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
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。
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。
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)。
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)/℃
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.
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(編輯:周娟)
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中國(guó)石油天然氣股份有限公司天然氣與管道分公司
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云南云天化股份有限公司
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重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司
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中石油東南亞管道有限公司
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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。