УДК 620.9:551.581

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕ БОЛЬШОГО ГОРОДА

Карандеев Денис Юрьевич
Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова
магистрант кафедры программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем

Аннотация
В статье представлен анализ влияния внешних факторов на электропотребление большого города. Корреляционный анализ, проведенный по факторам температура – электропотребление указывает на наличие сильной обратной связи, так значение коэффициентов корреляции r составило –0,73 и –0,86 без учета задержки и влияния и с учетом задержки влияния соответственно.

Ключевые слова: атмосферный воздух, диаграмма рассеяния, задержка влияния фактора, классификация Кеппена, корреляционный анализ


INFLUENCE OF AMBIENT TEMPERATURE ON THE POWER CONSUMPTION OF THE BIG CITY

Karandeev Denis Jurevich
Katanov Khakass State University
Student of the Department of Computing Software and Automated Systems

Abstract
The paper presents an analysis of the impact of external factors on the power consumption of the city. Correlation analysis on the factors temperature - power consumption indicates the presence of a strong feedback, so the value of the correlation coefficient r was –0.73 and –0.86 without delay and taking into account the influence and impact of the delay, respectively.

Keywords: air, correlation analysis, delay the impact factor, Koppen classification, scatter plot


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Карандеев Д.Ю. Влияние температуры окружающей среды на электропотребление большого города // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 2. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/02/46815 (дата обращения: 02.06.2017).

Основным климатическим фактором, влияющим на электропотребление города, является температура окружающего среды. Влияние температуры воздуха определяет расход электроэнергии на отопление зданий, охлаждение в холодильниках, кондиционерах, вентиляцию. Наиболее чувствителен к температуре расход энергии в зимний, отопительный сезон, а также примыкающие к нему периоды [1].

В качестве объекта исследования выступает электроэнергетическая система в границах города Абакана, соответствующая зоне деятельности региональной  энергосбытовой  компании (гарантирующий поставщик) ООО «Абаканэнергосбыт». Характерной особенностью объекта исследования является то, что нагрузка имеет ярко выраженный коммунально-бытовой характер (доля промышленной нагрузки незначительна). В качестве исходных использовались данные об электропотреблении и факторах влияющих на него за период с 2009 по 2014 гг.

Все вычисления и графические построения производились на языке программирования R [2], который также является свободной статистической средой.

Классификация Кеппена

Рассматриваемый в данной статье объект исследования расположен в уникальном климатическом районе. Открытость территории с севера способствует проникновению арктического воздуха. Климат характеризуется как резко континентальный с холодной зимой и жарким летом, а годовой перепад температур воздуха превышает 70 градусов.

Для анализа климата района, в котором расположен город Абакан, была использована классификация Кеппена, разработанная русским климатологом Владимиром Петровичем Кеппеном в 1900 году, которая является одной из наиболее распространенных систем классификации типов климата. Она основывается на концепции, в соответствии с которой наилучшим критерием для выделения типа климата являются растения, произрастающие на данной территории в естественных условиях. Также она основана на учете режима температуры и осадков [3].

В классификации Кеппена город Абакан расположен на пересечении Dwb (климат умеренно холодный с сухой зимой, с температурой  от 18 до 23 °C) и Dwc (климат умеренно холодный, от –25 до –10 °C). В то же время в непосредственной близости с запада расположена зона BSk (климат степей,  от 0 до 10 °C) , а с востока – Dsc (климат умеренно холодный с сухим летом, от 25  до 10).

Карта Кеппена для России, с отмеченной на ней Республикой Хакассия, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Карта Кеппена для Российской Федерации

В качестве исходных были взяты данные об электропотреблении каждого часа суток, за период с 2009 по 2014 г, предоставленные ООО «Абаканэнергосбыт», а также данные о температуре воздуха каждого часа дня за тот же период, с сайта rp5.ru.

Особенности влияния температуры воздуха на электропотребление города Абакана представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Годовые графики электропотребления и температуры города Абакана

Из приведенного рисунка 2 видно, что изменение температуры в значительной мере определяет изменение электропотребления ЭЭС. В условиях резко-континентального климата Сибири годовой перепад температуры достигает порядка 75-80 градусов, что главным образом определяет отчетливо прослеживаемую годовую сезонность электропотребления ЭЭС. Для оценки формы и степени данной зависимости на рисунке 3 приведена диаграмма рассеяния (scatter plot) между суточным электропотреблением и среднесуточной температурой воздуха.

Рисунок 3 – Диаграмма рассеяния между суточным электропотреблением и среднесуточной температурой воздуха

При этом коэффициент линейной корреляции Пирсона [4] между суточным электропотреблением и среднесуточной температурой воздуха за 5 лет составил r =  -0.96, что говорит об очень сильной обратной зависимости.

Очевидно, что регрессионная прямая (пунктирная линия на рисунке 3) не наилучшим образом описывает форму зависимости. Степень влияния температуры на электропотребление меняется в зависимости от величины температуры (нелинейная зависимость): в области высоких температур (более 15 градусов) – влияние ослабевает (при температуре более 20 градусов практически не наблюдается).

Тепловая инерционность электропотребления

Необходимо также учитывать тепловую инерционность электропотребления – изменение электропотребления ЭЭС с некоторой задержкой реагирует на изменение температуры. На рисунке 4 приведена зависимость коэффициента линейной корреляции Пирсона r от величины сдвига между температурой и электропотреблением для Абаканской ЭЭС. Максимальный (по абсолютному значению) коэффициент линейной корреляции Пирсона r = -0.862 наблюдается при отставании температуры от электропотребления на 11 часов, о чем говорит график на рисунке 4.

Рисунок 4 – График зависимости коэффициента корреляции от величины сдвига между электропотреблением и температурой Абаканской ЭЭС

На рисунках 5 и 6 представлены диаграммы рассеяния [5] между почасовыми значениями электропотребления города и температуры воздуха, в первом случае без учета задержки влияния, при этом коэффициент линейной корреляции Пирсона r = -0.73, во втором случае с учетом задержки влияния температуры на 11 часов r = -0.86, что говорит о большей зависимости.

Рисунок 5 – Диаграмма рассеяния между электропотреблением и температурой без учета задержки влияния

Рисунок 6 – Диаграмма рассеяния между электропотреблением и температурой с учетом задержки влияния в 11 часов

Таким образом, можно констатировать, что одним из главных влияющих факторов на электропотребление большого города можно назвать температуру атмосферного воздуха. При этом данный показатель уместно рассматривать с учетом задержки влияния в 11 часов.


Библиографический список
  1. Макоклюев, Б.И. Анализ и планирование электропотребления / Б.И. Макоклюев. – М.: Энергоатомиздат, 2008. – 298 с.
  2. Шипунов, А.Б. Наглядная статистика. Используем R! / А.Б. Шипунов, Е.М. Балдин, П.А. Волкова и др. – М.: ДМК Пресс, 2012. – 298 с.
  3. Tom L. McKnight, Darrel Hess Climate Zones and Types: The Köppen System // Physical Geography: A Landscape Appreciation. — Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2000.
  4. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебное пособие для вузов. — 10-е издание, стереотипное. — Москва: Высшая школа, 2004. — 479 с.
  5. Желязны Дж. Говори на языке диаграмм: Пособие по визуальным коммуникациям для руководителей / Пер. с англ. – М.: Институт комплексных стратегических исследований, 2004. – 220 с.


Все статьи автора «Карандеев Денис Юрьевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: