“雙碳”“雙區”背景下電力需求預測方法研究實踐

第一作者簡介：馬燕如（1990-），女，碩士，工程師。研究方向為能源經濟。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.16.003

摘" 要：為全面、準確分析新時期發展背景下城市未來用電特征，要結合新形勢、新特點，考慮多種新要素，在以往所用方式、方法的基礎上進行優化、調整，建立適合“雙碳”“雙區”發展目標的電力需求預測新體系。該文首先對“雙碳”“雙區”對城市電力需求預測影響進行分析，并提出碳強度約束下電能占終端能源比重法、細分產業法和新型負荷修正法3種電力需求預測方法，綜合預測分析全社會用電量，了解城市中長期電力需求的具體特征，掌握用電總量趨勢、用電結構趨勢和最高負荷及負荷特性趨勢，為城市發展規劃頂層設計、控制電力負荷和提高電力投資效益提供參考。

關鍵詞：雙碳；雙區；電力需求預測；用電特征；最高負荷

中圖分類號：F426" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）16-0012-04

Abstract： In order to comprehensively and accurately analyze the characteristics of urban future power consumption in the context of development in the new era， it is necessary to combine the new situation and new characteristics， consider a variety of new elements， and optimize and adjust on the basis of the previous methods and methods， so as to establish a new electrical power demand prediction system suitable for the development goal of double carbon and double zones. This paper first analyzes the influence of double carbon and double zones on urban electrical power demand prediction， and puts forward three methods of electrical power demand prediction： the proportion of electric energy to terminal energy under the constraint of carbon intensity， the subdivided industry method， and the new load correction method. This paper makes a comprehensive forecast and analysis of social electricity consumption， proposes to understand the specific characteristics of urban medium-and long-term electrical power demand， and grasp the trend of total electricity consumption， power consumption structure， maximum load and load characteristics. This provides a reference for the top-level design of urban development planning， controlling power load and improving the efficiency of power investment.

Keywords： double carbon; double zone; electrical power demand prediction; power consumption characteristics; maximum load

“雙碳”“雙區”背景下，城市各區域加大了建設力度，搭建了多元發展平臺，充分發揮“雙區疊加”優勢，積極參與粵港澳大灣區建設。為促進“雙碳”目標達成，應了解該背景下城市能源電力使用需求和行業發展新特點，結合電力需求歷史特征，運用多種需求預測方法，構建新型預測體系，對“雙碳”背景下、“雙區”驅動下社會長期用電量和電力使用分布情況進行預測，分析多項要素對電力使用量的影響，應選擇適宜方法，保證預測結果的準確性，這對后續電力行業發展合理規劃有著現實意義。

1" “雙碳”“雙區”對城市電力需求預測影響分析

1.1" “雙碳”促使產業結構優化升級，影響電力負荷特性

“雙碳”目標的提出改變了城市產業結構，新興產業發展速度不斷加快，高耗能產業逐漸轉型，將低碳環保作為產業發展理念。而新業態的出現也使得社會用電量和用電結構發生改變，比如新基建的電力需求較大，城市總體用電量提升，增強了用電負荷；為促進“雙碳”目標達成，在調整能源結構時，電能占比有所提高，這是促進各行業電氣化發展的必然趨勢。在碳排放的約束下，行業發展中能耗管理水平得到提升，電力資源得到了充分利用，基于上述發展特點，城市電力需求增長趨勢會形成新特征；重視新能源的開發利用，實現電力系統的優化建設，是促進“雙碳”目標達成的關鍵，要求電力行業發展期間應注重對電力系統的靈活設計，分析用電需求后，加強需求側管理，為新能源產業迅速發展創造良好條件，基于這一發展形勢電力負荷特性發生較大改變[1]。

1.2" “雙區”推動城市經濟產業發展，影響未來用電、用能特性

“雙區”驅動下城市經濟發展、產業建設及發展定位等都呈現新特點，產生了新變化，雙區城市之間的發展更為密切，實現了全面融合與協調建設，不同區域之間的合作持續深入，各行各業都向著高端化發展，服務水平得到升級，這就導致城市用電結構發生改變，負荷特性也呈現新特點；“雙區”驅動下城市發展實現了科技創新，加大了創新型城市建設，建立了具有國際性特點的科技創新中心，在發展建設期間各項新技術得到了快速發展，如分布式能源、需求側響應和能源綜合利用等，改變了城市整體能源的使用特點，社會發展過程中的電力需求也會受到較大影響。

2" “雙碳”“雙區”背景下未來電量預測方法

2.1" 基于碳強度控制目標，分析電能在終端能源中的占比

“十四五”發展規劃中碳強度控制為重要內容，制定了碳強度和碳排放總量控制制度，本文基于這一發展背景，結合社會用電需求和電氣化發展要求，以控制碳強度為目標，運用“自上而下”預測方法，分析電能占終端能源的比重，具體步驟如圖1所示。首先，要對城市電力需求歷史特征進行分析，確定“碳達峰”的預期時間，對城市能源消費情況進行預測分析；第二，以區域碳強度控制要求為指導，結合城市能源發展規劃方向，制定階段性目標；第三，對不同發展路徑下能源的消耗情況和能源組成結構進行判斷和分析；第四，預測不同發展路徑下電能占總能源消耗量的比重；最后，將用電量與損耗量相加，預測新時期發展背景下全社會用電量。

為促進“雙碳”目標達成，城市未來發展中應根據區域實際情況，因地制宜地開發資源能源，減少煤炭油品的用量，加大天然氣的使用量，構建符合當前時代發展的新型電力系統，使城市中的一些重要產業和發展領域，用電能或者清潔能源替代煤炭資源[2]。擬定基本情境、高電能替代和低電能替代3種發展情境，分析不同轉型路徑下電能占終端能源消費比重，預測結果如圖2所示，在能源消費總量相同的情況下，碳強度下降越快，清潔能源和電能在用能結構中的占比越高，城市整體的電氣化水平也有所提升。

圖1" 用電需求預測流程圖

圖2" 不同轉型路徑下電能占終端能源消費比重預測

2.2" 分析不同產業的電力需求

該預測方法是對不同產業的電力需求進行分析，先要進行產業細分，主要分為第一產業用電，以工業和建筑業為主的第二產業用電，以交通運輸、倉儲物流、零售批發、信息傳輸、住宿餐飲和其他服務業為主的第三產業及居民用電，對于“雙碳”“雙區”背景下的重要發展領域也要全面分析，構建分部門電力需求預測模型（圖3）。在研究該種預測方法時，應用產值單耗法對以往的需求預測方法進行改進修正。不同產業發展中電力需求的增加量預測分析，應聯系社會發展實際，結合行業差異特點，進行趨勢外推，還要分析不同影響因素指標，借助專門工具計量分析相關指標與影響因素之間的關系，從而確定電力發展對社會經濟發展建設的影響[3]。通常會利用系統動力學知識建立預測模型，實現對城市未來發展電力需求的準確預測。

運用上述方法進行預測分析，城市中長期發展中，第一產業產值單耗會逐漸下降；第二產業中先進制造業和高技術制造業得到良好發展，資源能源的用量得到了控制，各種高碳能源用量逐漸減少，前期下降速度較快，2035年后下降幅度變緩；第三產業中的交通運輸、批發零售、住宿餐飲等行業的電氣化率逐漸提升，而且在現代通信技術快速發展的影響下，信息傳輸和信息技術服務業也得到了進一步發展，整個第三產業“十四五”階段和中長期發展過程中用電單耗逐漸增加，在后續技術持續優化和完善后單耗量會逐漸下降。

圖3" 不同產業電力需求預測模型

2.3" 重點分析對電量增加影響大的產業項目，進行用電負荷趨勢性判斷

“雙碳”“雙區”背景下，電力需求預測中還應著重分析對用電量增長幅度影響較大的產業，采用新型負荷修正法，進行用電負荷趨勢性判斷[4]。新基建是當前時代背景下的重要項目，發展建設中涉及較多新型負荷，如5G 基站、大數據中心、新能源汽車和軌道交通等。“雙區”驅動下，城市5G基站數量持續增加，主要以信號全覆蓋為原則，基站點增多后功率消耗加大，與4G 基站相比，能耗增加了3～5倍，新增用電量預測值為1.2～2.1 TWh；大數據中心機架數量持續增加，通過對數據中心運行和使用中電能消耗情況分析，“十四五”期間數據中心建設中新增用電量預測值為3.6～5.9 TWh；新能源汽車數量大幅度提升，電能消耗量增加；軌道交通方面，高鐵數量和城市軌道鐵路數量增加，電耗率加大。其中電動汽車用電需求在晚高峰時段的用電負荷較大，需要加強用電管理；而數據中心的用電量大，電量增量效應最高，具體如圖4所示。

對于城市發展建設中新能源汽車建設和大數據中心規劃，主要在“十四五”階段，所以預測結果與近中期實際情況更為貼近，遠期規劃還不夠清晰。要想對新基建項目遠景規劃的電力需求和用電負荷變化趨勢進行預測分析，則應聯系國家有關規劃內容，分析新基建項目建設中涉及到的各項數據參數和發展特點，對電力需求變化趨勢進行分析判斷，而最終的全社會用電量預測結果則為參考數據。

3" 研究實踐結果分析

3.1" 最高負荷利用小時數趨勢預測

預測城市近中期最高負荷利用小時數與產業用電結構有關，第二產業用電量越大，最高負荷利用小時數越高，第三產業和居民用電量越大，該數值越小。“雙碳”“雙區”背景下，城市第二產業發展中用電量持續下降，而第三產業用電逐漸提升，最高負荷利用小時數下降。中遠期需求側各類手段削峰填谷效果更為凸顯。需求側管理手段的有效實施，提高了削峰填谷效果，最高負荷利用小時數增大，其與電動汽車有序充電、實施峰谷電價機制等措施有關[5]。本文首先對各項措施實施后用電負荷曲線分析，從未來發展的角度出發，進行曲線修正，可以獲得考慮多方面因素后的最高用電負荷值，以此分析負荷變化趨勢。典型日負荷曲線變化趨勢如圖5所示。

3.2" 城市“十四五”及中長期電力需求特征

3.2.1" 用電總量趨勢

“雙碳”目標背景下，在2030年之前實現碳達峰是主要目標，基于這一發展形勢，城市電氣化率明顯提升，新基建項目逐漸增多，全社會用電量也會處于一直增長的狀態，前中期增速較快，后中間增速變緩[6]。2035年碳中和目標實現過程中，社會經濟結構得到調整優化，綠色節能理念滲透到各行各業，電能使用效率增加，可實現在減少用電量的同時促進產業和經濟高質量發展，該階段電力需求增長飽和，增長速率可降低到1%之內。

3.2.2用電結構趨勢

“雙碳”“雙區”背景下，城市產業結構優化革新，以高產值、低能耗為目標，傳統行業實現了轉型，并向著其他城市轉移，高能耗產業發展受到了一定限制，產業規模持續縮小，在這種發展形勢下，城市第二產業用量會有所控制，呈現持續下降趨勢，而新興產業的發展前景良好，在先進技術的支持下，第三產業用電量持續增加，居民用電占比也逐漸升高，其中新基建用電量在全社會用電總量增量中的比重較大，且處于持續提升狀態，城市用電結構發生改變。

3.2.3需求側管理措效果分析

從需求側的角度出發，實施相關管理措施，可達到削峰填谷的目的，實現對最高用電負荷的有效控制，減少電力系統運行成本和投資效益。在“雙碳”“雙區”背景下，城市未來發展建設中應注重頂層設計，全面分析和響應需求側，結合用電需求完善各項政策機制，同時也要加大對各種用電量控制技術的研究力度，盡量減小用電需求，提高用電效應。還要對一些用電量較大的領域，實施具有針對性的需求側管理方法，并大力發展新能源技術，對電動汽車充放電行為進行有序管理，建立貼近新時期發展需求的商業模式，從而實現對電力資源的優化配置，能夠結合發展需要對電網進行合理調度，保障運行穩定。

4" 結論

基于“雙碳”“雙區”背景，分析電力需求預測影響，結合城市發展建設特征，運用適宜的電力需求預測方法，充分考慮對多方面影響因素的基礎上進行電力需求的準確預測，為各區域發展建設提供新思路。通過新方法和新體系的應用，可分析預測不同產業發展中的用電量，還可對全社會的用電量和最高負荷進行分析，將其作為城市未來發展規劃設計的主要依據，完善政策機制，發展關鍵技術，實現對電力使用的合理調節和用電負荷的智能控制，對城市用電行為進行科學管理，在減少碳排放的同時推動區域可持續發展。

參考文獻：

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