Прогнозування зв’язного споживання природного варильного газу та електроенергії в побутовому секторі в умовах недовідпуску теплової енергії житловим масивам в період опалювального сезону. Емпіричне дослідження еластичності попиту на природний газ.
Аннотация к работе
Актуальність задачі підвищення точності короткострокових прогнозів значно загострилася в останні роки у звязку з тим, що в період опалювального сезону енергоспоживання в побутовому секторі (ПС) набуло звязного характеру, тобто стало підпорядковуватися режимам відпуску теплової енергії (ТЕ) від джерел системи централізованого теплопостачання (СЦТ). Викликане цим неконтрольоване зростання електричного навантаження в низьковольтній розподільній мережі, посилення змінної складової в добовому профілі навантаження провокує напруженість у роботі Обєднаної енергосистеми України, а падіння тиску в міській газорозподільній мережі ставить під загрозу можливість нормального функціонування крупних промислових споживачів природного газу, в тому числі виробників ТЕ, які отримують газ від тієї ж самої мережі, що і побутові споживачі. Дослідження, проведені в дисертаційній роботі, виконувалися в НТУ “Харківський політехнічний інститут” протягом 2000-2002 років згідно з планом науково-дослідницьких робіт МОН України за держбюджетною темою “Методи нейронних мереж і генетичних алгоритмів при програмному забезпеченні удосконалення комплексного енергопостачання споживачів в умовах енергоринку” (№ ДР 0100U001657), де здобувач брала участь у розробці методики синтезу прогностичних моделей споживання ПВГ та ТЕ в побутовому секторі міського господарства, безпосередньому синтезі моделей та виконанні чисельних експериментів з ними, а також у ТОВ “Інститут системних досліджень в енергетиці” (м. Метою дисертаційної роботи є розроблення моделей, алгоритмів та методик для прогнозування звязного споживання природного варильного газу та електроенергії в побутовому секторі в умовах недовідпуску теплової енергії житловим масивам в період опалювального сезону, які забезпечують підвищення енергоефективності експлуатації енергетичного комплексу великого міста. Висунуто та перевірено дві гіпотези - про наявність кореляційного звязку між абсолютними обсягами споживання ПВГ та споживанням ЕЕ в ПС, а також про скорельованість приростів в споживанні ПВГ та приростів в споживанні ЕЕ, обумовлених погіршенням якості теплозабезпечення житлових масивів.У першому розділі проведено загальний огляд методів організації обліку споживання ПЕР та фактичного стану обліку споживання ЕЕ і ПВГ в ПС. Відмічено відсутність налагодженого достовірного обліку споживання ПВГ в ПС як загальний недолік міських систем газопостачання в Україні. В процесі перевірки гіпотез встановлено, що коефіцієнт кореляції між абсолютними обсягами споживання ПВГ та споживання ЕЕ для святкових днів становить 0,85, а для робочих - 0,74, в той час як коефіцієнт кореляції для приростів тих самих величин сягає, відповідно, 0,78 та 0,65. Коефіцієнт кореляції оцінюється в припущенні, що в чисельному вигляді він дорівнює коефіцієнту кореляції між споживанням ЕЕ і споживанням ПВГ репрезентативною частиною житлового масиву, добре обладнаною вузлами обліку споживання: ,(3) де - коваріація обсягів добового споживання ЕЕ і добового споживання ПВГ репрезентативною частиною житлового масиву, , - стандартні відхилення для сформованих рядів фактичного добового електроспоживання кожним житловим масивом та фактичного добового споживання ПВГ. Прогноз споживання ЕЕ здійснюється, в свою чергу, за допомогою нейромережевого предиктора електроспоживання з урахуванням передісторії споживання ЕЕ, фактичного споживання ЕЕ і ТЕ в ПС, прогнозу температури на наступну добу та фактичної температури в поточній добі, номеру дня в світловому циклі, а також запланованого відпуску ТЕ житловим масивам від джерела СЦТ: ,(4) де NN - функціональне перетворення „вхід-® вихід”, здійснюване штучною нейронною мережею.У дисертаційній роботі дано рішення важливої науково-практичної задачі - створення методичної та програмно-алгоритмічної бази для прогнозування звязного споживання ПЕР в побутовому секторі муніципального господарства в період опалювального сезону. Досліджено нові аспекти цього процесу, а саме - передумови та особливості виникнення кореляційного звязку між добовими обсягами споживання ПВГ та добовими обсягами споживання ТЕ великим житловим масивом, а також кореляційного звязку між добовими обсягами споживання ЕЕ його окремими частинами. Розроблено процедуру передпроцесорної обробки архіву звязного споживання, що дозволила підвищити ефективність формування баз даних, використовуваних для синтезу моделей еталонного та звязного споживання ПЕР. Перша з моделей спирається на гіпотезу щодо наявності кореляційного звязку між добовими обсягами споживання ПВГ та добовими обємами споживання ЕЕ в ПС як двома наслідками неадекватності режимів опалення житлових масивів погодним умовам. Друга модель використовує гіпотезу щодо наявності нелінійного багатовимірного звязку між обсягами споживання ПВГ та передісторією змінювання і прогнозом зовнішньої температури, а також передісторією і запланованими обсягами відпуску ТЕ житловим масивам.
План
Основний зміст роботи
Вывод
У дисертаційній роботі дано рішення важливої науково-практичної задачі - створення методичної та програмно-алгоритмічної бази для прогнозування звязного споживання ПЕР в побутовому секторі муніципального господарства в період опалювального сезону.
Основні результати і висновки роботи полягають у наступному: 1. На базі зібраних даних по тепло-, газо- і електроспоживанню в побутовому секторі досліджені особливості звязного споживання ПЕР, обумовленого підпорядкованістю обсягів споживання ЕЕ та обсягів споживання ПВГ повноті задоволення попиту на ТЕ в період опалювального сезону. Досліджено нові аспекти цього процесу, а саме - передумови та особливості виникнення кореляційного звязку між добовими обсягами споживання ПВГ та добовими обсягами споживання ТЕ великим житловим масивом, а також кореляційного звязку між добовими обсягами споживання ЕЕ його окремими частинами.
2. Розроблено процедуру передпроцесорної обробки архіву звязного споживання, що дозволила підвищити ефективність формування баз даних, використовуваних для синтезу моделей еталонного та звязного споживання ПЕР.
3. Запропоновано 3 групи прогностичних моделей, які відрізняються одна від одної складністю представлень про звязний характер споживання ПЕР в ПС. Перша з моделей спирається на гіпотезу щодо наявності кореляційного звязку між добовими обсягами споживання ПВГ та добовими обємами споживання ЕЕ в ПС як двома наслідками неадекватності режимів опалення житлових масивів погодним умовам. Друга модель використовує гіпотезу щодо наявності нелінійного багатовимірного звязку між обсягами споживання ПВГ та передісторією змінювання і прогнозом зовнішньої температури, а також передісторією і запланованими обсягами відпуску ТЕ житловим масивам. Нарешті, третя модель описує динаміку змінювання наднормативної складової в побутовому газоспоживанні, що виникає внаслідок недовиробітку ТЕ джерелами теплопостачання. Синтезовані групи моделей дозволяють прогнозувати звязне енергоспоживання в широкому спектрі ситуацій, повязаних з організацією обліку споживання ПЕР.
4. Виконано порівняння точності прогнозування газоспоживання в ПС синтезованими моделями. Практичне застосування моделей показало їх здатність прогнозувати газоспоживання з похибкою не більше 3-5 %. В ході порівняльного аналізу синтезованих моделей встановлена неповна ідентичність процесів звязного споживання ТЕ та ЕЕ, а також звязного споживання ТЕ та ПВГ.
5. На базі експериментальних досліджень, виконаних на одному з житлових будинків, оцінено еластичність попиту на ПВГ. Доведено, що недовиробіток ТЕ на джерелах СЦТ провокує надспоживання ПВГ в ПС з ціллю додаткового обігріву житла в обсягах 15-30% від обсягів палива, зекономленого джерелами СЦТ.
6. Запропонована концепція реформування системи управління енергопостачальним комплексом великого міста, яка враховує звязний характер споживання ПЕР в ПС. Сформульовані вимоги щодо складу її функціональних компонентів і звязків між ними, які забезпечують можливість успішного вирішення задачі оптимального розподілу добових лімітів природного газу між джерелами СЦТ і населенням.
7. Результати дисертаційної роботи успішно впроваджено в роботу ВАТ “Харківміськгаз”, ТОВ “Інститут системних досліджень в енергетиці” та НТУ “ХПІ”.
Список литературы
1. Коваленко М.В., Махотило К.В., Позигун М.П. Восстановление утерянных данных о суточном потреблении электроэнергии жилыми массивами города // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ. - 2000. - № 81.- С. 71 - 73.
2. Вороновский Г.К., Клепиков В.Б., Коваленко М.В., Махотило К.В. Нейросетевая модель связного потребления тепловой и электрической энергии крупным жилым массивом города // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ. - 2000. - № 113.- С. 363 - 366.
3. Коваленко М.В., Махотило К.В., Ольшевский А.М. Развитие методики синтеза эталонных суточных профилей электропотребления крупным жилым массивом города // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2001. - № 15. - С. 184 - 191.
4. Коваленко М.В., Сергеев С.А., Филатов В.Е. Прогнозирование связного потребления природного варочного газа и электроэнергии в коммунально-бытовом секторе // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2002. - Т. 4, № 9. - С. 53 - 58.
5. Коваленко М.В., Махотило К.В. Нейросетевая модель прогнозирования потребления газа в жилищно-бытовом секторе // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2002. - Т. 1, № 12. - С. 299 - 301.
6. Коваленко М.В. Моделирование и прогнозирование связного потребления тепловой энергии и природного газа в быту // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2003. - Т. 1, № 10.- С. 276-278.
7. Коваленко М.В., Сергеев С.А. Предпроцессорная обработка данных для прогнозирования газопотребления в быту // Коммунальное хозяйство городов (Харківська державна академія міського господарства). - К.: Техніка. - 2004. - № 58. - С. 104 - 108.
8. Пат. 69482 Україна, МПК F24D 19/10, G06F 15/16. Система обліку і прогнозування обсягів добового споживання природного газу житловим масивом: Пат. 69482 Україна, МПК F24D 19/10, G06F 15/16 М.В. Коваленко, К.В. Махотіло, С.О. Сергеєв, В.Є. Філатов. - № 2002031803; Заявл. 05.03.02 ; Опубл. 15.09.04; Промислова власність. - 2004. - № 9.- 8 с.
9. Пат. 72958 Україна, МПК F24D 19/10, G06F 15/00. Автоматизована система обліку і прогнозування обємів добового споживання газу в побутовому секторі: Пат. 72958 Україна, МПК F24D 19/10, G06F 15/00 Г.К. Вороновський, М.В. Коваленко, К.В. Махотіло, С.О. Сергеєв, В.Є. Філатов. - № 2002097157; Заявл. 03.09.02 ; Опубл. 16.05.05; Промислова власність. - 2005. - № 5.- 14 с.