基于面板數據分析氣溫對火力發(fā)電的影響

李清亮

（神華集團有限責任公司銷售管理部，北京市東城區(qū)，100011）

近年來，國內煤炭市場供大于求形勢較為明顯?；鹆Πl(fā)電及電煤消耗的變化主要受經濟增長的影響，而火力發(fā)電及電煤消耗有較強的季節(jié)性特征。在夏季用煤階段，氣溫的變化對火力發(fā)電和電煤消耗有著重要影響，并在很大程度上影響著煤炭市場的短期走勢，在煤炭市場總體低迷的形勢下，氣溫對于火力發(fā)電及電煤需求的影響更為明顯。經驗表明，“迎峰度夏”期間，氣溫的提高會對火力發(fā)電和煤炭消費有一定的拉動作用。

國內已有部分文獻對氣溫和發(fā)電的關系做了定量的研究。汪發(fā)明等 （2011）以湖北電網統(tǒng)調用電負荷數據和武漢日氣溫數據為基礎，分析了2011年湖北電網最大負荷持續(xù)時間、負荷與氣溫關系、非氣溫敏感性負荷以及空調負荷情況。發(fā)現根據敏感性分析結果，日最高氣溫在32℃～34℃期間，氣溫每升高1℃，全省用電負荷增加約930 MW；最高氣溫在34℃～36℃期間，氣溫每升高1℃，全省用電負荷增加約1070 MW。

江岳文等 （2007）分析了福州市居民用電情況和負荷曲線的特點，對最高負荷與各氣象因素進行相關分析，著重分析了居民日負荷與氣溫的關系并計算了單位溫升效應。分析表明，居民負荷的晚高峰對全網負荷晚高峰有較大影響；氣溫對居民負荷的影響較直接和明顯，夏季居民最大負荷與氣溫之間呈三次關系模型；夏季氣溫每升高1℃居民負荷大致增加3%～4%。

吳向陽等 （2008）以北京市2002-2004 年氣溫和電力負荷數據為基礎，用計量經濟學方法，構建氣溫對電力負荷影響的數學模型，檢查北京市電力負荷與氣溫的關系。從模型估計看，平均氣溫高于參考溫度越多表示氣溫越高，需要制冷強度越大，這個差距每增加1℃，電力負荷約增加3%。

朱斌等 （2004）針對夏季降溫電力負荷的比例較大而造成大部分地區(qū)電力短缺的問題，分析了江蘇省2003 年夏季最大用電需求與最高溫度、最低溫度的關系，劃分了影響電力負荷變化的溫度敏感區(qū)，得出了敏感區(qū)內溫度對負荷的影響結論。這一結論對于電力主管部門進行來年的負荷預測、合理制定電力調度計劃，具有實際的參考價值。

以上研究為氣溫與高峰火電負荷建立了較好的數量關系，但氣溫與火力發(fā)電及電煤消耗之間的數量關系尚未建立。在分析過程中，該系列研究很少控制經濟增長等因素的影響，氣溫的作用很可能被放大。本文利用神華集團所屬部分電廠的月度發(fā)電數據和當地氣溫數據構建面板數據模型，控制經濟增長、裝機容量等因素的影響，得到氣溫與火力發(fā)電量的影響。

1 火力發(fā)電量與氣溫之間關系的定性分析

根據實際經驗，在氣溫較高的期間，無論是在南北方，氣溫越高空調負荷等就越高，火力發(fā)電量往往就越高。從國華臺山電廠2009-2012年的發(fā)電數據和廣州的氣溫數據對比可以發(fā)現，在氣溫較高的季節(jié)，氣溫與火電發(fā)電量有明顯的正相關性，如圖1。

圖1 廣州氣溫與臺山電廠發(fā)電量之間的變化關系

但是，同樣根據圖1，在不少時段氣溫與火電發(fā)電量之間會出現變化不一致的情況。這是因為還有其他一些重要因素影響電力需求：

（1）經濟增長。經濟增長對用電量有基礎性影響。例如，2009 年下半年，中國經濟快速回升，用電需求增長較快，盡管當年8月份后廣州天氣逐步轉涼，但是社會的用電需求并未減少。更為重要的是，即使在氣溫與發(fā)電量變化一致的時期，經濟增長與氣溫變化對發(fā)電的影響也是疊加的，并且前者對于發(fā)電的影響往往要大于后者。

（2）水電負荷。在電力需求一定的情況下，火電與水電等其他電力能源存在相互替代的關系。例如，2011年上半年，南方地區(qū)來水偏枯，火電發(fā)電量受此影響大幅增長；2012 年上半年，南方地區(qū)來水偏豐，火電發(fā)電量受到一定影響。此外，華東、華南地區(qū)有大量的西電 （很大部分是水電）調入，這也會影響到當地的火力發(fā)電。

（3）季節(jié)性因素。在夏季用煤高峰前后，氣溫與發(fā)電量正相關；在冬季用煤高峰前后，氣溫與發(fā)電量負相關。

（4）裝機容量。電廠的裝機容量可能變化，例如，2011年3月和11月，國華臺山電廠裝機容量分別提高100 萬kW，直接提高了電廠的發(fā)電水平，這與氣溫等其他因素之間沒有關系。

2 數據說明

利用相關數據和計量回歸模型控制經濟增長、水電、裝機容量、季節(jié)等因素的作用，相對準確地反映氣溫對火電量的影響。數據主要來源于神華集團、國家統(tǒng)計局和國家氣象局。

時間區(qū)段：2009-2012 年，每年4～10 月份（2012年4～5月），共計23個月。由于冬季北方直接的取暖用煤需求存在，使得我們并不容易得到火力發(fā)電與耗煤之間的直接關系，因此排除冬季氣溫與發(fā)電量的反向關系，只研究夏季二者之間的正向關系。

火電數據：根據數據的可得性和延續(xù)性，我們選用了熱電、三河、定州、滄東、太倉、寧海、惠州、臺州、寧東、億利、米東等11家神華所屬電廠時間區(qū)段內實際存在的月均發(fā)電數據。

圖2 北京與廣州的平均氣溫變化情況

氣溫數據：根據選取的電廠所處的區(qū)域，我們采用了電廠所在地省會城市時間區(qū)段內的月均氣溫數據來代表該區(qū)域內的整體氣溫情況，具體包含北京、石家莊、南京、杭州、廣州、銀川、呼和浩特、烏魯木齊等8個城市。我們認為，平均氣溫相對于最高氣溫或者最低氣溫更有代表性。比如，某日下午2點的氣溫高達38℃，但是雷陣雨突然來臨，當日天氣整體轉涼，下午和晚上的空調負荷下降，雖然當日溫度一度達到38℃，但是總體的氣溫卻并不高，如果我們采用最高氣溫，則不能反映當日整體的空調負荷情況；此外，在一個月時間段內，如果某一天出現極端高溫天氣，顯然也不能代表整月的氣溫情況。當然，采用平均氣溫和人們的認知常識會有一定的差異，如圖2所示，北京、廣州的月度平均氣溫的最大值接近30℃，與我們日常熟悉的40℃左右高氣溫有一定認知差距。

水電數據：北京、河北、江蘇、浙江、廣東、寧夏、內蒙古、新疆等8個省區(qū)市時間區(qū)段內的月度水力發(fā)電數據。

經濟增速：北京、河北、江蘇、浙江、廣東、寧夏、內蒙古、新疆等8個省市區(qū)時間區(qū)段內的工業(yè)增加值月度同比增速。

裝機容量：在某時間區(qū)段內的11家自備電廠中，臺山、定州、寧海等3家電廠分別出現了兩次擴容，其他電廠裝機容量不變。我們據此對火電量做了相應比例的調整。

表1 各變量數據統(tǒng)計特征匯總

4 模型與回歸結果

4.1 模型與基本假設

根據理論和經驗，我們構建如下計量模型：

式中：lnpowerit——某一電廠當月發(fā)電量的自然對數；

α0——常數項；

tempit——某地當月的平均氣溫；

lnwaterit——某地當月水力發(fā)電量的自然對數；

iagit——某地當月工業(yè)增加值增速；

montht——月份。根據理論和經驗，我們主要需要驗證如下假設：

（1）氣溫對于時間區(qū)段內的火力發(fā)電量有顯著的正的影響。

（2）經濟增長對于時間區(qū)段內的火力發(fā)電量有顯著的正的影響。

（3）水力發(fā)電對于時間區(qū)段內的火力發(fā)電量有顯著的負的影響。

4.2 回歸結果

4.1 回歸結果及解釋

我們采用的隨機效應模型得到如下回歸結果見表2：

表2 計量回歸結果

表2的結果顯示：4～10月份，月均氣溫與火電發(fā)電量呈現顯著的正相關關系，即，氣溫每提高1℃，火電發(fā)電量將增長1.97%。由于我們控制了其他因素的影響，這個值低于已有的文獻中氣溫對于火電負荷的影響。

工業(yè)增加值與火力發(fā)電量之間也呈現顯著的正相關關系，即工業(yè)增加值增速每提高1%，火電發(fā)電量將增長1.3%。兩者的比值為1.3，反映了工業(yè)電力消費的彈性系數。根據我國2009-2012年實際的能源消耗彈性系數，1.3的水平處于合理的區(qū)間。

水電量與火電量之間負相關，但是沒能通過統(tǒng)計檢驗。我們認為造成不顯著的原因主要有兩個：

（1）在北方地區(qū)，水電比重很小，水電增長對火電的影響甚微，而華北地區(qū)電力供應還受到蒙西、山西外電調入的較大影響。

（2）廣東、江蘇、浙江三省有大量的西電調入和部分核電、風電，由于無法得到電網之間較為準確的流向數據，我們未能把這部分電量納入到回歸分析中。2012年1～5月份，廣東省累計購入西電256.91億kW 時，占全省發(fā)購電總量的14.4%，此數據缺陷在一定程度上影響了我們的分析結果。

4.2 回歸結果的驗證

以上回歸結果，我們以廣東省的情況來具體驗證：2012年5月份，廣州平均氣溫26.7℃，同比上升1.8℃，根據回歸結果，火電發(fā)電量將因此增長3.5%；廣東工業(yè)增加值增速為7.1%，根據回歸結果，火電發(fā)電量將因此同比增長9.2%；兩因素共計為火電帶來12.7%的同比增速。2012年5月份，廣東省火電發(fā)電量實際同比增長11.8%，這與我們估計的結果非常接近。估計值與實際值略有差異的原因有兩個：一是我們1.97和1.4的估計系數是各省平均數；二是西電、核電、風電數據的缺失在一定程度上影響了估值的準確性。

5 結論

通過一個簡單的隨機效應模型，實際驗證了氣溫與火力發(fā)電之間的直接關系。通過控制經濟增長、水電等因素的影響，我們發(fā)現4～10月份，月均氣溫與火電發(fā)電量呈顯著的正相關關系，即氣溫每提高1℃，火電發(fā)電量將增長1.97%。此外，由于火力發(fā)電與電煤消耗之間有高度的正相關性，我們認為在平均意義上，氣溫與火力發(fā)電之間的關系也適用于氣溫與電煤需求。以上結論對于 “迎峰度夏”時節(jié)的電力生產和煤炭銷售業(yè)務具有一定借鑒意義。

［1］ 汪發(fā)明，彭昌勇，方仍存，杜治等.2011 年湖北用電負荷與氣溫關系及負荷特性分析 ［J］ .湖北電力，2011 （12）

［2］ 江岳文，陳沖，溫步瀛等.福州市居民用電情況及其與氣溫關系分析 ［J］.福州大學學報，2007 （4）

［3］ 吳向陽，張海東等.北京市氣溫對電力負荷影響的計量經濟分析 ［J］.應用氣象學報，2008 （10）

［4］ 朱斌，李 揚，劉一丹，胡仁杰，宋宏坤等.江蘇省2003 年夏季氣溫對電力負荷的影響 ［J］.江西電機工程，2004 （3）