摘要：对新疆全社会用电量的供给与需求进行科学合理预测分析，并提出电能消纳的有效途径，不仅能够为疆内电网的规划及运维提供参考，而且对电源建设和电能消纳政策制定具有重要意义，可以促进地区电网的可持续发展。首先对新疆2017—2030年电力需求进行了多情景预测分析，得出2030年新疆全社会用电量预计在2 823亿~3 839亿kW˙h;其次，对新疆未来电力供给情况进行分析，对比得到新疆“十三五”期间将面临电力供给远大于需求的发展态势;最后提出：推进“疆电外送”通道建设、建设坚强的疆内750 kV骨干网架和扎实落实“电气化新疆”战略是解决新疆电力产能过剩现象的有效途径。
关键词：电力需求 电力供给 产能过剩 电化新疆 特高压建设
引言
新疆是中国重要的能源战略基地，自改革开放以来，特别是中央新疆工作座谈会召开以后，新疆的经济与社会得到了快速的发展，其电力工业也取得了长足进步[1]。新疆电网2017年用电量为2 000.9亿kW˙h，其中，第一产业用电量123.7亿kW˙h，同比增长0.4%;第二产业用电量1 665.5亿kW˙h，占比最大，同比增长11.8%;第三产业用电量130.2亿kW˙h，同比增长21.9%;城乡居民用电量81.6亿kW˙h，同比增长9.2%[2]。近些年，新疆电力工业迎来崭新的发展时期：一方面，处于大建设、大开放、大发展时期的新疆，其用电需求快速增长，新疆电力工业成为推动新型工业化、农牧业现代化、新型城镇化发展的基础动力之一;另一方面，在全球能源互联网及“一带一路”战略发展背景下，随着“疆电外送”工程的全面建设，新疆电力工业将成为中国能源战略布局上的重要一环[3]。但与此同时，受中国宏观经济表现出的经济增速换挡、产业结构优化、增长动力转换“新常态”影响，新疆省内电力需求增速放缓。
近些年，新疆新能源发电发展迅速。截至2017年年底，新疆电网新能源总装机容量达到3405.2万kW，装机容量居全国之首，其中风电装机1835.4万kW，占比53.9%;光伏装机907.6万kW，占比26.65%，成为国内大型风光电基地。面对井喷式的装机和趋缓的电力需求，当前新疆弃风弃光现象比较严重，2017年 1—11月弃风率高达29.3%，弃光率为21.4%[4]。在此背景下，综合考虑新疆经济社会发展因素，对新疆电力需求与供给的准确预测至关重要，其对电网调度运营、电源建设及电能消纳具有重要意义。
本文综合考虑影响电力需求的经济社会因素，运用灰色系统理论对新疆电力需求与主要经济社会发展指标进行了关联分析，进而运用协整理论分多种情景预测得到新疆2017—2030年的电力需求，并对新疆未来供求情况进行研究，通过对比分析得到新疆电力产能过剩的结论，最后提出了解决新疆电力产能过剩的有效措施。
1 新疆电力需求多情景预测分析
1.1 基于灰色关联理论的新疆电力需求与经济社会发展的关联分析
灰色关联分析理论是灰色系统理论重要的一部分，其基本思想是根据曲线间的相似程度来判断因素间的关联程度，通常对反映各因素变化特性的数据序列进行几何比较[5-8]。
影响全社会电力需求(Q)的主要经济社会因素包括经济增长、产业结构、人口、消费水平和城镇化进程等[9-11]，其中经济增长可由地区生产总值(GDP)、第三产业增加值(GDP3)和工业增加值(GDPg)3个指标表征;产业结构可由第三产业增加值占GDP比重(M3)和工业增加值占GDP比重(Mg)2个指标表征;人口可由人口总数(POP)指标表征;消费水平可由居民消费水平(CL)指标表征;城镇化进程可由城镇化率(CITY)指标表征。影响全社会电力需求的主要经济社会发展指标如图1所示。
图 1 影响全社会电力需求的主要经济社会发展指标
Fig. 1 Main economic and social development indicators for whole society electricity consumption
表 1 全社会用电量与经济社会发展指标的灰色关联系数
Table 1 Grey correlation coefficient of economic and social development indicators
运用灰色关系分析方法对新疆2005—2016年全社会用电量及其主要经济社会发展指标进行分析，得到的灰色关联系数如表1所示。从表1可见，相关经济社会发展指标与全社会用电量的灰色关联系数均大于0.600 0。因此，本文综合考虑这8个主要经济社会发展指标来构建经济社会发展与电力需求之间的关系模型，以此识别各类经济社会发展因素对电力需求的影响程度，并在此基础上对新疆全社会电力需求进行预测。
1.2 基于协整理论的电力需求与经济社会发展均衡关系分析
1.2.1 时间序列平稳性检验
在构建电力需求与经济社会发展指标之间的长期均衡关系模型时，首先需要对各变量进行平稳性检验。为消除数据的异方差性，对Q、GDP、GDP3、GDPg、POP以及CL等变量直接取对数后进行平稳性检验，CITY、M3和Mg分别乘以100后再取对数。各变量检验结果如表2所示。
表 2 各变量的平稳性检验结果
Table 2 Stationary test result of each variable
根据单位根检验结果可知：各变量在5%的显著性水平下均为非平稳序列，且都是一阶单整。在同类型数据中只选取一个变量，结合灰色关联分析结果，最终选取lnQ、lnGDP、lnMg、lnPOP和lnCL这5个变量进行协整检验，构建电力需求与经济社会发展之间的长期均衡模型。
1.2.2 变量的协整检验
基于前文的时间序列平稳性检验结果可知，lnQ、lnGDP、lnMg、lnPOP和lnCL这5个序列为同阶单整序列，据此采用Johansen协整检验判断变量间的协整关系，首先需要构建由lnQ、lnGDP、lnMg、lnPOP和lnCL这5个变量构成的VAR模型。
(1)VAR模型滞后期的确定
在建立VAR模型前，首先需要确定VAR模型的最优滞后期数。Schwarz信息标准法常常被用来确定VAR中恰当的滞后长度，利用Eviews软件，所得结果如表3所示，由信息标准法确定的最优滞后阶数为2，即建立VAR(2)模型。
表 3 最优滞后阶数
Table 3 The optimal lag order number
(2)Johansen协整检验
将2005—2016年lnQ、lnGDP、lnMg、lnPOP和lnCL这5个变量的时间序列输入Eviews软件中进行多变量的协整关系检验，输出结果如表4和表5 所示。
表 4 JJ检验结果(迹检验)
Table 4 JJ test results (trace test)
表 5 JJ检验结果(最大特征根检验)
Table 5 JJ test results(the biggest acteristic root test)
Johansen协整检验结果表明，在2005—2016年的样本区间内，迹检验和最大特征根检验结果说明全社会用电量与地区生产总值、工业增加值占GDP比重、居民消费水平、人口4个变量之间存在协整关系。各变量的协整系数如表6所示。
点击查看表格内容
Table 6 JJ test cointegration coefficient
最终得到的电力需求与经济社会发展主要指标之间的长期均衡模型为
lnQ=0.4337lnGDP+0.1498lnCL+0.1723lnPOP+0.1425lnMg+0.2732lnQ=0.4337lnGDP+0.1498lnCL+0.1723lnPOP+0.1425lnMg+0.2732 (1)
根据该长期均衡模型，可对新疆全社会电力需求进行预测。1.3 新疆电力需求多情景预测分析
1.3.1 主要经济社会发展指标情景的设定
根据新疆维吾尔自治区第十二届人民代表大会第四次会议公布的相关规划，以及新疆全社会用电量主要影响因素的历史发展趋势，对主要经济社会发展指标GDP、CL、POP、Mg设置高中低3种发展情景，从而对新疆电力需求进行分情景预测。3种情景具体特征描述如表7所示。
表 7 主要经济社会指标发展情景设定
Table 7 The developmentscenario settingof main economic and social indicators scenario setting
根据设定的情景，得到2017—2030年新疆GDP、工业增加值占GDP比重、人口和居民消费水平的预测值。
1.3.2 电力需求预测结果分析
将新疆GDP、工业增加值占GDP比重、人口和居民消费水平的分情景预测值代入式(1)，可得到2017—2030年新疆全社会用电量的分情景预测结果，如图2所示。
图 2 2017—2030年新疆全社会用电量分情景预测
Fig. 2 The predicted whole society electricity consumption of Xinjiang from 2016 to 2030 according to different scenarios
预测结果表明：未来新疆全社会用电量将保持中速增长态势，到2020年，新疆全社会用电量预计在2 167亿~2 432亿kW˙h;2030年新疆全社会用电量预计在2 823亿~3 839亿kW˙h，“十三五”期间新疆全社会用电量将保持中速增长，平均年增速约为4.8%~7.9%。
2 新疆未来电力供需分析
2.1 新疆“十三五”发电装机发展分析
准东、吐哈和伊犁是新疆3个重要火电能源基地。准东地区煤炭资源丰富，水资源相对匮乏，煤电建设需要水利工程专供煤电基地，2020年以前煤电开发主要受水资源约束。哈密煤电基地位于哈密地区的哈密市、巴里坤和伊吾县，基地内各矿区煤层浅、开采技术条件好，外部供电、运输等条件基本具备，伊犁地区水资源较为丰富，但利用程度低，后期煤电基地建设应充分利用伊犁河水利用工程，预计新疆“十三五”期间火电装机容量可达75 000 MW。
新疆水力资源理论蕴藏量38 178.7 MW，占全国资源总量的5.6%，位居全国第四位。技术可开发量16 564.9 MW，年发电量712.6亿kW˙h;经济可开发量15 670 MW，年发电量682.8亿kW˙h。新疆水力资源主要集中在伊犁河流域、额尔齐斯河流域、开都河流域和叶尔羌河流域。全疆理论蕴藏量最大的河流是伊犁河，总蕴藏量为7 063 MW，可开发电站38座，总装机容量为2 548 MW，年发电量98.25亿kW˙h。新疆水力资源最大的特点是径流年际变化不大，这与冰川融水补给的规律相符，但径流随季节变化很大，冬季枯水期来水量往往仅为夏季丰水期的10%~20%，加之新疆水电站调节能力差，导致新疆水电冬季枯水期出力大幅下降，一般仅为装机容量的20%~30%，预计新疆“十三五”期间新增水电142 MW。
新疆拥有九大具有开发价值的风区，包括乌鲁木齐达坂城风区、小草湖风区、哈密东南部风区、三塘湖-淖毛湖风区、哈密十三间房风区、额尔齐斯河河谷风区、阿拉山口风区、塔城老风口风区和罗布泊风区。新疆的九大风区多处于戈壁上，地形平坦，可开发面积大，建场条件优越;年平均风功率密度均在150 W/m2以上，有效风速小时数在5 500 h以上，具备建设大型风电场的条件，除九大风区外，新疆自治区发改委又先后核准批复了博州三台风区、吐鲁番楼兰风区、准东地区木垒风区等风区规划，以充分利用新疆风能资源。截至2015年年底全疆风电总装机14 790 MW，预计到2020年全疆风电总装机26 000 MW。
根据上文分析及新疆电力发展规划，预计“十三五”末新疆电源装机总容量达到123 840.9 MW，火电75 090.9 MW，水电5 750 MW，风电26 000 MW，光伏17 000 MW。具体情况如图3所示。
图 3 新疆“十三五”发电装机发展情况
Fig. 3 The installed capacity developmentin Xinjiang during the period of 13th Five-Year Plan
2.2 电力需求不足造成的电力产能过剩分析
为充分发挥水、火电的互补调节效应，电力电量平衡按新疆全网统一平衡考虑，根据新疆电网电力“十三五”规划，新疆“十三五”期间火电、水电、风电和光伏电源发电利用小时数分别为4 966 h、3 000 h、1 800 h和1 300 h。据此可计算得到，2020年新疆理论发电总量可达到4 586亿kW˙h。其中，新增火电发电总量3 724.5亿kW˙h，新增水电发电总量172.5亿kW˙h，新增风电发电总量468亿kW˙h，新增光伏发电总量221亿kW˙h。根据预测结果，到2020年新疆电力需求最高为2 432亿kW˙h，这远远小于新疆电网发电量，电力产能过剩现象严重。
新疆电力产能过剩的原因主要是由于当前及今后一个时期，自治区经济发展面临新形势，呈现新特点。受增速换挡期、结构调整期、政策消化期“三期叠加”因素影响，经济下行压力与转型优化升级并存，近期主要表现为“四降一升”，即：经济增速下降，工业品价格下降，实体企业盈利下降，财政收入增幅下降，经济风险发生概率上升，经济探底过程可能还将持续一段时间。发展方式从规模速度型粗放增长转向质量效率型集约增长。经济增速放缓、产业结构调整，传统高耗能行业用电需求趋缓，电力供需状况进一步趋于平衡。随着国家持续推进节能减排和环境保护，加快转变经济发展方式，电力市场开拓面临重大考验。从经济形式来看，当前经济复苏的基础仍然脆弱，金融领域风险没有完全消除，气候变化、能源资源等全球性问题突出，外部环境不稳定、不确定因素依然存在。建设以低碳排放为特征的产业体系和消费模式，以工业、交通、建筑为重点大力推进节能，提高能源效率，加快淘汰落后产能，对电力需求增长贡献率最大的大工业用电比重造成巨大影响。
与此同时，新疆自备电厂占比过大也制约电力产业的健康发展，一些问题也日益突出。一是没有核准而并网的自备机组既面临政策风险，也为后续市场准入设置了障碍;二是共有585万kW的自备机组无配套产业项目或仅有部分配套产业项目支撑(其中已并网270万kW，支撑产业仅用负荷113万kW)，目前尚有315万kW的自备电厂建设完成(支撑产业仅有负荷3.6万kW)无法接入电网;三是自备电厂故障频发严重影响了电网安全运行，2015年自备电厂发电机组非计划停运136台次，占全部发电厂故障总数的57.87%;四是不参与电网调峰调频，极大地制约了新能源消纳。
3 解决新疆未来电力产能过剩的有效途径
3.1 加快推进“疆电外送”通道建设
“十三五”期间，国家电网将构建交直流协调发展的特高压电网，连接五大国家综合能源基地和中东部主要负荷中心，形成大规模“西电东送”、“北电南送”输电格局，满足大型能源基地开发外送需要和中东部用电需求。新疆是中国五大综合能源基地之一，新疆能源资源开发是中国重要的能源战略，结合中国能源资源禀赋及经济发展特点，新疆电力外送应主要考虑我国华中、华东负荷中心用电需要，全面优化和升级超特高压骨干网架，到2020年形成“三交、六直”9条交直流外送通道，进一步增强电力的大容量、远距离输送能力，充分满足能源基地的大规模开发，提升外送能力。积极通过“援疆+市场化”等电力外送方式扩大外送规划。加强跨国间基础设施互联互通，积极推进中巴联网工程，建设±800 kV库车—伊斯兰堡直流通道，将其作为落实中巴经济走廊战略、推动“一带一路”战略和电力基础设施互联互通的旗舰项目。
3.2 建设坚强的疆内750 kV骨干网架
综合自治区能源资源开发、经济发展需求等因素，在现有环乌昌核心区域环网、环天山东环网和即将建成的环天山西环网的基础上，建设环塔里木盆地环网、环喀什经济特区环网，加大南疆地区骨干网架建设力度，在2020年形成750 kV电网“内供五环网”的局面。通过建设750 kV主网架能克服新疆区域面积广、送电距离远的难题，解决220 kV伏电压等级联网送电能力低的问题，进一步加强疆内各区域之间的电力联系，大幅度提高疆内地州间电网送电能力，满足新疆各区域用电需求，确保电力“送得出、落得下、用得上”，有效保证“十三五”期间新增用电负荷的接入。以750 kV电网为基础，积极构建全疆统一的电力市场，为全疆负荷优化转移奠定基础。
3.3 扎实落实“电气化新疆”战略
以“电气化新疆”为战略契机，加快实施工业、建筑、交通、旅游等多领域重点行业电能替代，通过强化需求侧管理、重点项目实施、新型产业培育、配套电网建设等方面工作，不断提高替代水平，增加能源消纳水平、特别是新能源的消纳水平。加大政府的支持力度，制约自备电厂等产能发展，通过出台环保、财政补贴及电采暖电价政策，积极引导电能替代。落实业扩“绿色通道”，及时响应大用户、工业园区新增用电需求。实行315 kV˙A以上业拓项目日跟踪管理，推动潜在电量早日见效。
4 结论
当前新疆区内有效电力需求增速放缓，加之新能源发电装机的快速发展和输配电网规划建设的滞后，疆内弃风弃光现象较为严重。对新疆未来电力供给与需求进行预测分析，不仅能够有利于电网的规划、建设和运维，也对电源建设及电能消纳具有重要意义，同时对电力供求不平衡的态势进行分析，提出有效建议及措施，有利于电网的可持续发展。本文基于灰色系统和协整理论对新疆2017—2030年疆内电力需求进行了多情景预测，预测结果表明：“十三五”期间新疆全社会用电量将保持中速增长，年平均增速约为4.8%~7.9%，2020年新疆全社会用电量预计在2 167亿~2 432亿kW˙h，而2020年新疆理论发电总量可达到4 586亿kW˙h，新疆将面临严重的电力产能过剩现象。为有效解决新疆未来可能面临的产能过剩问题，本文立足于政治、经济、社会“三大责任”，围绕内供、外送、接纳新能源“三大任务”，提出推进“疆电外送”通道建设、建设坚强的疆内750 kV骨干网架和扎实落实“电气化新疆”战略，实现“电化新疆，清洁全国”目标，是解决新疆电力产能过剩问题的有效途径。
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作者：郭森, 崔永军 , 贾浩 , 赵名锐 , 王玉玮 , 赵会茹 , 任义生
