【精彩论文】基于技术分析的主要高耗能产品单耗预测方法及展望

基于技术分析的主要高耗能产品单耗预测方法及展望

刘青¹, 张成龙¹, 熊华文², 翁玉艳¹, 张桦³, 王红⁴, 谭清坤¹, 姚力¹

（1. 国网能源研究院有限公司，北京 102209; 2. 国家发展和改革委员会能源研究所，北京 100038; 3. 国家电网有限公司，北京 100031; 4. 华北电力大学 控制与计算机工程学院，北京 102206）

摘要：高耗能行业是重要的终端能源消费部门，研究该行业主要产品单耗变化趋势，对于把握中国能源消费走势意义重大。考虑节能技术推广、产能更新换代等影响，建立基于技术分析的产品单耗模型，预测“十四五”期间高耗能行业主要产品单耗。结果表明，2025年，高耗能行业主要产品中，水泥、钢铁、电解铝、氧化铝、精炼铜、合成氨、烧碱、电石单耗（标煤）分别为49、239、1609、99、36、565、327、385 kg/t，较2020年分别下降7.0%、6.6%、2.1%、31.5%、16.3%、6.0%、5.0%、2.3%，其中产品单耗最高的是电解铝，下降幅度最大的是氧化铝。

引文信息

刘青, 张成龙, 熊华文, 等. 基于技术分析的主要高耗能产品单耗预测方法及展望[J]. 中国电力, 2023, 56(1): 166-172.

LIU Qing, ZHANG Chenglong, XIONG Huawen, et al. Prediction method and prospect of unit consumption of main high energy consuming products based on technical analysis[J]. Electric Power, 2023, 56(1): 166-172.

引言高耗能行业（包括黑色金属冶炼和压延加工业、有色金属冶炼和压延加工业、非金属矿物制品业、化学原料和化学制品制造业等）所消耗的能源占中国终端能源消费量的比重超过四成^[1-7]。研究高耗能行业能源消费情况，对于把握未来中国能源消费走势具有重大意义^[8-13]。当前，国内外学者主要采用产品单耗法预测高耗能行业终端能源消费量。对于主要产品单耗，采用趋势外推、专家判断等简单方法进行预测，但上述方法对技术进步等影响刻画不够充分，导致预测精度亟待提高^[14-19]。

为此，本文分析中国高耗能行业终端能源消费历史情况，考虑节能技术推广、产能更新换代等影响，建立基于技术分析的产品单耗模型，预测“十四五”期间高耗能主要产品单耗变化趋势。

1  高耗能行业终端能源消费历史分析

2000—2018年，中国高耗能行业终端能源消费量由4.0亿t标煤增至14.8亿t标煤，年均增长7.6%，如图1所示。其中，“十五”“十一五”“十二五”“十三五”前三年，高耗能行业终端能源消费量年均分别增长17.2%、6.6%、4.0%、0.4%，增速逐渐回落。从能源消费量占比来看，2000—2011年，高耗能行业终端能源消费量占比由37.2%升至47.4%，2011年以后占比呈下降态势，2018年降至43.5%^[20-21]。

图1  2000—2018年中国高耗能行业终端能源消费量

Fig.1  Terminal energy consumption of high energy-consuming industries in China from 2000 to 2018

2010—2018年，中国主要高耗能产品中，除合成氨产量年均下降1.0%，其他产品产量均正增长，其中氧化铝、电解铝、精炼铜、烧碱产量年均增速较高，分别为12.6%、11.2%、9.9%、5.7%；钢铁、电石、水泥产量年均增速分别为4.8%、3.8%、2.2%。逐年看，多数高耗能产品产量增速呈下降态势，其中水泥增速由2011年的11.5%下降至2018年的–4.1%，烧碱增速由2011年的11.0%下降至2018年的4.4%，如图2所示。2018年，水泥、钢铁、电解铝、氧化铝、精炼铜、合成氨、烧碱、电石产量分别为22.4亿、9.3亿、0.4亿、0.7亿、0.1亿、0.5亿、0.3亿、0.3亿t^[21]。

图2  2011—2018年高耗能行业主要产品的产量增速

Fig.2  Output of main products in China's high energy-consuming industries from 2011 to 2018

近年来，高耗能行业主要产品单耗不断降低，但相比发达国家仍有进一步下降空间。2010—2018年，精炼铜、氧化铝的单耗降幅较大，累计分别下降37.4%、29.7%，烧碱、钢铁、合成氨、水泥、电石、电解铝的单耗降幅分别为13.4%、10.0%、8.4%、7.7%、4.0%、3.0%，如图3所示。2018年，主要高耗能产品中，钢铁、电解铝单耗分别为260、1666 kg/t，较国际先进水平的差距相对较小；水泥、合成氨单耗（标煤）分别为56、616 kg/t，较发达国家差距较大，其中水泥是2014年德国的1.36倍，合成氨是2016年美国的1.47倍^[21-22]，如图4所示。

图3  2018年高耗能行业主要产品单耗

Fig.3  Unit consumption of main products in high energy consuming industries in 2018

图4  高耗能行业主要产品单耗与发达国家对比

Fig.4  Comparison of China’s high energy consuming industries with developed countries in unit consumption of main products

高耗能行业节能技术不断进步及普及，带动工业单位增加值能耗持续下降。采用新型干法生产水泥，热耗比传统机立窑低40%，该技术推广比例由2000年的12%升至2018年的98%；采用干熄焦处理100万t红焦可节能10万t标煤，该技术推广比例由2000年的6%升至2018年的95%；采用160 kA以上大型预焙槽比自焙槽节电9%，该技术推广比例由2000年的52%升至2018年的98%。据测算，“十一五”和“十二五”期间，工业部门因主要耗能产品技术进步带来的节能量分别为3.2亿、2.7亿t标煤，对总节能量的贡献率分别为78.8%、64.2%，带动工业部门单位增加值能耗累计分别下降20.6%、16%。

2  高耗能行业主要产品单耗预测方法本文采用技术分析等方法预测中国高耗能行业主要产品单耗。技术分析法^[23]从高耗能行业的技术装备状况、存在的能效提升潜力和空间等方面入手，收集主流适用的节能技术信息，对其进行一定假设条件下的市场前景分析和预测，估计各项技术运用后可以实现的节能量及带来的能效改善程度，汇总后得到该行业在未来一段时间有较强技术支撑、能够挖掘出来的技术上可行、经济上合理的节能潜力。该方法适用时限为未来5年之内。

技术分析法首先搜集与计算高耗能行业主要产品各节点年份（含基准、目标年份）的既有产能、待淘汰产能和新增产能数据，根据产能利用率计算各节点年份的既有产量、待淘汰产量和新增产量；其次结合高耗能行业主要产品节能技术的适用条件和推广比例，计算通过节能技术应用产生的既有产量节能量，以及通过淘汰落后产能、新增先进产能产生的替换产量节能量，进而得到总节能量；最后根据目标年份产量预测值、基准年份产品单耗、目标年份总节能量，计算目标年份终端能源消费量，进而得到目标年份产品单耗。预测模型原理如图5所示。

图5  基于技术分析的高耗能行业主要产品单耗预测模型原理

Fig.5  Principle of unit consumption prediction model of main products in high energy consuming industries based on technical analysis

具体步骤如下。

（1）节点年份确定。将2018年作为基准年份，用t₀表示；将2020、2025年作为目标年份，分别用t₁、t₂表示。

（2）高耗能产品确定。遴选受节能技术推广与普及影响较大的高耗能产品n。

（3）预测产品目标年份的产量。考虑产品市场需求、原材料供给、市场价格等，采用计量经济学等模型预测产品目标年份总产量

（4）预测产品目标年份的产能利用率。结合文献查阅、市场调研等，预测该产品目标年份的产能利用率

（5）计算产品目标年份产能。结合步骤（3）（4）的预测值，得到产品目标年份产能为

（6）计算基准年份各类产能水平^[18,20]。以基准年现有生产能力作为产能的基点，将产能分为既有产能和待淘汰落后产能既有产能将进行节能技术改造，所产生的节能量需基于技术分析进行相应测算，各节点年份既有产能相同；待淘汰的落后产能将不再进行节能技术改造，采用国家有关部门给出的限定值以及市场调研结果得到。实际计算中，先计算基年待淘汰的落后产能，即各目标年份到上一节点年期间淘汰的产能之和；再根据基年总产能，计算基年既有产能为

（7）计算目标年份各类产能水平。目标年份产能分为既有产能与上一节点年期间新增的产能待淘汰产能其中，假定新增产能的技术装备和能效水平已达到同期国内先进水平。实际计算中，先根据后续年份淘汰产能安排，得到目标年份待淘汰产能；再结合目标年份总产能和既有产能，得到与上一节点年期间新增的产能为

（8）计算目标年份各类产量水平。假定各节点年份各类产能具有相同的利用率可计算各节点年份既有产量待淘汰产量与上一节年份期间新增产量与上一节年份期间已淘汰产量分别为

（9）计算目标年份既有产量节能量。产品既有产能将进行节能技术改造，所产生的节能量需结合节能技术效果与未来推广比例进行测算。设定第j项技术对单位产量带来的节能量为在第 t_i 年的推广比例为则目标年份第j项技术对该行业带来的节能量可以表示为

各节点年节能技术推广比例通过市场调研、文献查阅等方法获取。

假设共有k项节能技术对该产品单耗影响较大，则目标年份既有产量能实现的节能量为

（10）计算目标年份替换产量节能量。将目标年份淘汰落后产能与新增先进产能实现的节能量，统称为替换产量节能量。设先进产能下产品单耗为 u_a ，落后产能下产品单耗为 u_b ，上一节点年份产品单耗为若目标年份产量大于上一节点年份产量则新增产量大于淘汰产量则目标年份替换产量节能量为淘汰落后产量节能量与新增产量节能量之和，即

若目标年份产量不大于上一节点年份产量即新增产量不大于已淘汰产量则节能量仅包含淘汰落后产量节能量目标年份节能量为

（11）计算目标年份总节能量。目标年份总节能量为既有产量节能量和替换产量节能量之和，即

（12）计算目标年份产品能源消费量。根据目标年份产量上一节点年份产品单耗目标年份节能量可以测算目标年份产品能源消费量为

（13）计算目标年份产品单耗。根据目标年份能源消费量和产量可以测算目标年份产品单耗为

3  预测结果3.1  主要节能技术

“十四五”期间，影响高耗能行业的重要终端节能技术合计约70项^[24-25]。其中工艺节能、余热回收、系统节能技术数量占比分别为85.7%、8.6%、5.7%。影响高耗能行业重要节能技术如表1所示。

表1  “十四五”期间影响高耗能行业的重要节能技术

Table 1  Main energy saving technologies

以水泥为例，水泥熟料节能降氮技术、流程型智能制造节能减排支撑平台技术实现节能量较大，“十四五”期间上述技术实现累计节能量占既有产量节能量的比重分别为48.6%、23.5%、10.9%。3.2  节能量

“十四五”期间，高耗能行业主要产品中，钢铁、水泥节能规模较大，累计节能量分别为1775万、854万t标煤；氧化铝、合成氨、电解铝、烧碱、电石、精炼铜的累计节能量分别为335万、163万、129万、68万、28万、7万t标煤，如图6所示。

图6  “十四五”期间高耗能行业主要产品的累计节能量

Fig.6  Cumulative energy savings of main products in high energy consuming industries during the 14 th Five-Year Plan Period

“十四五”期间，高耗能行业主要产品中，氧化铝、电解铝、精炼铜、水泥、钢铁的累计节能量主要来自既有产能节能，既有产能累计节能量占总累计节能量的比重分别为66.0%、63.2%、61.4%、60.7%、55.6%，如图7所示。烧碱、电石、合成氨的累计节能量主要来自替换产量，替换产能累计节能量占比分别为62.3%、64.8%、70.2%。

图7  “十四五”期间高耗能行业主要产品既有产能节能量占总节能量的比重

Fig.7  Proportion of existing capacity energy savings of main products in total energy savings in high energy consuming industries during the 14 th Five-Year Plan Period

3.3  主要产品单耗

2025年，高耗能行业主要产品单耗预测值如图8所示。电解铝、合成氨、电石、烧碱、钢铁单耗（标煤）较高，分别为1609、565、385、327、239 kg/t，较2020年分别下降2.1%、6.0%、2.3%、5.0%、6.6%；氧化铝、水泥、精炼铜单耗（标煤）分别为99、49、36 kg/t，较2020年分别下降31.5%、7.0%、16.3%，其中氧化铝单耗下降幅度在主要产品中最高。

图8  2025年高耗能行业主要产品单耗预测值

Fig.8  Predicted unit consumption of main products in high energy consuming industries in 2025

4  结论本文通过对中国高耗能行业终端能源消费历史情况的分析，建立了基于技术分析的高耗能行业主要产品单耗模型，并预测了“十四五”期间主要产品单耗变化趋势，得出以下结论。（1）“十四五”期间，高耗能行业主要产品中，钢铁、水泥、氧化铝、合成氨、电解铝、烧碱、电石、精炼铜的累计节能量分别为1775万、822万、335万、163万、129万、68万、28万、7万t标煤。（2）“十四五”期间，氧化铝、电解铝、精炼铜、水泥、钢铁的累计节能量主要来自既有产能节能，既有产能累计节能量占比分别为66.0%、63.2%、61.4%、60.7%、55.6%；烧碱、电石、合成氨的累计节能量主要来自替换产量，替换产能累计节能量占比分别为62.3%、64.8%、70.2%。（3）2025年，水泥、钢铁、电解铝、氧化铝、精炼铜、合成氨、烧碱、电石单耗（标煤）分别为49、239、1609、99、36、565、327、385 kg/t，较2020年分别下降7.0%、6.6%、2.1%、31.5%、16.3%、6.0%、5.0%、2.3%，其中单耗最高的是电解铝，下降幅度最大的是氧化铝。（责任编辑　于静茹）

作者介绍

刘青（1994—），男，通信作者，硕士，中级工程师，从事能源电力供需分析预测、节能节电与电能替代研究，E-mail：[e-mail].

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编辑：于静茹

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