基于“最小二乘法”下節(jié)能量歸一化處理實(shí)例分析

陳少杰，李江玲(中國(guó)船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司陜西分公司，陜西 西安 710065)

0 引言

隨著中國(guó)對(duì)國(guó)際承諾二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，各相關(guān)部委為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)出臺(tái)了一系列舉措，節(jié)能減排工作也即將迎來(lái)又一次快速發(fā)展時(shí)期。隨著節(jié)能減排技術(shù)改造項(xiàng)目紛紛落地實(shí)施，如何準(zhǔn)確核算項(xiàng)目的實(shí)際節(jié)能量、減排量顯得尤為重要，本文主要通過(guò)實(shí)例來(lái)論證，基于“最小二乘法”下的雙因素歸一化處理，在節(jié)能量計(jì)算時(shí)的應(yīng)用。

1 歸一化

國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2018年9月17日發(fā)布的GB/T 13234—2018《用能單位節(jié)能量計(jì)算方法》中對(duì)節(jié)能量的計(jì)算提出了新的要求，首次提出如用能單位能源消耗受相關(guān)變量影響，應(yīng)通過(guò)歸一化來(lái)消除基期和報(bào)告期之間由于相關(guān)變量變化所帶來(lái)的影響[1]。歸一化，是指為了達(dá)到滿足同等需要或達(dá)到相同目的的要求，根據(jù)相關(guān)變量的變化關(guān)系，對(duì)能源消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行修正的過(guò)程[2]。

2 最小二乘法

最小二乘法是一種數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化的手段，應(yīng)用最小二乘法原理對(duì)實(shí)驗(yàn)和測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，所得到的測(cè)量結(jié)果的殘余誤差平方和為最小[3]，又稱(chēng)最小平方法，它通過(guò)最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配，同時(shí)也可用于曲線擬合。

3 節(jié)能量計(jì)算實(shí)例

3.1 案例介紹

陜北地區(qū)某化工廠動(dòng)力鍋爐房有兩臺(tái)燃煤鍋爐，為車(chē)間供應(yīng)中壓蒸汽，其耗煤量主要受蒸汽產(chǎn)量影響，同時(shí)與環(huán)境溫度有一定關(guān)系。企業(yè)與2019年12月底對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)鍋爐部分部件進(jìn)行更換和維修，鍋爐房2019、2020年度實(shí)際耗煤量、蒸汽產(chǎn)量、月平均氣溫如表1和表2所示。

表1 基準(zhǔn)期(2019年)耗煤量、蒸汽產(chǎn)量和月平均氣溫?cái)?shù)據(jù)

表2 報(bào)告期(2020年)耗煤量、蒸汽產(chǎn)量和月平均氣溫?cái)?shù)據(jù)

3.2 建立回歸模型

文章根據(jù)GB/T 13234—2018中的后推法進(jìn)行歸一化。利用EXCEL中“數(shù)據(jù)分析”，采用“最小二乘法”，對(duì)表1中基準(zhǔn)期(2019年)耗煤量(Y)、蒸汽產(chǎn)量(X1)和月平均氣溫(X2)兩個(gè)相關(guān)變量進(jìn)行回歸分析，分析結(jié)果如表3、表4所示。

表4 方差分析

基期歸一化校準(zhǔn)模型：

式中：Y為耗煤量(噸標(biāo)準(zhǔn)煤(tce))；X1為蒸汽產(chǎn)量(t)；X2為月平均氣溫(℃)。

3.3 模型有效性分析

統(tǒng)計(jì)學(xué)中擬合優(yōu)度R2越接近1.0，擬合度越好，從表3可知R2(Adjusted R Square)=0.995 9，充分說(shuō)明因變量(Y)、與兩個(gè)自變量(X1和X2)高度相關(guān)，擬合度優(yōu)，模型有效。

表3 分析結(jié)果輸出摘要

3.4 節(jié)能量計(jì)算結(jié)果

將報(bào)告期(2020年)蒸汽產(chǎn)量和月平均氣溫?cái)?shù)據(jù)代入式(1)中，可以得到后推校準(zhǔn)后的基期月度耗煤量，則項(xiàng)目節(jié)能量計(jì)算為公式(2)，計(jì)算表如表5所示，經(jīng)計(jì)算，節(jié)能量為2 716.76 tce。

表5 報(bào)告期節(jié)能量

式中：ΔE為節(jié)能量(噸標(biāo)準(zhǔn)煤(tce))；Ejj為后推校準(zhǔn)后基期耗煤量(噸標(biāo)準(zhǔn)煤(tce))；Ebs為報(bào)告期實(shí)際耗煤量(噸標(biāo)準(zhǔn)煤(tce))。

4 與單耗法計(jì)算相比

按照GB/T 13234—2009企業(yè)節(jié)能量計(jì)算方法中，本項(xiàng)目鍋爐工藝參數(shù)優(yōu)化技術(shù)措施節(jié)能量計(jì)算公式如下：

式中：ΔEti為節(jié)能技術(shù)措施節(jié)能量(噸標(biāo)準(zhǔn)煤(tce))；eth為實(shí)施節(jié)能技術(shù)措施前單位蒸汽耗煤量(噸標(biāo)準(zhǔn)煤每噸蒸汽(tce/t蒸))；etq為實(shí)施節(jié)能技術(shù)措施后單位蒸汽耗煤量(噸標(biāo)準(zhǔn)煤每噸蒸汽(tce/t蒸))；Pth為實(shí)施節(jié)能技術(shù)措施后蒸汽產(chǎn)量(噸蒸汽(t蒸))。

單耗法節(jié)能量計(jì)算如表6所示，本案例雙因素歸一法計(jì)算節(jié)能量，考慮蒸汽產(chǎn)量(X1)和月平均氣溫(X2)兩個(gè)自變量對(duì)因變量(耗煤量Y)的影響，即對(duì)節(jié)能量的影響。與單耗法計(jì)算結(jié)果相比，更加準(zhǔn)確并符合實(shí)際，節(jié)能量增加230.33 tce，偏差率8.48%。企業(yè)通過(guò)鍋爐節(jié)能技術(shù)改造實(shí)際減排CO2相比單耗法增加638 t，減排SO2增加1.59 t，減排PM增加0.46 t，減排NOX增加1.86 t，減排CO增加0.67 t，按照節(jié)能量300元/tce補(bǔ)貼計(jì)算，可增加企業(yè)補(bǔ)助資金7萬(wàn)元左右。

表6 單耗法節(jié)能量計(jì)算

5 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)實(shí)例分析介紹了在雙因素影響下，基于“最小二乘法”原理進(jìn)行歸一化處理，并對(duì)回歸模型進(jìn)行分析和驗(yàn)證，進(jìn)而計(jì)算項(xiàng)目節(jié)能量。通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了基于“最小二乘法”原理進(jìn)行歸一化處理的可行性、可靠性和合理性。但在實(shí)際項(xiàng)目節(jié)能量計(jì)算中，也會(huì)碰到用能單位能源消耗受多個(gè)相關(guān)變量影響，一般需要借助市場(chǎng)上成熟的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行歸一化處理，目前市場(chǎng)上成熟的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析軟件參差不齊，也無(wú)法滿足所有類(lèi)型項(xiàng)目節(jié)能量計(jì)算，同時(shí)也會(huì)增加相關(guān)機(jī)構(gòu)的投入。文章建議，針對(duì)超過(guò)兩個(gè)相關(guān)變量均對(duì)能源消耗有影響時(shí)，可對(duì)相關(guān)變量進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，遴選出對(duì)因變量影響最大的兩個(gè)自變量，再通過(guò)“最小二乘法”進(jìn)行歸一化處理，來(lái)滿足實(shí)際需要，具有一定的可操作性。