天然氣經濟性調度系統設計與實現

束 開， 王超群， 陳效吉， 臧春雨

(1.貴州燃氣集團股份有限公司，貴州貴陽550000；2.航天智慧能源研究院，上海200114；3.上海航天能源股份有限公司，上海200114)

1 背景分析

貴州燃氣集團股份有限公司(下稱貴州燃氣)是國內大型城市燃氣集團之一，負責向貴州全省的工業、商業、居民等用戶供氣，年供氣量逾7×108m3，日均供氣量達200×104m3。近年來隨著貴州經濟的發展，供氣量也呈現逐年遞增的趨勢，這為集團供氣保障提出新的挑戰。一方面要保障全省用氣穩定，不出現缺氣、少氣、熱值不均勻等情況，滿足全省各類用戶的用氣需求。另一方面，在保障供氣的前提下，如何提升集團經濟效益是擺在決策層面前的重要工作。因此集團需要從經營手段、生產管理、買氣賣氣等環節，綜合出擊，保障供氣穩定，提升經濟效益。

目前集團氣源多樣，包括管道氣、LNG、生物質氣等多種氣源，管道氣又分為合同氣、線上交易和線下額外氣。上述各種氣源價格均不相同，且每種氣源價格變動頻繁。因此如何在一個結算周期內，在保障供氣的前提下，確保綜合購氣成本較低是一個非常困難的工作。

2 系統目標

經濟性調度是站在全集團的角度，通過信息化手段，挖掘并分析氣量調度的購銷輸存等方面的數據信息，以降低采購成本、提高經濟效益為目標的信息化、數字化的燃氣調度新模式。分為3個階段，第一階段主要從氣源采購著手，分析各氣源價格趨勢，評估各采購周期成本，指導業務人員以較低的成本進行氣源采購；第二階段關注銷售端，實現不同氣源售至不同用戶類型的經濟效益分析，指導業務人員氣源分配；第三階段將挖掘工商業及居民用戶的用氣數據，綜合運用云計算、大數據、人工智能等技術進行用氣行為分析，精準預測日負荷，實現燃氣的精準調度。綜合上述3個階段，將實現購銷輸存全流程的經濟性調度，保障各用戶的氣源供給，降低采購、儲存、運輸等成本，提高經濟效益。本文針對第一階段進行探討。

3 系統業務設計

3.1 業務邏輯流程

業務邏輯流程見圖1。

采購前評估是對下一月度的各氣源成本進行綜合評估，結合各分子公司需求量、缺口量，制定采購策略，實施采購。采購后分析是對已經完成的采購進行成本分析，由實際成本與各組合假設成本進行對比分析，繼而對后續的采購前評估提供數據支持。

圖1 業務邏輯流程

業務主要涉及生產管理部、發展規劃部、天然氣公司以及各分子公司等部門。每個月度由生產管理部收集分子公司月度需求；根據月度需求量與月度合同量形成月度缺口；天然氣公司根據缺口量進行LNG詢價，獲取LNG的綜合單價；發展規劃部獲取管道氣線上交易信息，包括氣量和單價；根據LNG價格及線上交易價格制定競拍策略；按照實際供氣需求，進行購氣供氣；在形成月度或年度氣源成本后，根據各氣源價格和供氣量，模擬不同氣源組合，對實際采購成本和模擬成本進行對比，形成月度、年度購氣成本評估分析，評估月度或年度的采購經濟效益，為以后采購提供指導；同時形成各氣源價格趨勢分析，輔助制定競拍策略。

3.2 采購前評估

采購前評估主要是評估線上交易、線下額外氣和LNG這3種氣源的采購成本，從而制定各氣源的采購策略。對于這3種氣源，線上交易和線下額外氣的成本對比相對固定，線下額外氣要高于線上交易，且成倍數關系，其倍數也相對固定。因此，上述3種氣源的成本對比就轉化為兩步，第一步是線上交易與LNG的對比，根據各分子公司月度需求量及合同量形成缺口量，以缺口量為基礎，在線上交易前根據起拍價及LNG單價制定初步交易策略，線上交易中根據競拍價格趨勢動態調整交易策略；第二步是線下額外氣與LNG的對比，線上交易結束后形成新的缺口量，對比LNG單價與線下額外氣單價制定交易策略。

線上交易是一個競拍過程，在固定的時間段內，由各家燃氣公司進行競價拍賣，最終的交易價格只有在成交之后才能獲取。因此這一步也分為兩個過程，第一個過程是在線上交易前，對比線上交易起拍價(包含管輸費)和LNG單價，制定初步交易策略；第二個過程則為交易中，根據拍賣價格趨勢動態調整策略。具體為3種情況：

① 起拍價

② 起拍價>LNG單價，這種情況下，使用LNG的成本要低于線上交易，因此優先使用LNG，LNG氣化能力不足部分必須進行線上交易。

③ 起拍價=LNG單價，由于不可能以起拍價購得線上交易，所以該種策略同情況②。

在關注拍賣價與LNG單價的同時，也需要關注各個分子公司的緊迫程度，由于線上交易限定總量，且競拍較為激烈，要優先緊迫程度高的分子公司去競拍。緊迫程度由缺口量及LNG的氣化能力共同確定，定義為緊迫系數，其計算公式如下，計算值越大越緊迫。

式中C——緊迫系數

G——氣源缺口量，m3

L——LNG氣化能力，m3

在完成線上交易之后，會形成新的缺口量，這個缺口量的氣源就包括LNG和線下額外氣。此時，線下額外氣的單價及LNG的單價都已經確定，對比兩種氣源的單價，結合缺口量和LNG氣化能力，制定采購策略。

3.3 采購后分析

采購后分析流程見圖2。采購后分析是對已完成的月度或年度采購成本進行核算，核算對象包括集團和各分子公司。在實際成本的基礎上，模擬各氣源不同組合方式的成本，與實際成本進行對比，評估分析實際氣源組合的經濟效益。首先獲取各分子公司管道氣總量、線上交易總量、LNG總量，由管道氣總量減去合同量再減去線上交易量生成線下額外氣量；然后獲取線下額外氣單價、線上交易單價、LNG單價；然后生成集團及各分子公司各氣源用量及缺口量成本；由此成本去對比類型A、B、C、D、E這5種模擬成本，進行采購后的評估分析；最終實際成本與各模擬成本對比，指導下期采購。

圖2 采購后分析流程

模擬類型總共分為5種：

① 類型A

優先使用線上交易，線上交易不足部分使用線下額外氣。線上交易的量就是當月或當年的實際用量，與成本核算中的量一致。線下額外氣量就是缺口量減去線上交易量。線上交易的單價、線下額外氣的單價均與同種評估類型的成本核算中的單價保持一致。

② 類型B

優先使用線上交易，線上交易的量即實際用量，與成本核算中的用量保持一致；缺口量剩余部分再優先使用LNG，每家公司都有LNG氣化能力，如剩余部分氣化能力不足，再使用線下額外氣。每種氣源的單價均與成本核算中的單價一致。

③ 類型C

優先使用LNG，不足部分使用線下額外氣。如果缺口量大于等于LNG氣化能力，則LNG的用量等于LNG氣化能力，線下額外氣等于缺口量減去LNG氣化能力；如果缺口量小于LNG氣化能力，則LNG用量等于缺口量，線下額外氣等于零。LNG的單價和線下額外氣的單價均與成本核算中的單價保持一致。

④ 類型D

缺口量全部使用線上交易，此時的線上交易不是實際產生的線上交易量，其等于缺口量。線上交易的單價同成本核算中的單價保持一致。

⑤ 類型E

缺口量全部使用線下額外氣，其用量等于缺口量，單價等于成本核算中的單價。

4 系統技術設計與實現

經濟性調度功能由貴州燃氣與上海航天能源股份有限公司(以下稱航天能源)聯合設計，部署于航天能源開發的生產調度綜合管理平臺(以下稱本平臺)中。

4.1 架構設計

本平臺采用微服務的架構模式，實現圍繞業務的功能展開，不同業務之間可通過API進行調用，用戶端通過B/S架構開發的網頁，所有用戶均可通過瀏覽器訪問數據，不受設備平臺約束。

4.2 數據設計

數據包括氣量、氣價及其他數據。氣量包括需求量、合同量、管道氣日產量(包括合同量、線上交易和線下額外氣)、LNG日產量等。氣價包括線上交易單價、線下額外氣單價、管輸單價、LNG單價、運輸單價等。采購前評估數據流程見圖3。

采購前評估的數據主要來源計劃申報、運輸管理、廠站管理、線上交易管理等模塊。計劃申報模塊收集各分子公司的月度需求量及月度合同量，從而計算出月度缺口量(月度缺口量=月度需求量-月度合同量)；運輸管理模塊提供LNG的基礎價格信息，包括LNG出廠價、LNG運費、LNG運輸距離、LNG氣化率，計算得出LNG到站單價；廠站管理模塊提供分子公司LNG的月度氣化能力；線上交易管理提供線上交易起拍價、線上交易起拍量及線上交易總量。將上述數據匯集到交易評估模型，從而制定交易策略，包括線上交易與LNG的購買順序、

圖3 采購前評估數據流程

LNG氣化能力不足部分的優先采購、各分子公司緊迫程度的購買順序、交易策略的動態調整。

采購后分析的數據主要為各氣源的用量及單價，由各氣源的用量和單價計算得出每種氣源的成本，匯總各氣源成本得出總的成本。成本數據分為分子公司月度成本、分子公司年度成本、集團月度成本和集團年度成本這4類，后面3類成本的計算均在分子公司月度成本的基礎上進行匯總計算。每類成本都各自對應相應的模擬成本，模擬成本的5個類別即是線上交易量、線下額外氣、LNG 3種氣源的不同組合方式。對于分子公司月度，模擬成本的單價即是基礎模塊匯總上來的單價，另外3類的單價均是通過成本和氣量反推求出的平均單價。

4.3 部門職責權限劃分

本階段主要涉及生產管理部、天然氣公司、發展規劃部以及各分子公司。

生產管理部主要負責各分子公司的管道氣、LNG需求收集，包括日、月、年等；負責對管道氣線上交易的統一協調，制定競拍策略，指導競拍等。

天然氣公司主要負責LNG的長期、臨時采購，獲取LNG報價，并匯總上報LNG單價、運費等信息。

發展規劃部主要負責獲取線上交易的場次信息，協同生產管理部制定競拍策略，獲取線下額外氣的單價等。

各分子公司主要負責管道氣需求量的上報，負責按照生產管理部的要求進行線上競拍，負責線上交易量和單價的填報等。

4.4 功能模塊設計與開發

生產調度綜合管理平臺功能模塊覆蓋燃氣廠站生產數據上報、分子公司計劃申報與批復、LNG運輸與卸車、應急搶險、帶氣作業、生產調度令、調度值班、廠站監測等業務領域。

經濟性調度主要分為氣價管理、線上交易管理、評估匯總管理。氣價管理實現LNG的到站單價測算、管輸單價管理等功能；線上交易管理實現采購前的交易策略制定、線上交易數據上報等功能；評估匯總管理實現采購后的評估分析。

4.5 系統擴展

系統預留外部接口，可對接SCADA、CIS、OA等第三方系統，實現調度管理的統一協調、統一指令、統一備案等目標。

系統部署于云平臺中，未來將結合云計算、大數據分析、人工智能等技術實現調度管理工作的數字化、智能化，從氣源調度、應急搶險、帶氣作業等各個方面提高工作效率、保障用戶用氣、提升經濟效益。

5 總結與展望

燃氣企業經營發展已進入精細化管理階段，大數據應用是企業降本增效的基礎，隨著城鎮化進程加快，各地城市燃氣供應格局已穩定，燃氣企業經營活動也將逐步趨于穩定經營狀態，傳統的工程建設收入在燃氣收入占比中逐步下降，燃氣經營活動成本主要還是上游氣源采購，做好氣源采購管理意義重大，控制好氣源采購成本，才能保證主營業務收入的效益。

目前系統已完成第一階段目標，實現了采購前評估和采購后分析的業務功能。幫助業務人員在采購中制定采購策略，提供數據支持，提升了采購效率，降低了采購成本。在采購結束后核算采購成本，計算出模擬成本并與實際成本進行對比，將對比結果應用于下期采購中，降低采購成本，形成良性循環。

自系統上線后，該系統的設計方法受到業務人員的一致好評，改善了原有的集中式數據收集、人為計算、單向決策的工作狀況，將整個評估的數據收集分散到整個生產作業的各個崗位，在保障數據及時性的同時也確保了數據的真實性。在分析處理層，將不同崗位人員的業務關注點進行建模處理綜合分析，有效解決了人為經驗的不足。

后續系統將結合平臺建設規劃，進一步深度利用云計算、大數據、人工智能等技術持續進行數據完善、數據挖掘，逐步實現經濟性調度第二、第三階段目標。