區域能效分析預警系統設計

摘 要：通過調研，在云南省能耗總量和強度現狀調查的基礎上，預實驗設計一款能源分析預警系統，可以對地區能源消費強度和總量做到準確的判斷和預警。通過對企業用能情況原始數據的輸錄，利用后臺的計算模塊，進行分析和規劃，為企業提供出科學有效的解決方案，同時也為政府的統籌管理提供了很大便利，提高了辦公效率。本系統將在相關專業領域的人才和部門支持下，通過整合和開發資源，充分利用現代互聯網技術，建立起能源分析預警系統，在原有相關本門檢測和規劃的基礎上，突出互聯網的便利性、高效性，細分專業門類，開發相應的計算模塊，并結合國家和地方政府“十四五”的相關政策要求，做出專業系統的規劃分析和預警，努力提高地區能源管理質量和水平。該分析預警系統預采用響應式網頁設計技術，支持通過PC設備正常瀏覽、兼容目前市場主流瀏覽器（Internet 9+、Chrome、Firefox、360、Opera等）操作系統平臺以及自適應屏幕尺寸大小，快捷準確地在PC設備上顯示和運行，利用簡潔明了的輸入界面，使用戶不再局限于專業領域的專家，從而讓地方和企業的能源分析規劃及預警工作開展更加便利、高效，大大推動了地方和國家的綠色發展。

關鍵詞：能源消耗；區域能效；預警系統；綠色發展

中圖分類號：X22 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9655（2025）01-00-05

0 引言

能源是一國經濟發展的原動力，也是一國經濟和社會可持續發展的物質保障。隨著工業化、城市化進程的加快，人們的生活質量不斷改善，我國能源消耗量不斷增加，已躍居世界第一，資源環境約束進一步加劇。

在過去的年月里，歐洲等地相對先進的國家相繼實現了工業化，并對世界能源資源進行了巨大消費。當前，世界上許多發展中國家正逐漸步入工業化，因此，提高能源消耗是經濟和社會發展的必然趨向。中國是世界上最大的發展中國家，礦產、化石能源資源十分豐富。中國的能源構成中，以煤為主體，長期來看，煤炭是中國能源結構的主導力量，短期內很難轉變。煤的生產和消耗方式比較落后，會極大地增加環保的壓力，燃煤會引起煤煙性空氣污染，也是重要的溫室氣體排放源。中國的汽車數量持續上漲，一些城市的空氣污染已經向煙塵和汽車排放尾氣混合的方向發展。若這樣的情況長期存在，生態環境將會更加惡化。為此，國家從“十二五”以來實行了能源強度和總量的雙控政策。2022年全國能源工作座談會在北京舉行，明確提出要增強新能源安全戰略普及意識、深化能源革命、保證能源安全、推動低碳、綠色發展，加快能源強國的構建。“十三五”期間，能源生產和消費革命實現了突破，總能耗不超過五十億t標準煤，單位國內生產總值的能耗累計減少13.2%，一次能源消耗中的非化石能源比例達到15.9%，用清潔能源提供的總消費量超過60%，單位GDP二氧化碳排放量累計下降18.8%。為了達到2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和的目標，現在正是實行的關鍵時期，必須關注能源向低碳化轉型與保證供給平衡的同時推進，加速調整能源系統以適應新能源大規模發展，推動形成綠色發展方式和生活方式。2021年，我國能源產量持續增加，隨著供給側結構性改革深入推進，能源資源的使用效率不斷提高，能源消費的結構不斷優化，最終消費的電氣化程度也在不斷地提高。中國國內生產總值為1143670億，同比增長8.1%，比2020年提高了5.8個百分點。

在經濟和社會秩序不斷平穩恢復的同時，對能源的需求也在逐漸增加。據初步估計，2021年我國的能源消耗量為52.3億t標準煤，同比增長5.2%，增速比2020年提高3%。在此基礎上，《云南省工業綠色發展“十四五”規劃》提出，到2025年，綠色產業結構和生產方式的轉變取得了巨大的成果，顯著提高了能源資源利用效率，為縮減最大碳排放和工業碳中和奠定了穩定的基礎。《規劃》提出，“十四五”時期，云南要充分發揮自然資源的優勢，努力達到碳排放強度不斷降低、能效不斷提高、資源利用率顯著提升、綠色生產系統不斷健全的目標。2022年1月6日，《云南省加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系行動計劃》提出，到2025年，全省單位地區生產總值能耗較2020年下降13.5%，用水量下降15%，非化石能源發電裝機容量、能源消耗費所占比例分別達到85%和46%及以上。

在“一帶一路”和長江經濟帶發展等國家戰略不斷深化的背景下，尤其是習近平總書記視察云南以來，提出了云南要主動融會貫通國家發展戰略，創建全國民族團結進步示范區，帶動生態文明建設，輻射南亞和東南亞，形成跨境發展格局；與此同時，在黨的十八屆三中全會提出的創新、協調、綠色、開放、共享的發展思想的基礎上，結合我國提出的“能源供給革命、消費革命、體制革命、科技革命和能源國際合作”的新形勢和新要求，“十四五”期間，云南省能源發展也將面臨著新的機遇與挑戰。就目前而言，能耗“雙控”向碳排放總量和強度“雙控”轉變以及生態環保系列指標與能源發展統籌存在一定困難。為此，對“十三五”及中長期能源需求進行了正確、合理的預測；對能源消耗總量進行控制；對各城市分別進行了節能指標的分配。為進一步優化我國的能源消耗結構，推動我國地區工業結構的轉變，促進我國經濟社會的可持續發展，提供了強實用性的實施途徑和策略。

1 能源消耗總量控制及案例分析

1.1 能源消耗總量控制

假設2020—2022年，能耗總量年平均增速控制在3.49%以內，則到2025年可以完成既定目標。然而，就2019年的數據來看，實際值已經接近控制限值，僅相差3622萬t標準煤。

“十四五”中后期，隨著經濟的增長，能耗總量增速將繼續上升，按此趨勢，總量余留的空間將會很小，而一些新增產能引入的“增量”將給總量控制目標的完成帶來更大的壓力，因此下一步有必要摸清“增量”，以對能耗總量的發展趨勢做進一步分析。

“十四五”是“碳達峰、碳中和”的首個“五年”，我國能源發展存在區域性供需矛盾突出，能源轉型存在技術短板，新型電力體系建設任務艱巨，能源安全風險多元化，能源供應與轉型成本持續增高等問題。新能源具有“極熱無風、夜間無光”的突出特點，對持續穩定供電和實時均衡提出了新的需求。

1.2 案例分析——黑色金屬冶煉及壓延加工業—鋼鐵行業

采用增加值與單位增加值能耗計算，執行情景下黑色金屬冶煉及壓延加工業能耗見表2。

其中，萬元增加值綜合能耗=能源消耗增加總量（t標準煤）/工業增加值（萬元）；工業增加值=工業總產值+本年應交增值稅-工業中間投入；萬元工業增加值能耗即為總能耗除以工業增加值所得的數值，單位為t標準煤/萬元。

鋼鐵行業作為云南重要的支柱產業，多年發展已形成較為完整的產業體系。2015年以來，由于國際、國內的需求大幅下滑，國際大批商品價格持續走低，云南鋼鐵業的發展環境已發生根本性改變，其中生產能力過剩的問題尤為突出。根據《云南省鋼鐵行業化解過剩產能2018年工作方案》（云政辦發〔2018〕68號）可知，2016年以來云南省認真貫徹落實黨中央、國務院有關供給側結構改革的決定，扎實推進鋼鐵工業去產能的任務，目標是到2018年底將粗鋼產能限制在2500萬t，確保完成將粗鋼生產能力降至453萬t以上的任務。截至2017年12月底，全省已壓減生鐵產能156萬t，粗鋼產能426萬t，去產能任務已經完成，粗鋼產能仍需減少27萬t，全面實現云南鋼鐵行業去產目標。2015年，全省粗鋼產量下降16%，產能利用率僅為50%，經過化解產能過剩的一系列措施后，2020年云南鋼鐵產業的產能利用率達到78.8%。根據上述產業政策，假設鋼鐵產業的產能利用率持續好轉，用趨勢外推法可預測出粗鋼的產量見表3。

鋼鐵工業單位產量可減少的能源消耗是有限的。目前，我國鋼鐵工業單位產值的直接能耗基本保持平穩，能減少的能耗空間很小。中國鋼鐵工業協會舉行信息發布會，根據中國鋼鐵工業協會統計，2020年，重點統計鋼鐵企業噸鋼綜合能耗為545.27 kg標煤/t，超額完成了既定的目標。國務院印發《“十四五”節能減排綜合工作方案》，其中提到關于超低排放改造至2025年鋼鐵產能5.3億t的建議，由工信部、科技部、自然資源部等三部委發布了“十四五”原材料工業發展規劃。要實現鋼鐵、水泥等主要原料的產量到2025年基本達到只下降、不增加的目標，使生產與利用能力在一個合理的水平范圍。鋼鐵工業的噸鋼綜合能源消耗下降了2個百分點。

其中，凍結情景指沒有采取積極的節能措施，維持基年的能源利用率；執行情景指在不考慮結構變動的情況下，根據國家、省、市的有關計劃，采用積極的節能措施，并將經濟和社會發展的目標都納入其中。產能利用率97.8%的情況下，執行情景比凍結情景可節能59.08萬t標準煤；產能利用率100%的情況下，執行情景比凍結情景可節能75.16萬t標準煤。而國內先進情景下能耗反而超過執行情景，由此可見，鋼鐵行業直接能耗下降速度放緩，節能潛力有限。與黑色金屬冶煉及壓延加工業總能耗對比可知，到2025年粗鋼能耗占整個行業的能耗的比重約為60%，產能達到100%的情況下占比約為71%。做為能耗大戶，對鋼鐵行業，應執行“雙控”目標倒逼，嚴控鋼鐵行業產能，同時加強節能監察力度，不斷提高全行業節能技術水平。

2 研究技術方法

為使調查結論具有科學性、合理性，根據研究對象和階段的不同，選擇不同的研究思路。情境分析方法最根本的原理是，未來是不確定的，但是未來的一些部分是可以預測的。為了實現預期目標，“情景分析”著重于對未來的展望。既然未來是不可預知的，那就必然有若干個相同可能的未來，設想將來的種種情形，有助于我們更好地了解那些影響著這個體系的規律性、可預見性和本質上的不確定性。而工業能源強度計算所涉及的方法更偏向研究各工業行業已知數據，更具有針對性。

2.1 情景分析法

情境分析（scenario analysis）是一種以可能的經濟、產業或技術發展為基礎，經過一系列嚴謹細致的推理與描述，提出各種構建未來的思路。情境分析方法的最大優勢在于可以幫助企業了解未來的發展趨勢，從而有效避免對未來變動估計的失誤。在此基礎上，本文運用情景分析方法，對云南省未來變化的情景進行了模擬，并對未來變化的趨勢進行了擬定推算。假設分析方法的運作步驟有很多種，以下只是其中最簡單的一種：對必須作出決策的重要決定進行驗證；確定需要進行調查的時間范圍；列舉所涉及的主要要素；探究主要因子（STEEP等）的驅動因素；給驅動力的重要程度及其不確定度評分。其中，最重要和最不確定的要素應該是方案設計的主體；設想可能產生推動力的場景；詳述場景；基于每個假設來審查問題的含義；對重大指標和預警事件進行監控；預期正在出現的情景。

2.2 工業能源強度計算方法

（1）鋼鐵、建材、化工和有色金屬行業

運用能量供應曲線分析方法，篩選出各大產業中效率最高的節能工藝，并對每種工藝的節能潛力進行估算。然后，采用一年能源強度減去一年節能基準值，得到新的能源強度。

能量供應曲線的解析方法，又稱節能供給曲線分析（Cost Curve of Energy，CCE），是一種對能源節約與經濟發展潛力進行分析與評價的方法。本文的測算方法是把傳統的經濟性評估指標的凈現值換算成年的凈現值，然后通過對比工程的年節能量來計算出能源消耗開銷的單位值。這個數值越小，作用就越大。能源供應曲線模式是一個按遞減順序表示能源消耗與能源節約潛力的邊際費用圖。利用能量曲線的分析，可以對特定產業或企業的對節約能源的可能性和費用進行了分析，從而為裁決者制訂節能策略提供理論依據。其主要公式如下：

式中：AF—每年的影響因子；d—折現率；n—技術服務時間；CCE—每一單位節約能量的費用；Oamp;M—運營費用；ESP—節能的量；EP—能源單價；I—投資金額。若CCE＜0則該方法是可行的。本文運用能耗費用曲線法，對云南省各主要能源消費產業的能源強度進行了預測，并提出了相應的節能減排措施。

節約能源潛能的計算方法。根據所使用的節能工藝和各節能工藝的節能量，并根據普及度的變化，來計算關鍵節能潛力。具體公式如下：

式中：ES—特定產業的整體節能潛能；PC—特定節能技術的適用容量；ESP—節能技術的單位能耗；U—推廣效率；T—目標年；0—基年；i—特定節能技術。一年的工業能源強度是以基礎年的能源強度為基礎，減去對應目標年未消耗的量得到的，具體如下：

式中：EI—工業能源強度；PC—技術的適宜產出容量；ES—工業未消耗的總能量；X—工業產品的產出值；T—目標年；0—基年；i—產業；k—特定節能技術。

（2）工業其他行業

對于工業其他行業，本文采用了趨勢分析的方法，對其能源強度進行了預測。趨勢分析是通過對各種數據集進行剖析，找出其變化規律。這涉及到從已有的歷史資料中對曲線進行修正，使之能反映負載自身的發展趨勢。在此基礎上，利用生長趨勢曲線對未來特定時刻的期望負載進行估算。常用的趨勢模型有線性趨勢、多項式、對數、冪函數、指數、邏輯模型等。趨勢模型的求解過程相對簡單，但其本質上屬于確定性外推，在對歷史數據進行處理、曲線擬合、再到擬合曲線，都沒有考慮隨機誤差。在整個區域內，用趨勢法進行擬合，其精度與擬合結果基本一致。許多時候，只要選取適當的趨勢曲線，就可以得到更好的預報效果。在實際應用中，應結合各地區實際狀況，選用合適的模式。對1995年以來珠海市用電的歷史資料進行了分析，得出了一個較為顯著的二項增長規律，即y=0.229565x2-914.8523 x+911472.65，用此模式曲線計算出2005、2010年的電力消耗水平分別為52.78億kW·h、85.08億kW·h。

3 創新點及應用

3.1 創新點

（1）強化目標責任落實，包括強化各州市節能責任，從制度上保證 “十四五”目標實現和強化重點用能單位節能管理加強監測預警效能。

（2）加強政策支持，積極推動市場化方式為經濟發展騰出必要的用能權，開展用能權或節能交易試點，推進和實施先進節能制度，積極發展節能服務業。

（3）控制能耗過快增長，加強工業和其他重點領域節能。

（4）騰出用能空間，統籌協調建立能源控制倒逼轉型升級體系，騰出并合理配置用能空間。

（5）推動新舊動能轉換，加快可再生能源、清潔能源替代燃煤的工作，著力發展可再生資源，積極促進產業結構調整，積極推動綠色能源、綠色食品、健康生活目的“三張牌”。

3.2 應用

（1）云南省各大耗能企業

通過對企業用能情況的監測，利用后臺的計算模塊，進行分析和規劃，同時接入到企業的工控系統，為企業生產控制提供出科學有效的解決方案。

（2）云南省節能監察中心

通過對重點用能行業企業數據的監控，方便云南省節能監察中心節能監查工作，改變了原來人員跟著數據跑的工作模式，也使原來復雜的計算變得簡單，使節能監察工作得以高效、準確地進行。

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收稿日期：2023-02-04

作者簡介：楊雅淇（2001- ），女，本科生，主要研究方向為新能源。

Abstract： Based on the investigation of the total energy consumption and intensity status in Yunnan Province， a pre experimental energy analysis and early warning system was designed. This system can accurately judge and warn the intensity and total energy consumption in the region. By inputting raw data of the energy consumption of enterprises and utilizing the backend calculation module for analysis and planning， scientific and effective solutions are provided for enterprises， while also providing great convenience for the government's overall management and improving office efficiency. With the support of talents and departments in relevant professional fields， this system would integrate and develop resources， fully utilize modern Internet technology， establish an energy analysis and early warning system， highlight the convenience and efficiency of the Internet， subdivide professional categories， develop corresponding computing modules， and combine with the relevant policy requirements of the national and local governments during the 14th Five Year Plan period， which make professional and systematic planning analysis and early warning， and strive to improve the quality and level of regional energy management. The analysis and warning system adopts responsive web design technology， supports normal browsing through PC devices， be compatible with mainstream browser operating system platforms in the current market （Internet 9+， Chrome， Firefox， 360， Opera， etc.）， and adapts screen size to quickly and accurately display and run on PC devices. With a simple and clear input interface， users are no longer limited to experts in professional fields. This makes energy analysis， planning， and early warning work more convenient and efficient for local and enterprise development， greatly promoting the green development of local and national governments.