聯合循環發電廠發電量影響因素分析

摘 要：【目的】分析環境溫度、排氣真空度、環境壓力及相對濕度這四個因素對聯合循環發電廠發電出力的影響，旨在提高發電廠資源利用效率，并依據環境因素實現精確調控發電出力。【方法】基于聯合循環發電廠2006—2011年的9 568個數據點，采用多元回歸分析等統計學方法，探究環境溫度（1.81～37.11 °C）、排氣真空度（33 810.46～108 737.42 Pa）、環境壓力（992.89～1033.30 hPa）、相對濕度（25.56%～100.16%）對發電出力（420.26～495.76 MW）的影響。【結果】研究發現，環境溫度對發電出力有顯著的負面影響，而環境壓力對發電出力有正面影響。【結論】該研究為發電行業在“雙碳”目標下，實現節能降碳和成本優化提供了一定的科學依據。

關鍵詞：發電廠；發電；影響因素

中圖分類號：TM62 " "文獻標志碼：A " " "文章編號：1003-5168（2025）06-0004-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.06.001

Analysis of Influencing Factors of Power Generation in Combined Cycle Power Plants

DU Hong

（School of Statistics， University of International Business and Economics， Beijing 100021， China）

Abstract： [Purposes] This paper analyzes the influence of four factors including ambient temperature， exhaust vacuum， environmental pressure and relative humidity on the power output of combined cycle power plant， aiming at improving the efficiency of resource utilization of power plant and realizing accurate regulation of power output according to environmental factors. [Methods] Based on 9568 data points of combined cycle power plants from 2006 to 2011， statistical methods such as multiple regression analysis were used. The effects of ambient temperature （1.81-37.11 ℃）， exhaust vacuum （33 810.46-108 737.42 Pa）， ambient pressure （992.89-1033.30 hPa） and relative humidity （25.56%-100.16%） on generating capacity （420.26-495.76 MW） were deeply investigated. [Findings] It was found that the ambient temperature had a significant negative effect on the generating output， while the ambient pressure had a positive effect. [Conclusions] This paper provides a scientific basis for the power generation industry to achieve energy saving and carbon reduction and cost optimization through data analysis under the goal of \"dual carbon\".

Keywords： power plant; power generation; influencing factor

0 引言

發電行業碳排放約占全國碳排放的40%，是碳排放的最大來源［1］。因此，控制發電行業碳排放量對推動我國實現“碳達凈、碳中和”目標具有重要意義。為了提高發電廠的資源利用效率，依據環境因素精確調控發電出力是節能降碳、提升經濟效益的有效途徑。

本研究通過深入探討各類環境因素對發電廠出力的影響程度，利用公開數據集，對燃氣—蒸汽聯合發電廠近5年的環境及生產環節的四類關鍵指標，采用統計學多元回歸分析方法進行逐項綜合分析。旨在從理論層面揭示影響因子與發電效率之間的數值關系，并評價分析結果，從而深化對發電廠發電影響因素的認識，為發電廠管理提供科學合理的建議。

1 數據來源

本研究的數據來源于加利福尼亞大學爾灣分校機器學習庫（UCI Machine Learning Repository）。該機器學習庫是機器學習社區獲取公開、免費、合法數據集的權威平臺，涵蓋多個領域的數據集，可為研究者提供豐富的資源。本研究選用的數據集包含聯合循環電廠2006—2011年的9 568個數據點，詳細反映了電廠滿負荷工作時的相關因素，包括環境溫度、環境壓力、相對濕度、排氣真空值、發電出力等，為深入分析聯合循環電廠的運行機制和性能優化提供重要依據［2］。

2 影響因素分析

在現代工業環境中，對各種環境變量的監控和管理至關重要。這些變量不僅直接關系到生產設備的運行狀態，還為生產過程的優化提供重要數據［3］。本研究對一組特定的環境變量（溫度、環境壓力、相對濕度、排氣真空度和每小時凈電能輸出）進行深入分析，為實時監測提供了寶貴信息，有助于及時發現并處理潛在問題［4］。其中，這些環境變量的數據均源自工廠周邊布設的各類傳感器，傳感器以每秒一次的頻率記錄環境變量，具體描述見表1。要注意的是，這些變量數據尚未進行歸一化處理，在具體應用中需進行數據預處理和標準化工作。

2.1 發電出力

每小時發電出力是衡量工廠生產效率的關鍵參數，其取值范圍為420.26～498.76 MW。電能輸出可能受原料質量差異、設備運行狀態變化及環境因素波動等多種因素的影響而出現波動。通過對電能輸出進行實時監測與分析，能及時發現生產流程中的問題，進而采取有效的優化措施。發電出力直方圖和箱線圖如圖1所示。由圖1可知，每小時發電出力的平均值為454.4 MW、中位數為451.6 MW、最小值為420.3 MW、最大值為495.8 MW。

2.2 環境溫度

環境溫度的變化范圍為1.81～37.11 ℃，表明工廠所在地的氣候條件較為溫和，沒有極端的寒冷或炎熱天氣。然而，即使在這樣的溫度范圍內，也需要對生產設備進行適當的溫度控制，確保其能正常運行，并延長使用壽命［5］。環境溫度直方圖和箱線圖如圖2所示。由圖2可知，環境溫度均值為19.65 ℃、中位數為20.34 ℃、最小值為1.81 ℃、最大值為37.11 ℃。

2.3 環境氣壓

環境壓力變化范圍為992.89～1 033.30 hPa，這個范圍相對穩定，表明工廠所在地的氣壓變化不大。然而，氣壓的微小變化也可能會對生產設備的性能產

生影響，因此，需要對環境壓力進行持續地監測［6］。環境氣壓的直方圖和箱線圖如圖3所示。由圖3可知，環境氣壓的均值為1 013.3 hPa、中位數為1 012.9 hPa、最小值為992.9 hPa、最大值為1 033.3 hPa。

2.4 相對濕度

相對濕度是一個重要的環境變量，其取值范圍為25.56%～100.16%。這表明工廠所在地的濕度變化較大，可能會對生產設備的正常運行產生影響。特別是在高濕度環境中，設備容易受潮、生銹等，需要采取相應的防護措施。相對濕度的直方圖和箱線圖如圖4所示。由圖4可知，相對濕度的均值為73.31%、中位數為74.97%、最小值為 25.56%、最大值為100.16%。

2.5 排氣真空值

排氣真空度是反映設備運行狀態的一個重要參數，其取值范圍為33 810.46～108 737.42 Pa。真空度的穩定對保證設備的正常運行至關重要。如果真空度不足，可能會導致設備性能下降，甚至引發故障。排氣真空度直方圖和箱線圖如圖5所示。由圖5可知，排氣真空度均值為72 407.17 Pa、中位數為69 434.09 Pa、最小值為33 810.46 Pa、最大值為108 737.42 Pa。

3 數據建模

3.1 影響因子分析

當環境溫度增加時，電廠發電出力減少。發電出力和環境溫度有相關性如圖6所示。

當環境氣壓增加時，電廠發電出力增加。發電出力和環境氣壓有相關性如圖7所示。

當環境相對濕度增加時，電廠發電出力增加。發電出力和環境相對濕度有相關性如圖8所示。

當排氣真空值相對增加時，電廠發電出力減少。發電出力和排氣真空值有相關性如圖9所示。

3.2 構建多元線性回歸模型

根據上述分析，構建多元線性回歸模型見式（1）。

PE=a+b·AT+c·AP+d·RH+e·V+? （1）

式中：PE 為發電出力；a為常數項；AT為環境溫度；AP為排氣真空度；RH為環境壓力；V 為相對濕度；b、c、d、e 分別為各變量的回歸系數；?為隨機誤差項。

經計算，多元線性回歸模型的相關結果見表2。

3.3 模型檢驗

殘差與擬合值是評估模型效果的關鍵指標，殘差圖、統計量和模型診斷有助于全面評估模型。深入研究殘差與擬合值有助于了解模型效果，發現問題并優化模型，提高預測和解釋能力。本研究設計的模型的殘差與擬合值圖如圖10所示。由圖10可知，當殘差均勻分布在y=0兩側，且殘差均值擬合線平穩無特定形狀時，表明模型擬合合理，無系統性偏差。

本研究設計的模型的殘差QQ圖如圖11所示。由圖11可知，數據點按對角直線排列，趨于一條直線，并被對角直接穿過，直觀上符合正態分布。

本研究設計的模型的標準化殘差平方根和擬合值如圖12所示。由圖12可知，數據點均勻分布在y=0兩側，呈現出隨機的分布，且標準差均值擬合線呈現出一條平穩的曲線，并沒有明顯的形狀特征。

本研究設計的模型的標準化殘差和杠桿值圖如圖13所示。圖13可知，沒有出現等高線，則說明數據中沒有特別影響回歸結果的異常點。

經過檢驗，確認數據無異常點且殘差滿足條件，得到的回歸方程見式（2）。

PE=454.609 274-1.977 513·AT+0.062 083·AP-0.158 054·RH-0.233 916·V " " （2）

式中：PE為發電出力；AT為環境溫度；AP為排氣真空度；RH為環境壓力；V為相對濕度。

4 討論

本研究采用多元回歸分析方法，系統地探究了環境溫度、環境壓力、相對濕度及排氣真空度對聯合循環發電廠發電出力的具體影響。通過數據分析，確認了這些環境因素與發電出力之間存在著顯著的關聯性，并揭示了其作用機理和影響程度。

環境溫度對發電出力的負面影響尤為顯著。數據顯示，環境溫度每升高1 ℃，發電出力平均減少約1.98 MW（基于回歸方程系數）。這一結果與實際情況高度一致，因為高溫環境會加劇發電設備的熱負荷，進而降低冷卻效率，對發電效率產生不利影響。因此，在高溫季節，發電廠要采取更為有效的設備冷卻措施，并優化熱管理策略，以減輕環境溫度對發電出力的負面影響。

環境壓力對發電出力表現出正面影響，即隨著環境壓力的增加，發電出力相應提升。具體而言，環境壓力每增加1 hPa，發電出力平均增加約0.06 MW。這表明，在氣壓相對穩定的地區，發電廠可通過調整設備運行參數，進一步挖掘發電潛力，提升發電效率。

相對濕度對發電出力的影響相對復雜。研究發現，相對濕度與發電出力呈正相關關系，但這一關系可能受設備防潮性能、空氣濕度對燃燒過程影響等多重因素干擾。因此，在相對濕度較高的地區，發電廠要更加重視設備的防潮和防銹措施，確保設備在惡劣環境下的穩定運行。同時，還要進一步研究相對濕度對發電出力的具體影響機制，以制定更為精準的應對措施。

排氣真空度作為反映設備運行狀態的重要參數，其變化對發電出力具有直接影響。研究數據表明，排氣真空度降低會導致發電出力減少。因此，發電廠要定期檢查和維護真空系統，確保排氣真空度的穩定和優化。同時，還要加強對排氣系統的監測和預警，及時發現并處理潛在問題，保障發電設備的正常運行和發電效率的穩定提升。

5 結語

本研究通過對聯合循環發電廠發電出力的影響因素進行深入分析，明確了環境溫度、環境氣壓、相對濕度及排氣真空值等因素對發電出力的影響。其中，環境溫度對發電出力的影響尤為顯著，表現為環境溫度越高，發電出力越小。此外，環境氣壓、相對濕度和排氣真空值也對發電出力產生了一定程度的影響。

本研究的結果為發電廠的運行管理提供了有益的指導。然而，環境溫度對發電出力的影響機制尚需進一步探討。建議后續研究選取處于不同環境溫度下的同類發電廠進行對比分析，或對比加裝溫控設施前后的數據，以更深入地揭示環境溫度對發電出力的影響機制，并提出針對性的改善措施。這將有助于發電廠在節能減排和優化運營方面取得更大的進展。

參考文獻：

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［6］陳公達，傅詩萬，蔡秀霞，等.基于前后端在線監測的燃氣發電機組碳排放特性與影響因素分析［J］.熱力發電，2024，53（6）：96-105.