陳碧璇上海市節(jié)能減排中心孫蘭東 許瀚卿上海市氣候中心

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節(jié)能論壇

上海市氣象條件對(duì)燃?xì)饽茉聪挠绊懷芯?/p>

陳碧璇
上海市節(jié)能減排中心
孫蘭東 許瀚卿
上海市氣候中心

引言

目前我國大多數(shù)城市中，電力和燃?xì)馐侵饕哪芎念愋汀Ｈ細(xì)獾亩唐谪?fù)荷受季節(jié)、氣象、節(jié)假日等多種因素的影響，其中氣溫的影響最直接、影響程度也最大。近來，由于城市燃?xì)庥脩舻母咚僭鲩L，氣溫對(duì)城市燃?xì)庥脷饬康挠绊戯@著加大，冬季不少大中城市都不同程度地由于氣溫驟降而產(chǎn)生“氣緊”的現(xiàn)象，致使氣溫與城市燃?xì)舛唐谪?fù)荷的關(guān)系引起了有關(guān)研究者的關(guān)注［1，2］。Deferrari等［3］以工作日期間的燃?xì)庳?fù)荷為研究對(duì)象，根據(jù)室外氣溫建立了燃?xì)庳?fù)荷的短期預(yù)測模型。張中秀等［4］研究了溫度對(duì)于城市燃?xì)舛唐谪?fù)荷的影響，指出每年3月和11月過渡季節(jié)，城市燃?xì)庹{(diào)峰調(diào)度工作的壓力較大。丁鋒等［5］分析了日平均氣溫、氣壓和降水等氣象因子和燃?xì)庳?fù)荷的響應(yīng)關(guān)系。GIL等［6］采用有線性或非線性回歸方法對(duì)燃?xì)庳?fù)荷進(jìn)行短期預(yù)測。焦文玲等［7］利用指數(shù)平滑法建立了氣溫對(duì)日負(fù)荷影響的預(yù)測模型。王樹剛等［8］根據(jù)大連地區(qū)氣象及燃?xì)庳?fù)荷特點(diǎn)， 以有效溫度為主導(dǎo)因素，建立了燃?xì)馊肇?fù)荷預(yù)測模型與月負(fù)荷預(yù)測模型。

1 研究區(qū)概況

上海地處東亞季風(fēng)區(qū)，受到季風(fēng)環(huán)流、海陸風(fēng)環(huán)流和城市熱島熱力環(huán)流的共同影響，一方面，由于夏季高溫?zé)崂祟l發(fā)，使得電網(wǎng)的迎峰度夏壓力愈發(fā)顯著，另一方面，伴隨市民生活水平的提高和對(duì)生活舒適度要求的提升，冬季的燃?xì)庀脑隽恳灿l(fā)顯著。和已有的研究主要關(guān)注氣溫對(duì)燃?xì)獾挠绊懖煌?，在研究上海市氣象要素和燃?xì)庳?fù)荷變動(dòng)的關(guān)系時(shí)，還需要考慮臺(tái)風(fēng)、降雨、濕度等因素的影響［9］。同時(shí)，利用最新的氣象和燃?xì)饽芎臄?shù)據(jù)，充分考慮上海氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)，建立一套相對(duì)可靠的氣象條件對(duì)城市燃?xì)庀牡挠绊懠邦A(yù)估模型是城市供能企業(yè)進(jìn)行調(diào)峰調(diào)度的有力依據(jù)。

2 資料來源

本研究所用資料的時(shí)間段為2001～2014年，其中上海市逐月氣溫資料和日極端高溫?cái)?shù)據(jù)來源于上海市氣候中心。研究使用兩類氣象因子，包括單一氣象因子和綜合氣象因子，共18 項(xiàng)氣象參數(shù)，通過對(duì)這些氣象因子與燃?xì)馊沼脷饬康南嚓P(guān)統(tǒng)計(jì)分析，試圖找到影響冬季燃?xì)馊沼脷饬康年P(guān)鍵因素。單一氣象因子包括：上海各觀測站2001～2014年逐日平均、最高、最低氣溫、降水量、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)資料和年逐月平均氣溫?cái)?shù)據(jù)。綜合氣象因子指的是與居民體感溫度密切相關(guān)的人體舒適度指標(biāo)，包含：悶熱指數(shù)和風(fēng)寒指數(shù)，其中悶熱指數(shù)適用于夏季，風(fēng)寒指數(shù)適用于冬季。逐月燃?xì)庥昧浚òㄈ斯っ簹夂吞烊粴猓┑荣Y料來源于上海市統(tǒng)計(jì)局。

3上海燃?xì)庥昧繗v史變化特征分析

3.1各月燃?xì)庥昧糠植继卣鞣治?/p>

2001～2014年，上海市燃?xì)饪傆昧堪ㄈ斯っ簹獾南牧亢吞烊粴獾南牧浚?0］。圖1顯示，本市人工煤氣和天然氣的消耗量年內(nèi)逐月分布有所不同，各月天然氣的消耗量均要多于人工煤氣的消耗量。

圖1 上海市天然氣和人工煤氣總量逐月變化趨勢（2001～2014年）

在年際變化尺度以下，上海市煤氣消耗量呈現(xiàn)“冬季高-夏季低”的單峰結(jié)構(gòu)，人工煤氣在1月消耗量最大，平均達(dá)到2.13億m3； 2月和3月為年內(nèi)第二個(gè)用氣高峰，月消耗量達(dá)到1.80億m3，4月開始人工煤氣消耗量持續(xù)下降，7月降到全年最低，僅有1.06億m3，消耗量僅是1月消耗量的一半；從8月份起，人工煤氣的用量開始緩慢增多，到12月達(dá)到全年第四高值（1.79億m3）。

天然氣用量的逐月變化與人工煤氣略有不同，天然氣消耗呈現(xiàn)弱的冬夏兩季雙峰結(jié)構(gòu)，但冬季用氣高峰更加明顯。年內(nèi)用氣高峰出現(xiàn)在12月，用氣量達(dá)到3.37億m3；年內(nèi)次高峰在1月，可見天然氣的用氣高峰在冬季，這可能與冬季利用天然氣取暖有關(guān)。夏季7、8月平均天然氣消耗量為2.57億m3。天然氣用量的最低谷出現(xiàn)在一年當(dāng)中的6月和9月，用氣量為2.10和2.12億m3，僅有12月的1/3左右。

由于人工煤氣和天然氣釋放的熱值的不同，為了便于比較，我們將燃?xì)獾南牧哭D(zhuǎn)換為熱值。

轉(zhuǎn)換公式為：

熱值=5.4286×人工煤氣消耗量+13×天然氣消耗量 （1）

其中：熱量值單位：t標(biāo)準(zhǔn)煤；人工煤氣和天然氣單位：萬m3

經(jīng)過這樣公式的換算，各月燃?xì)庥昧康臒崃恐档姆植家妶D2。可以看到，上海市燃?xì)庀牡母叻逶诙镜?2月和1月，而12月是全市燃?xì)庥昧康淖罡叻澹?月為年內(nèi)燃?xì)庥昧看胃叻澹?月和9月的燃?xì)庥昧渴且荒戤?dāng)中的最低值，平均僅有萬t標(biāo)準(zhǔn)煤?？梢?，對(duì)于上海來說，燃?xì)庥昧康母叻逯饕性诙荆溆嗉竟?jié)的燃?xì)庥昧勘容^平均，月燃?xì)庥昧肯嗖畈淮蟆?/p>

圖2 上海市燃?xì)饪偭康臒嶂抵鹪路植迹?001-2014年）

4 燃?xì)庥昧颗c氣象條件關(guān)系分析

4.1 燃?xì)庥昧颗c氣溫之間的關(guān)系分析

燃?xì)庀呐c氣溫變化有密切關(guān)系。圖3為上海1～12月平均的燃?xì)庀呐c平均氣溫演變關(guān)系圖。由圖可知，上海燃?xì)庀脑谙募荆?～8月）與氣溫變化存在正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.421，而在冬季（11～次年2月）期間，燃?xì)庀膭t與氣溫變化存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為-0.238；即伴隨氣溫的降低，燃?xì)庀某尸F(xiàn)增加趨勢。

圖3 1～12月平均燃?xì)庀呐c平均氣溫關(guān)系圖

同電力預(yù)估模型一樣，我們也用氣溫增量ΔT和燃?xì)庥昧康臒嶂底兟师來建立燃?xì)庥昧康脑u(píng)估模型。本項(xiàng)目利用此方法分析了上海市各月和四個(gè)季度氣溫變化等因素對(duì)燃?xì)庥昧康挠绊?，并在此基礎(chǔ)上利用線性逐步回歸方法建立月（季、年）燃?xì)庥昧款A(yù)測模型。

表1 氣溫對(duì)月燃?xì)庥昧康挠绊懺u(píng)價(jià)模型

4.2 燃?xì)庥昧颗c多要素之間的關(guān)系分析

表2 多要素對(duì)月和季度燃?xì)庥昧康挠绊懺u(píng)價(jià)模型

除考慮氣溫因素外，還考慮到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長、人口增長和能耗變化等要素的影響，采用人口增長率（%）、GDP增長率（%）和生產(chǎn)總值單位能耗（%）和氣溫增量（℃）共4個(gè)影響因子，利用多元線性回歸方法，建立月和季度的燃?xì)庥昧康挠绊懺u(píng)估模型，具體見表2。

其中：y為燃?xì)庥昧康臒嶂底兓剩?），

x1：氣溫增量（℃）

x2：人口增長率（%）

x3：GDP增長率（%）

x4：單位生產(chǎn)總值能耗變化率（%）

從表2可以看到，氣溫增量和相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)各月的燃?xì)庀牧康挠绊懰礁鞑幌嗤?，總體來說，對(duì)于上海燃?xì)庥昧康南挠绊戄^大的因素有2個(gè)，分別是GDP年增長率和氣溫增量。在冬季的2月以及3月和4月，燃?xì)庥昧孔兓闹鲗?dǎo)影響因子為氣溫變化；而經(jīng)濟(jì)總量變化等因素對(duì)各月的燃?xì)庥昧孔兓绊懣傮w比較明顯。從以上的分析可以看出，上海燃?xì)庥昧亢推浣?jīng)濟(jì)走勢密切相關(guān)，氣溫變化也對(duì)燃?xì)庥昧坑蟹浅Ｃ黠@的影響。

4.3 燃?xì)庀难葑兣c氣象因子的關(guān)系

本研究中使用了兩類氣象因子，即單一氣象因子和綜合氣象因子，其中平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫用來描述氣溫狀況，日照時(shí)數(shù)、降水量、相對(duì)濕度等要素是對(duì)天氣狀況的一個(gè)重要反應(yīng)，同時(shí)，人體對(duì)外界冷熱的舒適感是受溫度、濕度和風(fēng)力等眾多因素綜合影響，但各因素都不處于同等重要地位，因此，需要綜合考慮氣象因素對(duì)用氣量的影響。

以2001～2013年逐月的用氣量和氣象數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，將所有的氣象因子與燃?xì)庥昧窟M(jìn)行相關(guān)性分析，可以初步判定影響上海燃?xì)庥脷饬康闹饕蛩?。其中冬季?1～次年2月，夏季為6～9月。為進(jìn)一步凸現(xiàn)氣象因子的作用，計(jì)算相關(guān)系數(shù)時(shí)去除了燃?xì)庀闹械木€性趨勢。

由表3可知，對(duì)于全年來說，單一因素氣象因子對(duì)于上海城市燃?xì)庀牡挠绊懣傮w呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。不同季節(jié)中，綜合氣象因子對(duì)于燃?xì)庀牡挠绊懖⒉幌嗤粚?duì)于冬季來說，不論單一因素氣象因子還是綜合氣象因子（風(fēng)冷指數(shù)）的影響都是負(fù)影響為主；對(duì)于夏季來說，最低氣溫和平均氣溫對(duì)燃?xì)庥脷饬坑绊懴鄬?duì)較高。

表3 上海燃?xì)庀呐c氣象因子相關(guān)系數(shù)表

5 結(jié)論

1）2001～2014年，上海市燃?xì)饪傆昧堪ㄈ斯っ簹獾南牧亢吞烊粴獾南牧?，天然氣的消耗量均要多于人工煤氣的消耗量。人工煤氣?月消耗量最大， 2月和3月為年內(nèi)第二個(gè)用氣高峰，7月降到全年最低；天然氣用量的年內(nèi)用氣高峰出現(xiàn)在12月，次高峰在1月，最低谷出現(xiàn)在一年當(dāng)中的6月和9月。上海市燃?xì)庀牡母叻逶诙镜?2月和次年1月，而12月是全市燃?xì)庥昧康淖罡叻澹?月和9月的燃?xì)庥昧渴且荒戤?dāng)中的最低值。對(duì)于上海來說，燃?xì)庥昧康母叻逯饕性诙荆溆嗉竟?jié)的燃?xì)庥昧勘容^平均，月燃?xì)庥昧肯嗖畈淮蟆?/p>

2）用氣溫增量ΔT和燃?xì)庥昧康臒嶂底兟师建立了月（季、年）燃?xì)庥昧款A(yù)測模型。考慮到社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素對(duì)燃?xì)馊萘康挠绊?，利用氣溫增量ΔT、和燃?xì)庥昧康臒嶂底兟师建立了月（季、年）燃?xì)庥昧款A(yù)測模型。上海燃?xì)庥昧亢推浣?jīng)濟(jì)走勢密切相關(guān)，氣溫變化也對(duì)燃?xì)庥昧坑蟹浅Ｃ黠@的影響。

3）城市燃?xì)獾臍鉁仨憫?yīng)規(guī)律受氣候特點(diǎn)、居民用氣習(xí)慣、用戶類型構(gòu)成等多種因素影響，實(shí)際工作中應(yīng)在此方法的指導(dǎo)下，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，具體問題局具體分析，并建立長效的工作機(jī)制。

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Study on Shanghai Meteorological Conditions Influence on Natural Gas Energy Consumption

近年來，氣象條件已經(jīng)導(dǎo)致能源結(jié)構(gòu)的改變。利用最新的氣象和燃?xì)饽芎臄?shù)據(jù)，充分考慮上海氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)，建立一套相對(duì)可靠的氣象條件對(duì)城市燃?xì)庀牡挠绊懠邦A(yù)估模型。這作為城市供能企業(yè)進(jìn)行調(diào)峰調(diào)度的有力依據(jù)，對(duì)保證城市用能高峰時(shí)期的能源儲(chǔ)備具有重要意義。

氣象條件；燃?xì)饽茉?；模?/p>

Chen Bixuan
Shanghai Energy-Saving and Emission-Reducing Center
Sun Landong， Xu Hanqing
Shanghai Shanghai Meteorological Center

In the recent years， meteorological conditions has an important impact on energy structure changes. Using updated meteorological and natural gas energy consumption data， the article takes Shanghai meteorological and economical development characteristics into consideration and sets up relatively reliable prediction model of meteorological conditions influence on urban natural gas energy consumption， which is solid evidence to Shanghai energy supply enterprises peak load dispatching and is important to guarantee energy storage during city energy using peak period.

Meteorological Conditions， Natural Gas Energy，Model

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.07.006