是直接定值法，第四种是间接定值法。以直接定值法定值的变量称为直接定值变量，以间按定值法定值的变量称为间接定值变量。间接定值法与数学模型(简称模型)的使用直接相关。简单地讲，一个模型是一组变量之间的一组数学关系，或一个数学关系式集合，其中一些变量的取值可由另一些变量的取值决定，前者组成模型的内生变量集合，后者组成模型的外生变量集合。使用间接定值法包括三个基本的步骤，即构造一个完整的模型，给每个外生变量赋值，求解模型。构建模型的关键是建立变量之间的数学关系，模型中的数学关系应当是稳定的；与构建模型相比，给外生变量赋值理论上是简单的，但工作量是大的。求解模型纯粹是数学问题，要根据模型的具体形式选择算法，通常能源需求模型的数学形式是简单的，算法也是简单的。4.3.2弹性系数预测模型这里所说的预测是指服务于全国、地区或行业规划的短、中或长期(按第一节定义的时间长度)的能源预测，而不是服务于行业或企业运行的超短期预测。弹性系数模型是最简单、最综合性的模型，即eEkG或lnlnlnEkeG式中E——内生变量，能源需求量；G——外生变量，宏观经济指标，如国民生产总值、国内生产总值、社会总产值或工农业总产值等；k和e——宏观经济常数，e即弹性系数。利用数值拟合技术很容易从历史样本数据中得到k和e设lnEy，lnGx，lnka，则上式可写成yaex可选用相应历史年段的数据iy和ix。按照最小二乘法，得最好的直线方程中的参数a和e的估计值为：1112211()nnniiiiiiinniiiinxyxyenxx1111nniiiiayexnn对回归方程应进行检验。简单的检验方法是计算出x与y之间的相关系数11122221111111()()nnniiiiiiinnnniiiiiiiixyxynrxxyynn若r接近于1，则表示x与y之间确实存在线性关系。当然，严格讲还必须进行许多项检验，但一般在计算能源弹性系数时，计算出相关系数接近1时，可粗略地认为可以接受。如果不同年段数据点所得弹性系数e值相差很大，说明上述简单的数学关系不具有所要求的稳定性，在稍长的时间内，希望的直线关系并不存在。提高经验公式稳定性的方法是将大黑箱化为一系列小黑箱，这就是当前进行能源需求预测主要使用的部门分析模型。由于影响弹性系数的因素很多，因此用历史的弹性系数作为预测未来能源需求量可信度差。但基于此法简单、快捷，人们往往用以快速粗略的估算，或用以校核其他方法所得的能源需求量。在进行粗略估算时，能源弹性系数的取值，往往是分析本国历史上弹性系数的变化情况及其影响因素，如节能率、产业结构等，再参考国际相应的弹性系数值，通过专家想定加以估计。从总体上来讲，发展中国家的弹性系数一般都大于发达国家，而且大于1。这是因为发展中国家经济处于发展阶段，技术相对落后，虽然其节能潜力不小，但开展节能工作的能力与资金有限，且经济发展对能源需求大幅度提高，而发达国家已处于后工业化阶段，经济发展缓慢。自1973年石油危机后注意节能，故弹性系数都较低。4.3.3部门活动分析模型由于人们广泛地接受了自然资源合理利用的新概念和逐渐提高了环境意识，在研究能源问题时，开始从经济-能源-环境系统的整体优化角度来考虑问题。在这个系统中采用部门活动分析模型进行能源系统需求分析是承上启下的中心环节。采用部门活动分析模型一般将经济部门按研究问题的目的、经济活动的管理程序和数据可获性分类，对不同的生产部门和生活部门的活动水平及能源消费水平的历史状况进行分析，研究未来活动水平变化及能源消费水平变化的可能及影响因素，