Влияние температуры окружающей среды на электропотребление большого города

Размещено на http://allbest.ru

Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕ БОЛЬШОГО ГОРОДА

Карандеев Денис Юрьевич

магистрант кафедры программного

обеспечения вычислительной техники

и автоматизированных систем

Введение

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.

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 1 - Карта Кеппена для Российской Федерации

электроэнергетический температура климат абакан

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.

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

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 Kцppen 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.

Аннотация

Влияние температуры окружающей среды на электропотребление большого города. Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова. Карандеев Денис Юрьевич, магистрант кафедры программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем

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

Размещено на Allbest.ru