陳進殿 張津銘 魏傳博 郝迎鵬 沈鑫

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

我國冬季天然氣日負荷的溫度梯度分析

陳進殿1張津銘2魏傳博1郝迎鵬1沈鑫1

（1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院，北京 100083；2.中國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荷的重要因素之一。基于環(huán)渤海、長三角以及中南地區(qū)冬季氣象和天然氣日負荷數(shù)據(jù)，采用選取相似日的方法，對各省市天然氣負荷溫度梯度進行了總體和分段線性回歸分析。研究認為：總體上氣溫與天然氣負荷呈負相關(guān)關(guān)系；天然氣日負荷的溫度梯度在不同地區(qū)、不同溫度節(jié)點處差別較大，應(yīng)高度關(guān)注日負荷溫度梯度較大省市的調(diào)峰問題；分析天然氣的日負荷溫度梯度時應(yīng)考慮氣溫滯后效應(yīng)的影響。

氣溫變化 天然氣負荷 回歸分析 負荷溫度梯度

0 引言

隨著天然氣管道的不斷擴展以及供應(yīng)量的增加，我國天然氣消費量快速增長。天然氣市場用氣量隨月、日、時均在發(fā)生變化，它與氣象條件、用戶結(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)峰帶來了困難。近年來冬季長期低溫、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大的趨勢。對冬季天然氣用氣負荷特性進行研究，對于制定科學的生產(chǎn)計劃，確保管網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行有非常重要的實際意義。

1 研究方法和流程

氣象條件是冬季天然氣負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、平均風速等，其中氣溫對天然氣負荷的影響最為明顯［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)與天然氣日負荷數(shù)據(jù)，采用總體和分段線性回歸分析的方法，對天然氣日負荷的溫度梯度進行分析。

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

式中，αi為預(yù)測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 天然氣負荷梯度回歸分析流程示意圖

一般來講，天然氣用氣負荷與氣溫變化呈負相關(guān)關(guān)系，氣溫升高則對應(yīng)天然氣日負荷下降，氣溫對天然氣日負荷的影響具有滯后效應(yīng)［5］。筆者基于各省市地區(qū)冬季天然氣負荷數(shù)據(jù)，對比分析了考慮滯后效應(yīng)前后天然氣負荷溫度梯度的變化，對該問題進行了說明。

2 天然氣負荷溫度梯度總體回歸分析

分別以環(huán)渤海地區(qū)A市、長三角地區(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桿日，根據(jù)選取的相似日對天然氣負荷溫度梯度作總體回歸分析，并選定2d作為滯后時間對比分析溫度對天然氣負荷影響的滯后效應(yīng)。兩地區(qū)冬季天然氣負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市冬季天然氣負荷溫度梯度總體回歸曲線圖

圖3 B省冬季天然氣負荷溫度梯度總體回歸曲線圖

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

從表1中可以看出，A市天然氣負荷的溫度梯度絕對值最大，考慮溫度影響滯后效應(yīng)，為-134（104m3／d）／℃，環(huán)渤海地區(qū)天然氣負荷溫度梯度要遠高于長三角和中南地區(qū)負荷溫度梯度值，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)居民生活習慣等因素有關(guān)。

3 天然氣負荷溫度梯度分段回歸分析

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

圖4 A2省冬季天然氣負荷溫度梯度分段回歸曲線

從圖4中可以看出，在0℃節(jié)點處，A2省天然氣負荷溫度梯度為-81（104m3／d）／℃，在-5℃節(jié)點處負荷溫度梯度為-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204×104m3，相當于一條7.5×108m3／a管道

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

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

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

4 結(jié)論

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

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

2）不考慮溫度的滯后效應(yīng)時，在部分溫度節(jié)點處負荷溫度梯度值出現(xiàn)大于零的情況，無法準確反映氣溫對負荷的影響關(guān)系，這是由于氣溫累積效應(yīng)造成的。另外，無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。由此天然氣負荷成因時，需要考慮氣溫變化對天然氣負荷影響的滯后效應(yīng)。

3）基于對部分省市2013-2014年冬季期間的氣象以及天然氣日負荷數(shù)據(jù)進行了分析，考慮到我國天然氣市場正處于快速發(fā)展階段，上述省市的用氣規(guī)模和用氣結(jié)構(gòu)會隨著時間發(fā)生變化，日負荷的溫度梯度也會隨之變化，因此應(yīng)滾動開展負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.城市燃氣用戶用氣負荷規(guī)律及其預(yù)測的研究［D］.上海：同濟大學，2005.

［2］何春蕾，段言志，鄔宗婧，等.基于氣溫的城市燃氣短期日負荷預(yù)測模型：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)城市天然需求負荷與氣溫關(guān)系研究［J］.國際石油經(jīng)濟，2009（3）：55-58.

［5］鄒曉琴，胡梅，阮青珂，等.城市燃氣短期負荷預(yù)測中的氣溫累積效應(yīng)［J］.天然氣技術(shù)與經(jīng)濟，2011，5（3）：58-60.

（編輯：周娟）

鳴謝

中國石油天然氣股份有限公司天然氣與管道分公司

中國石油天然氣股份有限公司西部管道分公司

中國石油塔里木油田公司

中國石油長慶油田公司

中國石油吐哈油田公司

中國石油川慶鉆探公司長慶鉆井總公司

中國石油管道建設(shè)項目經(jīng)理部

大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院

海南中油深南石油技術(shù)開發(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

重慶燃氣集團股份有限公司

重慶燃氣集團股份有限公司

中國石油川慶鉆探公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司

中國石油川慶鉆探公司長慶固井公司

四川瀘天化股份有限公司

中石油東南亞管道有限公司

中國石油化工股份有限公司天然氣川氣東送管道分公司

中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司

中國石化集團西南石油局井下作業(yè)公司

中石化集團西南石油局四川鉆井公司

中國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

陳進殿（1980－），高級工程師，從事天然氣市場研究。E-mail：chenjindian@petrochina.com.cn。