《能源监测与评价》——能源系统工程之预测和规划

第三节 能源系统的预测和规划

一、能源系统预测

对于社会经济系统中各类事态的发展作出预测，不仅是制定社会经济政策的需要，而且也是一种控制社会和经济发展的手段。预测一般是根据过去和现在，运用某些数学方法定性或定量地寻求有关的客观发展规律，借以推测未来的发展情况。预测的方法有很多，最基本的可以分为定性法、定量法和混合法。定性法应用直接而简便，特别是对那些很难单纯以具体数据来描述的系统的发展预测更是如此。定量法基本上依靠建立各种类型的预测数学模型，然后推导出预测结果。这两类方法对短期和中期预测比较有效。对于更为复杂的系统作长期的预测，通常就需要采用定量和定性相结合的混合法。

预测在能源系统中有许多运用，按照其应用不同大致可分为能源需求预测、能源供应预测、能源新技术发展预测、世界能源宏观发展预测四种。

能源是世界紧张物资之一。每个国家、每个地区都必须搞清在今后一段时期内为保证其本身的经济发展所必需的能源量，以及每年的能源需求量，每类能源(每种一次能源和二次能源)的需求量。所以，能源需求预测包括能源需求总量的预测、能源需求构成的预测(即各类能源需求量的预测)和在不同范围内(全国、全地区、本部门等)的需求预测。

能源需求总量预测常用能源消费弹性系数法，它实质上是一种回归分析法。最简单的方法则是所谓“人均能量消费法”.即采用世界上发达国家经济发展与历史经验和发展中国家的发展经验相对比的办法，找出能耗与人均国民生产总值间的关系，再具体用到我国经济发展到一定水平时和人均国民生产总值达到一定标准时来求相应的能源需求。

(一)能源需求预测

在进行能源规划时首先会遇到一个问题：为了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，它是制定能源规划乃至整个国民经济规划的重要组成部分。

能源需求预测就是从研究一个国家或地区能源消费的历史和现状开始，分析影响能源消费的因素，找出能源消费需求量和这些因素的关系，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。一般的说，影响能源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。

进行能源需求预测时，可以按照以下几个步骤进行：首先确定预测的具体目标，其次收集并分析有关资料，然后构造能源需求预测模型，最后进行预测及误差分析。

能源需求预测的方法主要有以下几种。

1.能源弹性系数法

(1)能源消费弹性系数。能源需求预测中的能源消费弹性系数法实际上是回归分析法的特例。要预测某个地区将来某个时期(近期)的能源需求，可以根据某个地区历史上能源消费及其影响因素的统计数据，作回归分析，找出合适的回归方程和回归系数，再用此方程外推。

能源弹性系数反映是能源消费增长率与国民经济增长率之间的美系，其数值为某一时期能源消费量的年平均增长率与同期国民经济年平均增长率之比，即

国民经济综合指标一般是指工业总产值、工农业总产值、国民收入和社会总产品等。能源弹性系数法实际上是一个很粗略的宏观经济能源模型，它以综合经济指标M表明由各物质生产部门、生产性服务部门、商业部门、消费部门组成的一个综合经济结构的经济发展总量，而以能源消费量E表明各种不同的能源种类(煤、油、电等)的消费总量。以往历年的能源弹性系数p可以利用历年的统计资料得到;对于未来，则可以由M和E的预测值得到。当然也可以根据计划期基年的能源弹性系数p和经济发展的总量指标M，反过来预测能源的消费量，即需求量。

能源弹性系数法简单易行，但是过于粗糙，只能提供一个粗略的近似值，因而其预测结果只能看作是一个趋势和参考值。

(2)影响能源弹性系数声值的因素。声值与国民经济生产总值有关，其主要影响因素有：

1)国民经济各部门结构和产品结构的变化。国民经济各部门结构是指各经济部门在国民经济中所占的比例，如果去年和今年的国民经济部门结构相同，各部门都按照一个增长率在发展，而各部门的生产工艺技术和管理水平都没有变，那么能源需求量也按照同一个比例在增长，即p为1;如果在某一间歇期，耗能的重工业相对发展较快，所占的比例一年比一年大，那么，在国民经济生产总值同样的增长率情况下，由于重工业发展较快，因而能源的需求量也相应增长较快，结果p值就会变得大于1，反之亦然。如果达到这个新的比例后，这个比例不再变动，则p值又会恢复为1。在各部门中生产产品比例改变，都会影响到p值。

2)科学技术水平和管理水平。能源生产和使用的科学技术水平以及能源的管理水平会明显地影响到能耗。例如，家庭炊事用燃煤以煤气代替直接燃煤，或者是一个城市用集中供暖或余汽供热来代替分散的小锅炉供热都会起到节能作用，相应地声值也会下降。工厂在生产过程中采用衔接工艺和提高能源管理水平，都可以使产品能耗下降，那么相应的p值也会下降，同样，当能源使用效率达到一定值后不再继续提高，则p值又回到1。

3)人民生活水平提高。一般来说，随着国民经济的发展，人民的消费水平将更迅速地增长，对物质和精神生活的享受要求将会更多，每元消耗值中所需能耗也将会增加，因此，p值也会变大，这对于发展中国家来说更是如此，对于发达国家，它将趋向饱和，甚至有减缓的趋势。

4)经济管理和政策因素。经济管理和政策因素对≠值的影响也很大，我国有许多项目，由于管理不善，投人大量的资金和能源，但是长期不能生产，形不成新的生产能力，不产生经济效益，使得p值降低。自20世纪70年代的能源危机以来，许多国家用经济政策来缓和能源问题，努力促使能源消费量减少，使得p值减小。

2.相关法

相关法又叫做回归分析法。由于能源的需求量与经济发展、人口增长均有密切关系，因此可以建立它们之间的回归方程，并检验其相关的显著性，从而可以深入研究到底哪些因素与能源消费量的关系最为密切，由此预测在各种经济、人口或其他因素发展变化的条件下，对能源的需求量。

回归分析法是以概率论与数理统计为基础发展起来的一种应用性很强的科学方法，是现代应用统计学的一种重要分支，在社会经济各部门以及各个学科领域都得到了广泛的运用。对回归问题的研究最初是起源于生物学，一般来说，回归分析法研究一个变量或一组变量(即自变量)之变动对另一个变量(因变量)之变动的影响程度，其目的在于根据已知的自变量的变异来估计或预测因变量的变异情况。

回归分析法比弹性系数法复杂，但是它可以分析多种因素对能源消费的影响，有助于抓住主要矛盾。

3.投入产出分析法

前面两种方法反映丁宏观经济与能源需求量之间的总量关系，但是没能反映各部门的发展以及结构变化对能源需求的影响。而投入产出分析法可以用来分析和研究国民经济各部门的结构发生变化时，能源消费量的变化，因而能更精细地预测能源消费量。

值得注意的是，投入产出表中技术反映的是目前的生产技术水平(原材料消耗水平)，而在预测时要用到5年或10年后的系数进行预测，显然这本身就是一个相当棘手的问题，目前常用的是估计与专家评价相结合的方法。

4.部门分析综合预测法

部门分析综合预测法是编制能源规划时常用的预测方法，是大多数计划人员熟悉的。基本思路是，通过各部门能源消耗水平的现状分析，根据计划期内各部门生产发展水平和能耗下降的可能，并依据各部门之间的比例变化来综合预测能源需求量。

部门的划分可以从现有的统计口径出发，并可根据规划中可以提供的国民经济指标体系而定。一般的说，部门划分得越细，预测的准确性越高。分部门的产值增长率可按照计划要求而定，分部门的节能率则应该根据各部门在规划期内可能达到的节能量来计算。一般来说，节能率由两个部分组成：①由于管理水平和技术水平提高所取得的技术节能率;②由于调整工业结构和产品结构少用能源所取得的结构节能率。

(二)能源供应预测

1.意义

能源供应预测是指预测一定期限内将来的世界、一个国家或一个地区的能源供应情况。预测整个世界较长期的能源供应是一个全球性的战略研究工作，它是难度较大但具有重要意义的一项研究，这项工作国际应用系统分析研究所已完成，取得了有价值的成果。在以市场经济为主的国家，能源供应预测则是对将来一定期限内各种能源的供应和价格作出预估，叫做趋势预测，作为国家制定能源政策的依据，或为各企业作为确定经营方针和政策的参考。在我国，能源预测是一种条件预测。它是研究在我国能源资源、现有能源生产供应能力和运输分配能力等已知条件下，再加上何种投资、技术引进成技术改革、管理经营改革，以及再加上何种有关开发和节能的条件，在一定期限内，可以供应多少不同种类的能源的问题。这类预测和人们一般理解的预测有所不同。后者是指对一种自然发生或发展的事物变化的趋势或演变作纯化预测，就是在不同条件下，作一些最优化的安排，预计事情将如何发展。

2.能源供应预测的基本方法

能源供应预测通常采用的方法有以下几种：

(1)趋势预测法。对能源供应作趋势预测所用的基本思想是，把能源供应的将来发展当作过去的演变的自然延续。按这种思想作预测的方法很多，通常采用的是指数平滑法和回归分析法。

1)指数平滑法。指数平滑法是对历史数据分轻重缓急来给予不同的处理，认为最近的数据对今后的影响最大，而越陈旧的数据所起作用越小，然后对具有线性趋势的发展过程采用二次平滑法。

2)回归分析法。回归分析法就是首先建立与能源供应有关的各主要因素的回归方程，通过对回归参数的估计与显著性试验，就可以对能源供应的能力进行预测。与能源开发供应有关的主要因素，如目前能源的生产情况、发展趋势、投资、资源条件、在建规模、计划新建能力、技术装备条件等，均可以在回归分析中加以考虑和研究。

指数平滑法的精度不如回归分析法，但它对长期数据处理有明显优点，对一次和二次指数平滑值都可以递推计算，十分方便，且无需储存数据。

(2)投入产出预测法。如果其地区的能源需求量已由各种方法确定，则从该地区的能源生产技术水平和单位能耗，即可列出能源的投入产出表，并由该表推算出实际必需的能源生产量。

(3)最优化预测法。人们在开发、生产、运输各种能源时，总是力图使投资最省、运营费用最小。因此可以模拟这种趋势，利用最优方法来预测能源供应量。

在能源供应预测的最优化方法中，常采用折现后的能源开发投资和运营费用之和作为目标函数，而以资源、需求、能流平衡、劳动力等作为约束条件，对全国或某一地区的能源供应系统进行最优化处理，以求出在各种不同能源需求的情况下，能源供应为最优的可能方案。这种最优化预测方案还可以模拟决策者的意图，对各种供应和需求预测值进行分析比较，以便从中选取较为合理的预测值。

二、能源系统规划

能源规划是在经济理论的指导下，在对目前及历史上的能源生产和消费状况进行调查和分析研究的基础上，根据国民经济和社会发展对能源的需求，制定能源发展的长远规划和一定时期内的具体计划。

(一)目的

(1)确定社会对能源系统的需要和能源系统发展的方向。

(2)合理调整能源部门和其他部门之间的关系以及能源系统内部各部门、各环节的增长速度、比例和结构。

(3)合理、有效地使用能源资源和国家给予能源系统的投资。

(二)原则

(1)能源规划必须把整个能源系统作为整体来掌握，以便使各部门能协调一致地发展，并服从于整个能源系统要达到的目标。

(2)能源规划应该以长期规划为主。

(3)合理的规划应该充分估价到规划的可执行性，在进行规划时应该把需求与可能的供给相结合。能源系统活动的目标是为了通过它的活动满足国民经济对于能源的需求。这就决定了能源规划应该从需求出发，从预测国民经济系统对于能源的总需求量人手。由于能源系统自身的特定性以及它与国民经济的紧密联系，使得能源系统难以在短时间内进行改造和发展，短时间内不可能使其活动水平(即能源可供给量)有很大提高。这就要求在能源规划中，必须把需求与可能的能源供应能力相结合。

(4)合理的规划应该从多种可能的方案中选择最佳方案。

(三)内容

能源系统规划从内容上讲有能源开发规划、能源节约规划、能源运输规划等;从地域上讲有国家能源规划、地区能源规划、企业能源规划等。

(四)注意事项

在进行能源系统规划时首先要明确规划的目标，例如，对能源开发规划而言，其目标可能是在保证满足国家经济发展战略目标所需的能源需求的前提下，以最少的可能的投资，开发我国的能源工业;也可能是在一定的投资限额下使能源生产最大限度地满足国民经济发展所需的能源消费量。由于规划的目标不同，得到的结果也不一样。另外在作能源开发规划时通常还需要对不同种类能源，根据其需求做出开发规划，如规划石油、煤炭、天然气、核能、新能源的发展比例。

其次，要确定规划的期限，即规划是短期的、中期的还是长期的。总的来说，中期规划要和长期规划相结舍，在中期规划下面再制定短期规划。长期规划是一种指导性战略规划，应当有一定的灵活性。

(五)步骤

能源规划的步骤通常包括调查研究、建立数学模型、计算模型、规划方案及评价。调查研究主要是收集数据和信息。在统计制度完善的情况下，只需对所缺资料作补充调查，对重要问题作定性分析，就可以确定所建模型的结构和大小。

通过调查如果已得到规划期内的各种预测数据，就可以着手建立数学模型，如对预测值作分析研究，确定其置信度或其可实现的概率分布。如果缺少必需的预测，就需要先构造相应的预测模型作预测，同时也建立规划本身所需的数学模型，或把预测模型作为规划模型中的一个子模型。

模型建成并经过检查以后，就可在所建的模型上作运算。规划模型大多是优化模型，其运算结果是在一定的目标下，满足多约束条件时的寻优。在运算此类模型时可以作灵敏度分析，即稍稍变动约束条件或有关参数，看其结果如何变化，以观察各种约束条件和各有关参数对优化结果的影响程度，从而可以确定某些约束条件和参数可以放宽的程度，并作为各种备选方案的评比内容。

规划方案是把多种计算结果及其计算条件、采用目标、特定约束条件等同时列出，以备多方案备选。通常对规划方案中的各方案还需附有对该方案的评价，对某些方案中的突出特点也有必要加以详细说明，最后还需有各方案的比较。与此同时，还应当把有关方案的计算软件、所用模型与数掘存人数据库、模型库，以便决策时进行查询对比。在某些情况下各备选方案均不理想时，从方案比较中可以分析应修改哪些条件或目标，修改模型，重新做起。