基于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年的歷史，始終堅持“立足北京、內外并舉；專注能源、上下延伸”的企業戰略，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、參與上游資源開發、長輸管線及儲氣庫建設運營，發展下游分布式能源、車用氣等業務，是覆蓋燃氣全產業鏈的能源企業。
2 案例背景
北京燃氣集團從對需求側用戶用氣行為的捕獲與量化出發，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“預測體系知識庫”，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。進而以此為基礎，推動資源平衡和氣量管理業務的信息化建設，完成多資源組合供應下供需兩側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，基于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篩選，實現各類用戶用氣行為的捕獲與量化；利用“預測體系知識庫”中電廠與各類城市用戶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/系數特的分析與提取，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-整體需求預測-資源規劃與匹配全過程管理中減少人工干預，突出氣量預測過程的“智慧性”、“可追溯性和“可評估性”。
圖2 負荷預測管理體系示意圖
圖3 “預測體系知識庫”示意圖
二是，著重行業引領和普適性應用，對現有需求預測和資源管理業務流程進行深度梳理和優化，推動實現信息化和平臺化。通過開展城市燃氣多資源規劃及配置、用戶用氣行為感知預測體系等研究，持續深化“基準年”理論創新成果，并以此為基礎在城燃企業中率先布局資源平衡和氣量管理業務的信息化建設，從資源供應，到配氣環節，一直延伸到銷售用氣側，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，構建城燃企業可供氣源優化調度、購銷合同風險防控、需求側管理優化的管理系統，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化管理，對當前各級城燃企業處置提升預測精度、實現供需平衡、控制購氣成本、保障供應安全等多方面的共性挑戰具有普適性與啟發性。
圖4 北京燃氣資源平衡和氣量管理系統示意圖
三是，打造應用創新性，建立全市以熱電廠為中心的氣熱電協調聯動保障機制。通過整理應用北京市熱電氣企業機組設計性能及運行參數，并分析北京燃氣集團、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，建立以熱電廠為中心的氣熱電運行效益分析模型，開展以電力、熱力需求為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基礎，以協同管理模式為核心理念，建立統一的城市熱電氣聯調聯供的能源協同管理技術平臺；最后，基于現行熱電氣聯合調度機制，開展北京市電氣熱運行保障支撐政策研究，促使能源企業在保障供應安全同時，主動降低能耗，從而促進產業鏈健康發展，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，并完善上中下游企業在計劃管理、調度運行、應急保障等領域協同機制，從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干擾，有效提升需求分析及預測精度。
2 示范效應
四
實施情況及成效
1 應用成果及經濟/社會效益方面
基于運營調度精細化管理水平的進步，從資源供應到配氣環節，一直延伸到銷售用氣側，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，實現供需平衡控制、用戶服務、購氣成本控制、供應安全保障等多方面的關鍵業務管理能力的提升。
一是，天然氣資源優化配置的能力得到提升。氣源調度方案編制、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后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%，調峰保障成本控制在年度購氣成本的2%內，有效實現了“安全+經濟”的保供目標。
二是，上中下游調度計劃管理能力得到完善。基于模型預測綜合考慮下游用戶和上游資源多元條件，建立以需定供模式下的計劃管理體系，并開發計劃管理系統，實現集團天然氣負荷預測和計劃管理工作全面高效的電子化、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，為合同簽訂、資源調配、管網調度提供重要決策依據。
三是，多維度嚴控預測精度，保障平穩供氣。在合理測算增量氣的同時，規范存量氣預測流程，嚴肅大用戶計劃對接、高標準嚴控規律性用戶預測精度，實現與華北電網、北京電力雙通道、多頻次對接，及時掌握燃氣電廠日常調峰、應急調峰及為新能源消納讓道對天然氣需求的影響量，合理安排合同內、外氣量，在全市整體需求逐年攀升的環境下，供需整體平穩。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
