基于大數(shù)據(jù)與計量回歸分析的四川終端能源競爭態(tài)勢研究

沈 軍1，嚴(yán) 磊，魏 陽

(1.國網(wǎng)四川省電力公司，四川 成都 610041;2.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

從全球能源發(fā)展進(jìn)程看，不同能源的競爭和替代效應(yīng)導(dǎo)致此消彼長，給整個行業(yè)帶來沖擊。如美國的頁巖氣革命，其成功開發(fā)及利用使得美國能源產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)革命性變化，2017年美國天然氣在能源消耗中的占比已超過31.7%，隨著天然氣產(chǎn)量的迅速增長、價格持續(xù)下降，煤炭行業(yè)普遍虧損，石油的對外依存度大幅下降，有效抑制了電價的上漲。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐步進(jìn)行入新常態(tài)，新技術(shù)、能源生產(chǎn)消費(fèi)革命、電力體制改革等催生了新的能源消費(fèi)形態(tài)及其關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)，原有垂直一體化能源行業(yè)之間出現(xiàn)相互滲透，終端能源的競爭日趨激烈，迫切需要對新形勢下公司面臨的能源競爭態(tài)勢進(jìn)行綜合評估，積極應(yīng)對。

下面運(yùn)用計量分析方法，深入解析四川終端能源供需現(xiàn)狀，洞察電力行業(yè)態(tài)勢，聚焦終端能源競爭格局，提出針對性的政策建議。研究成果有助于公司厘清競爭現(xiàn)狀，調(diào)整戰(zhàn)略布局，推動四川“再電氣化”能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程。

1 四川終端能源概況

1.1 能源消費(fèi)趨勢

從2000年開始，四川能源消費(fèi)呈現(xiàn)出從高增長到負(fù)增長再回到中低速增長態(tài)勢。2010年和2011年四川能源消費(fèi)年增速都在9.5%以上高增長狀態(tài)，2013年增速降到-6.62%的負(fù)增長，2014年開始回升，至2016年和2017年四川能源消費(fèi)年增速分別為2.40%、2.52%。根據(jù)《四川省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》《四川省節(jié)能減排綜合工作方案(2017—2020年)》等能源工作的部署規(guī)劃[1]，預(yù)計未來四川省能源消費(fèi)總量將繼續(xù)維持中低速發(fā)展的態(tài)勢。

1.2 供端能源特征

近年來，四川原煤、原油產(chǎn)量降幅顯著，2017年分別下降24.4%、19.3%；而水電發(fā)電量、天然氣產(chǎn)量則分別增長5.9%、18.7%,呈現(xiàn)“缺煤少油氣豐、水電豐富”的資源特征，見圖1所示。

圖1 2010—2017年四川省各類能源產(chǎn)量增速

1.3 能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

四川能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷向清潔化調(diào)整，在消費(fèi)端，按照標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量計算，煤品燃料消費(fèi)比例降幅明顯，油品燃料消費(fèi)比例低速增長，水電、天然氣消費(fèi)總體呈穩(wěn)步上升態(tài)勢，見圖2所示。

圖2 2010—2017年四川省各類能源消費(fèi)量占比情況

2 天然氣與電力的競爭分析

2.1 天然氣消費(fèi)近年來加速增長

四川常規(guī)天然氣探明儲量占全國的21.2%，頁巖氣資源量和可開采量分別占全國的20.5%和17.7%，均居全國首位。天然氣產(chǎn)量、頁巖氣產(chǎn)量居全國第一和第二位。2017年天然氣產(chǎn)量339.3×108m3，同比增長18.7%，占全國比例高達(dá)22.9%；終端消費(fèi)量為183.4×108m3，增長10.7%，有加速增長苗頭。作為凈輸出省，產(chǎn)量、消費(fèi)增長速度的差值逐年增大，且省內(nèi)存在錯峰、輪供、限供等用氣緊張的現(xiàn)象。

2.2 競爭態(tài)勢分析

1)天然氣消費(fèi)增長短期受制于管網(wǎng)和省內(nèi)供給。《四川省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》提出2020年天然氣消費(fèi)占一次能源總量的16.2%的目標(biāo)，其中天然氣發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到2110 MW(分布式發(fā)電1410 MW)，約相當(dāng)于統(tǒng)調(diào)裝機(jī)的5%。目前天然氣管網(wǎng)建設(shè)仍滯后于需求，大規(guī)模外送制約了省內(nèi)供給量。當(dāng)前天然氣企業(yè)的主要經(jīng)營策略以加大天然氣勘測力度、提高天然氣利用效率以及完善天然氣儲運(yùn)輸送系統(tǒng)為主。

2)天然氣具有明顯的成本優(yōu)勢。按1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤測算，電力的成本約4.82元，天然氣成本在1.55～2.33元之間。天然氣成本比電力成本低51%～68%。

2.3 競爭領(lǐng)域分析

1)冷熱電三聯(lián)供

冷熱電分布式能源具有成本和減排優(yōu)勢。目前，冷熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備主要為燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)。從寫字樓、商場、醫(yī)院、體育館、酒店類建筑等電能使用情況比較來看，采用冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)相比未采用的傳統(tǒng)電能系統(tǒng)，在運(yùn)營成本上可分別降低12%、11%、21%、32%、23%；在溫室氣體排放上可分別減少22.7%、34.4%、61.4%、22.7%、34.3%，綜合能效高[2]。此外，以天然氣為燃料的冷熱電分布式能源發(fā)電項(xiàng)目可以減少對集中供能的依賴，同時可緩解夏季電力高峰，調(diào)節(jié)天然氣系統(tǒng)全年用氣均衡總量，具有雙重意義的調(diào)峰功能[3]。隨著售電側(cè)放開和綜合能源服務(wù)公司的興起，分布式三聯(lián)供或?qū)⒊蔀槭垭娭黧w的新贏利點(diǎn)。

2)民用天然氣

在居民炊用、采暖方面，天然氣具有明顯成本優(yōu)勢和便利性，且定價機(jī)制靈活。按平均價格1.89元/m3測算，要產(chǎn)生與1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤相等的能量，居民使用電能的成本約為4.82元，而使用天然氣的成本約為1.55元。隨著階梯氣價的實(shí)施，民用天然氣采暖的成本進(jìn)一步降低。

天然氣汽車長期使用成本更低。傳統(tǒng)燃油汽車改用天然氣技術(shù)成熟、成本低，2017年9月四川省車用壓縮天然氣終端銷售價格統(tǒng)一由3.00元/m3降低為2.90元/m3，按百公里能耗測算天然氣使用成本是電動汽車的1.72倍，若考慮電池壽命及更換成本，年綜合使用成本則為后者的38%，見表1所示。

表1 天然氣汽車與電動汽車的使用成本比較① 單位：元

注：①測算數(shù)據(jù)僅針對家用轎車，不針對重型卡車等其他非家用車型；②按百公里能耗15～20 kWh，單價0.591 7～0.822 4元/kWh計算；③按百公里能耗7～8 m3，單價2.90元/ m3計算；④每年行駛里程數(shù)按15 000 km進(jìn)行測算。

四川的天然氣汽車發(fā)展有鮮明的地域特征，其局限性也很明顯。相比電動汽車，存在動力性較低、前期供氣體系建設(shè)投入高、儲氣瓶占用空間大、攜帶不方便等缺點(diǎn)，發(fā)展空間受到抑制。四川的天然氣汽車、電動汽車均作為清潔能源車，與傳統(tǒng)汽車形成了更復(fù)雜的替代和競爭格局。

3 石油與電力的競爭分析

3.1 四川油品消費(fèi)增速呈下降趨勢

汽柴油終端消費(fèi)量增速呈現(xiàn)波動下降的趨勢，如圖3所示，2013年增速為23.5%，2015年為11.3%，2017年降為2.5%。根據(jù)四川省近年來的能源規(guī)劃，石油消費(fèi)將繼續(xù)保持逐步放緩的發(fā)展趨勢。

3.2 競爭態(tài)勢分析

1)傳統(tǒng)油企積極向綜合能源公司轉(zhuǎn)型，進(jìn)軍電力市場。近年來，中國能源結(jié)構(gòu)不斷向綠色低碳的方向發(fā)展，汽車逐漸步入電氣化和氫能時代，傳統(tǒng)油企均開始積極籌劃轉(zhuǎn)型之路。如中石油提出“到2030年，建成世界一流綜合性國際能源公司”，并于2017年10月由廣西中油電能有限公司與廣西石化簽訂《購電合作意向書》，完成第一筆售電業(yè)務(wù)；四川中油電能售電有限公司成為2018年1—9月四川直接交易電量前十家售電公司之一。

2)石油產(chǎn)品使用成本高于電力，且價格波動明顯。根據(jù)測算，產(chǎn)生1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤等量的能量，使用汽油能源的成本在5.48～7.52元區(qū)間，使用電力的成本約為4.82元，比前者要低12%～36%。2018年隨著國際原油市場價格動態(tài)調(diào)整，汽柴油價格波幅達(dá)到30%。

圖3 2010—2017年四川省石油終端消費(fèi)及增速

3.3 在新能源汽車領(lǐng)域競爭分析

1)充電樁數(shù)量較少、利用率低。截至2018年7月底，中國公共類充電樁達(dá)27.48萬個，四川僅6838個。在充電電量方面，2018年7月，中國充電樁過電量達(dá)217 GWh，四川省充電樁過電量為10.423 GWh。目前，充電樁行業(yè)存在重建設(shè)、輕運(yùn)營、利用率低等問題，國網(wǎng)、特來電、星星充電、普天新能源等各運(yùn)營商的充電設(shè)施利用率普遍低于15%，產(chǎn)業(yè)仍處于培育期。

2)短期內(nèi)動力電池成本高、壽命短。由于動力電池技術(shù)瓶頸暫未突破，成本下降幅度較小。2018年電池成本為950.6元/kWh，比2015年降低165.65元/kWh，隨著動力電池能量密度攻關(guān)持續(xù)推進(jìn)，預(yù)計仍有可觀的降價空間。新能源汽車電池衰減快、壽命短，目前使用壽命為6年左右。

3)新能源汽車的使用成本優(yōu)勢不明顯。目前，新能源汽車用車成本與傳統(tǒng)新能源汽車相比，綜合使用成本差異不大，見表2所示。由于面臨補(bǔ)貼滑坡的趨勢，新能源汽車購置成本相應(yīng)會提高。

4)汽車充電服務(wù)費(fèi)機(jī)制尚不成熟。目前，國家允許收取充電服務(wù)費(fèi)，但具體到各地，因市場成熟度的不同、物業(yè)等第三方收費(fèi)機(jī)制不明確，各地的費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)也參差不齊，如成都上限為0.6元/kWh，瀘州則對巴士、出租、其他車輛分別執(zhí)行0.34、0.60、0.70元/kWh的差異價格。隨著市場逐步成熟，充電服務(wù)費(fèi)放開是必然趨勢，運(yùn)營商需靠服務(wù)質(zhì)量和充電便利性爭取更多市場份額。

4 風(fēng)光等分布式能源與傳統(tǒng)電力競爭分析

風(fēng)光等分布式能源具有靠近用戶、運(yùn)行靈活，建設(shè)技術(shù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，如果其能源就地消納的話，對傳統(tǒng)電力公司將會形成正面替代性的長期影響。但當(dāng)前分布式風(fēng)光發(fā)電項(xiàng)目存在價格劣勢以及發(fā)展規(guī)模受限等不利因素，對電力公司的影響較為有限。

1)風(fēng)光發(fā)電面臨平價上網(wǎng)的政策壓力。全國風(fēng)電平均成本約為0.5元/kWh，光伏發(fā)電成本波動范圍較大，在0.55～1.02元/kWh之間，平均為0.68元/kWh，均高于燃煤標(biāo)桿電價(0.25～0.45元/kWh)。2018年以來，國家推動平價上網(wǎng)，逐步減少了對風(fēng)電、光伏的補(bǔ)貼力度。

2)四川的資源稟賦并不能支撐其大規(guī)模發(fā)展。根據(jù)《四川省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》等測算，到2020年年底，四川省風(fēng)電建成并網(wǎng)規(guī)模達(dá)6000 MW，光伏裝機(jī)量達(dá)2500 MW，僅占全國2.5%。此外，與其他分布式光伏發(fā)展較好的省份相比，四川省2016年分布式光伏累計裝機(jī)容量為236.8 MW，低于江蘇、安徽、浙江等省份。

4 其他終端能源對電力影響的相關(guān)分析與計量模型

4.1 基于大數(shù)據(jù)方法的相關(guān)分析

1)分析方法

使用灰色關(guān)聯(lián)度分析法探究四川省電力的競爭性能源如天然氣、原油、煤炭以及水風(fēng)發(fā)電方式與用電總量及用電結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)程度，并使用Python進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。選取四川省用電總量、衡量用電結(jié)構(gòu)的三大產(chǎn)業(yè)及生活用電總量共5個變量分別作為參考變量，選擇四川省天然氣產(chǎn)量與用量，原油產(chǎn)量與消耗量、石油終端消費(fèi)量與出廠價格指數(shù)、焦炭生產(chǎn)量與消耗量、煤炭消耗量以及水電、火電發(fā)電量等共計11個預(yù)計影響用電總量及結(jié)構(gòu)變化的因素組成的數(shù)據(jù)序列作為比較變量。選取分辨系數(shù)ξ為0.5，用Python編譯程序，求得比較數(shù)列與參考數(shù)列在2000—2017年各個年份的關(guān)聯(lián)程度值，并取平均值作為總體關(guān)聯(lián)度。

2)結(jié)果分析

對5個參考變量數(shù)列分別進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，根據(jù)Python的輸出情況，得到表3的關(guān)聯(lián)度結(jié)果。

一是天然氣產(chǎn)量對用電總量、第二產(chǎn)業(yè)及居民生活用電總量的影響程度都非常大(r高于0.9)。隨著四川省經(jīng)濟(jì)發(fā)展對清潔能源的需求增加，天然氣產(chǎn)量與用電總量、工業(yè)生活用電的關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)。二是石油出廠價格指數(shù)與第一、第三產(chǎn)業(yè)用電總量變化的態(tài)勢高度一致。石油價格波動明顯，使用成本高于電力13%以上，電力具有顯著成本優(yōu)勢。三是焦炭消耗量與社會用電總量、第二產(chǎn)業(yè)用電量關(guān)聯(lián)程度顯著，都達(dá)到0.94之上。四是從關(guān)聯(lián)度可以看出，水電發(fā)電量側(cè)重影響第三產(chǎn)業(yè)和生活用電，火電發(fā)電量則與第一、第二產(chǎn)用電關(guān)聯(lián)更強(qiáng)。

表2 新能源汽車與傳統(tǒng)燃油車的成本比較 單位：元

注：選取的新能源車型參考長沙地區(qū)補(bǔ)貼政策；其中購車成本為補(bǔ)貼后的成本；保養(yǎng)成本、維修成本、保險費(fèi)用均是預(yù)估10年內(nèi)的情況。

表3 基于大數(shù)據(jù)方法的灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果

4.2 計量模型設(shè)計與回歸分析

4.2.1 變量選擇及描述性統(tǒng)計

在四川省用電量影響因素的實(shí)證分析中，令被解釋變量為四川省用電量增速，用elezu表示。解釋變量分別為：四川天然氣消耗量增速，用gasconzu表示；四川省石油終端消耗量，用oilcon表示；四川省煤炭消耗量，用coalcon表示；控制變量為四川省GDP增長速度，用gdpzu表示。

分析主要采用四川省2000—2017年的時間序列數(shù)據(jù)。此外，為降低數(shù)據(jù)的波動性，對石油終端消耗量、煤炭消耗量這兩個變量取對數(shù)處理，表4為各變量的描述性統(tǒng)計。

由表4可知，各個變量之間的最大值和最小值都有一定的差距，說明2000—2017年這17年間四川省的用電量、天然氣消耗量、石油終端消耗量、煤炭消耗量、GDP都發(fā)生了較大的變化。從標(biāo)準(zhǔn)差來看，用電量增速(elezu)的離散程度最小，石油終端消耗量(oilcon)離散程度最大，這反映出四川省用電量增速波動性相對較小，而石油終端消耗量則呈現(xiàn)出較大的變化。

4.2.2 模型設(shè)定及回歸分析

1)變量檢驗(yàn)

在模型選擇上，采用線性回歸模型進(jìn)行分析。

表4 各變量的描述性統(tǒng)計

由于實(shí)證數(shù)據(jù)為時間序列數(shù)據(jù)，為避免出現(xiàn)偽回歸，首先對各序列進(jìn)行單位根檢驗(yàn)，判斷其是否平穩(wěn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 ADF單位根檢驗(yàn)

注：①、②分別為 5%、1%顯著性水平下拒絕原假設(shè)；③d代表一階差分。

在5%的顯著性水平下，elezu、gasconzu、lg(oilcon)、lg(coalcon)各個變量序列均為平穩(wěn)時間序列，gdpzu為非平穩(wěn)，對其進(jìn)行一階差分后gdpzu平穩(wěn)，故為一階單整序列。

2)模型設(shè)定及回歸分析

由于被解釋變量與解釋變量均為平穩(wěn)序列，因此可以進(jìn)行后續(xù)的線性回歸模型分析。對四川省電量消耗影響因素進(jìn)行分析：首先，Model 1是沒有加控制變量的模型，在Model 1基礎(chǔ)上，加入dg(dpzu)控制變量，得到Model 2，表示在加入GDP變化這個控制變量的情況下上面3個因素對用電量的影響程度。兩個模型的形式具體為

Model 1：elezu=c+β1gasconzu+β2lg (oilcon)+β3lg (coalcon)+μt

(1)

Model 2：elezu=c+β1gasconzu+β2lg(oilcon)+β3lg(coalcon)+β4d(gdpzu)+μt

(2)

式中：c為常數(shù)項(xiàng)；μ1為隨機(jī)擾動項(xiàng)。

借助Eviews 10.0 軟件代入數(shù)據(jù)得到四川省天然氣用量、石油終端消耗量、煤炭消耗量對四川省用電量影響的回歸結(jié)果，如表6所示。

表6 其他能源消耗對用電量影響的回歸結(jié)果

注：①括號外為回歸系數(shù)的統(tǒng)計量，括號內(nèi)為P值；②、③、④分別為10%、5%、1%顯著性水平下拒絕原假設(shè)；⑤F檢驗(yàn)用來判斷回歸結(jié)果的整體系數(shù)是否顯著。

通過對兩個模型對比來看，添加控制變量模型比沒添加模型時變量更加顯著，擬合程度更好，因此選擇Model 2進(jìn)行后續(xù)分析。

從Model 2回歸結(jié)果來看，可進(jìn)一步得出如下結(jié)論：四川省天然氣消耗量增速對用電量每增速在1%的顯著性水平下存在負(fù)向影響，即在其他變量不變的情況下，四川省天然氣消耗量增速增加1%，平均來說用電量增速則下降0.27%；四川省石油終端消耗量對用電量增速在1%顯著性水平下也存在負(fù)向影響，即石油終端消耗量每增加1%，用電量增速會下降0.068%；四川省煤炭的消耗量對用電量增速在10%顯著水平下存在正向影響，由于四川水電占比較大，煤炭消耗雖然對四川用電量有正向影響，但是并不是非常的顯著。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

1)四川天然氣產(chǎn)量高，且在冷熱電分布式能源、城市燃?xì)夂蛪嚎s天然氣車等終端消費(fèi)市場上應(yīng)用廣，其將成為電力公司的一個有力競爭對手。長期趨勢來看，四川天然氣消耗量增速每提高1百分點(diǎn)，將對用電量帶來0.27百分點(diǎn)下降的影響。但由于天然氣應(yīng)用的基礎(chǔ)配套設(shè)施相對薄弱，短期對電力能源的威脅還不明顯。

2)從趨勢回歸分析結(jié)果看，石油終端消耗量每提高1百分點(diǎn)，對用電量將帶來0.068百分點(diǎn)下降的影響。但由于短期內(nèi)石油終端消費(fèi)表現(xiàn)出下行的態(tài)勢，對電力能源的影響不明顯。此外，需要關(guān)注傳統(tǒng)油企業(yè)向綜合能源公司轉(zhuǎn)型的動向和進(jìn)展，如果油企業(yè)轉(zhuǎn)型成功，則電力能源的競爭壓力急劇增加。

3)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展短期受制約，長期市場前景較好，有利于推進(jìn)“以電代油”進(jìn)程。

4)分布式風(fēng)光發(fā)電項(xiàng)目由于規(guī)模小、建設(shè)成本高、價格劣勢等原因，短期內(nèi)對電力公司影響非常有限。但如果分布式能源技術(shù)進(jìn)步、成本下降、就地消納成效突出的話，則對電力公司產(chǎn)生區(qū)域性的替代壓力。

5.2 建議

電力公司需基于自身現(xiàn)狀，充分發(fā)揮優(yōu)勢，積極謀求轉(zhuǎn)型，實(shí)施發(fā)展突破型戰(zhàn)略。一是落實(shí)“宜電則電”原則，多領(lǐng)域推廣電能替代。短期，針對天然氣發(fā)展瓶頸，利用網(wǎng)絡(luò)、價格手段，大力推進(jìn)與天然氣的替代競爭；中長期，落實(shí)“宜電則電”原則，布局多領(lǐng)域電能替代，特別是針對冷熱電三聯(lián)供等新型生產(chǎn)經(jīng)營模式，嘗試積極介入。二是開拓新能源汽車增量市場，探索增量配電園區(qū)“風(fēng)光發(fā)電+充電樁+儲能”一體化建設(shè)模式[5]，打造新的增長點(diǎn)。合理布局充電樁、充電站，鼓勵社會多方投資進(jìn)入充電樁建設(shè)運(yùn)營領(lǐng)域、加強(qiáng)充電樁聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測與維修，為打造智慧車聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈奠定基礎(chǔ)。三是推動智能電網(wǎng)建設(shè)，布局多能互補(bǔ)綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)[6]。按“互聯(lián)網(wǎng)+能源”的思路，構(gòu)建能源大數(shù)據(jù)管理運(yùn)營主體，培育增值服務(wù)新型業(yè)務(wù)。以智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)，布局多能互補(bǔ)綜合能源供應(yīng)系統(tǒng)，增強(qiáng)綜合能源服務(wù)功能。