我國(guó)冬季天然氣日負(fù)荷的溫度梯度分析

陳進(jìn)殿 張津銘 魏傳博 郝迎鵬 沈鑫

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院，北京 100083；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司天然氣與管道分公司，北京 100101）

我國(guó)冬季天然氣日負(fù)荷的溫度梯度分析

陳進(jìn)殿1張津銘2魏傳博1郝迎鵬1沈鑫1

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院，北京 100083；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司天然氣與管道分公司，北京 100101）

氣溫變化是影響冬季天然氣用氣負(fù)荷的重要因素之一?；诃h(huán)渤海、長(zhǎng)三角以及中南地區(qū)冬季氣象和天然氣日負(fù)荷數(shù)據(jù)，采用選取相似日的方法，對(duì)各省市天然氣負(fù)荷溫度梯度進(jìn)行了總體和分段線性回歸分析。研究認(rèn)為：總體上氣溫與天然氣負(fù)荷呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；天然氣日負(fù)荷的溫度梯度在不同地區(qū)、不同溫度節(jié)點(diǎn)處差別較大，應(yīng)高度關(guān)注日負(fù)荷溫度梯度較大省市的調(diào)峰問(wèn)題；分析天然氣的日負(fù)荷溫度梯度時(shí)應(yīng)考慮氣溫滯后效應(yīng)的影響。

氣溫變化 天然氣負(fù)荷 回歸分析 負(fù)荷溫度梯度

0 引言

隨著天然氣管道的不斷擴(kuò)展以及供應(yīng)量的增加，我國(guó)天然氣消費(fèi)量快速增長(zhǎng)。天然氣市場(chǎng)用氣量隨月、日、時(shí)均在發(fā)生變化，它與氣象條件、用戶(hù)結(jié)構(gòu)以及節(jié)假日等多種因素密切相關(guān)［1］，用氣不均勻性日趨增大給管道調(diào)峰帶來(lái)了困難。近年來(lái)冬季長(zhǎng)期低溫、氣溫驟降等極端天氣屢屢出現(xiàn)，北方地區(qū)因氣溫變化導(dǎo)致的日用氣峰谷差有擴(kuò)大的趨勢(shì)。對(duì)冬季天然氣用氣負(fù)荷特性進(jìn)行研究，對(duì)于制定科學(xué)的生產(chǎn)計(jì)劃，確保管網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有非常重要的實(shí)際意義。

1 研究方法和流程

氣象條件是冬季天然氣負(fù)荷的重要影響因素之一，其包含多種氣象參數(shù)如溫度、平均濕度、降水量、平均風(fēng)速等，其中氣溫對(duì)天然氣負(fù)荷的影響最為明顯［2-4］。筆者根據(jù)2013年11月15日至2014年3月15日期間環(huán)渤海、長(zhǎng)三角及中南地區(qū)部分省市的氣象數(shù)據(jù)與天然氣日負(fù)荷數(shù)據(jù)，采用總體和分段線性回歸分析的方法，對(duì)天然氣日負(fù)荷的溫度梯度進(jìn)行分析。

基于各省市冬季氣象條件及天然氣日負(fù)荷數(shù)據(jù)，以氣溫為自變量選取標(biāo)桿日，參考標(biāo)桿日的其他氣象數(shù)據(jù)選取相似日，分析氣溫變化對(duì)天然氣日負(fù)荷的影響。相似日的選取通過(guò)計(jì)算歷史日與預(yù)測(cè)日影響因素（不包括氣溫）差值的二范數(shù)，當(dāng)差值二范數(shù)小于某一設(shè)定值時(shí)，認(rèn)為該歷史日與預(yù)測(cè)日相似。計(jì)算公式為：

式中，αi為預(yù)測(cè)日影響因素組成的向量，βi為某一歷史日影響因素組成的向量；ε為設(shè)定值；n為影響因素個(gè)數(shù)?？傮w和分段回歸分析研究流程如圖1所示。

圖1 天然氣負(fù)荷梯度回歸分析流程示意圖

一般來(lái)講，天然氣用氣負(fù)荷與氣溫變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，氣溫升高則對(duì)應(yīng)天然氣日負(fù)荷下降，氣溫對(duì)天然氣日負(fù)荷的影響具有滯后效應(yīng)［5］。筆者基于各省市地區(qū)冬季天然氣負(fù)荷數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了考慮滯后效應(yīng)前后天然氣負(fù)荷溫度梯度的變化，對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明。

2 天然氣負(fù)荷溫度梯度總體回歸分析

分別以環(huán)渤海地區(qū)A市、長(zhǎng)三角地區(qū)B省為例，按照兩地區(qū)冬季期間的溫度平均值分別選取標(biāo)桿日，根據(jù)選取的相似日對(duì)天然氣負(fù)荷溫度梯度作總體回歸分析，并選定2d作為滯后時(shí)間對(duì)比分析溫度對(duì)天然氣負(fù)荷影響的滯后效應(yīng)。兩地區(qū)冬季天然氣負(fù)荷溫度梯度回歸曲線如圖2、圖3所示。其中，q為天然氣日用氣量，104m3／d；t為溫度，℃，R為線性相關(guān)系數(shù)。

圖2 A市冬季天然氣負(fù)荷溫度梯度總體回歸曲線圖

圖3 B省冬季天然氣負(fù)荷溫度梯度總體回歸曲線圖

從圖2、圖3中可以看出，天然氣日負(fù)荷與氣溫變化成負(fù)相關(guān)關(guān)系。由圖2回歸曲線可知，A市總體天然氣負(fù)荷溫度梯度為-111（104m3／d）／℃，即溫度下降1℃，天然氣日負(fù)荷上升約111×104m3，考慮溫度對(duì)天然氣日負(fù)荷影響的滯后效應(yīng)，日負(fù)荷溫度梯度為-134（104m3／d）／℃；B省天然氣負(fù)荷溫度梯度為-4（104m3／d）／℃，考慮滯后效應(yīng)后其溫度梯度計(jì)算值約為-5（104m3／d）／℃。

同樣，我們可以得到其他各省市地區(qū)考慮溫度滯后效應(yīng)前后天然氣負(fù)荷溫度梯度值如表1所示。

表1 各省市地區(qū)總體天然氣負(fù)荷溫度梯度表（104m3／d）／℃

從表1中可以看出，A市天然氣負(fù)荷的溫度梯度絕對(duì)值最大，考慮溫度影響滯后效應(yīng)，為-134（104m3／d）／℃，環(huán)渤海地區(qū)天然氣負(fù)荷溫度梯度要遠(yuǎn)高于長(zhǎng)三角和中南地區(qū)負(fù)荷溫度梯度值，這與該地區(qū)氣象條件、天然氣用氣規(guī)模、用氣結(jié)構(gòu)以及各地區(qū)居民生活習(xí)慣等因素有關(guān)。

3 天然氣負(fù)荷溫度梯度分段回歸分析

考慮到負(fù)荷的溫度梯度在不同的溫度節(jié)點(diǎn)附近的數(shù)值有差異，以0℃作為基點(diǎn)，氣溫變化5℃為節(jié)點(diǎn)，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)附近相似日的天然氣負(fù)荷數(shù)據(jù)，分段回歸分析天然氣負(fù)荷溫度梯度變化，A2省分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 A2省冬季天然氣負(fù)荷溫度梯度分段回歸曲線

從圖4中可以看出，在0℃節(jié)點(diǎn)處，A2省天然氣負(fù)荷溫度梯度為-81（104m3／d）／℃，在-5℃節(jié)點(diǎn)處負(fù)荷溫度梯度為-18（104m3／d）／℃?？紤]溫度影響的滯后效應(yīng)前后，各省市地區(qū)天然氣負(fù)荷溫度梯度值回歸分析結(jié)果如表2、表3所示。

以A市為例，溫度每下降1℃，每日所需調(diào)峰氣量就高達(dá)204×104m3，相當(dāng)于一條7.5×108m3／a管道

的輸氣能力，因此應(yīng)高度關(guān)注日負(fù)荷溫度梯度較大省市的調(diào)峰問(wèn)題。

表2 各省市分段天然氣負(fù)荷溫度梯度表（不考慮滯后效應(yīng)）（104m3／d）／℃

表3 各省市分段天然氣負(fù)荷溫度梯度表（考慮滯后效應(yīng)）（104m3／d）／℃

4 結(jié)論

對(duì)比分析得到的日負(fù)荷溫度梯度數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論：

1）總體上氣溫與天然氣負(fù)荷總體呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但在不同溫度點(diǎn)附近負(fù)荷的溫度梯度變化較大，分段分析更具有實(shí)際意義。

2）不考慮溫度的滯后效應(yīng)時(shí)，在部分溫度節(jié)點(diǎn)處負(fù)荷溫度梯度值出現(xiàn)大于零的情況，無(wú)法準(zhǔn)確反映氣溫對(duì)負(fù)荷的影響關(guān)系，這是由于氣溫累積效應(yīng)造成的。另外，無(wú)論是總體線性回歸分析還是分段線性回歸分析，在考慮滯后效應(yīng)影響后，線性相關(guān)系數(shù)值均增大，擬合程度更高。由此天然氣負(fù)荷成因時(shí)，需要考慮氣溫變化對(duì)天然氣負(fù)荷影響的滯后效應(yīng)。

3）基于對(duì)部分省市2013-2014年冬季期間的氣象以及天然氣日負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，考慮到我國(guó)天然氣市場(chǎng)正處于快速發(fā)展階段，上述省市的用氣規(guī)模和用氣結(jié)構(gòu)會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化，日負(fù)荷的溫度梯度也會(huì)隨之變化，因此應(yīng)滾動(dòng)開(kāi)展負(fù)荷的溫度梯度分析工作，以更好地應(yīng)用到生產(chǎn)中。

［1］張柏濤.城市燃?xì)庥脩?hù)用氣負(fù)荷規(guī)律及其預(yù)測(cè)的研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2005.

［2］何春蕾，段言志，鄔宗婧，等.基于氣溫的城市燃?xì)舛唐谌肇?fù)荷預(yù)測(cè)模型：以四川省成都地區(qū)為例［J］.天然氣工業(yè)，2013，33（4）：131-134.

［3］羅志鵬，牟軍，伍淵.西安市冬季天然氣用氣負(fù)荷與氣溫關(guān)系分析［J］.遼寧化工，2012，41（3）：276-278.

［4］周冠杰，吳孟君.山東地區(qū)城市天然需求負(fù)荷與氣溫關(guān)系研究［J］.國(guó)際石油經(jīng)濟(jì)，2009（3）：55-58.

［5］鄒曉琴，胡梅，阮青珂，等.城市燃?xì)舛唐谪?fù)荷預(yù)測(cè)中的氣溫累積效應(yīng)［J］.天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2011，5（3）：58-60.

（編輯：周娟）

鳴謝

中國(guó)石油天然氣股份有限公司天然氣與管道分公司

中國(guó)石油天然氣股份有限公司西部管道分公司

中國(guó)石油塔里木油田公司

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司

中國(guó)石油吐哈油田公司

中國(guó)石油川慶鉆探公司長(zhǎng)慶鉆井總公司

中國(guó)石油管道建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)理部

大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院

海南中油深南石油技術(shù)開(kāi)發(fā)公司

云南云天化股份有限公司

成都液化天然氣有限公司

重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司

重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司

中國(guó)石油川慶鉆探公司長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司

中國(guó)石油川慶鉆探公司長(zhǎng)慶固井公司

四川瀘天化股份有限公司

中石油東南亞管道有限公司

中國(guó)石油化工股份有限公司天然氣川氣東送管道分公司

中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司

中國(guó)石化集團(tuán)西南石油局井下作業(yè)公司

中石化集團(tuán)西南石油局四川鉆井公司

中國(guó)石油吉林油田公司松原采氣廠

中石化中原油田工程有限公司西南鉆井公司

B

2095-1132（2014）04-0064-03

10.3969／j.issn.2095-1132.2014.04.018

2014－06－28

陳進(jìn)殿（1980－），高級(jí)工程師，從事天然氣市場(chǎng)研究。E-mail：chenjindian@petrochina.com.cn。