基於(yu) 大數據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年的曆史，始終堅持“立足北京、內(nei) 外並舉(ju) ；專(zhuan) 注能源、上下延伸”的企業(ye) 戰略，負責北京市天然氣的投資、建設、運營、管理，同時拓展京外城市燃氣項目、參與(yu) 上遊資源開發、長輸管線及儲(chu) 氣庫建設運營，發展下遊分布式能源、車用氣等業(ye) 務，是覆蓋燃氣全產(chan) 業(ye) 鏈的能源企業(ye) 。
2 案例背景
北京燃氣集團從(cong) 對需求側(ce) 用戶用氣行為(wei) 的捕獲與(yu) 量化出發，構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(ti) 係知識庫”，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(wei) 基礎，推動資源平衡和氣量管理業(ye) 務的信息化建設，完成多資源組合供應下供需兩(liang) 側(ce) 的有序銜接和精細化匹配管理目標，是實現“安全+經濟”保供目標的有效實踐。
圖1 需求預測過程“智慧化”示意圖
二
技術特點
一是，突出智慧智能化和技術先進性，基於(yu) 預測理論創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-預測結果”的路徑，結合GRU循環神經網絡、相似日匹配等數據分析方法，對氣溫、周末/節假日、寒潮/升溫、新發展類型等預測全要素特征將進行感知與(yu) 篩選，實現各類用戶用氣行為(wei) 的捕獲與(yu) 量化；利用“預測體(ti) 係知識庫”中電廠與(yu) 各類城市用戶4大類20小類特征影響因素、極端天氣及節假日等6大類規則/係數特的分析與(yu) 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(ti) 需求預測-資源規劃與(yu) 匹配全過程管理中減少人工幹預，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(ti) 係示意圖
圖3 “預測體(ti) 係知識庫”示意圖
二是，著重行業(ye) 引領和普適性應用，對現有需求預測和資源管理業(ye) 務流程進行深度梳理和優(you) 化，推動實現信息化和平台化。通過開展城市燃氣多資源規劃及配置、用戶用氣行為(wei) 感知預測體(ti) 係等研究，持續深化“基準年”理論創新成果，並以此為(wei) 基礎在城燃企業(ye) 中率先布局資源平衡和氣量管理業(ye) 務的信息化建設，從(cong) 資源供應，到配氣環節，一直延伸到銷售用氣側(ce) ，分階段、分步驟布局資源規劃、資源配置、結算管理、統計分析等功能模塊，構建城燃企業(ye) 可供氣源優(you) 化調度、購銷合同風險防控、需求側(ce) 管理優(you) 化的管理係統，實現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(you) 化管理，對當前各級城燃企業(ye) 處置提升預測精度、實現供需平衡、控製購氣成本、保障供應安全等多方麵的共性挑戰具有普適性與(yu) 啟發性。
圖4 北京燃氣資源平衡和氣量管理係統示意圖
三是，打造應用創新性，建立全市以熱電廠為(wei) 中心的氣熱電協調聯動保障機製。通過整理應用北京市熱電氣企業(ye) 機組設計性能及運行參數，並分析北京燃氣集團、中石油、國家管網現有天然氣保供方式及政策，以及電力、熱力調度策略等，建立以熱電廠為(wei) 中心的氣熱電運行效益分析模型，開展以電力、熱力需求為(wei) 基礎的熱電廠天然氣需求特性研究；進而以信息化技術管理手段為(wei) 基礎，以協同管理模式為(wei) 核心理念，建立統一的城市熱電氣聯調聯供的能源協同管理技術平台；最後，基於(yu) 現行熱電氣聯合調度機製，開展北京市電氣熱運行保障支撐政策研究，促使能源企業(ye) 在保障供應安全同時，主動降低能耗，從(cong) 而促進產(chan) 業(ye) 鏈健康發展，提升氣熱電運行保障韌性。
三
典型經驗
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，並完善上中下遊企業(ye) 在計劃管理、調度運行、應急保障等領域協同機製，從(cong) 而提升全市氣熱電聯調聯供協同效果，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的城市需求負荷變化、電廠發電用量增減等不穩定性幹擾，有效提升需求分析及預測精度。
2 示範效應
四
實施情況及成效
1 應用成果及經濟/社會(hui) 效益方麵
基於(yu) 運營調度精細化管理水平的進步，從(cong) 資源供應到配氣環節，一直延伸到銷售用氣側(ce) ，協助北京燃氣集團調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，實現供需平衡控製、用戶服務、購氣成本控製、供應安全保障等多方麵的關(guan) 鍵業(ye) 務管理能力的提升。
一是，天然氣資源優(you) 化配置的能力得到提升。氣源調度方案編製、發布以及監控功能可以輔助調度人員充分把握保障首都供氣安全和管網公平開放後的可自主調配氣源供應等有利因素，符合北京市實際情況的氣源調配的基本原則和可行性流程，在商務談判、技術條款確定合理準確的規則，把控“偏差結算”罰則、“合同外氣量”價(jia) 格風險，保障北京市天然氣供應安全。匯總近五年氣量數據，合同約定氣量完成率由95%升至97-100%，調峰保障成本控製在年度購氣成本的2%內(nei) ，有效實現了“安全+經濟”的保供目標。
二是，上中下遊調度計劃管理能力得到完善。基於(yu) 模型預測綜合考慮下遊用戶和上遊資源多元條件，建立以需定供模式下的計劃管理體(ti) 係，並開發計劃管理係統，實現集團天然氣負荷預測和計劃管理工作全麵高效的電子化、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(wei) 合同簽訂、資源調配、管網調度提供重要決(jue) 策依據。
三是，多維度嚴(yan) 控預測精度，保障平穩供氣。在合理測算增量氣的同時，規範存量氣預測流程，嚴(yan) 肅大用戶計劃對接、高標準嚴(yan) 控規律性用戶預測精度，實現與(yu) 華北電網、北京電力雙通道、多頻次對接，及時掌握燃氣電廠日常調峰、應急調峰及為(wei) 新能源消納讓道對天然氣需求的影響量，合理安排合同內(nei) 、外氣量，在全市整體(ti) 需求逐年攀升的環境下，供需整體(ti) 平穩。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穩步提升。
2 獲獎情況
（1）第三十六屆北京市企業(ye) 管理現代化創新成果一等獎
（2）第18屆北京發明創新大賽銀獎
