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.