基于電力消費大數(shù)據(jù)對“雙碳”目標下新疆制造業(yè)經(jīng)濟狀況的分析

戴晨

摘要：“中國力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值，到2060年前實現(xiàn)碳中和”的目標已經(jīng)確定，制造業(yè)是工業(yè)的重要組成部分，是國民經(jīng)濟的命脈。電力大數(shù)據(jù)是企業(yè)能源使用的“晴雨表”和“風向標”，能夠及時反映行業(yè)發(fā)展情況和政策運行效果。文章收集整理歷年制造業(yè)和用電量數(shù)據(jù)，通過SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件對工業(yè)生產(chǎn)增加值和工業(yè)生產(chǎn)用電量、紡織生產(chǎn)增加值和紡織工業(yè)用電量進行線性回歸分析。分別進行線性擬合分析、二次線性擬合分析和三次線性擬合分析，從而挖掘電力大數(shù)據(jù)的價值，促進大數(shù)據(jù)與經(jīng)濟的融合，助力綠色經(jīng)濟的發(fā)展，助力“雙碳”目標的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：電力消費大數(shù)據(jù)；“雙碳”目標；新疆制造業(yè)：SPSS

一、引言

“雙碳”目標是黨中央作出的重大戰(zhàn)略決策，密切關(guān)系著中華民族的可持續(xù)發(fā)展。電力行業(yè)的碳排放占中國碳排放總量的比重最大，近十年來中國的用電量持續(xù)增長。制造業(yè)是工業(yè)的重要組成部分，是國民經(jīng)濟的生命線。立足新發(fā)展階段，貫徹新發(fā)展理念，構(gòu)建新發(fā)展格局，肩負著重要使命。電力大數(shù)據(jù)作為能源領(lǐng)域和宏觀經(jīng)濟的“晴雨表”，可以及時看出行業(yè)發(fā)展情況和政策運行效果。通過對用電量大數(shù)據(jù)的監(jiān)測，進一步挖掘用電量大數(shù)據(jù)的價值，可以多維度、全方位、立體化地評價新疆制造業(yè)發(fā)展狀況，為政府提供量化決策支持，指導(dǎo)區(qū)域制造業(yè)發(fā)展。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

（一）電力大數(shù)據(jù)國外應(yīng)用模式

近年來，大數(shù)據(jù)快速發(fā)展，引起了政府部門、科技、學(xué)術(shù)及社會各界的廣泛關(guān)注。國外針對大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究起步早于國內(nèi)，許多國外大型企業(yè)已經(jīng)部署了大數(shù)據(jù)的實際應(yīng)用項目。

1. 法國電力公司（EDF）。基于客戶行為，分析客戶消費特征及消費規(guī)律，客戶與新產(chǎn)品關(guān)聯(lián)等方向，對內(nèi)部數(shù)據(jù)進行清洗，整合外部源數(shù)據(jù)，從存儲的大量用戶用電負荷曲線切入，依托大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建復(fù)雜穩(wěn)定的系統(tǒng)，能夠支持在有限的延遲內(nèi)進行并行處理。通過優(yōu)化需求側(cè)管理，完善設(shè)備維護及投資管理，電網(wǎng)日負荷率約提高至85%，等同于發(fā)電容量可減少1900萬千瓦左右。

2. 南加州愛迪生電力公司（SCE）。基本應(yīng)用模式是進行數(shù)據(jù)挖掘，一是基于機器學(xué)習的配電網(wǎng)故障評估系統(tǒng)。與MIT、哥倫比亞大學(xué)聯(lián)合開發(fā)，在紐約供電公司首次進行了試點，可切實提高設(shè)施停電維修效率和配電網(wǎng)的可靠性。二是短期負荷的準確預(yù)測。與C3 energy公司合作，將現(xiàn)有數(shù)據(jù)源定位于用戶級負荷層面，采用聚類分析、決策樹等大數(shù)據(jù)技術(shù)對負荷數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，以灰色關(guān)聯(lián)度分析等方法探索各用戶負荷與天氣、日型等影響因素之間的密切關(guān)系。

（二）電力大數(shù)據(jù)國內(nèi)應(yīng)用模式

不同于其他基于移動端和PC端的應(yīng)用數(shù)據(jù)，電力數(shù)據(jù)貫穿于電力生產(chǎn)、輸電、配電、調(diào)度和使用的全過程和環(huán)節(jié)，覆蓋的地理范圍更大，對象更多，實時性強，準確性高，規(guī)模達到PB級。海量電力大數(shù)據(jù)催生了豐富的應(yīng)用場景。

1. 經(jīng)濟運行與政府干預(yù)。根據(jù)企業(yè)用電量數(shù)據(jù)，國家電網(wǎng)開展的信貸反欺詐、信貸援助、貸后預(yù)警等相關(guān)數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用，幫助金融機構(gòu)更加清晰地判斷企業(yè)經(jīng)營狀況，從而大大緩解中小企業(yè)的融資約束。此外，產(chǎn)業(yè)-區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展指數(shù)的進一步構(gòu)建將有助于政府掌握產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀和潛在變化趨勢，為下一步準確制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和區(qū)域經(jīng)濟政策提供決策依據(jù)。

2. 環(huán)境保護、污染控制和碳中和。政府將通過在重點企業(yè)的污水和污染控制設(shè)備上安裝電能監(jiān)測裝置，協(xié)助對污染企業(yè)進行監(jiān)督和處罰。當前，人類社會正處于新一輪能源革命的重要階段，各國都在大力推動環(huán)境友好、清潔的新能源取代傳統(tǒng)化石能源，實現(xiàn)碳中和。結(jié)合電力大數(shù)據(jù)，準確掌握全國能源消費分布，可為政府前期規(guī)劃工作提供重要數(shù)據(jù)支持，有助于實現(xiàn)碳峰值和碳中和。

3. 空巢老人的安全。中國社會人口老齡化趨勢日益加劇，大量孤寡老人面臨著獨自在家生活的問題。這個群體的安全問題已經(jīng)引起了社會的廣泛關(guān)注。電力大數(shù)據(jù)的應(yīng)用為解決這一問題提供了新的思路。結(jié)合電力數(shù)據(jù)構(gòu)建的“獨居指數(shù)”，可以重點監(jiān)控這部分老年人群體，實時判斷其生活狀況。該應(yīng)用程序為民政部門和社區(qū)服務(wù)中心提供了“關(guān)愛之眼”，可以遠程監(jiān)控獨居的老人。

三、電力數(shù)據(jù)的特點與分析方法

（一）電力消費大數(shù)據(jù)特點

1. 數(shù)據(jù)量大。電力行業(yè)的數(shù)據(jù)信息涵蓋生產(chǎn)、管理、營銷等，形式多樣，除了數(shù)字、符號等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)外，和視頻、圖像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)一起共同構(gòu)成了電力大數(shù)據(jù)庫。

2. 速率高。為滿足社會對電力資源的需求，電力企業(yè)有必要大力普及現(xiàn)代智能裝備，快速完成電力數(shù)據(jù)的分析及處理，提高電力大數(shù)據(jù)分析計算的及時性和精確性。

（二）電力消費大數(shù)據(jù)分析方法與步驟

1. 統(tǒng)計方法。

（1）線性回歸。在統(tǒng)計學(xué)中，線性回歸方法是通過自變量之間的最優(yōu)線性關(guān)系擬合結(jié)果來預(yù)測目標變量，確保每個點的形狀與實際觀測值之間的所有距離之和盡可能小。

（2）分類。分類是一種數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，它為數(shù)據(jù)集合分配類別，以幫助進行更準確的預(yù)測和分析。兩種分類技術(shù)脫穎而出：邏輯回歸和判別分析。因變量為二元（binary）時，Logistic回歸分析是合適的回歸分析方法。邏輯回歸用于描述數(shù)據(jù)，并在名義、順序、區(qū)間或比例水平上解釋相關(guān)雙變量與一個或多個自變量之間的關(guān)系。

（3）重采樣法。重采樣是從原始數(shù)據(jù)樣本中提取重復(fù)樣本的一種方法。這是一種非參數(shù)的統(tǒng)計推斷方法，即重抽樣方法不涉及使用一般分布表來計算大約p個概率值，而是根據(jù)實際數(shù)據(jù)生成唯一的抽樣分布。

（4）特征約簡技術(shù)。該方法適用于包含所有p個預(yù)測因子的模型，并且估計系數(shù)相對于最小二乘估計收縮到零。這種收縮，也稱為歸一化，具有減少方差的作用。根據(jù)所執(zhí)行的收縮類型，可以估計某些系數(shù)正好為零。

（5）降維。降維將估計p+1個系數(shù)的問題簡化為M+1個系數(shù)的簡單問題，其中M

2. 電力消費大數(shù)據(jù)分析步驟。大數(shù)據(jù)處理過程分為采集、導(dǎo)入與預(yù)處理、統(tǒng)計與分析、挖掘四個步驟。

（1）集合。使用n個數(shù)據(jù)庫接收客戶機的數(shù)據(jù)來進行數(shù)據(jù)采集，用戶可借助數(shù)據(jù)庫進行簡單的查詢和處理操作，主要挑戰(zhàn)是高并發(fā)性。

（2）進口/預(yù)處理。采集端本身會有很多數(shù)據(jù)庫，將這些數(shù)據(jù)從前端導(dǎo)入到集中的大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫或分布式存儲集群中，并在導(dǎo)入過程中使用Twitter的Storm對數(shù)據(jù)進行流化處理，以滿足部分業(yè)務(wù)的實時計算需求。

（3）統(tǒng)計分析。軟件的核心功能，如假設(shè)測試，可以幫助用戶分析某個數(shù)據(jù)現(xiàn)象的具體原因，從而在未來的時間和區(qū)域上做出更合理的布局。通常基于MySQL的列存儲Infobright，或是使用Hadoop基于半結(jié)構(gòu)化挖掘數(shù)據(jù)需求，利用分布式數(shù)據(jù)庫、分布式計算集群對其中存儲的大量數(shù)據(jù)信息進行分類匯總分析。

（4）挖掘。它主要是利用各種算法對已有數(shù)據(jù)進行計算，從而滿足高層次數(shù)據(jù)分析的要求，達到預(yù)測的效果。

（三）電力大數(shù)據(jù)分析SPSS軟件

SPSS是“統(tǒng)計產(chǎn)品和服務(wù)解決方案”軟件，是一套統(tǒng)計分析系統(tǒng)軟件包。它是在1968年由Norman H.Nie和他的團隊開發(fā)的。它具有統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)和圖形顯示打印等多種功能，具有易學(xué)、應(yīng)用方便等優(yōu)點。全面覆蓋了數(shù)據(jù)分析和處理的全過程，是世界上應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)中應(yīng)用最廣泛的統(tǒng)計軟件之一，適用于銷售分析、市場營銷、市場調(diào)研、統(tǒng)計分析報告、科學(xué)研究、質(zhì)量控制、企業(yè)管理、社會調(diào)查、教學(xué)和行政管理等領(lǐng)域。

四、影響新疆制造業(yè)電力需求的主要因素分析

（一）經(jīng)濟增長

據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2023年上半年，全區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值同比增長5.1%，規(guī)模以上工業(yè)增加值同比增長5.2%，增速高于全國1.4個百分點。自治區(qū)政府《新疆維吾爾自治區(qū)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》提出，“十四五”期間，新疆維吾爾自治區(qū)生產(chǎn)總值年均增長6%以上，加快國家“三基地一通道”建設(shè)，推動化工、紡織、有色、鋼鐵和建筑材料。制定了單位生產(chǎn)總值能耗、單位生產(chǎn)總值二氧化碳排放量、地表水達到或優(yōu)于三類水體比例等國家目標范圍內(nèi)的經(jīng)濟社會發(fā)展主要指標，提出堅定不移實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略。逐步加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟、新能源汽車、氫能、節(jié)能環(huán)保、生物醫(yī)藥等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

（二）節(jié)能減排

天山網(wǎng)-新疆日報數(shù)據(jù)顯示，2023年，國家發(fā)展改革委下發(fā)中央預(yù)算內(nèi)投資4900萬元，支持新疆6個節(jié)能減碳項目建設(shè)。該項目涉及二氧化碳捕集與利用、散裝固體廢物和廢物回收利用。根據(jù)《新疆重點地區(qū)企業(yè)節(jié)能減排工作規(guī)劃（2022-2025年）》，新疆將以工業(yè)園區(qū)碳調(diào)峰、碳中和、綠色制造、節(jié)能節(jié)水、資源綜合利用、清潔生產(chǎn)為重點，加強重點地區(qū)節(jié)能減排，支持企業(yè)應(yīng)用綠色技術(shù)，提高能效。作為新疆用電量的主體產(chǎn)業(yè)，全區(qū)域節(jié)能減排的實施將在一定程度上對有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)、石油、煤炭等燃料加工業(yè)、非金屬礦產(chǎn)品等行業(yè)的用電量產(chǎn)生一定影響，促進工業(yè)電氣化水平的提高，并在一定程度上提高全社會的用電量。

（三）電能替代

挖掘工業(yè)領(lǐng)域電力替代潛力，推進終端能源消費側(cè)電氣化，全區(qū)電氣化水平不斷提高。新疆依托清潔能源相關(guān)技術(shù)，推進薰衣草蒸餾、棉花干燥等示范工程。堅持“以電為中心”的發(fā)展方向，進一步完善新疆棉花“電烘干”。“十三五”期間，國網(wǎng)新疆電力累計實施電能替代項目4.69萬個，實現(xiàn)替代電量280億千瓦時。新疆發(fā)布《工業(yè)領(lǐng)域碳調(diào)峰實施方案》，推動工業(yè)能源綠色轉(zhuǎn)型，有序推進煤炭減排替代。推進煤改氣、煤改電工程，提高工業(yè)能源電氣化水平，拓展電力替代領(lǐng)域，穩(wěn)步推進電改煤。二是開展增加綠色低碳產(chǎn)品供給行動。在城鄉(xiāng)建設(shè)中推廣照明電器、太陽能熱水器等節(jié)能設(shè)備，逐步增加高效熱泵、分布式光伏等綠色清潔能源設(shè)備的應(yīng)用，支持城鄉(xiāng)建設(shè)低碳發(fā)展。

五、基于SPSS對新疆制造業(yè)電力消費大數(shù)據(jù)分析

（一）對歷史年份的電力消費大數(shù)據(jù)與制造業(yè)經(jīng)濟狀況統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析

根據(jù)新疆歷年統(tǒng)計年鑒、自治區(qū)統(tǒng)計局和電力公司生產(chǎn)統(tǒng)計簡報，第二產(chǎn)業(yè)主要包括采礦、制造業(yè)和電、熱、氣、水等多種能源的生產(chǎn)和供應(yīng)。新疆四大耗能產(chǎn)業(yè)主要包括化工原料及化工制品制造業(yè)、非金屬礦產(chǎn)品制造業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)。每年的情況如圖1、2所示。

從圖1、2可以看出：過去10年，新疆的生產(chǎn)總值呈逐年上升趨勢，新疆四大高耗能行業(yè)的用電量占制造業(yè)的80%以上，是制造業(yè)中最重要的用電量行業(yè)，增長了2.78倍。在“雙碳”目標下，受節(jié)能減排的影響，以及供給保護的壓力，未來對高耗能行業(yè)的影響將更大。2023年，工業(yè)生產(chǎn)繼續(xù)快速增長，新疆“推動高質(zhì)量發(fā)展”研討會公布數(shù)據(jù)顯示，一季度規(guī)模以上工業(yè)增加值增長9.1%，居全國第四。制造業(yè)增加值增長5.9%，比上年提高1.0個百分點；其中，電、熱、氣、水生產(chǎn)和供應(yīng)增加值增長10.9%，同比增長4.4個百分點。分行業(yè)看，煤炭、電力、石油加工等能源行業(yè)增加值分別增長29.5%、11.1%和9.6%。能源產(chǎn)品穩(wěn)定增長，原煤產(chǎn)量1130.33億噸，增長22.2%；原油發(fā)電量1217.42億千瓦時，增長5.1%。

（二）歷史年份中各制造業(yè)耗電量

根據(jù)制造業(yè)20個行業(yè)的統(tǒng)計，近十年來，有色金屬冶煉和壓軋加工業(yè)（主要包括鋁冶煉等）和化學(xué)原料和化工產(chǎn)品制造業(yè)（主要包括氯堿、電石、化肥制造等）的用電量顯著增加，成為制造業(yè)中耗電量最大的兩個行業(yè)。約占整個行業(yè)耗電量的72.72%。2022年，烏魯木齊市統(tǒng)計局官方數(shù)據(jù)顯示，從工業(yè)用電量來看，第一產(chǎn)業(yè)用電量1.23億千瓦時，占全社會用電量的0.3%，增長8.6%。第二產(chǎn)業(yè)用電量356.54億千瓦時，占比78.6%，增長3.2%，拉動全社會用電量0.4個百分點；其中，工業(yè)用電量351.48億千瓦時，占比77.5%，增長3.2%。第三產(chǎn)業(yè)用電量67.29億千瓦時，占比14.8%，增長8.7%，拉動全社會用電量增長2.4個百分點。

（三）對歷史年份的電力消費大數(shù)據(jù)與制造業(yè)經(jīng)濟狀況進行擬合分析

利用SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件，對工業(yè)生產(chǎn)增加值和工業(yè)用電量、紡織生產(chǎn)增加值和紡織用電量進行線性回歸分析，并分別進行線性擬合分析、二次線性擬合分析和三次線性擬合分析。

從圖3、4、5及表1可以看出：線性擬合中，R2為回歸直線對觀測值的擬合程度，其越接近1，說明回歸直線對觀測值的擬合程度越好，二次和三次線性擬合比一次線性擬合要好。工業(yè)產(chǎn)值和工業(yè)耗電量擬合成正相關(guān)，工業(yè)產(chǎn)值越大，其耗電量越大，隨著工業(yè)產(chǎn)值增加，其增長率逐漸放緩，單位產(chǎn)值耗電量逐漸降低。2020年受到疫情影響，工業(yè)產(chǎn)值有所下降，耗電量增速變緩。

由圖4可以得出：在線性擬合中，R2為回歸線對觀測值的擬合程度。越接近1，回歸線對觀測值的擬合程度越好，二次和三次線性擬合優(yōu)于一次線性擬合。工業(yè)產(chǎn)值與工業(yè)用電量呈正相關(guān)關(guān)系，工業(yè)產(chǎn)值越大，其用電量越大，隨著工業(yè)產(chǎn)值的增加，其增長速度逐漸放緩，單位產(chǎn)值用電量逐漸下降。2020年，行業(yè)受疫情影響，工業(yè)產(chǎn)值下降，耗電量增速放緩。

從圖6、7、8可以看出：在線性和二次線性擬合中，紡織工業(yè)的產(chǎn)值與紡織工業(yè)的用電量呈正相關(guān)。紡織工業(yè)產(chǎn)值越大，耗電量越大。隨著紡織行業(yè)產(chǎn)值的增加，增速將逐漸放緩。二次線性的線性擬合為y=21.77+ 0.886x-0.00278x3，一階線性擬合與已知數(shù)據(jù)點偏差較大，三階線性擬合呈現(xiàn)“峰谷”狀態(tài)，三階線性擬合偏離實際情況，在不考慮三階線性擬合曲線的情況下，紡織工業(yè)的耗電量和工業(yè)增加值有所下降。

六、研究結(jié)論

第一，有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)和化工原料及化工產(chǎn)品制造業(yè)成為最重要的用電行業(yè)。近十年來，有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)和化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)的用電量顯著增加，逐漸成為制造業(yè)中耗電量最大的兩個行業(yè)。

第二，在工業(yè)增加值與用電量的線性擬合中，二次線性擬合效果最好。從官網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)來看，工業(yè)產(chǎn)值與工業(yè)用電量的二次、三次線性擬合程度優(yōu)于第一次的線性擬合程度，紡織工業(yè)產(chǎn)值與紡織工業(yè)用電量的三次線性擬合程度優(yōu)于二次線性擬合程度，但趨勢與實際情況偏差較大。

第三，“十四五”期間，工業(yè)用電強度明顯下降。主要原因是新疆從生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)入手，高度重視優(yōu)化產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，開發(fā)、推廣應(yīng)用了一批減排效果顯著的綠色低碳技術(shù)工藝產(chǎn)品，提高了能源和資源利用效率，有效降低了工業(yè)用電強度。

第四，新疆四大高耗能產(chǎn)業(yè)用電量占工業(yè)用電量的比重始終在50%以上。在國家能源“雙控”“雙碳”目標約束下，要加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力發(fā)展新能源新材料戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，加快構(gòu)建以“八大產(chǎn)業(yè)集群”為支撐的煤炭、煤電、煤化工、油氣生產(chǎn)加工等現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系。

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（作者單位：中國電建湖北電力勘測設(shè)計院規(guī)劃分院）