（企业管理专业论文）电力需求周期波动峰谷点研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文首先运用单谱分析方法对我国改革开放以来电力需求增长率时间序列进 行分析研究，找出我国电力需求变化过程中隐含的主周期和次周期。在电力需求周 期性波动的研究基础上，本文结合了交叉谱分析方法和a r m a 数学建模的方法，利 用所采集的1 9 7 8 年以来我国电力需求以及g d p 的样本数据，对我国电力需求变化 过程中将会出现峰谷点的时问以及收缩和扩张的程度进行预测，从而为电力中长期 及短期规划工作提供可靠而有效的参考依据。 关键词：电力需求波动周期，峰谷点，单谱分析，互谱分析，a r m a 模型 a b s t r a c t t h i sp a p e rf i r s t l yu s e ds i n g l es p e c t r a la n a l y s i st oa n a l y z et h et i m es e r i e so fp o w e r d e m a n di n c r e a s er a t ei no u rc o u n t r ys i n c et h er e f o r m a t i o na n df o u n do u tt h em a i n c y c l e a n ds u b c y c l ei nt h ec h a n g eo fp o w e rd e m a n d b a s e do nt h er e s e a r c ho fp e r i o d i c f l u c t u a t i o ni np o w e rd e m a n d ，u s i n gt h es a m p l ed a t ao fp o w e rd e m a n da n dg d pi n c r e a s e r a t ef r o m1 9 7 8t o2 0 0 5 ，w ea l s of o r e c a s t e dw h e nt h et u r n i n gp o i n tc o m e so u ta n dt h e d e g r e eo fc o n t r a c t i o na n de x p a n s i o ni np o w e rd e m a n di n c r e a s er a t ei nc h i n ac o m b i n i n g t h em e t h o do fc r o s s s p e c t r a la n a l y s i sa n da r m am a t h e m a t i c a lm o d e l i n g ，s oi tp r o v i d e d r e l i a b l e ，v a l i dr e f e r e n c ef r a m ef o rt h ei n t e r m e d i a t ed u r a t i o n a n ds h o r tt e r m p o w e r p l a n n i n g h u a n gj u a n ( b u s i n e s sa d m i n i s t r a t i o n ) d i r e c t e db yv i c e p r o f y a n gs h u x i a k e yw o r d s ：w a v ep e r i o do fp o w e rd e m a n d ，p e a k v a l l e yp o i n t ，s i n g l e s p e c t r u m a n a l y s i s ，c r o s s s p e c t r u ma n a l y s i s ，a r m am o d e l 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电力需求周期波动峰谷点研究， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：塑日 期：型2 些： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文：同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 童也嚆 导师签名： 日期：塑! 丝 f t 麴塑盘、 期：醴塑 华北电力大学硕士学位论文 1 1 论文的选题背景及意义 1 1 1 选题背景 第一章引言 我国电力供需基本经历了四个阶段：第一阶段是经济恢复时期( 1 9 5 0 1 9 5 2 年) 至2 0 世纪6 0 年代初期，电力供需基本平衡；第二阶段是三年经济调整时期 ( 1 9 6 3 1 9 6 5 年) 至2 0 世纪9 0 年代中期，电力供应紧张；第三阶段是2 0 世纪9 0 年代 中后期至2 0 0 1 年，电力供应相对富裕；第四阶段是2 0 0 2 年以后至今，电力供应紧 张。 2 0 0 2 年我国有1 2 个省级电网出现拉闸限电现象，2 0 0 3 年扩大到2 3 个省级电 网出现拉闸限电现象。到了2 0 0 4 年，仅第一季度全国就有2 4 个省级电网出现拉闸 限电，比2 0 0 3 年同期扩大了8 个。这说明我国电力供需紧张的情况愈来愈严重。 电力短缺的政治和社会压力有可能造成电力投资的过度反应，从而引发新一轮 的电力过剩。当电力投资超过了资源和环境的承受能力，必然会带来重要的原材料 价格上涨与煤电油运的紧张。电力消费与投资失衡，将会使投资失去最终需求的支 撑，电力的发展也将受到很大影响。电力过剩将造成资源闲置；而电力短缺，则会 给中国经济发展和人民生活带来严重的影响。 产生电力供需紧张的原因很多，包括持续高温、干旱的天气、电煤供应不足、 电网建设滞后等。其中关键因素是我国高速增长的经济以及缺乏科学合理的电力建 设规划。对于电力建设规划来说，进行电力需求周期波动以及峰谷点的研究就显得 十分必要。如果没有可靠预测未来电力需求的走势，电力工业的决策者们傲决策的 时候就会盲目，企业对于电力需求大幅的振动风险防范能力就会很低，从而对电力 工业以致国民经济造成经济损失。对于电力企业来说，如果能够有效的预测到未来 电力需求的走势，就可以有效的避免电力需求大幅波动带来的风险。 因此，在此背景下本文提出电力需求周期研究的问题，选择了“电力需求周期 波动峰谷点研究”这个题目。 1 1 2 选题意义 电力作为一种优质、便捷的能源，占我国终端能源消费的1 5 以上，在国民经 济发展中具有很重要的地位。当前我国电力供应十分紧张，客观的分析我国电力需 求周期波动的特征以及准确的预测未来电力需求发展趋势，对我国经济发展和电力 能源发展有着重要的指导意义。 华北电力大学硕士学位论文 从一般意义上说，电力需求周期波动是电力需求在运行过程中周期性扩张与收 缩的波动现象。电力需求的周期性波动，往往使电力供需矛盾更加突出，从而对我 国的国民经济发展产生一定的破坏作用。电力过剩，会造成资源闲置；而电力短缺， 贝i j 给经济发展及人民生活带来很大的破坏作用对于一个快速增长的经济来说，中 国如何避免未来的电力短缺已成为一个重要的问题。研究我国电力需求周期波动峰 谷点的意义在于以下几点： 1 1 2 1 丰富理论研究 预测电力需求周期波动峰谷点，丰富了电力需求自身增长规律方面研究的理 论。相对于经济学领域对经济周期较为成熟的研究而言，对电力需求周期性波动的 研究，基本上还处于开拓性阶段，特别是在我国。尽管不少学者从能源消费与经济 增长关系的角度对电力需求作了一些研究，但从电力需求自身增长规律方面的研究 比较缺乏。因此预测电力需求周期波动峰谷点，具有理论上的开拓意义。 1 1 2 2 促进从经济增长角度认识我国电力发展 研究我国电力需求周期波动峰谷点，可以促进从经济增长的角度认识我国电力 的发展，树立电力发展与经济增长之关系的“适应观”和“促进观”。前者是指引 导电力发展与经济增长相适应，后者指电力发展对经济发展的能动作用。 1 1 2 3 确保电力产业可持续发展 正确认识和把握电力需求发展的周期波动规律、有效的预测其波动峰谷点，有 助于从整体上确保目前仍处于供需紧张局面的电力产业，实现长期、持续、稳定和 健康地发展，避免因出现大起大落的发展路径而危害电力行业及整个国民经济的持 续稳定，有助于指导参与电力行业运行的各方，顺应周期运行而选择相应策略。 1 1 2 4 为电网建设提供可靠依据 研究我国电力需求周期波动峰谷点，既是为国民经济发展提供充足电力的需 要，也是供电企业自身健康发展的需要。通过研究我国电力需求周期波动峰谷点， 有助手准确把握电力需求增长的趋势，为地区电网的电力平衡和建设速度等提供可 靠的依据。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 周期波动研究动态 对于周期波动的研究主要是关于经济周期的研究，而经济周期是西方经济理论 中所着重研究的一个课题。美国经济学家西蒙库茨涅兹、瑞典经济学家缪达尔 ( g u n n a rm y r d a l ) 、英国经济学家哈耶克( f r i e 确c ha u g u s tv o nh a y e k ) 、美国经济学家 2 华北电力大学硕士学位论文 罗伯特卢卡斯( r o b e r t l u c a s ) 等人分别从经济增长、货币理论、理性预期等不同的 角度展开对经济周期的研究 目前我国经济学界普遍用总体经济指标的增长率来对经济周期进行度量，这种 方法具有简明直观的优点，但也有明显的局限性我国学者对于经济周期的研究也 做出了很大的贡献，在研究方法上也有很大的创新有些学者采用消去长期增长趋 势法来度量经济周期【1 - 2 1 ；有些学者通过经济运行指标体系的构建，按照一定的步骤 进行因子分析，构造了一个能综合反映经济周期波动的综合得分，尝试对中国经济 周期波动的态势进行统计描述和变化特征的归纳【3 - 4 ：还有学者运用“直接法”【5 6 1 和“剩余法”u - 9 分析了改革开放以来我国经济的波动状态，并用数理统计方法对其 周期性进行了检验。 1 2 ；2 电力需求周期波动及其峰谷点研究现状 对时词序列的预测而言，峰谷点的预测是最富挑战性的工作很多学者运用了 多种定性、定量的方法对我国电力负荷特性进行了研究但是相对于电力负荷的研 究来说，我国电力需求预测方面的研究还是不够的，对电力需求周期波动峰谷点的 预测也是一片空白。 1 2 2 1 电力系统需求预测方面的研究 随着我国电力部门对获取可靠的预测值的需求越来越高，需求特性调研、分析 和预测作为电力市场分析的一项基础工作，对于电力企业的经营和规划发展越来越 重要，预测的可靠性及置信水平尤其重要。 电力系统需求预测的理论研究开始于2 0 世纪中时。在此之前，由于电力系统 本身的规模限制及许多其他因素的影响，需求预测的研究一直没有成形。真至2 0 世纪8 0 年代，对于中长期电力需求预测的理论研究才开始兴起。伴随着现代科学 技术的快速发展，电力需求预测技术在不断的深化和发展，常用的预测方法有单耗 法、弹性系数法、回归分析预测法、时间序列分析法这些方法都有各自的特点和 使用条件，但是任何一种方法都不是完美和精确的。下面，简单介绍一下几种预测 方法。 ( 1 ) 时间序列法 所谓时间序列法，就是把历史上积累起来的资科，按年、月或周进行排列，构 成一个统计数列，并根据其发展动向向前推测d o 。这种方法一般适用于短期预测。 常用的方法又有：加权平均法【1 1 】、移动平均法 1 2 - 1 3 和指数平滑法【1 4 】。 以其中预测准确度最高的指数平滑法为例，它是在移动平均法的基础上发展起 来的，是用以往的历史数据的指数加权组合来直接预报时间序列的将来值。它既具 备了移动平均法的优点，又考虑了数据的时间性。同时，它可以减少数据的存储量， 3 华北电力大学硕士学位论文 因此，应用较广。 以上几种时间序列法的预测方法都是根据平均法的原理发展而来，比较适用于 数据变化相对平缓，数据有高有低的序列，而对基本保持增长态势且增长速度较快 的数据序列，这几种方法得到的预测曲线与实际相比是相差较大的，预测数据滞后 实际数据较多，难以与实际曲线吻合指数平滑法是三种方法中最为接近实际的， 但受人的经验值影响很大 ( 2 ) 电力弹性系数法 历史统计资料表明，一般国民经济需电量的增长速度。要快于国民经济总产值 的增长速度。所谓电力弹性系数，是在一定时期内，需电量的平均增长速度与国民 经济总产值的平均增长速度之比，它是反映电力发展与国民经济发展之间关系的一 个宏观指标 电力弹性系数法基于的假定是国民经济电力需求的增长速度，要快于国民经济 总产值的增长速度。但随着科学技术的发展，电力与经济的关系急剧变化，电力需 求与经济发展的变化步伐不再有规律，使得弹性系数难以捉摸，电力需求预测结果 会出现较大偏差d s - 1 6 l 。 ( 3 ) 回归分析法 回归分析法又称相关分析法，就是从事物的相关联系中，利用数理统计学中的 回归分析来找出事物变化的规律，从而进行电力需求预测的一种方法，它也是目前 广泛应用的定量预测方法【1 7 1 它通过对历史数据的分析研究，探索经济、社会各有 关因素与电力负荷的内在联系和发展变化规律，并根据对规划期内本地区经济、社 会发展情况的预测来推算未来的电力需求。该方法不仅依赖于模型的准确性，更依 赖于影响因子其本身预测值的准确度。 回归分析法着重于统计规律的研究与描述，适用于大样本多数据，且过去、现 在和未来发展模式一致的预测。通常通过计算机程序建立预测方程式，其结果在短 期内预溅比较准确，远期预测时结果偏差会比较大【1 钔。 ( 4 ) 单耗法 单耗法是根据第一、二、三产业每单位用电量创造的经济价值，从预测经济指 标推算用电需求量，加上居民生活用电量，构成全社会用电量。预测时，通过对过 去的单位产值耗电量进行统计分析，并结合产业结构调整，找出一定的规律，预测 规划期第一、二、三产业的综合单耗，然后根据国民经济和社会发展规划的指标， 按单耗进行预测 1 9 1 。 单耗法一般根据历史统计数据，在分析影响单耗的诸多因素的变化趋势基础 上，确定单耗指标，然后依据国民经济和社会发展规划指标预测电力需求。 ( 5 ) 年增长率法 4 华北电力大学硕士学位论文 电力需求的增长具有一定的惯性，参照过去历年电量的增长情况，根据未来电 力需求的项日和增长趋势，确定与过去平均增长相近的增长率来预测未来几年的用 电量 年增长率法主要依靠近几年的电量数据增长幅度来确定电力需求的增长率，在 进行短期预测时，能得到较准确的结果1 2 0 1 1 2 2 2 电力需求周期波动方面研究现状 当前仅有的电力需求周期研究绝大部分停留在定性分析和实证分析上，多数学 者采用灰色系统理论、神经网络法、遗传算法等对电力需求进行了中长期的预测及 波动周期分析，追求的目标大都是为了使预测具有一定精度，而对于长远的电力规 划工作指导意义不大。且多数定量预测方法，是在随机游走理论框架下讨论各种周 期波动模型，这样势必会导致在错误的理论指导下产生错误的方法和结论。下面简 单介绍一下这三种方法 ( 1 ) 灰色系统理论 灰色系统理论认为对既含有已知信息又含有未知或非确定信息的系统进行预 测，就是对在一定方位内变化的、与时间有关的灰色过程的预测。尽管过程中所显 示的现象是随机的、杂乱无章的，但毕竟是有序的、有界的，因此这一数据集合具 备潜在的规律，灰色预 测就是利用这种规律建立灰色模型对灰色系统进行预测【2 l 】。 ( 2 ) 神经网络法 人工神经网络是仿照生物神经系统建立的一种计算模型 2 2 - 2 3 。这种计算模型具 有大规模分布并行处理、非线性、自组织、自学习、联想记忆等优良特性。通过构 建结构合理的神经网络，并用准确的历史负荷数据和相关的影响因素数据对网络进 行训练，网络就能够学习训练数据中所蕴涵的规律，并将这种规律保存在自己的权 值矩阵中。训练好的神经网络可以进行电力系统短期负荷的预测工作，预测结果具 有较高的精度。 ( 3 ) 遗传算法 遗传算法在电力系统中已有广泛的应用，涉及到电力系统规划以及运行和控制 的很多领域【2 啦5 1 。其它领域包括：短期负荷预测、状态评估、分散电源的最优配置、 机组最优组合、无功优化、发电调度等等。遗传算法适宜于解决那些传统方法难以 求解的病态结构为体，如非线性。不连续的组合优化问题目前，遗传算法的研究范 围越来越广，在一些领域取得了较好的效果，受到了电力系统各个领域的普遍重视 【2 触7 1 。总的来看，目前的研究还是初步的，在理论上还待有进一步的研究。随着算 法理论研究的日益成熟，遗传算法将在电力系统中有更为广泛的应用。 1 2 2 3 从电力需求与经济增长之间关系的研究 2 0 世纪7 0 年代以来，学术界对能源消费与经济增长之间的时间因果关系进行 华北电力大学硕士学位论文 了大量的实证研究，但没有得出一致性的结论，也没能给出令人信服的解释1 2 8 - 3 0 i 。 很多学者从不同角度、使用不同的数学工具对电力需求的特征进行了研究但 是对电力需求波动峰谷点方面的研究很少，缺乏一种有效地识别电力需求周期波动 峰谷点的方法。因此电力需求周期波动峰谷点的研究无论从理论上还是从方法上来 说都是比较缺乏的。本文从电力需求自身增长规律的角度，运用多种数学模型，对 我国电力需求增长变化趋势进行研究，有效预测未来的峰谷点，填补了这项不足。 1 3 论文研究的主要内容 本文主要应用单谱分析、交叉谱分析方法、a r m a 数学建模方法对改革开放以 来我国电力需求增长率时间序列样本数据进行研究( 以下简称：电力需求时间序 列) ，对我国电力需求发展趋势进行分析，通过对我国电力需求增长率以及g d p 增长率两个时间序列交叉谱分析比较二者的一致性和领先、滞后关系，来对我国未 来电力需求增长率发展趋势进行分析，进而预测将来出现峰谷点的时问以及收缩、 扩张的程度 论文从体系上共分为七章。第一章简要的分析了本选题的背景及意义，并对国 内外电力需求周期波动以及峰谷点研究的现状进行综述；第二章主要介绍了电力需 求周期的定义、类型；第三章主要分析了影响我国电力需求周期波动的动因；第四、 五、六章是本文的中心部分。第四章是运用单个谱分析方法对我国电力需求变化过 程中隐含的周期进行测定，首先介绍了单个谱分析的基本原理，随后运用单谱分析 方法对我国电力需求进行了谱估计，运用统计软件做出谱密度图，从而得出我国电 力需求存在的主次周期；第五章主要是对我国电力需求发展过程中蜂谷点进行预 测，主要运用了交叉谱分析方法和a r m a 数学建模的方法。通过对电力需求与经济 增长两个序列的交叉谱分析，得出两个指标之间的一致性及超前滞后关系，从而预 测峰谷点，最后运用a r m a 模型对我国电力需求时间序列进行方程拟合，预测未来 我国电力需求的变化趋势，从而得到峰谷点。在对我国电力需求周期以及峰谷点研 究之后，本文的第六章提出了熨平周期波动的措施与建议；最后，第七章对本文所 得结论进行总结，并分析了下一步电力需求研究工作的内容。 1 4 论文采用的主要方法和创新之处 1 4 1 论文采用的主要方法 本文所用的样本数据为我国1 9 7 8 - - 2 0 0 5 年时间段内的电力需求样本数据以及 国民生产总值( g d p ) 的数据，数据来源于历年的中国统计年鉴【5 0 1 以及中国 电力统计年鉴 5 h 。 华北电力大学硕士学位论文 鉴于当前的研究现状及存在的问题，本文立足于周期波动理论来研究我国电力 需求周期波动峰谷点，论文主要采用的方法如下： 1 4 1 1 单谱分析方法 首先对改革开放以来我国电力需求时间序列进行纯随机性检验，以证明对该时 间序列的研究具有可行性。确定研究的闯题有意义之后，观察该时间序列并判定其 平稳性，如果为非平稳则进行处理使之成为平稳序列，运用单谱分析方法对其平稳 序列进行分析，从而找出我国电力需求时间序列的主周期长度和次主周期长度。 1 4 1 2 交叉谱分析方法 本文着重研究电力需求与实际g d p 之间的相互关系。本文主要运用交叉谱分析 对两个时间序列进行研究，评估两变量指标波长的相关性程度，得出一致性和位相 两个统计量，分析两变量指标之间的领先与滞后关系。根据一致性和位相两个统计 量，结合g d p 增长率的峰谷点推测电力需求波动曲线的峰谷点，从而为电力整体规 划提供科学有效的依据 1 4 1 3a r m a 建模方法 本文运用a r m a 模型对1 9 7 8 年以来我国电力需求样本数据进行拟合，通过拟 合方程预测未来1 5 年我国电力需求的变化，从而推测我国未来电力需求将会出现 峰谷点的时间和数值的大小，为电力工业发展的决策者做出相应的决策提供可靠的 依据。 1 4 1 ，4 运用统计软件 本文运用多种计量经济统计软件，包括s p s s l 3 0 、e v i e w s 5 0 以及e x c e l 。 运用s p s s l 3 0 统计软件对我国电力需求时间序列进行谱密度估计，并且运用 e v i e w s 5 0 统计软件计算我国电力需求时间序列的自相关以及偏相关系数图，分 析该时间序列的特征。在预测未来十五年的电力需求增长率值中，本文运用了 e x c e l 软件。 1 4 2 论文主要创新之处 本文大胆借鉴经济周期理论研究成果，运用单谱分析、交叉谱分析方法以及 a r m a 数学建模的方法对改革开放以来中国电力需求的周期性波动现象进行了探 讨。论文的创新之处主要体现在以下几个方面： 1 4 2 1 度量电力需求周期方法创颏 本文在度量电力需求波动性周期时，运用了单谱分析法分析我国电力需求时间 序列，识别其隐含主次周期，从而描述我国电力需求的波动状态，从周期的角度预 测了我国电力需求存在的波动特征，这是本论文的一个创新之处。 7 华北电力大学硕士学位论文 1 4 。2 2 识别电力需求周期波动峰谷点方法创新 本文研究我国电力需求周期波动峰谷点主要运用交叉谱分析方法，这是在电力 需求研究中的一次理论创新。本文通过研究电力需求与g d p 之间的超前滞后关系， 利用我国g d p 出现的蜂谷点的时间和收缩扩张的程度来预测我国电力需求将会出 现的峰谷点的时间和收缩扩张的程度。 本文除了运用交叉谱分析方法来预测我国电力需求周期波动峰谷点以外，还运 用了a r m a 数学建模的方法，通过拟合电力需求时问序列方程从而有效的预测我国 电力需求的峰谷点。运用了交叉谱分析方法和a r m a 数学建模的方法预测峰谷点对 于峰谷点研究领域来说是又是一个创新。 总的来讲，对电力需求周期波动峰谷点的预测工作很具挑战性。目前对电力需 求预测的研究，主要是对电力需求周期的研究，而本文主要侧重于计量经济学的方 法研究电力需求周期峰谷点，通过单谱分析、交叉互谱分析以及a r m a 模型拟合的 方法预测我国电力需求的将会出现峰谷点的时间以及收缩扩张的程度。从研究方法 上讲，是具有很大创新意义的。因此，本文利用数学模型，结合中国的实际国情， 研究电力需求周期波动峰谷点是具有创新意义并具有研究价值。 华北电力大学硕士学位论文 第二章电力需求周期波动特性 电力与其他产业经济一样，在实际运行中存在着客观的周期性波动现象。分析 和预测电力需求周期波动峰谷点，对于电力企业的经营和规划发展越来越重要。要 可靠、有效的预测我国电力需求波动峰谷点，首先要傲好电力需求波动周期的预测 工作。 2 1 电力需求周期 总结各国电力需求的变化过程可以发现，在电力需求的变化过程中存在着一种 共同的现象：电力嚣求总是围绕着自身稳定增长趋势呈现循环往复的起伏波动，即 电力需求的变化是在电力需求的扩张和收缩的交瞀运动中实现的，把这种现象称为 电力需求周期p ”。也可以认为电力需求周期是电力需求对于其增长过程中的一般趋 势( 或长期趋势) 的偏离这个定义把电力需求周期与电力需求增长长期趋势联系起 来，根据这个定义来确定和测量电力需求周期，需要首先用一定的方法来确定电力 需求总量的一般趋势，然后根据与趋势值的偏离来确定周期波动情况。电力需求周 期实质上表现了电力需求在实际经济生活中反复出现的对其均衡状态的偏离与调 整过程。 需要说明的是，电力需求周期与数学中所说的周期是有区别的。在数学中，对 周期现象的理解包含两个特征，即等间隔性和重复性。在数学上表示为目x 卜一 f 伍+ t ) ，t 为周期。而电力需求周期不是机械的、完全规则的形态。我们可以在平 均的、概率的意义上发现周期，但电力需求周期明显地不具有等间隔的特点，复苏、 扩张、衰退、收缩是电力需求周期的规律性。同时，每一个周期过程又有其各自的 特点，周期的持续时间不完全一样，周期过程不完全一样，周期波动程度也不完全 一样，这就是电力需求周期的特殊性。所以大体上来说，电力需求周期是指电力需 求在连续过程中重复出现涨落的情况，所强调的只是再现性、重复性。 借鉴经济学家按着经济波动对经济发展的影响程度及发生时间的长短对经济 周期进行划分的方法，对电力需求周期进行划分，将电力需求周期划分为电力需求 短周期、中周期、长周期以及中长周期。 2 1 1 电力需求短周期 短周期又称基钦周期或存货周期。1 9 2 3 年，英国统计学家约瑟夫基钦( j o s e p h k i t c h i n ) 以物价、生产、就业人数等作为解释经济周期的代表，认为经济波动可分 为大周期和小周期两类，一个大周期通常是由两至三个小周期组成，小周期平均持 9 华北电力大学硕士学位论文 续约4 0 个月( 即3 3 年) 3 2 】在此基础上定义电力需求短周期的长度为3 5 年 2 1 2 电力需求中周期 经济学中，中周期又称朱拉尔周期或固定投资周期，持续时间通常为9 1 0 年 1 8 6 0 年，法国经济学家克莱蒙特朱拉尔( c i e m e n tj u g l a r ) 首先认识到经济活动 中的波浪般的变动，将这种有规律的波动分为繁荣、危机和清偿三个阶段，并强调 银行信贷对危机发展的影 3 3 1 。借鉴经济周期中周期的划分办法，本文定义电力需 求中周期长度为8 1 0 年。 2 1 3 电力需求长周期 经济学中长周期又称康德拉捷耶夫周期。前苏联经济学家n d 康德拉捷耶夫 ( n i k o l a i d k o n d r a t i e f f ) 于1 9 2 5 年在其发表的经济生活中的长波论文中指出， 资本主义经济发展包括三个长波：1 8 世纪8 0 年代末或1 8 世纪9 0 年代初到1 8 4 4 1 8 5 1 年；1 8 4 4 1 8 5 1 年到1 8 9 0 1 8 9 6 年；1 8 9 0 1 8 9 6 年至1 9 1 4 - 1 9 2 0 年的高涨( 1 9 1 4 1 9 2 0 年开始低落) ，并且长波的持续期为4 5 6 0 年【3 4 】。因此，本文定义电力需求长周期长 度为4 5 6 0 年。 2 1 4 电力需求中长周期 经济学中除了短周期、中周期以及长周期以外，还有一个很重要的周期混 合周期，即长短组合或叠加周期。混合周期主要有三大类： 2 1 4 1 熊彼特三周期假定 美国经济学家约翰熊彼特从技术创新的角度出发，提出了一个由短期存货周 期组成的长波模式。他的经济周期三类循环图式认为：三个基钦周期( 即短期存货 周期) 叠加成为一个朱拉夫周期( 即中波投资周期) ，而六个朱拉尔周期又形成了 一个康德拉捷耶夫长周期p 。 2 1 4 2 库兹涅茨周期即建筑周期 俄裔美籍经济学家、1 9 7 1 年诺贝尔经济学奖得主西蒙库兹涅茨( s i m o n k u z n e t s ) ，根据美国及其他国家的经济发展资料，发现经济增长率的长期摆动的持 续期约为2 0 年。这种周期的长期波动主要是人口变动的函数，而短期波动则主要 与信贷市场楣关联；由于人口变动和货币供给量的增长，建筑业发展周期波动的平 均长度约为1 5 2 5 年( 即2 0 年) ，因此整个经济周期也与此相适应【3 纠3 1 。 2 1 4 3 “系统动力学假定” 本世纪7 0 年代杰伊w 福利斯特创立了有关经济周期的“系统动力学说”。 福利斯特假设经济发展是三种类型的周期的总和；古典周期( 经济活动的绝对水平 1 0 华北电力大学硕士学位论文 下降后反弹的周而复始) 、库兹涅茨周期和康德拉捷耶夫周期。福利斯特认为，短 期经济周期( 指古典周期) 可能产生于备用品、存货、生产和就业之间的相互作用， 而不需要涉及资本设备。库兹涅茨周期与制约生产和资本设备获得的政策相一致。 5 0 年的康德拉捷耶夫周期可能由资本设备部门的结构构建引起；该部门向消费品部 门供应资本设备，但同时也必须从其产出中为自己购买其自身所需的资本设备 , t o l 。 参照上述经济周期混合周期的类型，本文认为电力需求周期存在着一个长度为 1 5 2 0 年的周期即电力需求中长周期。 在实际生活中，上述四种划分电力需求周期的类型不能完全孤立的存在，各种 电力需求周期常常相互重叠在一起而互相影响，并且由于各类周期在不同时期重叠 情况不同，会导致不同程度和不同持续时间的扩张和收缩。 2 2 电力需求周期波动峰谷点 电力需求波动反映电力需求不稳定性，包括周期波动、随机波动和季节 性波动等，它与电力需求周期是不能等同的，电力需求波动的含义较电力需 求周期更广泛。他们研究的重点是不同的，电力需求波动强调的是试图获取 电力需求时间序列的一般模式，电力需求周期强调的是描述与预测周期的转 折点。一般情况下，对电力需求周期与电力需求波动不作严格区分，可以等 同使用。 参考经济周期的相关研究资料，结合电力需求本身的特殊性，可以把电力需求 周期分为两个过程，即扩张过程和收缩过程。这两个过程中又可分为四个阶段：复 苏与增长阶段、繁荣阶段、危机与衰退阶段和萧条阶段【4 “。下图描述了电力需求周 期各阶段的划分。 -q ，圣 泵转珩席 多 牾讲息 厂： | b u ，已 c 气底 c l 菇越期寄条朋复苏h 扩弗期 一 2 2 1 电力需求周期波动峰点 图2 - 1 ：电力需求周期波动图 一般来说，每个电力需求周期可以从趋势上划分为扩张和收缩两个大的时期。 扩张期是指电力需求从波动的谷底到峰顶的上升期，此时电力需求增加。收缩期是 华北电力大学硕士学位论文 指电力需求从波动的峰顶到谷底的下降期，此时电力需求增长减缓 顾名思义，电力需求周期波动蜂点指电力需求周期波动中取最大值的点。由上 图可以看出点a 为峰点，该点是电力需求扩张期向衰退期过渡所经历的电力需求最 大值。 2 2 2 电力需求周期波动谷点 根据上述电力需求周期波动峰点的判定方法，由此可以认为周期波动谷点指电 力需求周期波动中取最小值的点。图2 - 1 中，b 为谷点，该点是萧条期转向复苏期 的过渡点。 2 2 3 电力需求周期波动峰谷点预测方法 2 2 3 1 统计预测技术。 该方法主要目标是使成本函数期望方差最小，例如线性最小二乘法预测等等 1 4 2 】。这种方法通常关注总体预测的准确程度，而不是对某一时点的变动情况。预测 者使用这些方法通常仅仅用当前的趋势外推未来的情况，虽然从整体来看似合的效 果很好，预测的精度也较高，但通常对峰谷点的预测效果并不理想。 2 2 3 2 先行指标预测方法 选择一些先行的指标，然后对先行指标进行加权合成，和用合成后的新指标的 峰谷点来预测所关心的指标的峰谷点。由于该方法的权数不好确定，而且先行指标 的先行性经常发生变化，这样就使得对峰谷点的预测效果也不好【4 3 “i 。 上述两种方法各有利弊，因此，本文拟利用我国电力需求与g d p 的交叉谱分析 和基于a r m a 模型对我国电力需求样本数据进行模拟的方法来识别我国电力需求 发展过程中的峰谷点，从而推测我国未来电力需求将会出现峰谷点的时闯和数值的 大小，为电力工业发展的决策者做出相应的决策提供可靠的依据。 2 华北电力大学硕士学位论文 第三章电力需求周期波动动因分析 在现代经济中，电力是生产过程及人们日常生活中必需的投入品，而不是普通 的商品买电是为了得到其提供的最终用途。确定中国的电力需求中存在着许多需 要适当注意的因素，如经济因素、政策因素、电价因素、居民生活状况、气候因素 等。 3 1 经济因素 电力经济发展依附于经济的发展电力产品的销售不像社会上其它产品的销售 可独立完成，它有赖于国民经济的发展而发展，反过来又影响国民经济的发展。所 以，g d p 波动变化是影响电力需求周期变化的直接因素。 3 1 1 g d p 因素 g d p 被认为是电力需求的最重要的决定因素。经济增长及其对生活标准的影 响，是促进电力消费增长的主要动力。经验研究证明了在g d p 与电力需求之间存在 着显著且稳定的正相关关系【4 卯。 3 1 2 经济增长阶段 宏观经济发展过程中存在着周期性现象。它主要表现为经济增长速度在不同时 期的变化以及由此而带来的其他变化，形成了经济增长的高峰期和低谷期，在两者 之间，则是代表不同发展趋向的过渡期。 经济增长的高峰期最明显的表现是：宏观经济增长速度相当快，全社会需求旺 盛，建设项目多，企业开工充足，居民收入增长相对较快，金融市场比较活跃。宏 观经济增长的高峰期对电力需求带来的正面作用比较显著，由于整个社会经济活动 的活跃，带来了较强的电力需求，甚至出现电力供应严重不足的情况。同时，地方 各级政府部门和电力用户也都理解和支持电力企业的发展，纷纷出台一些优惠政 策，以促进当地经济的发展此时不仅工业用电上去了，而且由于整个社会经济的 繁荣，国民收入也将提高，个人可支配收入相应提高，带动享受资料的消费，生活 用电的需求也将提高。这些，都可能导致电力需求的高增长【4 ”。 经济低谷期的表现是：宏观经济增长较慢，全社会需求不足，基建投资少，企 业开工严重不足，居民收入增长少，金融市场较为冷清。经济发展的低谷期对电力 企业发展会产生不利影响。此时，社会需求不振，生产能力大量过剩，产品销售不 旺，社会购买力下降，生产、生活用电需求均下降，由此影响了电力需求量的增长。 华北电力大学硕士学位论文 可见经济的起伏波动，必然使电力需求出现相应的波动 3 1 3 经济增长的制约机制 如上所述，经济的起伏波动，必然使电力需求出现相应的波动但经济增长不 是无界的，存在着经济增长的制约机制，经济增长的制约机制对电力需求增长也产 生制约作用。 上限下限缓冲机制反映了经济增长的制约机制，即经济扩张和收缩都不可能是 无限的，经济系统本身存在制约经济无限繁荣和萧条的机制。在既定的技术条件下， 如果一切可利用的资源都被充分有效地利用了( 这实际上是不可能的) ，那么经济的 进一步扩张就会遇到一条不可逾越的鸿沟，经济活动就达到了其上限，电力需求也 因此停止增加【7 4 甜。 在我国改革开放前，经济扩张所遇到的上限约束主要是资源约束。由于采取重 工业优先发展的战略，使我国基础产业部r l ( 农业、原材料、能源交通等) 发展严重 滞后，无法满足经济发展的需要，经济发展总是受到这些因素的制约。由于长期不 重视基础产业的发展，改革开放前经济扩张的上限约束机制的作用很明显。经济总 是大起，由于上限机制的作用，又使经济立即转向大落，这便构成了我国改革开放 前经济周期波动振幅大、扩张长度小等特点改革开放后，经济扩张所遇到的上限 约束主要是通货膨胀约束。经济扩张速度越大，各种资源的供应便会紧张起来，从 而引发物价水平上升，通货膨胀率上升。这时经济便不得不停止扩张。随着经济停 止扩张，电力需求也不再增加。 下限是指产量或收入无论如何收缩都不会再下降的一条底线，一方面因为投资 的特点和加速数的局限性，如果经济处于收缩阶段，经济活动不可能无止境的萧条 下去，到了一定的程度便会稳定下来，这便构成了经济衰退( 收缩) 的下限，也出现 了电力需求减少的下限。在收缩阶段，企业肯定存在着大量闲置的生产能力，因此 在电力需求收缩阶段加速数实际上是不起任何作用的，而此时的边际消费倾向不可 能为零，所以经济活动下降到一定程度之后，便会停止，因而电力需求也有一个底 线。一旦收入不再下降，投资的乘数作用就会使收入逐步上升，经济便会开始复苏， 电力需求也将随之增加。 改革开放以来，我国经济波动的下限约束是消费需求，随着价格改革的进行， 各种凭票实行配给制逐渐取消，居民收入也不断上升，被抑制了几十年的消费需求 终于得以放开，边际消费倾向上升。消费需求对经济增长的贡献也越来越大。即使 在经济收缩时期，由于消费需求具有刚性，有效地制止了经济的持续收缩。经济不 再减速，电力需求也不再下降。 3 2 居民生活状况 4 华北电力大学硕士学位论文 3 2 1 人口数量 人口数量明显影响电力需求，此外人口结构、家庭规模、住宅小区的特性也会 影响居民对生活用电的需求。在人口结构方面，老年人比例高，医疗设施用电就会 增加；儿童比例高，幼儿园、小学和游乐设施用电会增加；在家庭规模方面，家庭 规模小，用电需求量就大，因为每一个家庭都要配备一套基本的家用电器；在住宅 小区的特性方面，分散式公共设施比集中式公共设施的电力需求要高。按照中国近 年来的人口增长速度( 实际年均1 ) ，人口因素对电力需求的稳定增长有一定作用， 但对电力需求周期波动的影响不明显。 从经济、社会发展指标综合分析，中国2 0 2 0 年左右有望实现富裕小康社会， 但对用电水平的预测来看，人均装机容量、人均用电量、人均生活用电量及用电结 构等指标远远低于发展阶段的要求，即用电指标落后于经济发展阶段l o 1 5 年左右， 这与中国人口众多、电力发展基础差有关，因此，入口对电力需求周期的影响要远 低于g d p 波动和产业结构变化的影响【4 9 】。 3 2 2 居民收入和生活水平 收入和生活水平的提高与经济发展水平密切相关，随着居民生活水平的提高， 居民生活电力需求周期波动主要受气候、气温状况、家用电器的普及与更新换代等 因素影响。 居民生活用电波动主要由夏季空调和冬季采暖波动情况决定。在炎热的夏天和 寒冷的冬天，城市大量空调等家用电器同时使用，使得用电峰谷差越来越大，加剧 了用电高峰期电力紧张局面，使电力需求短周期震荡加速。以2 0 0 3 年夏天为例， 2 0 0 3 年夏天的高温，使华东、南方、华中电网夏季空调负荷比重均超过3 0 ，部分 城市超过4 0 ，居民生活用电量也出现大幅度增长，说明居民用电需求的短期波动 主要受气温变化的影响。然而用电无论是气候、气温还是消费习惯，都很难对其进 行定量化研究，而气候、天气变化又非人力可为，因此对居民生活电力需求波动主 要影响因素进行定量化研究就显得意义不大。 随着家用电器普及率的提高，生活用电量在全社会用电量中所占比重不断加 大，但其增长幅度有所减小。八五”期间，由于国民经济的高速发展，城乡居民 生活条件大为改善，生活用电快速增长，年均递增3 3 3 4 。而“九五”期间城乡居 民生活用电增长速度明显减慢( 年均递增9 8 5 哟，其主要原因有两方面，一方面是 工业经济运行状况不佳，相当部分的工业企业处于停产和半停产状态，城乡居民收 入处于相对平稳阶段，家电及电费支出被列为节省开支的首位：另一方面，城镇居 民家电的增幅也在减小，亦减缓了城乡居民生活用电的增幅。但近年来，城乡电网 建设与改造大大改善了供电条件，同网同价政策的出台，降低了农民生活用电价格， 华北电力大学硕士学位论文 经济发展也出现了明显回升的势头，随着经济实力的迸一步增强、人民生活水平的 进一步提高，居民生活用电继续保持一定幅度的增长。 随着高耗电家用电器的推广及普及，居民生活电力需求的增长将加快；随着科 技水平的不断提高，家用电器的耗电性能会不断改进，这样，家用电器的更新换代， 将会对居民生活电力需求周期波动产生很大影响。如本世纪八十年代到九十年代中 期，冰箱、彩电、洗衣机的普及和更新换代使居民生活电力需求增长表现一定的规 律；九十年代后期至今，空调、电热水器及微波炉等电炊具的推广和更新换代，使 居民生活电力需求增长进一步加快，然而在此经济发展阶段的家用电器推广并不如 前一阶段快，此阶段出现的家用电器用能也面临与其他能源之间的竞争，导致这一 阶段的居民生活电力需求增长速度下降、不确定性也增强。 3 3 政策因素 经济政策因素、电价因素、气候因素、电力需求侧管理等间接因素则通过社会 需求间接地影响电力需求周期的波动幅度、扩张与收缩长度和转折点，以及在一定 限度内提前或延缓电力需求高潮与低潮的到来。 3 3 1 经济政策的影响 经济政策对电力需求周期波动的影响主要是通过其引起经济结构变化进而影 响经济周期的变化来实现的。 政策因素是指在宏观调控中，政府为了达到一定的目的而选择运用的各种手 段，这些手段对现在的经济运行过程产生深刻的影响。现代经济周期理论认为，外 部冲击不属于抽象的经济理论范围，故而它可以被视为来自经济学的世界之外，且 不能为经济学家所分析的影响政府政策的影响是一种外部冲击类型。这种外部冲 击可能本身呈现周期行为，或非周期行为。揭示政策因素与经济周期的关系，证明 中国政府政策调整的方向对经济周期波动的方向起较大的决定作用。 在中国，受政治背景影响而相继出台的重大政策，对经济发展水平的影响是巨 大的。然而政策因素并不能左右经济内部规律，只能起到推波助澜的作用。改革开 放以来，从中国政策变动与结构变动和总量波动的关系中，可以清晰看出，每一次 大的政策变化总是伴随着经济结构和增长速度的极大变化，引起经济活动的变化， 进而引起电力需求的大幅波动。 3 3 2 能源政策的影响 能源政策实质上是反映鼓励还是限制使用能源。如推行节能政策或推行鼓励电 气化政策，都会对电力需求产生负面或正面的影响。7 0 年代两次石油危机后，世界 华北电力大学硕士学位论文 各国积极开发替代能源，而1 9 8 5 年油价下跌以来替代能源的发展受阻。类似这方 面的变