本发明涉及一种潜力计算方法，尤其涉及能源替代环保潜力计算方法，属于分析计算
技术领域：
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背景技术：
：我国《能源战略行动计划2014-2020年》中明确提出要“着力优化能源结构，把发展清洁低碳能源作为调整能源结构的主攻方向。坚持发展非化石能源与化石能源高效清洁利用并举，逐步降低煤炭消费比重，提高天然气消费比重，大幅增加风电、太阳能、地热能等可再生能源和核电消费比重，形成与我国国情相适应、科学合理的能源消费结构，大幅减少能源消费排放，促进生态文明建设。”因此，能否科学建立能源替代潜力分析模型，合理、有效地测算能源替代潜力，尤其是考虑能源供应及消费约束条件和节能减排约束条件的能源替代环保潜力，是确定能源替代规模及规划目标的关键，将影响国家能源战略部署与决策。目前能源替代潜力计算的相关研究与应用，主要集中在电能替代潜力和天然气替代潜力等两种能源单独替代方面，未从综合考虑电能及天然气等清洁能源能源交叉影响的能源替代潜力计算。另外，现有替代建立计算方法，特别是电能替代潜力计算所采用的方法是根据统计口径，将各地区不同行业、不同类型的化石能源消费分别进行汇总，从而计算能源替代潜力。这种潜力计算方法主要存在以下几个方面的问题：一是各地区能源替代水平参差补齐，替代市场没有得到细化，替代潜力的测算关系较为复杂。二是分行业进行汇总，各口径统计数据时难以保持一致水准，统计数值可能存在较大偏差，同时因收集数据量大，计算复杂，可操作性不强。三是传统能源替代潜力计算方法中某些能源消耗占比按人为确定的参数进行计算，主观性较强。因此建立可操作性强，计算简便，数据来源可靠的潜力计算方法非常重要。技术实现要素：本发明的目的是针对目前能源替代环保潜力计算方法因统计口径较多，计算量非常大，数据来源庞杂，存在经验测算系数较多等问题，而且计算误差较大，现提出的一种结合我国能源禀赋及能源消费结构特征，基于能源供应消费及节能减排约束条件，同时考虑能源规划及碳排放管控目标的能源替代环保潜力计算方法，使得计算数据采集准确性获得极大提高，计算逻辑更加清晰明了，计算过程更加简便，可操作性强的一种能源替代环保潜力计算方法。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种能源替代环保潜力计算方法，其特征在于包括以下步骤：a、建立基于结构分析法的终端能源消费总量预测模型，将终端能源消费总量分解为经济产出、产业结构及各生产部门内部能源强度三个变量；b、结合国民经济和能源消费历史数据、宏观经济发展形势及能源政策，利用时间序列法、多元线性回归法以及其它预测方法对规划年的三次产业结构、经济增速、国民生产总值以及其它主要经济变量和生产部门终端能源消费强度、居民终端能源消费占比等能源变量进行预测；c、将b步骤预测结果带入a步骤所述模型中，对规划年终端能源消费总量进行预测，并根据能源消费总量历史数据及能源规划文件对预测结果进行修正；d、以基准年终端能源消费结构作为基准，对规划年终端能源终端能源消费结构进行预测，作为规划年在不考虑能源替代策略情况下的可再生能源电力、传统电力、天然气、煤、石油以及其它各类终端能源消费预测量；e、基于我国能源禀赋及可再生能源资源情况，结合可再生能源供应及消费历史数据，参考能源规划文件，利用时间序列及多元线性回归方法，计算规划年可再生能源发电供应及消费约束条件；f、基于我国天然气供应及消费历史数据，结合天然气行业发展规划等相关文件，利用时间序列和多元线性回归方法，计算规划年天然气供应及约束条件；g、基于我国碳排放总量及单位国民生产总值二氧化碳排放量数据，结合我国节能减排目标，利用b步骤中所得规划年主要经济变量，计算规划年碳排放约束条件；h、以规划年碳排放为优化目标，以d步骤中计算所得规划年终端能源消费基准水平为计算初始，通过迭代优化，计算出满足e步骤、f步骤、g步骤条件，同时满足规划年煤、石油消费量不低于基础年煤、石油消费量条件下，当规划年碳排放总量最低时，电能及天然气代替煤及石油等传统化石能源的替代空间，即为能源替代环保潜力。所述a步骤中提出的结构分析法是在统计分组的基础上，计算各组成部分所占比重，进而分析某一总体现象的内部结构特征、总体的性质、总体内部结构依时间推移而表现出的变化规律性的统计方法，其基本表现形式为计算结构指标，公式表述为结构指标(％)＝(总体中某一部分/总体总量)x100％。所述a步骤中所建立的基于结构分析法的终端能源消费总量预测模型，由以下公式进行分解计算而来：e＝e1+e2，式中e为计算年终端能源消费总量，e1为计算年生产领域能源消费总量，e2为计算年居民能源消费总量，分别表示一、二、三次产业能源消费总量，j为经济产出，ji,i＝123分别表示一、二、三产经济产出，s为产业结构，si,i＝123分别表示一、二、三次产业比重，i为能源消费强度，ii,i＝1,2,3分别表示一、二、三次产业内部能源消费强度。所述b步骤中，时间序列法、多元线性回归法、重点行业预测法均为经济变量预测常用方法，其中时间序列法是指利用按时间顺序排列的数据预测未来的方法；多元回归分析预测法是指通过对两个或两个以上的自变量与一个因变量的相关分析，建立预测模型进行预测的方法；步骤b中利用上述两种方法对所述变量进行预测，并通过综合比选确定预测结果。所述c步骤中，根据b步骤中预测出的国民生产总值、三次产业比重及三次产业部门内能源消费强度计算生产领域终端能源消费总量预测值，根据居民终端能源消费占比计算出居民终端能源消费总量预测值，从而计算出规划年能源消费总量预测值。所述d步骤中，根据基准年终端能源消费结构及步骤c中预测所得规划年终端能源消费总量，可计算出规划年在基准水平下传统化石能源发电终端消费量a1、可再生能源发电终端消费量a2、天然气终端消费量a3、煤消费量a4以及石油消费量a5。所述h步骤中提出的优化计算方法以(i＝2,3,4,5)为优化目标，式中s2,s3,s4,s5分别为传统化石能源发电、天然气、煤及石油碳排放系数，y2、y3、y4、y5分别为传统化石能源发电、天然气、煤及石油规划年终端消费总量，t为步骤g中所得规划年碳排放目标，以x1、x2、x3、x4、x5分别表示可再生能源发电、传统化石能源发电、天然气终端消费替代量及煤、石油终端消费被替代量，则xi、yi、ai等变量需满足以下关系：(1)yi＝xi+ai,i＝1,2,3,4,5；(2)(3)y1＝x1+a1≤l1，其中l1为步骤e中所得可再生能源发电供应及消费上限；(4)y3＝x3+a3≤l2，l1为步骤f中所得天然气供应及消费上限；(5)yi≤bi,i＝4,5，l4为步骤d中基准年煤、l5为石油终端消费量。所述步骤d-h中计算中各变量的优先级顺序为：可再生能源发电及天然气替代优先级依次为x1＞x3，碳及石油替代优先级顺序为x4＞x5，因传统化石能源发电碳排放系数高于可再生能源发电碳排放系数及天然气碳排放系数，算法中传统化石能源发电消费按原消费特征自然增长，不参与终端能源替代，计算结果y1、y2、y3、y4、y5将进入(i＝2,3,4,5)进行判定，若符合优化目标，则所得即为最优结果；若不符合优化目标，则b4以初始值的1％为步长进行递减，迭代入计算过程，直至计算结果符合优化目标。本发明的有益效果是：1.本发明针对目前能源替代环保潜力计算方法因统计口径较多，计算量大，数据来源庞杂，经验测算系数较多等问题，提出了一种结合我国能源禀赋及能源消费结构特征、基于能源供应消费及节能减排约束条件，同时考虑能源规划及碳排放管控目标的能源替代环保潜力计算方法，本发明提出的计算方法逻辑清晰明了，数据易取，来源可靠，计算过程更加简便，可操作性强，使得计算数据采集准确性获得极大提高，能够快速准确地计算出能源替代环保潜力，并根据规划年碳排放目标进行校准优化，可为我国能源替代规划及推进工作提供决策基础，为各地区制定能源替代策略提供科学指导。附图说明图1是本发明的原理示意图。图2是本发明的逻辑计算过程图。具体实施方式以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。参见图1、图2，本发明的一种能源替代环保潜力计算方法，包括以下步骤：a、建立基于结构分析法的终端能源消费总量预测模型，将终端能源消费总量分解为经济产出、产业结构及各生产部门内部能源强度三个变量；b、结合国民经济和能源消费历史数据、宏观经济发展形势及能源政策，利用时间序列法、多元线性回归法以及其它预测方法对规划年的三次产业结构、经济增速、国民生产总值以及其它主要经济变量和生产部门终端能源消费强度、居民终端能源消费占比等能源变量进行预测；c、将b步骤预测结果带入a步骤所述模型中，对规划年终端能源消费总量进行预测，并根据能源消费总量历史数据及能源规划文件对预测结果进行修正；d、以基准年终端能源消费结构作为基准，对规划年终端能源终端能源消费结构进行预测，作为规划年在不考虑能源替代策略情况下的可再生能源电力、传统电力、天然气、煤、石油以及其它各类终端能源消费预测量；e、基于我国能源禀赋及可再生能源资源情况，结合可再生能源供应及消费历史数据，参考能源规划文件，利用时间序列及多元线性回归方法，计算规划年可再生能源发电供应及消费约束条件；f、基于我国天然气供应及消费历史数据，结合天然气行业发展规划等相关文件，利用时间序列和多元线性回归方法，计算规划年天然气供应及约束条件；g、基于我国碳排放总量及单位国民生产总值二氧化碳排放量数据，结合我国节能减排目标，利用b步骤中所得规划年主要经济变量，计算规划年碳排放约束条件；h、以规划年碳排放为优化目标，以d步骤中计算所得规划年终端能源消费基准水平为计算初始，通过迭代优化，计算出满足e步骤、f步骤、g步骤条件，同时满足规划年煤、石油消费量不低于基础年煤、石油消费量条件下，当规划年碳排放总量最低时，电能及天然气代替煤及石油等传统化石能源的替代空间，即为能源替代环保潜力。所述a步骤中提出的结构分析法是在统计分组的基础上，计算各组成部分所占比重，进而分析某一总体现象的内部结构特征、总体的性质、总体内部结构依时间推移而表现出的变化规律性的统计方法，其基本表现形式为计算结构指标，公式表述为结构指标(％)＝(总体中某一部分/总体总量)x100％。所述a步骤中所建立的基于结构分析法的终端能源消费总量预测模型，由以下公式进行分解计算而来：e＝e1+e2，式中e为计算年终端能源消费总量，e1为计算年生产领域能源消费总量，e2为计算年居民能源消费总量，分别表示一、二、三次产业能源消费总量，j为经济产出，ji,i＝123分别表示一、二、三产经济产出，s为产业结构，si,i＝123分别表示一、二、三次产业比重，i为能源消费强度，ii,i＝1,2,3分别表示一、二、三次产业内部能源消费强度。所述b步骤中，时间序列法、多元线性回归法、重点行业预测法均为经济变量预测常用方法，其中时间序列法是指利用按时间顺序排列的数据预测未来的方法；多元回归分析预测法是指通过对两个或两个以上的自变量与一个因变量的相关分析，建立预测模型进行预测的方法；步骤b中利用上述两种方法对所述变量进行预测，并通过综合比选确定预测结果。所述c步骤中，根据b步骤中预测出的国民生产总值、三次产业比重及三次产业部门内能源消费强度计算生产领域终端能源消费总量预测值，根据居民终端能源消费占比计算出居民终端能源消费总量预测值，从而计算出规划年能源消费总量预测值。所述d步骤中，根据基准年终端能源消费结构及步骤c中预测所得规划年终端能源消费总量，可计算出规划年在基准水平下传统化石能源发电终端消费量a1、可再生能源发电终端消费量a2、天然气终端消费量a3、煤消费量a4以及石油消费量a5。所述h步骤中提出的优化计算方法以(i＝2,3,4,5)为优化目标，式中s2,s3,s4,s5分别为传统化石能源发电、天然气、煤及石油碳排放系数，y2、y3、y4、y5分别为传统化石能源发电、天然气、煤及石油规划年终端消费总量，t为步骤g中所得规划年碳排放目标，以x1、x2、x3、x4、x5分别表示可再生能源发电、传统化石能源发电、天然气终端消费替代量及煤、石油终端消费被替代量，则xi、yi、ai等变量需满足以下关系：(1)yi＝xi+ai,i＝1,2,3,4,5；(2)(3)y1＝x1+a1≤l1，其中l1为步骤e中所得可再生能源发电供应及消费上限；(4)y3＝x3+a3≤l2，l1为步骤f中所得天然气供应及消费上限；(5)yi≤bi,i＝4,5，l4为步骤d中基准年煤、l5为石油终端消费量。所述步骤d-h中计算中各变量的优先级顺序为：可再生能源发电及天然气替代优先级依次为x1＞x3，碳及石油替代优先级顺序为x4＞x5，因传统化石能源发电碳排放系数高于可再生能源发电碳排放系数及天然气碳排放系数，算法中传统化石能源发电消费按原消费特征自然增长，不参与终端能源替代，计算结果y1、y2、y3、y4、y5将进入(i＝2,3,4,5)进行判定，若符合优化目标，则所得即为最优结果；若不符合优化目标，则b4以初始值的1％为步长进行递减，迭代入计算过程，直至计算结果符合优化目标。计算逻辑如图2所示。本发明首先建立基于结构分析法的终端能源消费总量预测模型，将终端能源消费总量分解为经济产出、产业结构及各生产部门内部能源强度三个变量，因此规划年生产领域终端能源消费总量预测可分解为上述三个变量预测。因居民生活终端能源消费量在终端能源消费总量中占比较为稳定，其规划年预测值可根据历史数据利用时间序列法进行预测。随后结合国民经济历史数据和宏观经济发展形势，利用时间序列法、多元线性回归法、重点行业预测法以及其它预测方法对规划年的三次产业结构、经济增速、国民生产总值以及其它主要经济变量进行预测。然后将前一步骤预测结果利用结构分析法对规划年终端能源消费总量进行预测，并根据能源消费总量历史数据及能源规划文件对预测结果进行修正。再以基准年终端能源消费结构作为基准，对规划年终端能源终端能源消费结构进行预测，作为规划年在不考虑能源替代策略情况下的可再生能源电力、传统电力、天然气、煤、石油以及其它各类终端能源消费预测量。还要分别计算出各个约束条件，分别为：基于我国能源禀赋及可再生能源资源情况，结合可再生能源供应及消费历史数据，参考能源规划文件，利用时间序列及多元线性回归方法，计算规划年可再生能源发电供应及消费约束条件。基于我国天然气供应及消费历史数据，结合天然气行业发展规划等相关文件，利用时间序列和多元线性回归方法，计算规划年天然气供应及约束条件。基于我国碳排放总量及单位国民生产总值二氧化碳排放量数据，结合我国节能减排目标，利用b步骤中所得规划年主要经济变量，计算规划年碳排放约束条件。最后以规划年碳排放为优化目标，以d步骤中计算所得规划年终端能源消费基准水平为计算初始，通过迭代优化，计算出满足e步骤、f步骤、g步骤条件，同时满足规划年煤、石油消费量不低于基础年煤、石油消费量条件下，当规划年碳排放总量最低时，电能及天然气代替煤及石油等传统化石能源的替代空间，即为能源替代环保潜力。现以2015年最为基准年，2020年作为规划年，全国终端能源消费总量作为预测对象，对具体计算过程加以阐述。在生产领域终端能源消费方面，根据宏观经济历史数据，对2020年gdp增速、三次产业比重等主要经济变量进行预测，结果如表1所示。表12020年各主要经济变量预测根据历年三次产业能源消费强度数据，结合三次产业发展趋势及用能特征，对2020年三次产业能源消费强度进行预测，结果如表2所示。表22020年三次产业部门内能源强度预测单位：万吨标煤/亿元预测年份第一产业能源强度第二产业能源强度第三产业能源强度20200.100.710.18由此，可根据上述方法对2020年生产领域终端能源消费量进行预测计算，结果如表3所示。表32020年生产领域终端能源消费量单位：万吨标准煤在居民生活终端能源消费方面，根据历年展全国终端能源消费总量比重数据可知，其比重常年稳定在10.5％至11.5％之间，且呈缓慢上升趋势。根据时间序列法，可预测得2020年居民生活终端能源消费占全国终端能源消费总量11.5％。对2020年居民生活终端能源消费量进行预测，结果如表4所示。表42020年居民生活能源消费量单位：万吨标准煤根据上述预测值，可对2020年全国终端能源消费总量进行预测，结果如表5所示。表52020年终端能源消费总量单位：万吨标准煤根据2015年终端能源消费结构，对基准水平下(即不考虑能源替代情况下)2020年各类终端能源消费情况进行预测，结果如表6所示。表62020年全国终端能源消费预测单位：万吨标煤在后续计算过程中，取终端能源消费总量预测模型所得中方案进行计算。其次，本发明结合能源资源现状、能源规划文件，并考虑电网综合线损及厂用电等电力输送损耗因素对规划年可再生能源、天然气供应及消费约束条件进行分析预测。具体结果如表7所示。表72020年可再生能源、天然气供应及消费约束条件根据碳排放历史数据及国民生产总值历年数据，可计算出我国历年单位国民生产总值碳排放强度，同时根据能源规划及节能减排相关文件制定的碳排放预期下降值，可计算出2020年全国碳排放总量上限为105亿吨。将终端能源消费总量预测模型中所得规划年终端能源消费量及基准水平下各类终端能源消费总量、规划年可再生能源供应及消费约束条件、碳排放约束条件带入能源替代环保潜力计算方法中进行优化计算，计算初始条件如表8所示。表8全国2020年终端能源替代结构计算条件将上述初始值按照图2所示计算逻辑进行迭代计算，经过优化计算及校核调整后，所得最优结果如表9所示。表9全国2020年终端能源替代结构优化计算结果通过上述步骤的能源替代环保潜力计算方法，可以根据基准年能源消费结构、规划年可再生能源、天然气供应消费约束条件及碳排放约束条件，对规划年最优终端能源消费结构进行预测，从而计算出规划年在满足碳排放约束条件下能源替代环保潜力。即2020年，全国能源替代环保潜力为29240万吨标煤，其中可再生能源电力替代潜力为4129万吨标煤，天然气替代潜力为25110万吨标煤。经终端能源消费结构优化后，可将碳排放量控制在103亿吨，低于2020年全国碳排放总量105亿吨的目标。同时，本发明所陈述的方法还可应用于不同区域、省份、城市的能源替代中、长期理论潜力、技术潜力、环保潜力及经济潜力预测计算。本发明针对目前能源替代环保潜力计算方法因统计口径较多，计算量大，数据来源庞杂，经验测算系数较多等问题，提出了一种结合我国能源禀赋及能源消费结构特征、基于能源供应约束条件及节能减排目标，同时考虑能源规划及碳排放管控目标的能源替代环保潜力计算方法。本发明提出的计算方法逻辑清晰明了，数据易取，来源可靠，计算过程更加简便，可操作性强，使得计算数据采集准确性获得极大提高，能够快速准确地计算出能源替代环保潜力，并根据规划年碳排放目标进行校准优化，可为我国能源替代规划及推进工作提供决策基础，为各地区制定能源替代策略提供科学指导。当前第1页12