（技术经济及管理专业论文）北京市电能消费效率分析方法及电力能效提升策略研究.pdf

摘要 北京市能源结构已逐步从燃煤为主转向以电为手，煤、气、油为辅，彳j 1 北京电 力能源极为- f 1 限，臼我供给严重小足。伴随经济的快速发展，i u 能f i 足l 成为制约 北京经济可持续发展的重要瓶颈，而提高电能利用效率足当前解决这矛盾最为可 行的出路。 本文在对北京市电能利用现状分析的基础上，运用完全分解的因素分解模型解 释了北京市电耗强度变化的原因，并借助数据包络分析( d e a ) 模型对北京市全要素 电力能源效率进行横纵向分析。在实证研究的基础上，建议推进技术进步、加快产 业结构及产品结构的调整、加大节电的宣传力度以及改革能源价格形成机制等，以 有效提升北京市电能效率水平。 关键词：电能，能源效率，因素分解模型，数据包络分析模型 a b s t r a c t t h ee n e r g ys t r u c t u r eo fb e i j i n gh a sb e e ng r a d u a l l ys h i f tf r o mr e l y i n gm a i n l yo n c o a lt oe l e c t r i c i t yp r i m a r y , c o a l ，g a sa n do i ls u p p l e m e n t a r y h o w e v e lt h ee l e c t r i ce n e r g y r e s o u r c eo fb e i ji n gi sl i m i t e da n dd i f f i c u l tt oa f f o r di t s e l f w i t ht h er a p i de c o n o m i c d e v e l o p m e n t ，t h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nl a r g ed e m a n da n dl i m i ts u p p l yo fe l e c t r i ce n e r g y h a sr e s t r i c t e dt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fb e i j i n g w h i l et h em o s tf e a s i b l ew a yo f r e s o l v i n gi ti st oi m p r o v ee l e c t r i ce n e r g ye f f i c i e n c ya tp r e s e n t o nt h eb a s i so fa n a l y s i so nc u r r e n ts t a t u so fe l e c t r i ce n e r g yu t i l i z a t i o ni nb e i j i n g ， t h i sp a p e rd i s c u s s e st h er e a s o n sf o rc h a n g e so fe l e c t r i ce n e r g yi n t e n s i t yi nb e i j i n gw i t h t h ec o m p l e t ef a c t o rc o m p o s i t i o nm e t h o d ，a n a l y z i n gt h et o t a lf a c t o re l e c t r i c e n e r g y e f f i c i e n c yo fb e i j i n gb yt h em o d e lo fd e a b a s e do ne m p i r i c a lr e s e a r c h ，t h ep a p e r p r o p o s e ss o m ee f f e c t i v ew a y st oi m p r o v et h ee l e c t r i ce n e r g ye f f i c i e n c yi nb e o i n g ，s u c h a sp r o m o t i n gt e c h n i c a lp r o g r e s s ，a c c e l e r a t i n gt h es t r u c t u r ea d j u s t m e n to fi n d u s t r ya n d p r o d u c t ，v i g o r o u s l yi n t e n s i f y i n gp u b l i c i t yf o re l e c t r i ce n e r g yc o n s e r v a t i o na n dr e f o r m i n g t h ee n e r g yp r i c i n gm e c h a n i s m y a nf e i ( t e c h n i c a le c o n o m i c sa n dm a n a g e m e n t ) d i r e c t e db yp r o f t a nz h o n g f u k e yw o r d s ：e l e c t r i ce n e r g y , e n e r g ye f f i c i e n c y , f a c t o rd e c o m p o s i t i o nm o d e l ，d a t ae n v e l o p m e n t a n a l y s i sm o d e l 华北电力人学硕十学位论文 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1 1 1 选题背景及意义1 1 2 国内外文献综述2 1 2 1 能源效率概念及指标研究综述2 1 2 2 能源效率评价方法研究综述4 1 2 3 电力能源效率研究综述8 1 3 课题研究内容8 1 4 预期成果和可能的创新点9 第二章北京市电力能源利用现状分析1 0 2 1 北京市能源供给现状分析1 0 2 1 1 能源资源概况分析1 0 2 1 2 能源供应现状分析1 0 2 2 北京市电力能源消费现状及趋势分析1 2 2 2 1 终端能源消费结构分析1 2 2 2 2 电能消费现状及趋势对比分析l2 2 2 3 终端消费部门电能消费现状及趋势分析1 4 第三章北京市单要素电力能源消费效率分析1 8 3 1 电力消费弹性系数变化趋势分析1 8 3 2 单位g d p 电耗变化趋势分析1 9 3 3 基于因素分解方法的北京市单要素电能消费效率分析2 l 3 3 1 建立结构分解分析模型2 l 3 3 2 产业结构和效率变动对北京市电耗强度的影响分析2 3 ：j 4 北京市电耗强度降低的建议措施2 6 第四章北京市全要素电力能源消费效率分析2 8 4 1i ) e a 概述及评价流程2 8 1 2i ) e a 的c c r 模7 弘简介2 9 1 ： j 占于d e a 方法的北京市令要素f u 能消赞效率分析： 2 4 3 1 指标及数据来源3 2 4 3 2 模型建立与求解3 2 4 3 3d e a 评价结果分析3 3 4 4 北京市电能消费效率提升的建议措施3 6 第五章结论3 8 i 华j 匕电力人学硕十学位论文 参考文献4 0 致谢1 5 学期间发表的学术论文和参加科研情况1 6 华北电力人学硕十学俯论文 1 1 选题背景及意义 第一章引 能源是人类社会生存与发展的重要组成要素，是一个城市经济发展必不可少的 重要物质基础。能源工业的兴起和发展，对社会经济的发展、科学技术的进步以及 人类生活水平的提高，都起到了巨大的推动作用。我国是世界上主要的能源消费大 国，各产业发展和人民生活水平的提高都与能源发展密切相关。而电力作为我国主 要能源之一，始终在国民经济中占据不可替代的重要地位，主要体现在以下几点： 一是对国民经济各产业发展起支撑作用：农业、建筑业、冶金、化工、交通运输、 邮电、商贸餐饮等各个行业的生产时刻都离不开电：二是对国民经济各产业发展起 拉动作用：电力工业发展将直接促进钢铁、材料、电子计算机、机器制造、交通运 输、通讯等行业的发展；三是可以作为宏观调控和产业结构调整的有力手段；四是 对第三产业和人民生活具有重要影响，是提高人民生活水平和缩小地区差距不可或 缺的条件。 纵观2 0 世纪的社会和经济发展，一个突出特点就是：电力的使用已渗透到社 会经济及生活的各个领域。由于电力具有便于转换，能无限划分和高度集中，清洁 干净和易于控制，可大规模生产和远距离输送等特性，使得电力发展和应用的程度， 即一个国家的电气化程度成为衡量其社会现代化水平高低、人民生活水平、物质文 明和精神文明高低的重要标志之一。特别是在进入以电子、信息、生物技术为代表， 从集中到分散，从简单选择到多种选择，从等级结构到网络结构的2 1 世纪，电力 将继续发挥其它能源所不能替代的作用，并且对电力的依赖程度还会进一步提高， 对电力供应的数量和品质也将提出更大、更高的要求。 北京作为资源消耗型的国际大都市，其资源匮乏，能源消耗位居全国第二，在 能源方面的最大特点是高度依赖外埠供应：1 0 0 的天然气、9 7 的煤炭、8 0 的成品 油和6 5 的电力供应都来自周边省市。随着城市化和现代化进程不断加快，经济规模 不断扩大以及居民消费结构逐步丁 - 级，北京市对能源的消费需求将不断攀升，能源 消费增长! j 环境约束增强的矛盾也将不断j j 【l 刷。2 0 0 6 年北京市能源消费总链从1 9 9 7 年的3 7 1 9 2 万吨标煤增加到5 9 0 4 1 j j f i 屯标煤，增k5 8 7 ，i l z 均年增k 率为4 7 。 2 0 0 6 年，北京市终端能源消费量为5 6 8 2 2 力吨标煤，其中：电力占3 3 1 ；煤炭 占17 9 ：成品油( 汽、煤、柴) 占17 8 ；天然气占6 7 ；焦炭占3 9 ；其它占2 0 6 。 可见，北京市能源结构已逐步从燃煤为主转向以电力、天然气等优质能源为主，但 城市电气化水平还需进一步提高。 s 芦1 l 电力人学硕十学位论文 近年来，北京市电力能源消费效率逐年提高，但是与世界先进水平相比，还存 在较大差距。据美围劳伦斯伯克利国家实验室推算，今后3 0 年若能致力于提高终 端用电效率，发展中国家i j j 削减能源总投资4 0 ，可 j 省1 5 万亿美元：j 【：业化国 家可削减5 0 的能源总投资，市省7 0 0 0 亿荚元。为确保北京市“十“”节能目标 的实现，并伍保证能源供应安全的6 ，j 提下，继续调整和优化现有能源结构，降低煤 炭在终端能源的消费比重，逐步实现以电、天然气等优质能源为主，新能源和可再 生能源为补充，多元互补、协调发展的优质化能源结构，有必要深入地了解北京市 的电力能源利用状况，分析各重点用能领域的电力能源效率水平以及提出相应的能 效提升措施，从而明确各用能领域的节能方向，打造北京市能源安全、经济发展与 环境友好和谐的新局面，为构建和谐社会首善之区，实现北京市经济一能源一环境可 持续发展提供安全、经济、清洁、高效的能源保障。 1 2 国内外文献综述 1 2 1 能源效率概念及指标研究综述 目前国际普遍用能源效率( e n e r g ye f f i c i e n c y ) 来替代上世纪7 0 年代能源危机后 提出的节能( e n e r g yc o n s e r v a t i o n ) - - 词。实际上，从国际权威机构对“节能”和“能 源效率”给出的定义来看，两者的涵义是一致的。按照世界能源委员会1 9 7 9 年提 出的定义，节能是“采取技术上可行、经济上合理、环境和社会可接受的一切措施 来提高能源资源的利用效率。”这就是说，节能是旨在降低能源强度( 单位产值能耗) 的努力，应在能源系统的所有环节，包括开采、加工、转换、输送、分配到终端利 用，从经济、技术、法律、行政、宣传、教育等方面采取有效措施来消除能源的浪 费。世界能源委员会在1 9 9 5 年出版的“应用高技术提高能效”中，把“能源效率 定义为：减少提供同等能源服务的能源投入。这是能源效率的一般性概念心】。 一般能源效率可采用以下等式】： 能源效率= 篆需鬻 公式( 1 1 ) 博舍别叶犬( b o s s e b o e u f d ) 等( 1 9 9 7 ) 则从两j j i f i 定义了能源效率：经济上的能源 效率指用相同或更少的能源获得更多产；“或更好的生活质量。技术经济k 的能源效 率则指山r 技术进步、生活方式的改变、管理的改善等，导致特定能源使川的减少 【i 】 o 中国学者作了如下定义：“能源效率”，简称“能效”，按照物理学的观点，是 指在能源利用中，发挥作用的能源量与实际消耗的能源量之比。从消费角度看，能 效是指为终端用户提供的服务与所消耗的能源总量之比。所谓“提高能效”是指用 夕 华北电力人学硕十学位论文 更少的能源投入提供同等能源服务。瞄3 业太能源研究中一o 、( a p e r c ) 指f ，能源效率指标的基本任务足后果评估、目标 评价和舀：州等群体中的相对形势评f 与。能源效率指标有助丁对不同的能源政策、项 h 和1 ，能投资进i j ：评价，通过比较过去和朱米的趋势，得f l j 现在j j f i 处的形势，州时 促进更有效率的技术和工序方法的推广。通过能源效率指标的构建，比较类似的能 源消费过程并排除外部影响，相对静态的分析能确定相对的改善潜力。m 1 王庆一教授根据上面能源效率的定义认为，衡量能源效率的指标可分为经济能 源效率和物理能源效率两类。经济能源效率指标又可分为单位产值能耗和能源成本 效率( 效益) ；物理能源效率指标可分为物理能源效率( 热效率) 和单位产品或服务能 耗。【7 1 经过国际能源组织和国家能源管理者的多年合作，现在更好地建立了国家和部 门能源效率指标框架。1 9 9 7 年国际能源组织提出了一个指标金字塔，说明了能源效 率指标概念上，从金字塔顶部向下逐步分解坤1 。菲利普森( p h y l i p s e n ) 等( 1 9 9 8 ) 在前面 的基础上稍作了修改，说明数据的集合水平对应相应的能源效率分析水平阳j 。 帕特森( p a t t e r s o n ) 认为能源效率指标主要有四类似： ( 1 ) 热力学指标 这类指标依靠热力学的测度。其中一些是简单的比值，还有一些则是一个理想 工序中能源使用量的准确测量。 ( 2 ) 物理热力学指标 这类是混合性指标，能源仍以热力学单位投入，但以物理学单位测量产出。这 些物理学单位设法测量工序服务传输，比如，产品的吨数。 ( 3 ) 经济热力学指标 这类指标同样是混合性指标，工序的产出是根据市场价格测度的。能源投入依 然是传统的热力学单位计量。 ( 4 ) 经济性指标 这类指标纯粹根据市场价格来测量能源效率的变化。能源的投入及其产出都是 货币讨祭。 工业上，能源效率的改善经常表示为单位能耗( s e c ) 的减少。单位能耗是一个物 理学能源强度指标，它是工序的能源消耗与有用产出的比值。对于生产单一产品的 工序来蜕，单位能耗可作为一个能源强度指标。另外，环境能源效率指标可以作为 第五类指标，这类指标主要测量能源消耗所产生的特殊排放物。卅 华北l u 力人学硕十学1 1 f 7 ：论文 能源效率指标又可以分为两类：描述性指标和解释性指标。描述能源效率 的形势和进展的指标称为描述性指标。描述性指标通常是历史的时间序列。单位能 耗就是一个描述性指标。如果要分析月度时问序列，由于气候造成的影响是显见的， , l t i 然单位能 e 指标术身小包禽这螳信息，为了分析原，需要有一愈解释一r f 指标。 它能解释描述性指标在比较和时i 、日j 上的差异。解释性指标能解释能源效率形势和进 展的因素、时问序列的差异以及能源消费演化中能源效率的角色。尤其是明确技术 进步、结构变化、行为变化等各自的角色。解释性指标可以直接来自于其它指标， 也可以是合适的新指标。解释性指标通常不容易从统计资料中得到，它的缺点是其 非正式身份。 能源效率的分析通常要构建一套评价能源效率的指标。然而，能源效率指标的 有效性受到许多因素的制约，显著的有这么几个因素：数据的可用性和准确性哺1 ， 使用的指标的一致性以及指标的解释性。甚至，效率、转化、节省和理性使用 ( e f f i c i e n c y , c o n s e r v a t i o n ，s a v i n g s ，a n dr a t i o n a lu s e ) 的概念不同国家之间存在不同的定 义引。 关于能源效率的另一个问题是能源效率的作用与结构性作用的分离。菲利普森 ( p h y l i p s e n ) 等人认为这个问题可通过分解生产数据来增加指标数。一1 为了达到能源效 率计算方法上的一致，博舍别叶夫( b o s s e b o e u f d ) 等人提出以下建议：数据的一致性； 定义一个能源效率评价的一般方法；建立一个合适的机制来面对能源效率政策方面 不同国家的经验以及协调解释。 帕特森( p a t t e r s o n ，1 9 9 6 ) ? 0 举了过去能源效率指标实施研究中出现的方法上的问 题和争论，主要有：评估与价值评价、能源质量问题、边界问题、连接生产问题、 指标的使用目的等。大多数问题是所有能源效率指标普遍存在的，还有一些仅是在 特定能源效率指标中出现的n ，。 1 2 2 能源效率评价方法研究综述 美国能源情报署( e n e r g yi n f o r m a t i o na d m i n i s t r a t i o ne i a ) y l j 举了一些方法：市场 购物篮法( m a r k e tb a s k e ta p p r o a c h ) 、综合法( c o m p r e h e n s i v ea p p r o a c h ) 、因素分解法 ( f a c t o r i a ld e c o m p o s i t i o na p p r o a c h ) 、d i v i s i a 指数法( d i v i s i ai n d e xa p p r o a c h ) 、最佳 表现法( b e s tp r a c t i c ea p p r o a c ho 这些方法在国际上都有使用，其中，因素分解法在 能源效率的研究中比较常用。而同内更多的是使用流程分析法。另外，情景分析法 也是一个分析能源供需和能源效率的好方法。这罩对国内外主要的能源效率分析方 法做一下综述： ( 1 ) 因素分解法综述 目前因素分解法较多，下面针对丰要的方法逐一介绍： 4 华匕电力人学硕十学位论文 基于d i v i s i a 指数的相关方法 ( a ) 对数平均迪氏指数法( l o gm e a nd i v i s i ai n d e xm e t h o d ，l m d i ) 对数平均迪氏指数法有乘数分解( l m d ii ) l 1 2 - i h 和加和分解( l m d ii i ) 1 两种。迪 氏分解法的优点足它们分解后4 i 会【 j 现小u j 解释f 内余项，分解公式采川梢：与尚j 扛的 形式，并且很容易把乘数分解( l m d ii ) 和加和分解( l m d ii i ) 建立起联系。 ( b ) 算术平均迪氏指数法( a r i t h m e t i cm e a nd i v i s i ai n d e x ，a m d i ) 算术平均迪氏指数法使用的是算术平均权重函数，而l m d i 使用的是对数平均 权重函数。因此，其方程式要比l m d i 简单。它也有乘数n 副和加和n 州两种方法。在 很多情形下，a m d i 经常可以替代l m d i 使用，其分解结果也非常接近。但a m d i 有两个缺点：一是不能因素逆向检验，a m d i 有一个很大的残余项。二是当数据集 含有0 值时，a m d i 就不适用了，例如，在研究期内一个部门的一种能源资源丌始 或退出使用。 基于l a s p e y r e s 指数相关方法 相对于d i v i s i a 指数相关方法，在l a s p e y r e s 指数相关方法中，乘数分解和加和 分解的关系很难分割。 ( a ) 修改f i s h e r 理想指数法 安本华等( a n gbw e ta 1 ，2 0 0 2 ) 人提出的修改f i s h e r 理想指数是一种很优秀的因 素分解法，它有几个与f i s h e r 理想指数相关的很好的性质。当分解只有两个因素时， 修改f i s h e r 理想指数与经济学中的f i s h e r 理想指数法是一样的。把修改f i s h e r 理想 指数归到l a s p e y r e s 指数法下，是因为它的公式与l a s p e y r e s 指数有一些相关。7 1 ( b ) s h a p l e y s u n 法和m a r s h a l l e d g e w o r t h 法 在加和法中，经常被研究者用来分析成本分配问题的s h a p l e y 指数法，2 0 0 2 年 阿尔布赖特( a l b r e c h t ) 等人应用到能源分解中t 川。由于这方法是s u n ，j w 首先在 1 9 9 8 年提出用s h a p l e y 指数分解因素“，其基本形式很复杂，具体可以参考文献n 舻州。 当只有两个因素分解时，该法与m a r s h a l l e d g e w o r t h 法是一致的。 因素分解法应用综述 因素分解法在国际能源问题的研究中得到了广泛的应用。早期丰要采用 l a s p e y r e s 指数法，存2 0f 址纪7 0 年代末，8 0 年代初= 三婴在概念上应j jl a s p e y r e s 指 数，具体做法足让一个因素变动，而所有其他冈素符i ， 训定住抹年的值，计算该凶 素的影响力。有代表件的例子有肇恩和仁特尔( j e n n ea n dc a t t e l l ，1 9 8 3 ) 心、j 茱 ( m a r l a y , 1 9 8 4 ) 心纠分别分析了英国和美国工业的能源使用。后来l a s p e y r e s 指数法得 到了进一步的扩展和改进l 。9 1 。 博伊德等人( b o y de ta 1 ，1 9 8 7 ) 提出了d i v i s i a 指数法作为l a s p e y r e s 指数法外的能 源因素分解法的另外选择引。从此d i v i s i a 指数相关的方法也得到了扩展和改进。然 而，l 门：在数据卜缺乏一致性和方法选择_ 卜没有一致的看法，因此很多学者在选择 5 华北电力人学硕士学位论文 上很武断。在很多研究中，经常不提及选择方法的依据，人多数学者只选择一种而 忽视其他方法。 在国家能源效率监测方面，新西兰采用了改进的d i v i s i a 指数法来监测能源效率 取得的进步”“。d i v i s i a 指数法f 卅样被荚司能源部采用，末f ：造荚罔总能源效；棼指数 比。欧洲能源效率指标s a v e 项目也采用了d i v i s i a 指数法引。 加拿大能源效率办公室2 0 0 4 年使用l a s p e y r e s 指数法来追踪和报告加拿大 1 9 9 0 - 2 0 0 2 年的能源效率趋势心引。国际能源组织( i n t e r n a t i o n a le n e r g ya g e n c yi e a ) 也 采用l a s p e y r e s 指数法来设法解决能源效率指标问题【引。l a s p e y r e s 指数法同样被亚 太能源研究中, l 二, ( a s i ap a c i f i ce n e r g yr e s e a r c hc e n t r ea p e r c ) 应用在亚太经合组织 ( a p e c ) 能源效率指标项目的研究中心7 1 。 法拉( f a r l ajcm ) 和布洛克( b l o kk ) 评估了荷兰在1 9 8 0 1 9 9 5 年期间能源效率提 高以及产业结构变化对一次能源消耗总量的影响心引。海布巴斯罩( h e p b a s l ia ) 和奥莎 尔普( o z a l pn ) 评价了土耳其工业部门的能源效率进展情况乜引。帕蒙特( p i m e n t e ld ) 等从成本和收益的角度分析了美国能源效率问题。m 1 。 从国内的文献看，有关因素分解法在能源方面的应用很少见到，韩智勇、魏一 呜、范英将能源强度变化分解为结构份额和效率份额，对中国能源强度变化中的结 构份额和效率份额进行了定量分析，结果表明：1 9 9 8 2 0 0 0 年间，中国能源强度下 降的主要动力来自于各产业能源利用效率的提高，其中工业能源强度下降是总体能 源强度下降的主要原因。川。 另有两篇有关环境的研究采用了因素分解法。哈尔滨工业大学的齐中英建立了 分解模型，实现对二氧化碳的排放量和人均g d p 指标、能源密度、能源结构等因素 作用的定量分析。心1 。陈六君、王大辉、方福康利用分解分析方法将中国工业污染变 化分解为规模效应、结构效应、清洁技术效应和污染治理效应，分解结果表明： 1 9 9 2 2 0 0 0 年期间，规模效应与结构效应增加工业污染，其中规模效应占主要部分； 清洁技术效应与污染治理效应减少工业污染，其中清洁技术效应占主要部分引。 ( 2 ) 国内的t 要研究方法吲 国内研究能源效率的方法i 要是过程分析法。过程分析是把巾图能源系统，按 照初级能源资源的种类，包括水电、煤炭、原油、天然气，将能源，卜产供应活动分 类。再将终端用能部门分为_ - t - q k 、农业、交通运输、商业与城乡民用、建筑等若干 种类。沿着各种能源从一次能源投入到最终使用过程的实际流向，结合尘产活动特 点，将中国能源系统划分为一次能源投入、输送与加工、转换、中心电站转换、二 次能源，及直接使用的一次能源输送与分配、能源终端消费等环节，根据相应的技 术资料和统计资料计算出各个环节的能源利用率，综合算出中国能源效率。 1 9 8 2 年能源所“我国1 9 8 0 年能源平衡表与能源系统流程图编制方法研究”课 6 华北电力人学硕十学化论文 题组，基于所编制的中凼l9 8 0 年能源i f 衡表、困内外相关统计资料、专家研究报 告以及分布于1 i 同彳业的2 0 0 多个企业主要耗能设备的能量平衡测试资料，采用过 稗分析与部i j 分析十i i 结合的方法，运用能源系统橘述模掣( 能源系统网络图) ，分析 汁算：出l j 幽1 9 8 0 年能源效率为2 5 8 6 。1 9 9 5 年，上庆。教授在能源所和清华核能 研究院成果的基础上，收集了相关数据，采用较简易的方法，对中国l9 9 2 年能源 系统的总效率进行了估算，即中国1 9 9 2 年能源系统总效率为9 3 。1 9 9 9 年国家计 委宏观经济研究院课题组应用“我国1 9 9 5 年能源系统网络图”( 能源系统描述模型) ， 和基于众多研究数据资料的部门分析相结合的方法，进行分析计算并得出中国1 9 9 5 年能源效率为3 4 3 1 ，比1 9 8 0 年的2 5 8 6 相比，提高了8 4 5 个百分点，年均提高 1 9 。 ( 3 ) 情景分析法 情景分析是就某一主体或某一主题所处的宏观环境进行分析的一种特殊的研 究方法。概括的说，情景分析的整个过程是通过对环境的研究，识别影响研究主体 或主题发展的外部因素，模拟外部因素可能发生的多种交叉情景以分析和预测多种 可能前景。情景分析比较灵活，其应用包括涵盖了两种情况：第一，利用目前环 境进行直接的向外的趋势预测；第二，向目前环境中人为地增加新条件，对趋势进 行观察。因此，研究人员更容易利用抽象思维处理复杂的社会、经济等问题，尤其 是一些包含了过多不确定因素的问题。但是在实际应用中，需要特别注意，事物发 展过程的连续性、事物问的联系性、逆转的合理性以及各种可能性和现实性。 国家发展改革委员会能源所周大地用情景分析法提出，中国2 0 5 0 年达到中等 发达水平时，终端能源消费部门结构将由工业、交通、建筑物( 含居民和服务业) 各 占约1 3 ；入均能源消费量达到2 吨至2 5 吨标油，能源消费总量将达到3 0 亿吨至 3 7 5 亿吨标油左右；能源结构中煤炭不能高于3 5 ，油气一次能源大约在4 0 5 0 左右，一次电力( 核、水、风及其他可再生能源) 应该在l5 2 0 以上。州。 周风起，王庆等用情景分析法分三种情景给出了2 0 0 0 2 0 2 0 年一次能源需求 总量及其品种构成，认为如果采取正确的能源战略和相关的政策措施，未来2 0 年 。l l 因的能源需求将有1 1 ，能保持相对较低的增长速度。州。 壳牌公；d 采用情景分析方法成功预测j l l 次干i 油危机，使它能有效地把握未来发 展的趋专挚并为之做好准箭。盯1 。两博格立特( s i l b e r g l i t tr ) 等人利片j 情景分析法对美国 的能源需求进行了颅测。叫。j b 仙( w e b e rc ) , f h 佩锄斯( p e r r e l sa ) 运用投入产出模型、 情景分析法等研究了生活模式的变化对能源需求及相应的气体排放的影响。川。 梁巧梅等人建立了基于投入产出的能源需求和能源强度情景分析模型的总体 框架。针对该模型，围绕影响能源需求和能源强度变化的各种社会经济因素，以逐 层叠加的方式建立其情景分析模型。运用1 9 9 7 年的数据，针对全面实现小康社会 7 华北电力人学硕卜学位论文 目标的各种情景，定量地分析了社会经济发展凶素对能源需求和能源强度的影响。 1 4 0 瓦勒尔( w o r r e l le ) 和普赖斯( p r i c el ) 通过设定提高能源效率的三种不f 卅政策情 景水说叫炎困：i ：业旺l j 临的能源、经济f 珂：境的挑- 饯。 1 2 3 电力能源效率研究综述 国内外也有部分学者针对电力能源消费情况做了以下研究： 在电力能源消费与经济增长之间关系方而：林伯强( 2 0 0 3 ) 应用协整分析和误差 修j 下模型研究了中国电力消费与经济增长之间的关系，结果表明g d p 、资本、人力 资本以及电力消费之间存在着长期均衡关系：2 1 仇伟杰、刘思峰( 2 0 0 5 ) 通过灰色系 统建模，分析了电力消费量、国内生产总值、人口数量、固定资产投资和居民消费 水平指数五个因素对电力消费弹性的影响；明吴和成、伊会秀( 2 0 0 7 ) 基于单投入多 输出的d e a 方法讨论了地区电力消费与经济增长之间的关系；h 们国外学者s q u a l l i ( 2 0 0 6 ) 研究了o p e c 国家电力消费和经济增长的因果联系；副b a r a y a n 等( 2 0 0 7 ) 运用 面板数据单位根检验和协整技术表明七国集团可以通过价格手段解决电力供应不 足问题。1 在电力能源效率研究方面：张安华( 2 0 0 6 ) 简要介绍了中国电力工业能源利用效 率较低的现状，分析了相关的原因，然后提出了提高中国电力工业能效的若干建议： 7 1 米建华( 2 0 0 6 ) 对中国“十一五”电力能效影响因素进行了分析；刚朱慧莉( 2 0 0 8 ) 阐述了中国电力工业的能源利用现状以及国家的相关政策和规划，认为我国整体发 电机组能效水平较低的主要原因是火电机组运行方式不合理，小火电机组比重过 大。刚曹新( 2 0 0 8 ) 分析了我国电力产业节能减排现状并给出了建议对策n 引；侯建 朝( 2 0 0 7 ) 对我国电力产业能效指标进行了国际对比分析，通过与发达国家实证性 的对比，揭示我国电力产业在能效方面存在的不足，提出我国电力产业节能的战略 途径。婶王群伟( 2 0 0 8 ) 运用d e a 方法，构造了全要素电力消费效率指标，用以 分析和评价我国各地区电力消费的效率问题。结果表明，东部、中部、西部的效率 呈明鼹的阶梯状递减排列，地区蔗异较为显著。瞄别 1 3 课题研究内容 北京作为一个资源消耗型的国际大都市，征处在一个经济持续发展和能源供需 紧张的重要历史阶段。目前，北京市能源结构已逐步从燃煤为主转向以电力、天然 气等优质能源为主，但城市电气化水平还需进一步提高。如何在促进经济、电力能 源及环境协调发展的情况下，完成“十一五”能耗降低2 0 的目标以及挖掘出电力 能源消费效率提升的有效途径足本文研究的藿点。论文t 要研究内容有： 8 华北电力人。z 硕十学位论文 ( 1 ) 北京市电力能源利用现状分析 包括电j 能源供给现状及电力能源消费现状及趋势分析。 ( 2 ) 北 f l ，i u ，j 能源消货效率分析 运用完全分解的冈素分解模型分析北京市电耗强度变化的影响晖l 素；并且 借助数据包络分析( d e a ) 模型对北京市全要素电力能源消费效率进行分析。 ( 3 ) 北京l j 电力能源消费效率提升策略研究 通过对北京市单要素电能消费效率及全要素电能消费效率水平的研究，挖 掘出重点用电领域的节能潜力，并提出能效提升的建议措施。 1 4 预期成果和可能f l , g n 新点 ( 1 ) 首次应用完全分解的因素分解模型定量分析北京市电耗强度变化的影响 因素，为该问题的研究提供更为有力的理论支撑； ( 2 ) 首次应用数据包络( d e a ) 模型对北京市全要素电力能源消费效率进行分 析，可有效弥补单一要素( 电耗强度) 评价指标的不足，更好地反映北京市电能消 费效率水平。 9 华北l 乜力人学硕十学位论文 第二章北京市电力能源利用现状分析 2 1 北京市能源供给现状分析 随着经济的快速发展，能源不足已成为制约北京市经济可持续发展的重要瓶 颈。将能源开发与节约并重，并且节约优先，是贯彻落实科学发展观的客观要求， 也是北京率先转变经济增长方式，提高城市国际竞争力的必然要求。如何充分合理 的利用能源资源，以期达到用最少的能源投入获得更大的经济产出，首先就要对北 京市的能源利用状况进行深入的分析。 2 1 1 能源资源概况分析 近年来，北京的经济发展取得了举世瞩目的成绩。2 0 0 7 年北京市国内生产总值 已突破9 3 5 3 3 亿元，人均g d p 达到5 8 2 万元人民币，为全国经济产值较高城市之 一。北京虽然是我国经济最发达城市之一，但是本地的能源资源十分匮乏，发展约 束压力很大，一次能源主要是储量较少的煤炭和少量的水电以及地热等，天然气和 石油尚未发现可供开采的工业储量。此外，由于能源调入地比较集中，输送走廊较 窄，距离较长，存在一定程度的安全隐患。如：2 0 0 5 年约有9 0 以上的能源是从外 省市调入的。 煤炭资源主要分布在北京西部，最大年产量仅为1 0 0 0 力吨，且9 7 为无烟煤。 由于热稳定性差，灰份高等原因，只有少量用于烧结、炼焦配煤、高炉喷吹等工业 生产。目前京西煤主要用于民用，发电与焦化用煤主要靠外地供应；水力资源主要 分布在白河、永定河和潮白河干流，约占可开发资源的7 0 左右；已开发水电装机 容量约2 5 8 万千瓦，其中不包括十三陵抽水蓄能电站；地热属低温地热，在平原 地区地热资源分布范围较广，北京主要有1 0 个地热带，理论上估计地热水的年可 开采量约在2 0 0 0 力立方米以上，目前开发利用了一半左右，用于供温室约2 0 0 力 立方米，采暖约4 0 万立方米。 2 1 2 能源供应现状分析 受资源禀赋特点制约，近年来北京市能源供应总体挈低速增长念辨，f 1 给率很 低。2 0 0 7 年，全市能源生产总量3 3 6 1 3 万吨标准煤，仅比1 9 9 0 年增长了3 7 ，年 均增速不到1 8 6 。一次能源生产量为4 6 6 1 力吨标准煤，其中原煤产量4 6 3 4 万 i i , l j 标准煤，如图2 一l 。二次能源生产量为2 8 9 5 2 力吨标煤，同比增长6 6 7 。其中： 成品油及石油制品5 8 9 2 力吨，占3 0 3 1 ；火电2 2 4 4 亿千瓦时，占9 5 2 ；热力 1 0 华北电力大学硕士学位论文 1 2 9 5 1 1 万百万千焦，占1 5 2 5 ；焦炭及焦化产品等其他能源1 3 0 0 3 4 万吨标准煤， 占4 4 9 1 。 图2 11 9 9 0 2 0 0 5 年北京市原煤生产量、消费量及自给率 因北京市能源资源有限，经济发展所需能源绝大多数依靠外部供应。如：2 0 0 5 年全市能源消费总量为6 7 7 0 万吨标煤，其中调入量为6 0 9 0 5 万吨标煤，占能源供 应总量的9 0 以上，其中：煤炭占3 1 4 ，原油占1 6 9 ，电力占1 6 8 。 “十一五 期间，北京市以科学发展观为指导，把能源安全放在核心地位，坚 持开源节流并重，将能源节约作为日常工作的重点，并以科技进步为支撑，进一步 优化能源结构，提高能源效率，逐步建立起以电为主，煤、气、油为辅，新能源和 可再生能源作为补充，多元互补、多方供应、协调发展的优质化能源结构，为首都 经济社会的可持续发展提供清洁、安全、经济的能源保障。在电力方面，北京市将 逐步增强5 0 0 千伏环网为基础构架的本地电网建设，在现有顺义、昌平、安定、房 山4 座5 0 0 千伏变电站基础上，增加通州、门头沟2 座5 0 0 千伏变电站，形成六个 不同方向的外来电力接收通道。同时，新建海淀、朝阳、城南、城北4 座城区5 0 0 千伏变电站；并进一步增强电力调峰和集中供热能力，建设郑常庄、太阳宫、电子 城、亦庄燃气热电厂，新增供电能力1 5 0 万千瓦和供热面积2 5 0 0 万平方米。 华北电力大学硕士学位论文 2 2 北京市电力能源消费现状及趋势分析 2 2 1 终端能源消费结构分析 富煤贫油少气的资源特点，决定了我国长期以来严重依赖煤炭资源的能源消费 结构。在北京市的能源消费结构中，煤炭曾一度占据主导地位。1 9 9 5 - 2 0 0 6 年问， 煤炭消费量一直稳定在1 4 5 0 万吨标煤左右，但由于终端能源消费总量的不断上升， 致使煤在终端能源消费结构中的比重逐渐走低。与此同时，电力、油和天然气等优 质能源的消费速度增长较快，比重不断上升。自2 0 0 4 年以来，电力已赶超煤炭， 占据第一位，而油品也自2 0 0 5 年起开始占据第二位，并且二者与煤炭的差距还有 继续拉大的趋势；此外，自2 0 0 0 年以后，天然气就以年均3 2 2 1 的速度快速增长。 至2 0 0 6 年，电力、油及天然气占终端能源消费比重己分别达到3 3 1 1 、2 8 6 4 和 6 6 5 ，分别比2 0 0 0 年上升4 5 8 、7 0 6 和4 9 0 。可见，北京正逐步建立起以电 为主，煤、气、油为辅的优质化能源结构。2 0 0 6 年各种终端能源的消费结构如图 2 2 所示： 1 ?“v?二?“，i * j ， ， 一?“， 油。2 8 煤。2 4 4 7 , 匦区亟叵匹函区剪圃 图2 22 0 0 6 年北京市终端能源消费结构图 2 2 2 电能消费现状及趋势对比分析 伴随北京经济的高速增长，电力消费量也在逐年攀升。1 9 9 0 - 2 0 0 7 年间，北京市 电力消费总量由1 7 4 1 3 亿千瓦小时上升至6 6 7 亿千瓦小时，增长了2 8 3 倍，年均 增长8 2 2 ，仅次于四大直辖市中的上海市( 年均增长8 5 8 ) ；国内生产总值( g d p ) 1 2 华北电力大学硕士学位论文 由3 1 0 6 亿元上升至1 9 9 5 2 亿元，增长了5 4 2 倍。北京市以年均占全国2 5 2 电 力消费总量，贡献了占全国3 3 4 的g d p 总量，以较低的电力消耗，贡献了较高份 额的g d p 总量，如图2 3 、图2 4 所示。 2 5 0 0 o 2 0 0 0 o 1 5 0 0 o l o o o o 5 0 0 o 一 窖 培 十 四 一 删 稚； 辉 r 脚 o o 1 9 9 01 9 9 51 9 9 9 2 0 0 02 0 0 l2 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 7 图2 - 3 北京市国内生产总值与电力消费总量及国内占比 4 0 0 3 5 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 o 5 a o o o 1 9 9 01 9 9 51 9 9 9 2 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 2 0 0 62 0 0 7 图2 - 41 9 9 0 - 2 0 0 7