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