杏彩体育西北地区能源生产消费特征与发展路径研究[J].中国工程科学,2022,24(6):38-51.

　　西北地区包括陕西、甘肃、青海、新疆、宁夏5个省份，是我国重要的能源基地，承担着能源供应重任。西北地区能源资源富集，但存在能源利用效率低下、结构不合理等问题，在一定程度上制约了区域能源发展。“一带一路”倡议深化了区域间的能源合作，给西北地区能源发展带来了重要机遇。

　　中国工程院刘加平院士研究团队在中国工程院院刊《中国工程科学》2022年第6期发表《西北地区能源生产消费特征与发展路径研究》一文。文章从西北地区发展实际出发，深入剖析了区域的能源生产消费水平特征，明晰了能源发展面临的突出问题；综合采用灰色预测方法、多元回归方法预测了2023—2030年的能源发展水平，据此完成了西北地区能源发展路径设计。文章研究表明，近年来西北地区的能源结构不断优化，可再生能源生产消费水平持续上升，但生产消费比例仍然远低于传统能源，经济、产业、技术问题对能源发展的影响不容忽视。为此建议，以传统能源与新能源相互融合为发展方向，采取持续推进供给革命、消费革命、技术革命、体制革命、交流合作等发展途径，按照多主体协同方式，实施总体能源发展的行动方案，通过能源转型实现西北地区绿色更新发展。

　　构建清洁低碳、安全高效的能源体系是保障国家能源安全和能源发展质量的重要目标。西北地区包括陕西、甘肃、青海、新疆、宁夏5个省份，是我国重要的能源基地，承担着能源供应重任。西北地区能源资源富集，但仍存在能源利用效率低下、结构不合理等问题，在一定程度上制约了区域能源发展。“一带一路”倡议深化了区域间的能源合作，给西北地区能源发展带来了重要机遇。结合自身能源发展条件，制定新时期的能源发展路径，是实现西北地区能源高质量发展的关键所在。

　　明晰能源生产消费特征，认清能源发展中存在的问题，是科学制定能源发展路径的基础和前提。已有较多研究探讨了我国能源生产消费总体特征及演变趋势，提出了碳中和目标下能源转型路径；部分研究专门针对西北地区能源发展特征展开，得出了可再生能源发展潜力大、能源转型任务艰巨的结论，提出了以多能融合发展来实现西北地区能源革命的能源发展路径；还有研究针对西北地区的单一省份开展分析，如剖析新疆的能源生产消费特征并形成能源发展建议。也要注意到，由于自然资源禀赋、社会发展水平存在差异，西北地区各省份的能源生产消费特征具有显著的差异性；在能源资源特点分析的基础上，因地制宜设计能源发展路径是保证西北地区能源转型顺利推进的必要条件，相关研究也待深化和细化。

　　本研究采用西北地区五省份统计局发布的2012—2021年历年统计年鉴中的能源生产与消费数据，梳理西北地区能源生产消费特征；基于2011—2020年能源生产消费的历史数据，建立多情境下能源生产消费预测模型，进而对面向2030年的能源发展趋势进行预测；根据预测结果，设计能源发展路径，以期为西北地区能源高质量发展提供参考。

　　西北地区各类型能源资源储量情况如表1和图1所示。可以看出，西北地区各类能源资源极为丰富，煤炭储量占全国总探明储量的33.07%，其中陕西、新疆的煤炭储量分别占据全国总探明储量的18.11%、11.72%；石油储量占全国总探明储量的41.97%，其中新疆、甘肃和陕西的石油储量分别占全国总探明储量的17.3%、10.93%、10.17%；天然气储量位居全国前列，仅陕西和新疆的天然气储量之和就达到了全国总探明储量的35.64%；太阳能可开发利用量占据全国总量的35.51%，其中新疆、青海所占比例分别达到18.92%、9.07%；风能资源位居全国前列，新疆和青海的风能可开发利用量之和达到全国总量的22.29%。由于五省份地处400 mm年等降水量线之外，水能可开发利用量仅占全国总量的8.38%，水资源整体较为匮乏。但由于新疆有天山的高山积雪，形成了季节性水能资源，且澜沧江发源于青海省，河道天然落差1553 m，理论蕴藏有785.50 MW的水能资源，因此，新疆和青海两省的水能资源相对较为丰富。

　　注：太阳能可开发利用量为2021年数据，其余能源的储量为2020年数据。

　　发挥区域能源资源优势，合理开发利用能源资源，杏彩体育app下载是满足经济和社会发展对能源需求的重要保障。图2展示了西北地区五省份2020年各类型可再生能源发电装机容量占全国总量的比例情况。可以看出，虽然西北地区可再生能源资源丰富，但能源开发利用率仍有待提升。具体来看，新疆和青海的太阳能资源丰富，尤其是新疆地区的太阳能可开发利用量达到全国总量的18.92%，但新疆和青海的太阳能发电装机容量占全国总量的比例分别仅为4.99%、6.31%。新疆和青海的风能可开发利用量分别占全国总量的15.78%、6.51%，但风电装机容量占全国总量的比例分别仅为8.38%、2.99%。与太阳能和风能资源相比，各省份水电装机容量全国占比相对较低，均在4%以下。

　　西北地区能源生产类型以原煤为主，原油和天然气产量次之，可再生能源虽然资源丰富，但产量仍然最少。2011—2020年，原煤产量稳中有升，原油和天然气产量平稳发展，可再生能源产量逐年递增。在能源生产总量上，西北地区2020年较2011年的增长约为3.940×108tce，年均增长率为5.37%。与2011年相比，西北地区2020年可再生能源发电量增长约为6.843×107tce，年均增长率为13.93%（见图3）。

　　西北地区不同省份在能源生产总量方面具有一定的差异性。其中，陕西的能源总产量最大，2020年为5.917×108tce；宁夏的能源总产量最小，2020年的能源产量为6.352×107tce。不同省份的能源生产结构也具有明显差异，如陕西、新疆、宁夏的原煤生产量远超其他类型能源，而甘肃、青海的可再生能源生产比例高于其他类型能源。图4展示了2020年西北地区五省份的能源生产情况。可以看出，陕西和新疆作为传统的能源生产大省，2020年的煤炭产量分别为4.77×108tce、1.79×108tce，煤炭产量远超其他省份。甘肃、新疆、青海可再生能源发展较为迅速，2020年的可再生能源发电量已分别达到2.662×107tce、2.585×107tce、2.639×107tce，是陕西、宁夏两省份可再生能源发电量的2倍以上。

　　2011—2020年，西北地区能源消费量逐年递增，2020年较2011年的能源消费量增长约为2.031×108tce，年均增长率为5.61%。目前，西北地区能源消费类型仍以煤炭为主，石油、天然气、可再生能源消费比例较小，但可再生能源消费量却在持续上涨。2015年后，西北地区可再生能源发电的消费量已超过石油、天然气消费量，仅次于煤炭消费量。与2011年相比，2020年西北地区的煤炭消费量增长约为1.364×108tce，年均增长率为5.65%，可再生能源发电的消费量增长约为5.214×107tce，年均增长率达到11.20%（见图5）。

　　西北地区不同省份在能源消费总量方面差异显著。其中，陕西、新疆的能源消费量远超其他省份，青海的能源消费量最小。不同省份在能源消费结构方面同样具有明显差异，如陕西、甘肃、新疆、宁夏的煤炭消费量远超其他类型能源，而青海的可再生能源消费量高于其他类型能源。图6展示了2020年西北地区五省份的能源消费情况。可以看出，陕西、甘肃、新疆、宁夏的传统能源消费量较高，其中陕西和新疆2020年的煤炭消费量均在1×108tce以上，而青海煤炭消费量则最小，仅为1.123×107tce。甘肃、新疆、青海的可再生能源电力消费量远超其他省份。

　　能源生产和消费结构是衡量能源发展质量的重要指标。本研究从时间和空间角度对西北地区的能源结构情况进行分析。图7展示了2011—2020年西北地区能源生产和消费结构的变化情况。可以看出，西北地区的能源生产结构与消费结构一直持续优化，可再生能源发电的生产与消费占比不断提升。2011—2020年，可再生能源发电的生产占比已从5%上升到9%，消费占比从10%上升到16%。但目前，西北地区能源生产与消费仍以煤炭为主，煤炭生产与消费占能源生产总量与消费总量的比例均在65%以上，而可再生能源发电的生产和消费则占比较小，发展潜力有待进一步挖掘。

　　西北地区不同省份在能源生产消费结构方面具有显著差异（见图8）。其中，陕西、新疆、宁夏的原煤生产占比与消费占比远超其他类型能源，甘肃和青海可再生能源发电的生产占比高于其他类型能源，青海可再生能源发电的消费占比高于其他类型能源。与全国整体水平相比，陕西、新疆、宁夏能源生产与消费结构有待优化，可再生能源生产与消费比例仍需提升。

　　能源供需平衡深刻影响着能源市场变化和能源的安全保供。图9展示了西北地区2011—2020年的能源供需比的变化情况。可以看出，西北地区能源发展在整体上呈现出供大于需的特点，承担了北煤南运、西电东送、西气东输等国家能源保供重任。其中，天然气供需差异最大，供给量约为需求量的2.5倍。自2016年起，可再生能源发电供应也逐渐大于需求，优质能源外送到我国其他地区，为我国可再生能源发展贡献了巨大力量。

　　图10展示了2020年西北地区五省份与全国其他省份（不含香港、澳门、台湾地区）能源供需比的对比结果。可以看出，陕西与新疆为煤炭外送地区，两省的原煤供需比高于全国平均水平，其中陕西原煤供需比位居全国第一。陕西、甘肃、新疆为石油外送地区，三省的原油供需比分别位居全国第一、第四和第三。陕西、新疆、青海为天然气外送省份，三省的天然气供需比分别位居全国第一、第二和第四。陕西、甘肃、新疆、青海和宁夏五省均为可再生能源外送省份，为我国其他地区源源不断地输送清洁能源。

　　分别利用灰色预测方法、多元回归方法，对西北地区的能源生产消费的多情境进行预测。其中，基于灰色预测方法的能源发展预测是从能源生产消费的历史数据中挖掘规律以预测能源走势，基于多元回归方法的能源发展预测则是在考虑经济、产业、技术等多重因素的综合影响下预测能源发展。将灰色预测方法预测结果与多元回归方法预测结果进行对比分析，既可评估外部环境变化对能源发展速度的影响程度，也能发现能源发展的阻碍和促进因素，有助于科学决策。

　　基于2011—2020年西北地区五省份的能源生产量和消费量数据，建立GM（1,1）灰色预测模型，对2023—2030年五省份的能源生产和消费情况分别进行预测。灰色预测模型的构建流程如图11所示。将2011—2020年西北地区各省份的能源生产/消费的预测值和线）进行平均相对误差检验，可得检验结果均在合理的误差范围内（模型平均相对误差小于0.2）。因此，本研究建立的灰色预测模型可用于能源生产量和消费量的预测，最终的预测结果如图12所示。

　　式（1）中，Δ为模型的平均相对误差；n为预测值的个数；a(t)为真实值；f(t)为预测值。

　　经测算可以看出，到2030年年底，西北地区能源生产总量和消费总量分别达到1.744×109tce、8.867×108tce。2023—2030年，西北地区五省份的能源生产量与消费量仍呈逐年递增趋势，其中陕西和新疆的能源生产量与消费量增速较快。各省份的能源生产与消费结构也将持续改善，尽管生产与消费类型仍以煤炭为主，但可再生能源发电生产与消费比例不断增加。到2030年年底，可再生能源将成为甘肃、青海和宁夏的能源生产主导。

　　式（2）中，Y为能源生产量或消费量，i为省份，t为年份；αi,t为个体异质性；L为影响的因素个数；β为回归系数；x 为经济、产业、技术等影响因素取值；ε为随机扰动项。

　　厘清能源生产消费量与其影响因素的关系，是某一地区在能源经济、产业、技术等社会发展因素约束下，对未来能源生产消费情况进行预测的基础。本研究利用多元回归方法，挖掘西北地区能源生产消费的关键影响因素，并在此基础上建立能源生产量和消费量与其关键影响因素的定量关系，进而根据两者的定量关系式并结合影响因素预测值得到未来的能源生产与消费情况。

　　根据国内外已有的研究成果，能源生产消费受到当地经济、人口、产业、技术、政策因素的共同影响。借鉴能源经济领域的可拓展的随机性的环境影响评估模型（STIRPAT），本文选取政策效应、经济水平、产业结构、城市规模、能源行业从业人数、技术水平、能源价格指数、居民消费价格指数、固定资产投资作为解释变量，分别建立了能源生产量回归模型和能源消费量回归模型。对西北地区而言，2015年，国家发布的《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》对该区域的能源生产与消费至关重要。为分析“一带一路”建设对西北地区能源发展的影响，本研究将2015年之前的政策效应变量取值为0，2015年之后取值为1。

　　本研究综合使用全国及各省份（不含香港、澳门、台湾地区）的统计年鉴数据，选取2011—2020年的面板数据进行分析。具体变量界定和描述性统计情况见表2。

　　对上文所选取的面板数据进行豪斯曼检验，得出的西北地区能源生产量和消费量模型检验结果分别为33.88（p=0.000）和33.50（p=0.000），故应建立固定效应回归模型。为避免自相关、异方差和截面相关问题导致的结果不准确问题，本研究利用全面可行广义最小二乘法进行估计，并利用Stata/SE 14.0对样本数据进行分析。

　　表3展示了能源生产量回归模型（模型1）和能源消费量回归模型（模型2）的预测结果。从表中分别可得到年度能源生产消费量与其影响因素的定量关系为：

　　将能源生产消费量影响因素的预测值代入年度能源生产消费量与其影响因素的关系式，得到预测结果如图13所示。可以看出，2023—2030年，西北地区五省份的能源生产与消费量将逐年递增，其中，陕西和新疆的能源生产与消费量增长速度较快。陕西和新疆的能源生产与消费量仍远超其他地区，且呈现出差距逐渐增大的趋势。

　　对比图12和图13可以发现，两种方法获得的预测结果相近，但在多元回归方法得到的结果中，2030年年底可实现的能源生产消费量略小，其根本原因在于西北地区各省份经济、产业、技术等发展速度略低于能源发展速度。具体来说，西北地区各省份的产业技术基础相对薄弱，尽管“一带一路”能源合作促进了当地的经济社会发展，但经济、产业、技术问题仍将在一定程度上影响西北地区的能源发展速度。

　　需要说明的是，本研究基于2011—2020年西北地区的能源发展及其影响因素的历史数据建立预测模型，而并未考虑2020年后的政策环境变化，预测结果存在一定误差。但可预计在“双碳”政策的影响下，西北地区能源供应能力将快速提升，能源消费稳定发展，能源结构得到更快优化，可再生能源持续加速发展。

　　为比较灰色预测方法和回归预测方法的预测结果准确度，本研究利用公式（3）分别计算了西北地区五省份能源生产量和消费量预测模型的平均相对精度，结果如表4所示。

　　注：“/”表示未计算模型精度。由于自2017年之后，宁夏的原油和天然气生产量均为0，因而认为2023—2030年该数据仍为0，并未建立模型对其预测。

　　由表4可看出，两种预测方法的平均相对精度均在0.8及以上，均为有效的预测模型，其中灰色预测模型比多元回归预测模型的平均相对精度更高。但是，灰色预测模型主要适用于短期预测，随着预测时间跨度增加，其预测结果准确度将会降低。

　　基于西北地区各省份能源生产与消费特征及预测结果，结合国家及各省“十四五”发展规划，本研究遵循“发展方向 ‒ 发展途径 ‒ 行动方案”的思路设计了西北地区的能源发展路径（见图14），并对比分析了西北地区五省份未来能源发展的差异（见表5）。

　　西北地区能源发展的整体思路是以资源禀赋为基础，遵循“因地制宜、协调发展”的基本原则，加快建立完善的现代能源体系。西北地区能源整体发展方向为多种能源融合发展。其中，陕西和新疆采用低碳化、多能融合发展模式，清洁高效利用传统能源，推进煤炭由燃料向原料转化，推动清洁能源多能互补应用，并逐步实现各领域可再生能源替代化石能源应用；甘肃、青海、宁夏采用可再生能源重点发展模式，高比例开发利用可再生能源，实现风电和光伏发电的基地化开发，同时推动可再生能源大规模外送，尤其是青海地区，应朝着打造国家清洁能源产业高地目标迈进。在区域能源协调发展中，西北地区五省份应不断深化能源合作，畅通能源市场循环、能源产业循环、经济社会循环；陕西重点承担传统能源保供重任，新疆重点承担传统能源与可再生能源保供重任，甘肃、青海、宁夏重点承担可再生能源保供重任。同时，西北地区五省份应各司其职保障国家能源安全，其中新疆应发挥“一带一路”核心区作用，建设外引内联的能源互联互通大通道，建立区域能源交易中心，建立区域性能源工程与技术服务中心；陕西重点打造“西电东送”枢纽，保障华北地区电力安全；宁夏重点打造“西电东送”网架枢纽、“西气东输”输配枢纽、区域煤炭储运枢纽；甘肃重点打造油、气、煤、电跨区能源输送通道及能源中转枢纽；青海重点打造海南、海西清洁能源电力枢纽，向我国其他省份源源不断输送高质量能源。

　　基于“四个革命，一个合作”的能源安全战略要求，提出了适宜西北地区的能源发展途径。

　　1. 加快推进“多元供给、安全保障”的能源供给革命，提升能源供给能力和供给质量

　　一是优化煤炭生产布局，开展智能煤矿山建设，循环利用煤炭生产过程中的伴生废弃资源，推进煤炭生产模式向智能化、绿色化、集约化转变。

　　二是推进千万吨级油气生产基地建设，提高油气开采效率和油气储采比，探索油气生产过程中产生的二氧化碳捕集封存技术。

　　三是大力推进风、光、水可再生能源的基地化与规模化开发，探索地热、氢能等新能源品种生产利用，推动新能源快速跃升发展。

　　2. 加快推进“多元消纳、绿色消费”的能源消费革命，加速能源消费清洁低碳转型

　　一是加强电网基础设施建设及智能化升级，强化可再生能源发电在终端直接应用能力；优化新建电网布局，积极推动可再生能源跨省跨区消纳。

　　二是优化西北地区产业结构，提高第三产业比重，改造和整顿第二产业中高能耗行业；推广建筑节能设备应用，大力宣传节能环保政策，提高居民节能意识，从而实现能源集约，高效利用。

　　三是推进终端用能的低碳化与电气化，在工业领域进一步提升重点碳排放行业的电气化率，在建筑领域推广建设屋顶光伏建筑，积极倡导电取暖，在交通领域推广轨道交通、电动汽车等，提高电能消费比重。

　　3. 推进“科技引领、技术创新”的能源技术革命，解决能源发展中的技术难题

　　一是创新“源 ‒ 网 ‒ 荷 ‒ 储”一体化技术。在源端，攻关新能源开发利用技术和传统能源高效清洁开采技术；在网端，提升输配电技术，保证电力供应的稳定性和安全性；在荷端，开展负荷建模与预测技术，解决负荷随机性、分散性、多样性导致的供需失配问题；在储能端，研发电源侧、电网侧和用户侧储能技术，保证供电质量。

　　二是实施多能互补互济技术，整合风能、太阳能、水能、煤炭、天然气等资源组合优势，设计多能互补系统，优化系统容量配置，优化系统运行，开展多能系统评估，最终形成经济、环保并能保证用户需求的能源系统。

　　一是鼓励多元主体参与电力市场，形成发电侧和售电侧的“多买多卖”格局，实现由市场竞争和供需的电价形成机制。

　　二是深化“放管服”改革，简化能源项目审批流程，强化准入和退出监管，优化营商环境，实现能源科学化管理。

　　三是强化顶层设计，制定可再生能源开发利用的税收补贴优惠政策，出台支持储能产业发展的相关举措，用地方政策进一步规范能源行业发展。杏彩体育app下载

　　二是推进各省间的合作，积极与长江三角洲、京津冀地区开展能源合作，以促进能源消纳并带动社会经济发展；强化与周边省份合作，发挥区域能源互补优势，保障能源供给安全。

　　三是借助“一带一路”能源合作契机，积极开展国际合作，进行基础设施互联互通建设，形成基础设施网络；构建能源资源合作上下游一体化产业链，保障能源供给安全。

　　政府应发挥主导地位，营造良好能源政策环境，破除制约能源高质量发展的体制机制障碍。一是未制定能源发展“五年规划”的西北省份应尽快做出规划，明确能源生产、杏彩体育app下载能源消费、能源效率的发展目标、能源项目建设重点任务、能源发展保障措施等。二是以经济补贴和税收优惠的方式，大力支持可再生能源开发利用，将碳储存作为新的产业发展方向，将碳配额拍卖用于补贴可再生能源发电项目，以营造适应新能源发展的市场环境。

　　能源企业应科学化能源布局，大力推进技术创新，高效开采化石能源，高比例开发可再能源。对外提高能源外送能力，把握国家优化输电通道布局机遇，开拓外部电力消纳市场；对内推进能源基地建设，提升保障能力和利用效率，坚持多能互补。

　　立足西北地区的发展实际，本研究深入剖析了西北地区各省份的能源资源储量及开发现状、能源生产消费特征，明晰了能源发展中的现存问题，并分别基于灰色预测方法和多元回归方法对面向2030年的能源发展水平进行了预测，最后基于预测结果设计了西北地区能源发展路径。本研究得到如下结论。

　　西北地区能源生产和消费量一直保持逐年递增趋势，能源生产和消费类型始终以煤炭为主，可再生能源生产消费比例较小，但在持续上涨。其中，陕西、新疆、宁夏的传统能源生产消费量较大，青海、甘肃、新疆的可再生能源发展迅速。

　　到2030年前，西北地区各省份的能源生产和消费量仍将逐年递增，能源生产和消费结构也将不断优化。与灰色预测方法得到的结果相比，多元回归方法得到的结果中能源生产消费量增速稍慢，其根本原因在于西北地区各省份的经济、产业、技术等发展速度略低于能源发展速度，在综合考虑以上因素的情况下能源发展速度将会受到一定影响。

　　西北地区各省份由于资源禀赋各不相同，应遵循“因地制宜、协调发展”的原则，制定能源发展路径。整体上应以传统能源与新能源相互融合为发展方向，持续推进供给革命、消费革命、技术革命、体制革命与交流合作，通过多主体协同发力，加快建立起完善的现代能源体系。