基于大数据应用的天然气需求预测及资源平衡管理
一
案例概况
北京燃气集团
北京燃气集团拥有66年的历史，始终坚持“立足北京、内外并举；专注能源、上下延伸”的企业战略，负责北京市天然气的投资、建设、运营、管理，同时拓展京外城市燃气项目、参与上游资源开发、长输管线及储气库建设运营，发展下游分布式能源、车用气等业务，是覆盖燃气全产业链的能源企业。
2 案例背景
北京燃气集团从对需求侧用户用气行为的捕获与量化出发，构建短周期及中长周期时间维度的城市用气预测模型，进而搭建“预测体系知识库”，完成处理、分析、模型、预测等过程中各类影响因素及天然气需求量“基准年”的可解释性工作，有效提高需求预测精确度。进而以此为基础，推动资源平衡和气量管理业务的信息化建设，完成多资源组合供应下供需两侧的有序衔接和精细化匹配管理目标，是实现“安全+经济”保供目标的有效实践。
图1 需求预测过程“智慧化”示意图
二
技术特点
一是，突出智慧智能化和技术先进性，基于预测理论创新提升天然气需求预测全过程、全要素管理。通过“特征感知-特征筛选-知识库（特征列表）-模型方法-预测结果”的路径，结合GRU循环神经网络、相似日匹配等数据分析方法，对气温、周末/节假日、寒潮/升温、新发展类型等预测全要素特征将进行感知与筛选，实现各类用户用气行为的捕获与量化；利用“预测体系知识库”中电厂与各类城市用户4大类20小类特征影响因素、极端天气及节假日等6大类规则/系数特的分析与提取，通过短周期和中长周期城市用气预测模型完成基准要素量化，进而在平衡供需的各类因素影响量评估量化-热值影响修正-整体需求预测-资源规划与匹配全过程管理中减少人工干预，突出气量预测过程的“智慧性”、“可追溯性和“可评估性”。
图2 负荷预测管理体系示意图
图3 “预测体系知识库”示意图
二是，着重行业引领和普适性应用，对现有需求预测和资源管理业务流程进行深度梳理和优化，推动实现信息化和平台化。通过开展城市燃气多资源规划及配置、用户用气行为感知预测体系等研究，持续深化“基准年”理论创新成果，并以此为基础在城燃企业中率先布局资源平衡和气量管理业务的信息化建设，从资源供应，到配气环节，一直延伸到销售用气侧，分阶段、分步骤布局资源规划、资源配置、结算管理、统计分析等功能模块，构建城燃企业可供气源优化调度、购销合同风险防控、需求侧管理优化的管理系统，实现预测过程的可解释性、多种资源池的有序供应以及供需平衡的最优化管理，对当前各级城燃企业处置提升预测精度、实现供需平衡、控制购气成本、保障供应安全等多方面的共性挑战具有普适性与启发性。
图4 北京燃气资源平衡和气量管理系统示意图
三是，打造应用创新性，建立全市以热电厂为中心的气热电协调联动保障机制。通过整理应用北京市热电气企业机组设计性能及运行参数，并分析北京燃气集团、中石油、国家管网现有天然气保供方式及政策，以及电力、热力调度策略等，建立以热电厂为中心的气热电运行效益分析模型，开展以电力、热力需求为基础的热电厂天然气需求特性研究；进而以信息化技术管理手段为基础，以协同管理模式为核心理念，建立统一的城市热电气联调联供的能源协同管理技术平台；最后，基于现行热电气联合调度机制，开展北京市电气热运行保障支撑政策研究，促使能源企业在保障供应安全同时，主动降低能耗，从而促进产业链健康发展，提升气热电运行保障韧性。
三
典型经验
1 应用场景
一是，有效应对需求预测过程中的多因素融合影响，提升预测精准度。通过提升需求预测全过程、全要素的可解释性，并完善上中下游企业在计划管理、调度运行、应急保障等领域协同机制，从而提升全市气热电联调联供协同效果，有效应对极端天气变化、沼气/绿电等新能源替代利用过程中引发的城市需求负荷变化、电厂发电用量增减等不稳定性干扰，有效提升需求分析及预测精度。
2 示范效应
四
实施情况及成效
1 应用成果及经济/社会效益方面
基于运营调度精细化管理水平的进步，从资源供应到配气环节，一直延伸到销售用气侧，协助北京燃气集团调度运行人员更好的适应新的供需形势，提高天然气计划平衡管理的响应速度，实现供需平衡控制、用户服务、购气成本控制、供应安全保障等多方面的关键业务管理能力的提升。
一是，天然气资源优化配置的能力得到提升。气源调度方案编制、发布以及监控功能可以辅助调度人员充分把握保障首都供气安全和管网公平开放后的可自主调配气源供应等有利因素，符合北京市实际情况的气源调配的基本原则和可行性流程，在商务谈判、技术条款确定合理准确的规则，把控“偏差结算”罚则、“合同外气量”价格风险，保障北京市天然气供应安全。汇总近五年气量数据，合同约定气量完成率由95%升至97-100%，调峰保障成本控制在年度购气成本的2%内，有效实现了“安全+经济”的保供目标。
二是，上中下游调度计划管理能力得到完善。基于模型预测综合考虑下游用户和上游资源多元条件，建立以需定供模式下的计划管理体系，并开发计划管理系统，实现集团天然气负荷预测和计划管理工作全面高效的电子化、信息化管理的同时，推进预测气量精准、时间分辨率精细，更加精准的预测天然气年、月、周、日计划，为合同签订、资源调配、管网调度提供重要决策依据。
三是，多维度严控预测精度，保障平稳供气。在合理测算增量气的同时，规范存量气预测流程，严肃大用户计划对接、高标准严控规律性用户预测精度，实现与华北电网、北京电力双通道、多频次对接，及时掌握燃气电厂日常调峰、应急调峰及为新能源消纳让道对天然气需求的影响量，合理安排合同内、外气量，在全市整体需求逐年攀升的环境下，供需整体平稳。近年来，北京燃气集团周/日预测精度超过95%，预测手段及精度实现稳步提升。
2 获奖情况
（1）第三十六届北京市企业管理现代化创新成果一等奖
（2）第18届北京发明创新大赛银奖
