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智慧燃氣應用案例 |基于大數(shù)據(jù)應用的天然氣需求預測及資源平衡管理

字體: 放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2024-09-05  來源:中燃協(xié)智氣委  瀏覽次數(shù):7660
 2024“引領(lǐng)燃氣高質(zhì)量發(fā)展·智慧燃氣優(yōu)秀應用案例”已在第十屆中國智慧燃氣發(fā)展論壇上隆重展示。其中,北京燃氣集團《基于大數(shù)據(jù)應用的天然氣需求預測及資源平衡管理》成功入選十大優(yōu)秀案例。以下為案例全文:

 

 

640 (1)

基于大數(shù)據(jù)應用的天然氣需求預測及資源平衡管理



 

案例概況


1  承建單位簡介

北京燃氣集團

北京燃氣集團擁有66年的歷史,始終堅持“立足北京、內(nèi)外并舉;專注能源、上下延伸”的企業(yè)戰(zhàn)略,負責北京市天然氣的投資、建設(shè)、運營、管理,同時拓展京外城市燃氣項目、參與上游資源開發(fā)、長輸管線及儲氣庫建設(shè)運營,發(fā)展下游分布式能源、車用氣等業(yè)務,是覆蓋燃氣全產(chǎn)業(yè)鏈的能源企業(yè)。

2  案例背景

天然氣是北京市首要能源,在全市能源消費結(jié)構(gòu)中占比達到36.2%。近年來,受可再生能源替代行動方案實施,以及電力市場調(diào)峰頻繁、極端天氣頻發(fā)等因素影響,天然氣運行曲線不規(guī)律性顯著增強。隨著能源行業(yè)市場化改革推進,“合同內(nèi)保供、合同內(nèi)應急”要求使得合同執(zhí)行逐步嚴苛,下游城燃企業(yè)亟需通過平臺系統(tǒng)建設(shè)等智慧化手段提升需求預測精度和多資源配置有序銜接能力,確保供電、供熱、用氣的安全平穩(wěn)。
3  案例內(nèi)容

北京燃氣集團從對需求側(cè)用戶用氣行為的捕獲與量化出發(fā),構(gòu)建短周期及中長周期時間維度的城市用氣預測模型,進而搭建“預測體系知識庫”,完成處理、分析、模型、預測等過程中各類影響因素及天然氣需求量“基準年”的可解釋性工作,有效提高需求預測精確度。進而以此為基礎(chǔ),推動資源平衡和氣量管理業(yè)務的信息化建設(shè),完成多資源組合供應下供需兩側(cè)的有序銜接和精細化匹配管理目標,是實現(xiàn)“安全+經(jīng)濟”保供目標的有效實踐。

圖1 需求預測過程“智慧化”示意圖


技術(shù)特點


一是,突出智慧智能化和技術(shù)先進性,基于預測理論創(chuàng)新提升天然氣需求預測全過程、全要素管理。通過“特征感知-特征篩選-知識庫(特征列表)-模型方法-預測結(jié)果”的路徑,結(jié)合GRU循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡、相似日匹配等數(shù)據(jù)分析方法,對氣溫、周末/節(jié)假日、寒潮/升溫、新發(fā)展類型等預測全要素特征將進行感知與篩選,實現(xiàn)各類用戶用氣行為的捕獲與量化;利用“預測體系知識庫”中電廠與各類城市用戶4大類20小類特征影響因素、極端天氣及節(jié)假日等6大類規(guī)則/系數(shù)特的分析與提取,通過短周期和中長周期城市用氣預測模型完成基準要素量化,進而在平衡供需的各類因素影響量評估量化-熱值影響修正-整體需求預測-資源規(guī)劃與匹配全過程管理中減少人工干預,突出氣量預測過程的“智慧性”、“可追溯性和“可評估性”。

圖2 負荷預測管理體系示意圖

圖3 “預測體系知識庫”示意圖

二是,著重行業(yè)引領(lǐng)和普適性應用,對現(xiàn)有需求預測和資源管理業(yè)務流程進行深度梳理和優(yōu)化,推動實現(xiàn)信息化和平臺化。通過開展城市燃氣多資源規(guī)劃及配置、用戶用氣行為感知預測體系等研究,持續(xù)深化“基準年”理論創(chuàng)新成果,并以此為基礎(chǔ)在城燃企業(yè)中率先布局資源平衡和氣量管理業(yè)務的信息化建設(shè),從資源供應,到配氣環(huán)節(jié),一直延伸到銷售用氣側(cè),分階段、分步驟布局資源規(guī)劃、資源配置、結(jié)算管理、統(tǒng)計分析等功能模塊,構(gòu)建城燃企業(yè)可供氣源優(yōu)化調(diào)度、購銷合同風險防控、需求側(cè)管理優(yōu)化的管理系統(tǒng),實現(xiàn)預測過程的可解釋性、多種資源池的有序供應以及供需平衡的最優(yōu)化管理,對當前各級城燃企業(yè)處置提升預測精度、實現(xiàn)供需平衡、控制購氣成本、保障供應安全等多方面的共性挑戰(zhàn)具有普適性與啟發(fā)性。

圖4 北京燃氣資源平衡和氣量管理系統(tǒng)示意圖

三是,打造應用創(chuàng)新性,建立全市以熱電廠為中心的氣熱電協(xié)調(diào)聯(lián)動保障機制。通過整理應用北京市熱電氣企業(yè)機組設(shè)計性能及運行參數(shù),并分析北京燃氣集團、中石油、國家管網(wǎng)現(xiàn)有天然氣保供方式及政策,以及電力、熱力調(diào)度策略等,建立以熱電廠為中心的氣熱電運行效益分析模型,開展以電力、熱力需求為基礎(chǔ)的熱電廠天然氣需求特性研究;進而以信息化技術(shù)管理手段為基礎(chǔ),以協(xié)同管理模式為核心理念,建立統(tǒng)一的城市熱電氣聯(lián)調(diào)聯(lián)供的能源協(xié)同管理技術(shù)平臺;最后,基于現(xiàn)行熱電氣聯(lián)合調(diào)度機制,開展北京市電氣熱運行保障支撐政策研究,促使能源企業(yè)在保障供應安全同時,主動降低能耗,從而促進產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展,提升氣熱電運行保障韌性。


典型經(jīng)驗


1  應用場景

一是,有效應對需求預測過程中的多因素融合影響,提升預測精準度。通過提升需求預測全過程、全要素的可解釋性,并完善上中下游企業(yè)在計劃管理、調(diào)度運行、應急保障等領(lǐng)域協(xié)同機制,從而提升全市氣熱電聯(lián)調(diào)聯(lián)供協(xié)同效果,有效應對極端天氣變化、沼氣/綠電等新能源替代利用過程中引發(fā)的城市需求負荷變化、電廠發(fā)電用量增減等不穩(wěn)定性干擾,有效提升需求分析及預測精度。

二是,創(chuàng)新“X+Y”合同量方式,結(jié)合提取進度跟蹤和風險預警功能實現(xiàn)合同資源的最大化利用。基于需求側(cè)負荷預測精度的提升,優(yōu)化與中石油購銷合同中保障條款細則、明晰保障邊界,自2022-2023合同年開始,以“X+Y”方式設(shè)置合同量,并通過資源平衡管理中合同資源提取進度跟蹤反饋及風險提示功能輔助,在降低偏差結(jié)算等執(zhí)行風險的同時,提升合同資源配置效率。
三是,通過靈活組合外部市場化調(diào)峰服務及自有應急調(diào)峰資源,在資源平衡管理中實現(xiàn)供需精準匹配,進一步優(yōu)化首都天然氣應急保供機制。自2022-2023合同年開始,基于需求側(cè)負荷預測精度以及內(nèi)外部多資源組合利用能力的提升,協(xié)調(diào)上游供應主體簽訂采暖季三方保供框架協(xié)議,結(jié)合北京市調(diào)峰保障特點打造適應性服務產(chǎn)品,并通過資源平衡管理功能將北京市政府曹妃甸應急儲備、北京燃氣集團天津南港自有應急儲備等資源與之靈活組合應用,實現(xiàn)供需兩端精準匹配,進而提升首都天然氣調(diào)峰保供效果。

2  示范效應

一是,天然氣調(diào)度運營的精細化管理水平的有效提升。通過“基準年”理論研究成果的創(chuàng)新及信息化轉(zhuǎn)化,北京燃氣集團構(gòu)建起“供-儲-銷”一體的城市天然氣預測框架和“分析-預測-修正-評估”的建模預測體系,使得自身需求精準預測及上中下游調(diào)度計劃管理能力得到完善,自有和外采資源池構(gòu)建及優(yōu)化配置能力得到迅速提升,是提前籌劃順應市場化改革的有效實踐,對于能源行業(yè)改革起到了示范作用。
二是,實現(xiàn)綜合能源調(diào)度機制的平臺化利用。在資源平衡和氣量管理業(yè)務信息化的過程中,北京燃氣集團作為重要成員加入北京市熱電氣聯(lián)調(diào)運行管理體系后,與熱力和電力企業(yè)協(xié)同調(diào)度,統(tǒng)籌安排供氣、供熱、供電計劃,共同滿足北京市能源供應需求,實現(xiàn)了城市能源調(diào)度管理的科學化、集約化、精細化,確保了熱電氣聯(lián)動管理的準確性、實時性和前瞻性,有力促進了城市能源安全運行和高效利用。

實施情況及成效



1  應用成果及經(jīng)濟/社會效益方面

基于運營調(diào)度精細化管理水平的進步,從資源供應到配氣環(huán)節(jié),一直延伸到銷售用氣側(cè),協(xié)助北京燃氣集團調(diào)度運行人員更好的適應新的供需形勢,提高天然氣計劃平衡管理的響應速度,實現(xiàn)供需平衡控制、用戶服務、購氣成本控制、供應安全保障等多方面的關(guān)鍵業(yè)務管理能力的提升。

一是,天然氣資源優(yōu)化配置的能力得到提升。氣源調(diào)度方案編制、發(fā)布以及監(jiān)控功能可以輔助調(diào)度人員充分把握保障首都供氣安全和管網(wǎng)公平開放后的可自主調(diào)配氣源供應等有利因素,符合北京市實際情況的氣源調(diào)配的基本原則和可行性流程,在商務談判、技術(shù)條款確定合理準確的規(guī)則,把控“偏差結(jié)算”罰則、“合同外氣量”價格風險,保障北京市天然氣供應安全。匯總近五年氣量數(shù)據(jù),合同約定氣量完成率由95%升至97-100%,調(diào)峰保障成本控制在年度購氣成本的2%內(nèi),有效實現(xiàn)了“安全+經(jīng)濟”的保供目標。

二是,上中下游調(diào)度計劃管理能力得到完善。基于模型預測綜合考慮下游用戶和上游資源多元條件,建立以需定供模式下的計劃管理體系,并開發(fā)計劃管理系統(tǒng),實現(xiàn)集團天然氣負荷預測和計劃管理工作全面高效的電子化、信息化管理的同時,推進預測氣量精準、時間分辨率精細,更加精準的預測天然氣年、月、周、日計劃,為合同簽訂、資源調(diào)配、管網(wǎng)調(diào)度提供重要決策依據(jù)。

三是,多維度嚴控預測精度,保障平穩(wěn)供氣。在合理測算增量氣的同時,規(guī)范存量氣預測流程,嚴肅大用戶計劃對接、高標準嚴控規(guī)律性用戶預測精度,實現(xiàn)與華北電網(wǎng)、北京電力雙通道、多頻次對接,及時掌握燃氣電廠日常調(diào)峰、應急調(diào)峰及為新能源消納讓道對天然氣需求的影響量,合理安排合同內(nèi)、外氣量,在全市整體需求逐年攀升的環(huán)境下,供需整體平穩(wěn)。近年來,北京燃氣集團周/日預測精度超過95%,預測手段及精度實現(xiàn)穩(wěn)步提升。

2  獲獎情況

(1)第三十六屆北京市企業(yè)管理現(xiàn)代化創(chuàng)新成果一等獎

(2)第18屆北京發(fā)明創(chuàng)新大賽銀獎

 
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