基于ARIMA模型的我國城市集中供熱分析與預測研究

程偉志 張軍 張洪征

山東睿冠電能熱力有限公司 山東 濟南 250101

隨著我國城市化進程的加速推進，城市人口不斷增加，城市建設和能源需求也呈現出快速增長的趨勢[1-2]。在這一背景下，城市供熱作為一項重要的公共服務，對于確保城市居民的生活質量和經濟可持續發展起著至關重要的作用。城市集中供熱作為一種高效、環保的供熱方式，已在我國許多城市得到廣泛應用，并不斷發展壯大。

本研究旨在通過分析我國城市集中供熱能力和面積的現狀，運用ARIMA（自回歸綜合移動平均）模型，對未來城市集中供熱的發展趨勢進行預測。城市集中供熱的能力和面積是評估供熱系統運行效率和服務范圍的重要指標，對于規劃和優化城市供熱系統具有重要意義[3-4]。

1 資料來源與研究方法

1.1 資料來源

本研究的數據來自于國家統計局公開發布的關于我國城市集中供熱的相關統計數據，涵蓋了2004年至2021年全國范圍內的蒸汽供熱能力(噸/小時)、熱水供熱能力(兆瓦)、蒸汽供熱總量(萬吉焦)、熱水供熱總量(萬吉焦)、供熱面積(億平方米)等關鍵指標。國家統計局作為我國官方統計機構，其發布的數據具有權威性和可靠性，為本研究提供了重要的數據支撐。

1.2 數據處理與分析方法

本研究基于R語言軟件(版本號4.2.0)開展時間序列分析，構建ARIMA（自回歸綜合移動平均）模型。ARIMA模型是一種經典的時間序列預測方法，它結合了自回歸（AR）和移動平均（MA）的特性，能夠捕捉數據中的趨勢和季節性變化。研究分別對蒸汽供熱能力、熱水供熱能力、蒸汽供熱總量、熱水供熱總量以及供熱面積這五個指標進行ARIMA模型的擬合和預測。為了評估模型的擬合效果和預測準確性，采用一系列的統計指標，如均方根誤差（RMSE）、平均絕對誤差（MAE）等，對模型進行評估與驗證。通過分析ARIMA模型的結果，解釋供熱能力和面積的現狀、趨勢和變化規律，并對未來城市集中供熱的發展趨勢進行預測。

3 結果

3.1 2004年-2021年我國城市集中供熱情況分析

我國城市集中供熱能力和面積在過去十余年取得了顯著的增長，為城市居民提供了更為優質的供熱服務，特別是在熱水供熱方面取得了顯著進展。2004年-2021年期間，供熱面積也增長了近4倍，這說明我國城市集中供熱覆蓋范圍不斷擴大，更多的城市和居民受益于集中供熱服務。

表1 2004年-2021年我國城市集中供熱情況

3.2 基于ARIMA擬合的供熱相關指標預測模型參數分析

本研究使用ARIMA模型對我國城市集中供熱能力和面積的各指標進行了擬合，相關參數見下表 2。研究者綜合考慮AIC、BIC以及誤差指標，并結合殘差檢驗是否通過顯著性檢驗的結果，選出供熱各個指標最合適的預測模型。

表2 基于ARIMA擬合的供熱相關指標預測模型參數

3.3 基于ARIMA模型的未來十年供熱相關指標預測結果

本研究基于擬合的ARIMA模型參數，對我國城市集中供熱能力和面積的未來發展趨勢進行了預測。根據模型預測，蒸汽供熱能力將呈現逐漸減緩的趨勢，熱水供熱能力預計將持續增加，增長速度較為穩定。從2022年到2031年，熱水供熱能力預計將從617860.35兆瓦增長至839569.53兆瓦，增幅約為35.9%。熱水供熱總量在未來預測期內也將持續增加，從2022年到2031年，熱水供熱總量預計將從371392.71萬吉焦增長至494492.06萬吉焦，增幅約為33.1%。

表3 基于ARIMA模型的未來十年供熱相關指標預測結果

4 討論

4.1 城市集中供熱發展趨勢與可持續性

在城市集中供熱領域可持續性密切關注的內容。預測結果顯示，我國城市集中供熱能力和面積將在未來繼續增長，這表明我國城市供熱行業正處于蓬勃發展的階段。然而，這種快速的增長也帶來了一些潛在問題。供熱能源的過度消耗可能對能源安全造成風險，同時也可能加劇環境問題，如大氣污染和溫室氣體排放。因此，有必要進一步推動綠色供熱能源的使用，提高能源利用效率，以實現經濟發展與環境保護的雙重目標[5-6]。

4.2 我國城市集中供熱能力和面積的影響因素

我國城市集中供熱能力和面積的發展受多種因素影響。城市化的快速推進導致了城市人口密度的增加，從而對供熱能力和面積提出了更高的要求。國家能源政策的調整也在推動供熱系統朝著清潔、高效的方向發展，這對供熱能源的選擇和供熱技術的創新都帶來了挑戰和機遇[7]。因此，未來的城市供熱規劃應該充分考慮這些復雜因素的相互作用，制定全面而靈活的政策，以推動可持續供熱的發展。

4.3 技術創新和智能化是提高城市集中供熱能力的關鍵途徑

隨著新興技術的不斷涌現，供熱系統的運營和管理正變得更加智能化和高效。例如，智能溫控技術可以實現個性化供熱，根據不同居民的需求和習慣調節供熱溫度，從而降低能源浪費[8]。另外，廢熱回收技術也是提高能源利用效率的有效手段，可以將工業廢熱轉化為有用的熱能。政府和企業應當加大對技術創新的投入，鼓勵研發出更加高效、環保的供熱技術，以滿足未來供熱需求。

4.4 城市集中供熱的發展需要充分考慮不同地區的差異

城市集中供熱的發展需要充分考慮不同地區的差異，以實現供需的匹配。各地區的氣候條件、經濟水平、人口密度等因素都會影響供熱需求的變化。因此，建議政府制定差異化的供熱政策，根據地區的實際情況確定供熱重點和發展目標。在一些氣候較溫暖的地區，可以倡導低溫供熱，采用地源熱泵等節能技術[9]；而在寒冷地區，應加強供熱設施的建設，確保居民的供熱需求得到充分滿足。

5 建議

5.1 建議政府進一步指定可持續發展策略

為了實現城市集中供熱的可持續發展，政府可以制定更為嚴格的能源效率標準，對供熱設施的建設和運營進行監管。此外，還可以推動清潔能源的應用，如地熱能、太陽能[10]等，減少對傳統能源的依賴。廢熱回收利用也應得到重視，可以鼓勵工業企業與供熱公司合作，將工業廢熱納入供熱系統，實現能源的高效利用[11]。

5.2 建議供熱企業積極推動技術升級和創新

供熱企業在我國城市集中供熱領域扮演著至關重要的角色。為了適應日益復雜和多變的能源環境，以及滿足人們對更高質量供熱的需求，供熱企業應積極推動技術升級和創新，通過引入新的材料、技術和工藝，可以提高供熱設備的效率和性能，降低能耗和排放[12]。此外，也可以考慮引進國內外先進的供熱技術和設備。為了促進供熱系統的技術升級和創新，政府可以通過設立專項基金的形式，資助供熱技術研發和應用。

5.3 建議政府制定區域化的供熱規劃區域化規劃

針對不同地區的供熱需求，建議政府制定區域化的供熱規劃。在大城市和人口密集地區，可以加大供熱設施的建設，提高供熱能力，同時推動智慧化改造的應用[13-14]。在農村和偏遠地區，可以采用分布式供熱方式，充分利用當地的資源，降低運輸損耗。通過精細化的規劃，可以實現供熱資源的合理配置，滿足不同地區居民的需求。