基于“最小二乘法”下節(jié)能量歸一化處理實例分析

陳少杰，李江玲(中國船級社質(zhì)量認證公司陜西分公司，陜西 西安 710065)

0 引言

隨著中國對國際承諾二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，爭取在2060年前實現(xiàn)碳中和，各相關(guān)部委為實現(xiàn)該目標出臺了一系列舉措，節(jié)能減排工作也即將迎來又一次快速發(fā)展時期。隨著節(jié)能減排技術(shù)改造項目紛紛落地實施，如何準確核算項目的實際節(jié)能量、減排量顯得尤為重要，本文主要通過實例來論證，基于“最小二乘法”下的雙因素歸一化處理，在節(jié)能量計算時的應用。

1 歸一化

國家市場監(jiān)督管理總局、中國國家標準化管理委員會于2018年9月17日發(fā)布的GB/T 13234—2018《用能單位節(jié)能量計算方法》中對節(jié)能量的計算提出了新的要求，首次提出如用能單位能源消耗受相關(guān)變量影響，應通過歸一化來消除基期和報告期之間由于相關(guān)變量變化所帶來的影響[1]。歸一化，是指為了達到滿足同等需要或達到相同目的的要求，根據(jù)相關(guān)變量的變化關(guān)系，對能源消耗數(shù)據(jù)進行修正的過程[2]。

2 最小二乘法

最小二乘法是一種數(shù)學數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化的手段，應用最小二乘法原理對實驗和測量數(shù)據(jù)進行處理時，所得到的測量結(jié)果的殘余誤差平方和為最小[3]，又稱最小平方法，它通過最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配，同時也可用于曲線擬合。

3 節(jié)能量計算實例

3.1 案例介紹

陜北地區(qū)某化工廠動力鍋爐房有兩臺燃煤鍋爐，為車間供應中壓蒸汽，其耗煤量主要受蒸汽產(chǎn)量影響，同時與環(huán)境溫度有一定關(guān)系。企業(yè)與2019年12月底對鍋爐運行參數(shù)進行優(yōu)化，并對鍋爐部分部件進行更換和維修，鍋爐房2019、2020年度實際耗煤量、蒸汽產(chǎn)量、月平均氣溫如表1和表2所示。

表1 基準期(2019年)耗煤量、蒸汽產(chǎn)量和月平均氣溫數(shù)據(jù)

表2 報告期(2020年)耗煤量、蒸汽產(chǎn)量和月平均氣溫數(shù)據(jù)

3.2 建立回歸模型

文章根據(jù)GB/T 13234—2018中的后推法進行歸一化。利用EXCEL中“數(shù)據(jù)分析”，采用“最小二乘法”，對表1中基準期(2019年)耗煤量(Y)、蒸汽產(chǎn)量(X1)和月平均氣溫(X2)兩個相關(guān)變量進行回歸分析，分析結(jié)果如表3、表4所示。

表4 方差分析

基期歸一化校準模型：

式中：Y為耗煤量(噸標準煤(tce))；X1為蒸汽產(chǎn)量(t)；X2為月平均氣溫(℃)。

3.3 模型有效性分析

統(tǒng)計學中擬合優(yōu)度R2越接近1.0，擬合度越好，從表3可知R2(Adjusted R Square)=0.995 9，充分說明因變量(Y)、與兩個自變量(X1和X2)高度相關(guān)，擬合度優(yōu)，模型有效。

表3 分析結(jié)果輸出摘要

3.4 節(jié)能量計算結(jié)果

將報告期(2020年)蒸汽產(chǎn)量和月平均氣溫數(shù)據(jù)代入式(1)中，可以得到后推校準后的基期月度耗煤量，則項目節(jié)能量計算為公式(2)，計算表如表5所示，經(jīng)計算，節(jié)能量為2 716.76 tce。

表5 報告期節(jié)能量

式中：ΔE為節(jié)能量(噸標準煤(tce))；Ejj為后推校準后基期耗煤量(噸標準煤(tce))；Ebs為報告期實際耗煤量(噸標準煤(tce))。

4 與單耗法計算相比

按照GB/T 13234—2009企業(yè)節(jié)能量計算方法中，本項目鍋爐工藝參數(shù)優(yōu)化技術(shù)措施節(jié)能量計算公式如下：

式中：ΔEti為節(jié)能技術(shù)措施節(jié)能量(噸標準煤(tce))；eth為實施節(jié)能技術(shù)措施前單位蒸汽耗煤量(噸標準煤每噸蒸汽(tce/t蒸))；etq為實施節(jié)能技術(shù)措施后單位蒸汽耗煤量(噸標準煤每噸蒸汽(tce/t蒸))；Pth為實施節(jié)能技術(shù)措施后蒸汽產(chǎn)量(噸蒸汽(t蒸))。

單耗法節(jié)能量計算如表6所示，本案例雙因素歸一法計算節(jié)能量，考慮蒸汽產(chǎn)量(X1)和月平均氣溫(X2)兩個自變量對因變量(耗煤量Y)的影響，即對節(jié)能量的影響。與單耗法計算結(jié)果相比，更加準確并符合實際，節(jié)能量增加230.33 tce，偏差率8.48%。企業(yè)通過鍋爐節(jié)能技術(shù)改造實際減排CO2相比單耗法增加638 t，減排SO2增加1.59 t，減排PM增加0.46 t，減排NOX增加1.86 t，減排CO增加0.67 t，按照節(jié)能量300元/tce補貼計算，可增加企業(yè)補助資金7萬元左右。

表6 單耗法節(jié)能量計算

5 結(jié)語

文章通過實例分析介紹了在雙因素影響下，基于“最小二乘法”原理進行歸一化處理，并對回歸模型進行分析和驗證，進而計算項目節(jié)能量。通過實例驗證了基于“最小二乘法”原理進行歸一化處理的可行性、可靠性和合理性。但在實際項目節(jié)能量計算中，也會碰到用能單位能源消耗受多個相關(guān)變量影響，一般需要借助市場上成熟的數(shù)學統(tǒng)計分析軟件進行歸一化處理，目前市場上成熟的數(shù)學統(tǒng)計分析軟件參差不齊，也無法滿足所有類型項目節(jié)能量計算，同時也會增加相關(guān)機構(gòu)的投入。文章建議，針對超過兩個相關(guān)變量均對能源消耗有影響時，可對相關(guān)變量進行簡單分析，遴選出對因變量影響最大的兩個自變量，再通過“最小二乘法”進行歸一化處理，來滿足實際需要，具有一定的可操作性。