我國冬季天然氣日負荷的溫度梯度分析

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?；诃h渤海、長三角以及中南地區冬季氣象和天然氣日負荷數據，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關系；天然氣日負荷的溫度梯度在不同地區、不同溫度節點處差別較大，應高度關注日負荷溫度梯度較大省市的調峰問題；分析天然氣的日負荷溫度梯度時應考慮氣溫滯后效應的影響。

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、時均在發生變化，它與氣象條件、用戶結構以及節假日等多種因素密切相關［1］，用氣不均勻性日趨增大給管道調峰帶來了困難。近年來冬季長期低溫、氣溫驟降等極端天氣屢屢出現，北方地區因氣溫變化導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計劃，確保管網的安全穩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2013年11月15日至2014年3月15日期間環渤海、長三角及中南地區部分省市的氣象數據與天然氣日負荷數據，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據，以氣溫為自變量選取標桿日，參考標桿日的其他氣象數據選取相似日，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測日影響因素（不包括氣溫）差值的二范數，當差值二范數小于某一設定值時，認為該歷史日與預測日相似。計算公式為：

式中，αi為預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為設定值；n為影響因素個數?？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關系，氣溫升高則對應天然氣日負荷下降，氣溫對天然氣日負荷的影響具有滯后效應［5］。筆者基于各省市地區冬季天然氣負荷數據，對比分析了考慮滯后效應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

分別以環渤海地區A市、長三角地區B省為例，按照兩地區冬季期間的溫度平均值分別選取標桿日，根據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。兩地區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為線性相關系數。

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關系。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，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考慮溫度滯后效應前后天然氣負荷溫度梯度值如表1所示。

表1 各省市地區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，為-134（104m3／d）／℃，環渤海地區天然氣負荷溫度梯度要遠高于長三角和中南地區負荷溫度梯度值，這與該地區氣象條件、天然氣用氣規模、用氣結構以及各地區居民生活習慣等因素有關。

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點附近的數值有差異，以0℃作為基點，氣溫變化5℃為節點，根據各節點附近相似日的天然氣負荷數據，分段回歸分析天然氣負荷溫度梯度變化，A2省分析結果如圖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℃節點處，A2省天然氣負荷溫度梯度為-81（104m3／d）／℃，在-5℃節點處負荷溫度梯度為-18（104m3／d）／℃?？紤]溫度影響的滯后效應前后，各省市地區天然氣負荷溫度梯度值回歸分析結果如表2、表3所示。

以A市為例，溫度每下降1℃，每日所需調峰氣量就高達204×104m3，相當于一條7.5×108m3／a管道

的輸氣能力，因此應高度關注日負荷溫度梯度較大省市的調峰問題。

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

4 結論

對比分析得到的日負荷溫度梯度數據，可以得出以下結論：

1）總體上氣溫與天然氣負荷總體呈負相關關系，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時，在部分溫度節點處負荷溫度梯度值出現大于零的情況，無法準確反映氣溫對負荷的影響關系，這是由于氣溫累積效應造成的。另外，無論是總體線性回歸分析還是分段線性回歸分析，在考慮滯后效應影響后，線性相關系數值均增大，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。

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據進行了分析，考慮到我國天然氣市場正處于快速發展階段，上述省市的用氣規模和用氣結構會隨著時間發生變化，日負荷的溫度梯度也會隨之變化，因此應滾動開展負荷的溫度梯度分析工作，以更好地應用到生產中。

［1］張柏濤.城市燃氣用戶用氣負荷規律及其預測的研究［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測模型：以四川省成都地區為例［J］.天然氣工業，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系分析［J］.遼寧化工，2012，41（3）：276-278.

［4］周冠杰，吳孟君.山東地區城市天然需求負荷與氣溫關系研究［J］.國際石油經濟，2009（3）：55-58.

［5］鄒曉琴，胡梅，阮青珂，等.城市燃氣短期負荷預測中的氣溫累積效應［J］.天然氣技術與經濟，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

中國石油管道建設項目經理部

大慶油田有限責任公司勘探開發研究院

海南中油深南石油技術開發公司

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作業公司

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。