基于STIRPAT评估模型的东北地区碳排放与电力消费相互关系分析.pdf

基于 评估模型的东北地区碳排放与电力消费相互关系分析胡杰，亢玖慧（中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，长春 ）摘要：随着“双碳”目标的提出，我国能源需求刚性增长与资源、环境约束的矛盾更加突出，减排强度与经济高质量发展压力巨大，构建以新能源为主体的新型电力系统需求迫切。通过对东北地区经济、能源消费、电力消费、碳排放等多个方面数据的整理分析，搭建基于 的评估模型，研究论证东北地区二氧化碳排放量（以下简称碳排放量）与电力消费相互关系，得出东北地区能源消费电气化程度与地区碳排放量的系数为 ，结果表明东北地区能源消费电气化程度的提高，可降低地区碳排放压力。关键词：电力消费；能源消费；碳排放；评估模型；相互关系中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，）：，：；收稿日期：作者简介：胡杰（），女，高级工程师，从事电力设计工作。引言随着二氧化碳排放量（以下简称碳排放量）的增加，全球温室效应已越发明显，世界各国应对气候变化行动已达成共识，彼此均须承担“共同但有区别”的节能减排责任。我国已于第 届联合国大会，明确提出“将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，力争在 年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取 年实现碳中和”。考虑到 年开始受疫情影响，地区经济、能源及碳排放数据不具备普遍性，本文采用 年至 年相关数据，统计整理分析东北地区（含辽宁省、吉林省和黑龙江省）经济发展、能源消费、电力消费及碳排放量等多个方面数据，搭建基于 的评估模型，研究论证东北地区碳排放与电力消费相互关系，并提出相关建议，为尽早实现东北地区“双碳”目标提供借鉴。东北地区经济发展分析 犌 犇 犘总量 年，东北地区国内生产总值（，）总量为 亿元，同比增长，低于全国 个省级行政区（其中不含西藏自治区、台湾省、香港特别行政区、澳门特别行政区，下文对全国的统计数据均不包括上述地区），增速，约占全国 总量的。其中，辽宁第 卷第期（总第 期）年月 吉林电力 （）省 总量为 亿元，同比增长；吉林省 总量为 亿元，同比增长；黑龙江省 总量为 亿元，同比增长。受地区经济提振不足、经济新增长点带动能力不强及产业结构升级改造效果不明显等因素影响，近期东北地区经济发展较为缓慢，占全国比重连年下降，已由 年的 下降至 年的，与西部地区差距也明显拉大。年至 年东北地区与其他地区 占比情况对比见图。图 年至 年东北地区与其他地区 占比情况对比 人口情况 年，东北地区常住人口 万人，同比下降，为东部地区、西部地区、中部地区和东北地区“四大板块”中唯一出现人口负增长的地区。其中，辽宁省常住人口 万人，同比下降；吉林省常住人口 万人，同比下降；黑龙江省常住人口 万人，同比下降。受经济形势、体制改革及就业环境等多方面因素影响，自 年起，东北地区人口始终处于外流状态，人口全国占比由 年的 降至 年的。东北地区对人才的吸引力已明显落后于东部经济发达地区及西部大开发核心地区。年至 年东北地区与其他地区人口增速情况对比见图。图 年至 年东北地区与其他地区人口增速情况对比 人均犌 犇 犘情况 年，东北地区人均 约为 元，约为全国人均 的。其中，辽宁省人均 约为 元，位居全国第 位；吉林省人均 约为 元，位居全国倒数第位；黑龙江省人均 约为 元，位居全国倒数第位。受经济整体形势影响，即使考虑到地区人口外流的情况，东北地区人均 增长乏力也愈加明显。年起，东北地区已成为“四大板块”中人均 最低的地区，年东北地区人均 仅约为东部经济发达地区的。年至 年东北地区与其他地区人均 增长情况对比见图。图 年至 年东北地区与其他地区人均 增长情况对比东北地区能源消费及碳排放情况分析 地区能源消费情况 年 东 北 地 区 能 源 消 费 总 量 约 为 标准煤，约占全国能源消费总量的，高于其 占比。其中，辽宁省能源消费量约为 标准煤，位居全国第位；吉林省能源消费量约为 标准煤，位居全国第 位；黑龙江省能源消费量约为 标准煤，位居全国第 位。年东北地区人均能源消费量约为 标准煤 ，约为全国人均能源消费量的 倍，是“四大板块”中人均能源消费量最大的地区，能源综合利用水平偏低。年至 年东北地区与其他地区人均能源消费量与全国平均水平情况对比见图。地区电力消费情况 年东北地区用电量约为 ，同比增长。其中，辽宁省全社会用电量约 ，吉 林 省 全 社 会 用 电 量 约第 卷第期（总第 期）吉林电力 年月图 年至 年东北地区与其他地区人均能源消费量与全国平均水平情况对比 ，黑 龙 江 省 全 社 会 用 电 量 约 。东北地区全社会用电量占全国比重逐年下降，已由 年的 下降至 年的。年东北地区人均用电量为 ，约为全国人均用电量的。受地区经济发展影响，东北地区人均用电量由 年与东部地区水平相当，下滑至 年略高于中部地区，人均用电量增速缓慢。年至 年东北地区与其他地区人均用电量增长情况对比见图。图 年至 年东北地区与其他地区人均用电量增长情况对比 地区碳排放情况 年东北地区碳排放量约 ，约占全国碳排放总量的，高于其 占比。其中，辽宁省碳排放量约 ，位居全国第位；吉林省碳排放量约 ，位居全国第 位；黑龙江省碳排放量约 ，位居全国第 位，与 东北三省能源消费量 排 名情 况 基本相当。年东北地区人均碳排放量约为 ，约为全国人均碳排放量的 倍，是“四大板块”中人均碳排放 量最 大 的地区，节能减排压力较大。年至 年东北地区与其他地区人均碳排放量增长情况对比见图。图 年至 年东北地区与其他地区人均碳排放量增长情况对比基于 评估模型的地区碳排放及电力消费相互关系 犛 犜 犐 犚 犘 犃 犜模型构建 模型是 和 提出的基于 的随机模型 ，即将人口规模、经济发展水平与技术水平随机回归，以分析各因素对环境压力的影响。其具体模型公式为：（）式中：代表模型参数；、分别代表人口规模、经济发展水平和技术水平的影响系数；代表随机误差项。在对该模型进行对数处理后，公式可进一步优化为：（）此时，、转变为对应影响因素对环境压力的弹性系数。为进一步论证东北地区碳排放与电力消费相互关系，本文设定碳排放量为环境压力的指标参数，并选取地区常住人口数为人口规模的指标参数，人均 为经济发展水平的指标参数，选取电力消费量（转换系数按 ）占能源消费量的比值，即能源消费的电气化程度作为技术水平的指标参数。年至 年东北地区 模型采用的指标统计情况见表。显著性检验回归分析通常需要检验样本数据的显著性水平，即判断研究选取的指标参数是否与设定的环境压力有明确的线性关系。本次研究利用 软件的成对样本检验分析所采用的指标参数的显著性程度。经计算分析，在考虑常数项（）后，未通过限制性为的检验的验证（见 表）。但在不考虑常数项（）后，模型的所有胡杰，等：基于 评估模型的东北地区碳排放与电力消费相互关系分析表东北地区 模型采用指标统计年份常住人口万人人均 元电力消费量（标准煤）（）能源消费量（标准煤）（）指标参数系数均通过了检验（见表）。因此，从人口规模、经济发展水平与技术水平三个方面综合考虑地区碳排量的回归性，本次研究采用不考虑常数项模式。表含常数项的检验变量标准化系数值显著性 表不含常数项的检验变量标准化系数值显著性 模型拟合根据显著性检验结果，利用 软件的线性回 归 分 析，统 计 量 的 值 为，证 明 拟 合 后 的 模型具有很高的拟合度，能够很好地解释东北地区人口数量、人均 和能源消费电气化程度与 地 区 碳 排 放 量 之 间 的 线 性 关 系，其 对 应 的 拟合模型为：（）碳排放量与电力消费相互关系分析根据 拟合模型，东北地区能源消费电气化程度与地区碳排放量的系数为 ，表征东北地区能源消费电气化程度的提高，可降低碳排放压力。但该指标绝对值仍小于，说明该指标对碳排放量的影响仍不显著。因此，从技术因素分析，为满足东北地区节能减排需求，推动地区“双碳”目标的实现，提高地区能源消费电气化程度是有效的。受地区以化石能源为主的传统用能习惯影响，东北地区能源消费电气化程度仍须要进一步提高，以增强技术因素对地区碳排放量的负影响效果。为此，针对东北地区用能现状，建议东北地区应提高能源消费电气化程度，即利用电力逐步替代传统化石能源，提高能源综合利用效率。此外，建议东北地区应充分利用地区丰富的风、光资源，加强地区用能的清洁化程度，缓解地区碳排放压力。以电力为例，应进一步提高风、光等清洁能源发电比例，加快以新能源为主体的新型电力系统的建设。结论）受地区经济提振不足、经济新增长点带动能力不强及产业结构升级改造仍有较大空间等因素影响，近期东北地区经济发展较为缓慢，全国占比持续下降，人口流失明显，人均 增速放缓，与全国其他三个经济地区差距明显拉大。）东北地区能源消费水平、碳排放水平均高于其对应的经济水平，但电力消费水平却相对偏低，表明东北地区的用能结构仍明显落后。一方面是原有以重工业为主的经济格局尚未从根本上实现转变，另一方面则说明地区的能源利用率偏低，能源消费电气化程度不足。）通过研究建立 评估模型分析东北地区碳排放量与电力消费相互关系，结果表明东北地区能源消费电气化程度的提高，可降低地区碳排放压力，但由于系数绝对值小于，该指标对地区碳排放量的影响仍不显著。为减少地区碳排放压力，建议进一步提高东北地区能源消费电气化程度，并充分利用地区丰富的风、光资源，加强地区用能的（下转第 页）第 卷第期（总第 期）年月 吉林电力 （），但两者均容易出现长时间停滞现象，并且容易陷入局部最优解，都要经过数次迭代才可以跳出局部最优解，寻优能力一般。而本文所提改进的迭代次数最少，收敛速度最快，迭代过程中出现停滞现象最少，这说明了改进不易陷入局部最优解。改进的在上述寻优问题中表现出较好的自适应性，寻优迅速且不容易陷入局部最优解，在成员分组法结合家族竞争法的共同作用下，能够快速准确地寻找到全局最优解。图 、和改进 实验结果比较结论本文针对含光伏发电的油田多源微网，提出井群同冲次分时调度策略，建立多源微网双层优化调度模型，提出一种改进算法对模型进行求解，能够得到以下结论：）所提出的井群同冲次分时调度策略可实现各抽油机分时交错运行，平抑直流母线总功率波动，相比于井群同时同步运行，总功率波动方差降低了 ，具有较好的控制效果；）在平抑多抽油机总功率波动的基础上，制定的微源最优调度策略，在减少微网运行成本的同时，提升了光伏的消纳率，相比于传统调度，运行成本降低了 ，光伏消纳率提升了 ；）提出的改进自适应遗传算法具有良好的收敛性，且收敛速度快，稳定性高，能够解决传统遗传算法收敛速度慢和早熟现象等问题。参考文献：王贵生，孙士奇，刘军，等含光伏的油田井场直流微电网结构及其功率分配规律研究电工技术，（）：黎静华，朱梦姝，陆悦江，等综合能源系统优化调度综述电网技术，（）：杨茂，王金鑫考虑可再生能源出力不确定的孤岛型微电网优化调度中国电机工程学报，（）：李霞林，郭力，王成山，等。直流微电网关键技术研究综述中国电机工程学报，（）：丁立苹，刘宏亮，任晓勇，等基于油田井场场景下风光储系统优化配置技术研究石油石化节能，（）：，刘海涛，熊雄，季宇，等直流配电下多微网系统集群控制研究中国电机工程学报，（）：，王冠中一类边远油田微电网设计研究大庆：东北石油大学，张颖媛微网系统的运行优化与能量管理研究合肥：合肥工业大学，冯建云，王碧箐，牛瑞根，等直流微网中混合储能系统的模式分析与控制陕西电力，（）：吴雨，潘文霞，冯蒙霜，等基于混合储能的微电网功率控制策略电力系统及其自动化学报，（）：，钟雨哲，周有为，高忠江，等基于 和 组合算法的微电网优化调度电气应用，（）：邝凯旋，张#宁基于 算法的微电网多目标优化调度电力科学与工程，（）：袁华骏，叶筱怡，耿宗璞考虑经济成本的微电网调度运行电气自动化，（）：赵才，张志飞，陈丹风，等基于改进蜂群算法的微电网优化调度电气自动化，（）：杨森，刘新平，李克文基于自适应遗传算法的改进及实现计算机与数字工程，（）：，（）：櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗 （上接第 页）清洁化程度，加快新型电力系统的建设。参考文献：国家统计局分省年度数据 ：？经济数据库中国宏观数据 ：中国碳核算数据库省级清单 ：王建军，李莉基于随机性环境影响评估模型的电力消费和碳排放关系实证分析电网技术，（）：万兴伟，王秋敏，孟欣基于 模型的中国低碳经济发展影响因素的研究中外企业家，（）：仲伟周，姜峰，万晓丽我国产业结构变动对碳排放强度影响的实证研究审计与经济研究，（）：高东升，等：基于改进自适应遗传算法的油田多源微网双层优化调度