基于大數(shù)據(jù)應用的天然氣需求預測及資源平衡管理
一
案例概況
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
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
二
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。
三
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。
2 示范效應
四
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