省級區域中長期能源供應保障與清潔化研究方法及應用

楊　敏，葉　彬，葛　斐，王　寶，周靜姝，張德廣

(國網安徽省電力公司經濟技術研究院，合肥　230022)

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省級區域中長期能源供應保障與清潔化研究方法及應用

楊敏，葉彬，葛斐，王寶，周靜姝，張德廣

(國網安徽省電力公司經濟技術研究院，合肥230022)

資源環境約束已成為制約能源發展的重要因素。受地區間經濟增長方式與速度、能源消費結構與水平、資源稟賦以及環境承載力等差異影響，為保證經濟社會發展目標的順利實現，迫切需要對省級區域能源需求與清潔化發展形勢開展深入研究?；贚EAP模型，將地區經濟社會發展與大氣污染防治結合，構建了一套針對省級區域開展中長期能源供應保障與清潔化研究的方法體系，并應用到安徽省中長期能源發展思路研究中，建議安徽地區拓展煤炭輸入渠道、積極發展本地可再生能源、加強電網建設增強區外受電能力、積極推進電能替代強化節能減排，以保證能源供應和提高消費清潔化水平，實現經濟社會的可持續發展。

省級區域；能源供應保障；清潔化

“十三五”是我國全面建成小康社會的關鍵時期，工業化與城市化進程持續推進，能源需求將繼續保持較快增長。隨著我國能源資源約束加劇，生態環境問題日益突出，如何平衡能源需求、環境質量和民生保障[1]，成為能源發展面臨的一系列新挑戰。為推動能源生產和消費革命，國家制定并組織實施《國家能源發展戰略行動計劃(2014—2020)》、《能源行業加強大氣污染防治工作方案》、《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》、《可再生能源電力配額考核辦法試行》等一系列計劃與方案，要求轉變能源發展方式，優化能源結構，嚴格控制能源消費過快增長，切實改善大氣環境質量。

受地區資源稟賦、能源消費結構與水平等因素影響，能源供需形勢在省際之間存在較大差異，目前絕大多數研究都針對國家層面進行[2-3]，從省級層面將能源供需與清潔化形勢結合的研究還未見報道。如何結合各地區的經濟發展水平和能源資源現狀，開展省級區域能源供需研究，合理規劃配置資源，提出適合自身發展的中長期能源發展戰略和思路，保障能源供應和提高消費清潔化水平，實現可持續的能源清潔化之路，都是非常值得研究和超前謀劃的問題。本文基于LEAP模型構建了一套省級區域中長期能源供應與消費清潔化研究體系，并結合情景分析應用到安徽省能源發展思路研究中，提出針對性的發展建議。

1　能源供應及清潔化研究方法

圖1　基于LEAP 模型的能源供應與清潔化研究框架圖

1.1方法論架構

目前常用的能源需求研究方法主要有計量經濟分析法、投入產出法、系統動力學模型、灰色系統理論、神經網絡模型等[4-6]?；诓块T分析建立的LEAP模型，采用“自下而上”的分析方法，涵蓋能源需求—轉換—傳輸—分配—終端使用的各個環節，可與情景分析結合構建未來能源和環境發展的各種可能方案，更適合中長期能源供應與清潔化研究。本研究根據LEAP模型提供的建?？蚣埽嬃耸〖墔^域中長期能源供需與清潔化研究方法體系，基本架構如圖1所示。

未來能源需求受經濟增長方式與速度、人口、城市化和工業化進程、能源利用效率以及能源環境保護政策等多因素影響。在開展能源需求研究前，需對地區未來經濟社會以及能源環境發展趨勢等影響能源需求的外部條件作詳細的分析并量化。

根據地區宏觀經濟社會發展目標分解確定各部門活動水平，結合各部門能源消費強度、能源消費結構、能源加工轉換效率以及污染物排放因子等通過模型計算匯總得到終端/能源加工轉換/一次能源需求總量以及大氣污染物排放總量。為使能源需求分析更能反映不同能源用途，在國家統計年鑒部門分類基礎上將部門簡化歸類為能源消費和能源轉換兩部分，并對能源消費部門進行整合，將第一產業和第二產業合并為產業部門，將三產分為交通運輸業、商業和居民生活共計3個部門[7]，產業部門可根據實際情況進一步細分；能源轉換部門包括能源工業用能及輸送損失、發電、煉油、能源開采等所有能源加工轉換相關行業。部門能源消費總量估算方法如下：

(1)

隨著能源需求和環保壓力的加劇，未來大氣污染物排放總量、一次能源消費總量、可再生能源占比都將成為區域能源消費增長的限制性因素。本研究設置了4個環節的反饋調整使得能源需求預測盡可能符合未來能源發展形勢。

(1)首先，校核大氣污染物排放總量是否能夠滿足未來環保控制目標，如果不能滿足則需要通過調整產業結構、優化能源消費方式以及強化污染物減排等措施直到滿足設定目標為止。

(2)其次，將模型計算得到的一次能源需求量與設定的能源消費總量控制指標比較，如果能源需求量大于設定的能源消費總量，則需通過加大技術創新提高能源利用效率、強化節能、加強工業內部結構調整等措施達到總量控制目標。

(3)再次，根據地區能源資源分布與儲量情況，分析能源生產與利用能力，與滿足能源總量控制目標的一次能源消費總量對比，通過調整規劃的一次能源調入/調出量、電力輸入/輸出量等實現能源供需平衡。

(4)此外，對滿足能源供需平衡的一次能源需求結構進行分析，判斷未來地區可再生能源利用是否能夠滿足可再生能源配額考核指標，如果不能，需要對一次能源結構相關環節進行再調節以符合要求，最終得到滿足設定經濟社會發展目標和資源環境約束的區域能源需求結果。

根據分析結果，從能源消費全過程考慮，提出適合地區經濟社會發展目標的能源發展戰略，保障能源供應安全，促進經濟社會發展。主要從以下3個方面展開：一是電力工業，結合當前形勢，可考慮從可再生能源、電能替代、常規火電以及電網發展戰略等角度謀劃；二是煤炭工業，我國能源資源現狀決定在相當長時間內一次能源結構仍以煤炭為主，超前規劃中長期煤炭開采強度、生產能力以及調入/調出量等有利于保證地區能源供應安全；三是油氣工業，城鎮化進程的推進勢必導致油氣需求量增加，合理規劃油氣管網建設，保證未來油氣供應能力能夠滿足經濟社會發展的需求。

1.2情景設定主要考察因素

由于不同地區的經濟社會發展水平、能源資源稟賦、生態環境狀況等都存在較大差異，在對未來能源需求進行分析研究時，以下因素需要重點考慮：

(1)未來經濟發展水平以及在全國的定位。能源消費方式和水平與經濟社會發展緊密關聯。在開展能源供需形勢預測前必須對區域未來經濟社會發展趨勢進行定性分析并量化。經濟社會發展水平判斷可通過歷史期經濟社會發展回顧，并與發達國家、國內其他地區對比，明確當前所處階段和在全國所處水平，結合國家和地區當前的功能區劃、經濟發展戰略以及政府中長期發展規劃等展望未來經濟發展形勢，包括人口增長、GDP 水平、城市化進程等。

(2)結構變化。產業結構以及工業內部結構的調整都有利于能源效率的提升。我國東南沿海等相對發達地區的工業化程度較高，經濟增長已經由信息產業、服務業等第三產業推動，未來這些地區的產業結構仍將朝高精尖新的方向發展；中西部地區工業化水平相對較低，基礎設施建設尚未完成，地區產業結構調整方向仍會是“二三一”模式；進而不同地區中長期內單位GDP能耗仍存在較大差距。

(3)主要產品類型。產品類型與能源消費密切相關。以高能耗產品為主的地區，其總單位GDP能耗水平勢必高于以高附加值低能耗產品為主的地區。判斷未來主導產品類型有助于把握地區能耗水平走勢。同時，從先行工業化國家發展進程看，能源強度的峰值往往由能耗較高的鋼鐵強度和水泥強度決定[8]，通過對地區城市化進程和基礎設施建設進度的判斷，可對高耗能行業發展態勢和可能出現的拐點作出預測。

(4)自然資源現狀。能源發展方式受地區自然資源儲量限制。我國資源分布區域差異大，自然資源稟賦直接決定了各地區在能源供給中扮演的角色，國家也已發布了重點建設的14個大型煤炭基地。各地區可根據自身的資源類型和儲量情況，合理規劃資源的開發利用規模和時序。

(5)可再生能源開發潛力。隨著資源環境壓力加劇，低碳環保的清潔能源消費要求大力發展可再生能源，國家對各地區可再生能源利用情況也提出了明確的考核指標，各地區進行能源規劃時，需要充分考慮地區可再生能源開發利用潛力，盡可能優先發展利用可再生能源，提高能源清潔化水平。

表1　安徽省中長期能源發展情景參數設定

(6)電力工業發展方式。受自然資源稟賦、地理位置差異等影響，不同地區電源結構不盡相同。在設定未來電力工業發展方向時，需同時考慮電源結構變化和技術進步。例如，在東北、西北等風能資源豐富地區，風電裝機比例相對較高；西部地區日照資源豐富，適合發展光伏電站；農業大省可發展生物質發電，實現秸稈的清潔化利用，解決焚燒帶來的大氣污染問題。隨著未來節能減排壓力加大和地區電力負荷增長，核電勢必得到發展，在水資源豐富的沿海等地需考慮核電開發建設的可行性。以煤為主的能源消費結構決定煤電在中長期內仍將是大部分地區的主要裝機類型。我國已有自主研發的高效清潔燃煤技術，其SO2排放遠低于環保標準，NOX排放水平甚至顯著優于燃氣熱電聯產機組[9]。后期隨著煤電技術的進步，發電煤耗將逐步下降，大氣污染物排放明顯減少，先進發電技術帶來的節能減排潛力巨大。

(7)環境承載力。受經濟發展和工業化水平差異影響，不同地區所面臨的環境形勢各不相同。目前西部地區工業化程度相對較低，環境質量相對較好，在中長期內經濟發展所受環境約束較?。粬|北等工業基地受前期粗放型發展方式影響，生態環境問題嚴重，環境約束將成為地區經濟發展的重要限制條件。

(8)電能替代潛力。電能作為便捷、安全、清潔、高效的能源，在能源環境問題突出的背景下，“以電代煤、以電代油、電從遠方來”的能源消費模式將成為中長期能源發展的一個新方向。根據各地區的能源消費結構和用能行業特征，可針對性地挖掘電能替代潛力，降低區域能耗水平，提高能源消費清潔化程度，緩解節能減排壓力，為其他行業發展爭取更大的環?？臻g。

通過充分考慮未來可能出現的重大技術演變、產業結構調整，以及經濟社會環境等種種不確定性因素對能源需求帶來的影響，通過不同情景設置研究未來能源消費與清潔化發展趨勢，以及改變這種趨勢的各種可能性及實現不同的可能性所需要的前提條件。

2　安徽省案例研究

本文以安徽省為例，預測安徽省中長期能源供需與清潔化發展趨勢。模型以2012年為基準，研究時間跨度為2013～2030年。

2.1經濟社會發展形勢判斷

經濟新常態下安徽省經濟增速將逐步放緩，預計“十三五”和2020～2030年均分別增長8.5%和7.0%；到2030年全省將進入后工業化發展階段，三產比重超過50%；全省常住人口將從2013年的6 030萬人增加至7 183萬人。

2.2情景設計

按照預期的經濟社會發展目標，根據當前的能源消費水平和結構、節能減排成效，考慮未來政策選擇、技術水平發展程度等對中長期能源供應和清潔化水平的影響，設立基準、清潔和強化清潔三種情景，見表1。

3　安徽省中長期能源供需與清潔化形勢分析

3.1能源供需形勢分析

3.1.1能源需求

到2020年基準、清潔和強化清潔三種情景下安徽省能源需求總量(轉換為標煤)分別為173 Mt、167 Mt和162 Mt，對應“十三五”能源需求增速分別為5.0%、4.5%和4.1%；到2030年三種情景下的能源需求總量(轉換為標煤)分別為233 Mt、211 Mt和202 Mt，2020年～2030年能源需求年均增速分別為3.0%、2.3%和2.3%。強化清潔情景在基準情景基礎上進一步強調技術進步，促進節能減排，使得2020年、2030年其能源需求總量較基準情景分別減少6.8%和13.4%。

3.1.2能源結構

(1)一次能源需求結構(見表2)。從表2可知，油和天然氣比重的快速提升使得中長期內安徽省煤炭消費比重持續下降，可再生能源消費比例有所提升。安徽省能源消費結構將顯著改善，但能源結構仍以煤炭為主，這與安徽地區以煤為主的能源資源稟賦現狀相符。同時安徽地區可再生能源資源可開發量有限，后期發展空間有限。

表2　三種情景下安徽省中長期一次能源需求結構　%

(2)終端能源需求結構(見表3)。從表3可知，中長期內安徽省煤炭消費比重穩步下降，電力消費比重逐步提升，預計2020年達25%左右，接近2011年日本的電氣化水平25.7%，2030年有望超過30%。電能替代的大力推進使得安徽地區電氣化水平提升顯著。

表3　三種情景下安徽省中長期終端能源需求結構　%

(3)電源結構。強化清潔情景下，2020年安徽省火電和可再生能源發電裝機占比分別為84.5%和14.4%；到2030年兩者占比分別調整至72.9%和19.9%。從中長期來看，火電依舊是安徽省電源主力。國家能源局推出的《可再生能源電力配額考核辦法(試行)》，要求2020年安徽省可再生能源電力占全社會用電量比重至少達7%，力爭9%。結合安徽省內實際的可再生能源分布情況，基準情景下2020年非水可再生能源電力消費比例僅達到4.6%，在適度考慮區外電力受進的清潔和強化清潔情景下，非水可再生能源電力消費比重也只占6.5%，很難完成國家要求的配額指標。因此對于安徽這類可再生能源貧乏地區，盡早謀劃區外來電、爭取受進可再生能源電力提高可再生能源電力消費比重、適度壓縮省內煤電裝機，對安徽省清潔能源發電比重提升具有重要意義。

3.1.3能源供需平衡

從中長期能源供需平衡來看，安徽地區能源缺口將持續擴大，預計2020年缺口在69.3～77.5 Mt(轉換為標煤)，其中油氣調入量占總缺口的44%～46%，煤炭調入量占43%～54%；到2030年缺口將達到甚至超過該省總產量，預計缺口在102.0～138.4Mt(轉換為標煤)，油氣調入量占總缺口的43%～47%，煤炭調入量占25%～52%。能源凈輸入量占一次能源總需求量的比重上升，成為安徽地區中長期內能源供需平衡的重要特征。

在能源和電力需求持續增長帶動下，安徽省煤炭缺口將逐步擴大。為應對巨大的煤炭供應缺口，在完善煤炭運輸、穩定調入等煤炭供應保障體系的同時，應綜合利用全國特高壓電網等優勢資源，積極爭取省外來電，有效控制省內煤電裝機規模，緩解煤炭供應壓力。

3.2能源消費清潔化形勢分析

3.2.1SO2排放

2020年安徽省全社會SO2排放量在42.5～45.8萬t，2030年進一步降至31.9～38.8萬t，強化清潔情景較基準情景分別少排放3.3和6.9萬t。強化清潔情景下主要高耗能行業和電力工業對2015～2020年SO2減排貢獻率分別為60.7%和33.9%，對2020～2030年SO2減排貢獻率分別為62.3%和34.9%。

3.2.2NOx排放

2020年安徽省全社會NOx排放量在71.4～78.1萬t，2030年進一步降至48.5～62.3萬t，強化清潔情景較基準情景分別少排放6.7和13.8萬t。強化清潔情景下電力工業和主要高耗能行業對2015—2020年NOx減排貢獻率分別為57.7%和32.0%，對2020—2030年NOx減排貢獻率分別為28.4%和25.3%。機動車的迅猛增加將使交通運輸業成為全社會NOx主要排放源，強化清潔情景下交通運輸業排放的NOx占全社會比重分別從2015年的36.4%逐步提高到2020年的42.6%，到2030年占46.0%，這一趨勢與Shi等人的研究結果一致[10]。

3.2.3煙(粉)塵排放

2020年安徽省全社會煙(粉)塵排放量在32.6～35.8萬t，2030年進一步降至20.4～26.2萬t，強化清潔情景較基準情景分別少排放3.2和5.8萬t。強化清潔情景下居民生活和商業、主要高耗能行業和電力工業對2015—2020年煙(粉)塵減排貢獻率分別為33.0%、30.9%和28.7%，對2020—2030年煙(粉)塵減排貢獻率分別為28.7%、51.6%和8.2%。

3.2.4清潔化形勢分析

根據國務院印發的《“十二五”節能減排綜合工作方案》，2015年安徽省SO2和NOx排放總量分別控制在50.5萬t和82.0萬t以內，比2010年分別下降6.1%和9.8%。基于近年來的政策環境，預計中長期污染物總量控制目標將更加嚴格，假設2020年和2030年SO2、NOx和煙(粉)塵排放總量目標分別為45.5萬t、69.7萬t、35萬t和36.4萬t、52.3萬t和24.5萬t。根據三種情景計算結果，僅強化清潔情景可以滿足大氣污染物排放控制假設目標。

從安徽地區節能減排形勢來看，需強化節能減排目標責任，依靠各行業齊頭并進，在大力推進電力工業、高耗能行業和交通運輸業環保力度的同時，還應積極轉變能源利用模式，積極推進電能替代工程。據測算，通過實施電能替代，推進安徽省電鍋爐推廣、玻璃行業電窯爐替代、港口岸電、推動電氣化鐵路比例提升、發展軌道交通，預計2020年電能替代較2015年終端SO2、NOx和煙(粉)塵減排對全社會減排的貢獻分別為17%、22%和7%，2030年較2020年分別為13%、23%和10%，實施電能替代能夠取得顯著的減排效果。

3.3安徽省能源戰略建議

為保障安徽地區能源供應和加快能源消費清潔化進程，實現能源可持續發展，根據安徽地區現狀，結合全國能源發展方向，提出以下建議：

(1)鼓勵省內能源企業擴大能源對外交流與合作，多渠道開拓煤炭輸入渠道，同時全面推進堅強智能電網建設，逐步完善主網網架并加大城鄉配電網升級改造力度，增強接受區外電力能力，保障能源供應；

(2)引進綜合集成能源供應商，結合城鎮化和工業化發展規劃，試點建設包括天然氣、太陽能、地熱能、生物質能等多種能源的分布式綜合集成能源項目示范工程，并逐步推廣應用，加大可再生能源開發力度；同時積極爭取受進區外可再生能源電力，提高可再生能源電力比重，完成配額考核指標；

(3)建立能源消費總量目標分解指標體系和分解落實機制，強化節能減排目標責任，并在能源消費終端加快節能產品和技術推廣，積極推進電能替代工程，提高能源消費清潔化水平，實現能源與環境的可持續發展。

4　結語

在經濟結構轉型階段科學規劃能源發展戰略將為地區經濟發展贏得先機。本文依托對地區經濟社會發展與能源環境技術政策的把握，將能源需求與大氣污染物防治結合，首次提出了針對省級區域開展中長期能源供需與消費清潔化研究的一套方法體系，并以安徽省為例對其能源供需和清潔化發展形勢作了分析預測，針對性地提出了安徽地區中長期能源發展戰略建議。該研究成果可指導地區能源需求分析工作，為能源發展戰略思路研究提供參考，有助于科學協調經濟社會與能源環境的可持續發展問題。

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(本文編輯：趙艷粉)

Research Methods and Application of Provincial Regional Medium/Long-Term Energy Supply Security and Clean

YANG min, YE Bin, GE Fei, WANG Bao, ZHOU Jing-shu, ZHANG De-guang

(Research Institute of Economics and Technology, State Grid Anhui Electric Power Company, Hefei 230022, China)

The environmental constraints of resources have become the important factors restricting the development of the energy，including regional differences in economic growth modes and speed, the energy consumption structure and level, resource endowments and environmental bearing capacity. In order to ensure the smooth realization of economic and social development, it is urgent to carry out in-depth study on the provincial regional demand for energy and clean development. Based on LEAP Model, this research combines regional economic and social development with the control of air pollution, and establishes a set of method system for provincial regional medium/long-term energy supply security and clean, applied to the medium/long-term energy development in Anhui Province. It is suggested that in Anhui areas coal input channel should be expanded, local renewable energy sources should be actively developed, the power grid construction should be strengthened for enhancing power acceptance from outside, electrical energy alternatives should be advanced for energy conservation and emissions reduction, in order to guarantee the energy supply, improve clean consumption, and realize the sustainable development of economy and society.

provincial area; energy supply security; clean

10.11973/dlyny201604011

楊敏(1986)，女，博士，工程師，主要從事能源經濟研究。

F206

A

2095-1256(2016)04-0452-07

2016-03-16