運(yùn)用Excel 回歸分析功能實(shí)現(xiàn)GB/T13234-2018《用能單位節(jié)能量計(jì)算方法》中的歸一化操作

顧淼波

揚(yáng)州市節(jié)能監(jiān)察中心

2018年9月17日，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布GB/T13234-2018《用能單位節(jié)能量計(jì)算方法》（以下簡(jiǎn)稱《方法》），定于2019年4月1日正式實(shí)施。《方法》較前一版GB/T13234-2009《企業(yè)節(jié)能量計(jì)算方法》有大幅改動(dòng)，其中最重要的創(chuàng)新是提出了“歸一化”的概念，即根據(jù)相關(guān)變量的變化關(guān)系，通過建立模型對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)和修正。

1 歸一化的概念

1.1 原理

歸一化是指：為了達(dá)到滿足同等需求或達(dá)到相同目的的要求（例如：批量生產(chǎn)完全相同的產(chǎn)品），根據(jù)相關(guān)變量（例如：產(chǎn)量、效率等）的變化關(guān)系，對(duì)能源消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行修正的過程。

將能耗量實(shí)測(cè)值設(shè)為Y，相關(guān)變量實(shí)測(cè)值設(shè)為X，歸一化就是要確定兩者之間的變化關(guān)系Y=f（X），并以此關(guān)系為基礎(chǔ)，重新代入相關(guān)變量的條件值X′，算出能耗量校準(zhǔn)值Y′。當(dāng)基期能耗量或者報(bào)告期能耗量按照相同的條件值X′進(jìn)行校準(zhǔn)后，基期和報(bào)告期的能耗量就可以直接相減，從而得到節(jié)能量。

1.2 方法

歸一化的方法有三種，分別是后推校準(zhǔn)法、前推校準(zhǔn)法和參考條件校準(zhǔn)法。

1）按照?qǐng)?bào)告期條件進(jìn)行歸一化，稱為后推校準(zhǔn)法。

該方法以基期的能耗量實(shí)測(cè)值Y1和相關(guān)變量實(shí)測(cè)值X1為基礎(chǔ)，建立模型Y1=f（X1）。將報(bào)告期條件（即報(bào)告期相關(guān)變量實(shí)測(cè)值X2）代入上述模型，得到基期能耗量校準(zhǔn)值Y1′。節(jié)能量由Y1′減去報(bào)告期能耗量實(shí)測(cè)值Y2得到。

2）按照基期條件進(jìn)行歸一化，稱為前推校準(zhǔn)法。

該方法與后推校準(zhǔn)法相反，以報(bào)告期的能耗量實(shí)測(cè)值Y2和相關(guān)變量實(shí)測(cè)值X2為基礎(chǔ)，建立模型Y2=f（X2）。將基期條件（即基期相關(guān)變量實(shí)測(cè)值X1）代入上述模型，得到報(bào)告期能耗量校準(zhǔn)值Y2′。節(jié)能量由基期能耗量實(shí)測(cè)值Y1減去Y2′得到。

3）按照參考條件進(jìn)行歸一化，稱為參考條件校準(zhǔn)法。

該方法顧名思義是以某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為條件（例如：典型年產(chǎn)品產(chǎn)量），因此不受基期和報(bào)告期條件影響，適用于連續(xù)跟蹤節(jié)能量。

另外《方法》還特別強(qiáng)調(diào)：第一，通常情況下應(yīng)采用后推校準(zhǔn)法計(jì)算用能單位節(jié)能量。第二，當(dāng)在多個(gè)報(bào)告期連續(xù)計(jì)算節(jié)能量時(shí)（例如：逐年開展重點(diǎn)用能單位“十三五”節(jié)能目標(biāo)考核時(shí)），不應(yīng)中途改變歸一化方法。

2 Excel回歸分析示例

2.1 選擇相關(guān)變量

根據(jù)常識(shí)可知，用能單位能耗大小與其產(chǎn)品產(chǎn)量有直接聯(lián)系。在實(shí)際工作中，我們常常選擇產(chǎn)品產(chǎn)量作為相關(guān)變量。為方便對(duì)比理解，本文借用《方法》附錄A中的案例進(jìn)行操作演示。具體數(shù)據(jù)見表1和表2。

表1 基期產(chǎn)品產(chǎn)量與能耗數(shù)據(jù)

2.2 建立回歸模型

采用后推校準(zhǔn)法。首先打開Excel（這里以2019版為例），導(dǎo)入表1數(shù)據(jù)。

如圖1 所示，框選單元格B2 到C13 的數(shù)據(jù)區(qū)域，點(diǎn)擊【插入】/【圖表】/【XY散點(diǎn)圖】。系統(tǒng)默認(rèn)B列為X軸系列值，C列為Y軸系列值，自動(dòng)生成散點(diǎn)圖。

圖1 散點(diǎn)圖

如圖2 所示，右鍵點(diǎn)擊圖中的散點(diǎn)，選擇【添加趨勢(shì)線】，在【趨勢(shì)線選項(xiàng)】中勾選【線性】、【顯示公式】、【顯示R2值】。由此得到了基期能耗校準(zhǔn)模型Y=0.3538X+67.956。

表2 報(bào)告期產(chǎn)品產(chǎn)量與能耗數(shù)據(jù)表

圖2

2.3 檢驗(yàn)?zāi)Ｐ陀行?/h3>

模型是否可用，還要經(jīng)過有效性檢驗(yàn)，通常看三個(gè)值：判定系數(shù)（R2值）、t統(tǒng)計(jì)量和F統(tǒng)計(jì)量。

R2值用于說明回歸趨勢(shì)線對(duì)數(shù)據(jù)的擬合程度，越接近1.0，擬合度越好，反之，越接近0，擬合度越差。上述案例中R2=0.994 7，充分說明X、Y高度相關(guān)。

統(tǒng)計(jì)量是檢驗(yàn)自變量的系數(shù)是否顯著為零，F(xiàn)統(tǒng)計(jì)量是檢驗(yàn)所有自變量系數(shù)是否顯著為零，前者對(duì)應(yīng)具體自變量，后者對(duì)應(yīng)整個(gè)回歸方程。

如圖3 所示，框選單元格B2 到C13 的數(shù)據(jù)區(qū)域，點(diǎn)擊【數(shù)據(jù)】/【數(shù)據(jù)分析】/【回歸】，設(shè)置【置信度】為95%（t檢驗(yàn)和F檢驗(yàn)結(jié)果小于0.05即表示顯著為0）。初次使用，未顯示【數(shù)據(jù)分析】按鈕的，可點(diǎn)選【文件】/【選項(xiàng)】/【加載項(xiàng)】/【分析工具庫(kù)】加載該功能。

圖3 回歸分析

如圖4所示，F(xiàn)檢驗(yàn)是顯著的（Significance F為1.06×10-12），變量X 的t 檢驗(yàn)也是顯著的（P-value為1.06×10-12）。這兩個(gè)結(jié)果完全一致，是因?yàn)楸灸Ｐ蜑橐辉貧w方程，只有一個(gè)自變量X。

圖4 模型有效性檢驗(yàn)

2.4 校準(zhǔn)能耗并計(jì)算節(jié)能量

模型檢驗(yàn)通過，即可計(jì)算節(jié)能量。具體過程見表3。

表3 節(jié)能量計(jì)算表

2.5 從“特例”看建模計(jì)算的優(yōu)勢(shì)

《方法》附錄B節(jié)能量計(jì)算的特例，提出“只有當(dāng)用能單位能源消耗與產(chǎn)品產(chǎn)量或產(chǎn)值（或增加值）成正比例關(guān)系時(shí)，用后推法進(jìn)行歸一化，節(jié)能量計(jì)算公式簡(jiǎn)化為”：

節(jié)能量=（基期產(chǎn)品單耗-報(bào)告期產(chǎn)品單耗）×報(bào)告期產(chǎn)品產(chǎn)量

此簡(jiǎn)化版的公式，是目前節(jié)能量審核工作中最常用的單耗法。

正比例關(guān)系，指能耗與產(chǎn)量滿足Y＝kX（k 為常數(shù)，k≠0）。而滿足了此關(guān)系，即表示產(chǎn)品單耗保持恒定，不隨生產(chǎn)負(fù)荷變化。在現(xiàn)實(shí)中幾乎不會(huì)發(fā)生，因此《方法》將其歸為特例，目的是推廣建模計(jì)算，限制和替代傳統(tǒng)的單耗法。

傳統(tǒng)單耗法是基于“產(chǎn)量與能耗成正比例關(guān)系”此不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S，且在計(jì)算節(jié)能量時(shí)通常只采用基期合計(jì)產(chǎn)量、基期合計(jì)能耗、報(bào)告期合計(jì)產(chǎn)量、報(bào)告期合計(jì)能耗4 個(gè)數(shù)據(jù)，忽略了月度數(shù)據(jù)之間的變化規(guī)律。本文示例的建模計(jì)算，充分分析了全年12 組數(shù)據(jù)。其最終擬合方程Y=0.3538X+67.956 反映出，用能單位存在部分與產(chǎn)量變化無關(guān)的固定能耗，而這一情況也明顯更加符合客觀實(shí)際。

3 結(jié)語

《方法》的發(fā)布實(shí)施，為節(jié)能量審核認(rèn)定工作啟發(fā)了新思路、提出了新要求。Excel 作為最常用的辦公軟件之一，其自帶的回歸分析功能可簡(jiǎn)便快捷地實(shí)現(xiàn)“歸一化”操作。通過本文的介紹，能夠有助于廣大節(jié)能量審核人員，更好地理解《方法》相關(guān)理念、熟練地應(yīng)用Excel相關(guān)功能，促進(jìn)節(jié)能減排事業(yè)繁榮發(fā)展。