天然气经济性调度系统设计与实现

束 开， 王超群， 陈效吉， 臧春雨

(1.贵州燃气集团股份有限公司，贵州贵阳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

贵州燃气集团股份有限公司(下称贵州燃气)是国内大型城市燃气集团之一，负责向贵州全省的工业、商业、居民等用户供气，年供气量逾7×108m3，日均供气量达200×104m3。近年来随着贵州经济的发展，供气量也呈现逐年递增的趋势，这为集团供气保障提出新的挑战。一方面要保障全省用气稳定，不出现缺气、少气、热值不均匀等情况，满足全省各类用户的用气需求。另一方面，在保障供气的前提下，如何提升集团经济效益是摆在决策层面前的重要工作。因此集团需要从经营手段、生产管理、买气卖气等环节，综合出击，保障供气稳定，提升经济效益。

目前集团气源多样，包括管道气、LNG、生物质气等多种气源，管道气又分为合同气、线上交易和线下额外气。上述各种气源价格均不相同，且每种气源价格变动频繁。因此如何在一个结算周期内，在保障供气的前提下，确保综合购气成本较低是一个非常困难的工作。

2 系统目标

经济性调度是站在全集团的角度，通过信息化手段，挖掘并分析气量调度的购销输存等方面的数据信息，以降低采购成本、提高经济效益为目标的信息化、数字化的燃气调度新模式。分为3个阶段，第一阶段主要从气源采购着手，分析各气源价格趋势，评估各采购周期成本，指导业务人员以较低的成本进行气源采购；第二阶段关注销售端，实现不同气源售至不同用户类型的经济效益分析，指导业务人员气源分配；第三阶段将挖掘工商业及居民用户的用气数据，综合运用云计算、大数据、人工智能等技术进行用气行为分析，精准预测日负荷，实现燃气的精准调度。综合上述3个阶段，将实现购销输存全流程的经济性调度，保障各用户的气源供给，降低采购、储存、运输等成本，提高经济效益。本文针对第一阶段进行探讨。

3 系统业务设计

3.1 业务逻辑流程

业务逻辑流程见图1。

采购前评估是对下一月度的各气源成本进行综合评估，结合各分子公司需求量、缺口量，制定采购策略，实施采购。采购后分析是对已经完成的采购进行成本分析，由实际成本与各组合假设成本进行对比分析，继而对后续的采购前评估提供数据支持。

图1 业务逻辑流程

业务主要涉及生产管理部、发展规划部、天然气公司以及各分子公司等部门。每个月度由生产管理部收集分子公司月度需求；根据月度需求量与月度合同量形成月度缺口；天然气公司根据缺口量进行LNG询价，获取LNG的综合单价；发展规划部获取管道气线上交易信息，包括气量和单价；根据LNG价格及线上交易价格制定竞拍策略；按照实际供气需求，进行购气供气；在形成月度或年度气源成本后，根据各气源价格和供气量，模拟不同气源组合，对实际采购成本和模拟成本进行对比，形成月度、年度购气成本评估分析，评估月度或年度的采购经济效益，为以后采购提供指导；同时形成各气源价格趋势分析，辅助制定竞拍策略。

3.2 采购前评估

采购前评估主要是评估线上交易、线下额外气和LNG这3种气源的采购成本，从而制定各气源的采购策略。对于这3种气源，线上交易和线下额外气的成本对比相对固定，线下额外气要高于线上交易，且成倍数关系，其倍数也相对固定。因此，上述3种气源的成本对比就转化为两步，第一步是线上交易与LNG的对比，根据各分子公司月度需求量及合同量形成缺口量，以缺口量为基础，在线上交易前根据起拍价及LNG单价制定初步交易策略，线上交易中根据竞拍价格趋势动态调整交易策略；第二步是线下额外气与LNG的对比，线上交易结束后形成新的缺口量，对比LNG单价与线下额外气单价制定交易策略。

线上交易是一个竞拍过程，在固定的时间段内，由各家燃气公司进行竞价拍卖，最终的交易价格只有在成交之后才能获取。因此这一步也分为两个过程，第一个过程是在线上交易前，对比线上交易起拍价(包含管输费)和LNG单价，制定初步交易策略；第二个过程则为交易中，根据拍卖价格趋势动态调整策略。具体为3种情况：

① 起拍价

② 起拍价>LNG单价，这种情况下，使用LNG的成本要低于线上交易，因此优先使用LNG，LNG气化能力不足部分必须进行线上交易。

③ 起拍价=LNG单价，由于不可能以起拍价购得线上交易，所以该种策略同情况②。

在关注拍卖价与LNG单价的同时，也需要关注各个分子公司的紧迫程度，由于线上交易限定总量，且竞拍较为激烈，要优先紧迫程度高的分子公司去竞拍。紧迫程度由缺口量及LNG的气化能力共同确定，定义为紧迫系数，其计算公式如下，计算值越大越紧迫。

式中C——紧迫系数

G——气源缺口量，m3

L——LNG气化能力，m3

在完成线上交易之后，会形成新的缺口量，这个缺口量的气源就包括LNG和线下额外气。此时，线下额外气的单价及LNG的单价都已经确定，对比两种气源的单价，结合缺口量和LNG气化能力，制定采购策略。

3.3 采购后分析

采购后分析流程见图2。采购后分析是对已完成的月度或年度采购成本进行核算，核算对象包括集团和各分子公司。在实际成本的基础上，模拟各气源不同组合方式的成本，与实际成本进行对比，评估分析实际气源组合的经济效益。首先获取各分子公司管道气总量、线上交易总量、LNG总量，由管道气总量减去合同量再减去线上交易量生成线下额外气量；然后获取线下额外气单价、线上交易单价、LNG单价；然后生成集团及各分子公司各气源用量及缺口量成本；由此成本去对比类型A、B、C、D、E这5种模拟成本，进行采购后的评估分析；最终实际成本与各模拟成本对比，指导下期采购。

图2 采购后分析流程

模拟类型总共分为5种：

① 类型A

优先使用线上交易，线上交易不足部分使用线下额外气。线上交易的量就是当月或当年的实际用量，与成本核算中的量一致。线下额外气量就是缺口量减去线上交易量。线上交易的单价、线下额外气的单价均与同种评估类型的成本核算中的单价保持一致。

② 类型B

优先使用线上交易，线上交易的量即实际用量，与成本核算中的用量保持一致；缺口量剩余部分再优先使用LNG，每家公司都有LNG气化能力，如剩余部分气化能力不足，再使用线下额外气。每种气源的单价均与成本核算中的单价一致。

③ 类型C

优先使用LNG，不足部分使用线下额外气。如果缺口量大于等于LNG气化能力，则LNG的用量等于LNG气化能力，线下额外气等于缺口量减去LNG气化能力；如果缺口量小于LNG气化能力，则LNG用量等于缺口量，线下额外气等于零。LNG的单价和线下额外气的单价均与成本核算中的单价保持一致。

④ 类型D

缺口量全部使用线上交易，此时的线上交易不是实际产生的线上交易量，其等于缺口量。线上交易的单价同成本核算中的单价保持一致。

⑤ 类型E

缺口量全部使用线下额外气，其用量等于缺口量，单价等于成本核算中的单价。

4 系统技术设计与实现

经济性调度功能由贵州燃气与上海航天能源股份有限公司(以下称航天能源)联合设计，部署于航天能源开发的生产调度综合管理平台(以下称本平台)中。

4.1 架构设计

本平台采用微服务的架构模式，实现围绕业务的功能展开，不同业务之间可通过API进行调用，用户端通过B/S架构开发的网页，所有用户均可通过浏览器访问数据，不受设备平台约束。

4.2 数据设计

数据包括气量、气价及其他数据。气量包括需求量、合同量、管道气日产量(包括合同量、线上交易和线下额外气)、LNG日产量等。气价包括线上交易单价、线下额外气单价、管输单价、LNG单价、运输单价等。采购前评估数据流程见图3。

采购前评估的数据主要来源计划申报、运输管理、厂站管理、线上交易管理等模块。计划申报模块收集各分子公司的月度需求量及月度合同量，从而计算出月度缺口量(月度缺口量=月度需求量-月度合同量)；运输管理模块提供LNG的基础价格信息，包括LNG出厂价、LNG运费、LNG运输距离、LNG气化率，计算得出LNG到站单价；厂站管理模块提供分子公司LNG的月度气化能力；线上交易管理提供线上交易起拍价、线上交易起拍量及线上交易总量。将上述数据汇集到交易评估模型，从而制定交易策略，包括线上交易与LNG的购买顺序、

图3 采购前评估数据流程

LNG气化能力不足部分的优先采购、各分子公司紧迫程度的购买顺序、交易策略的动态调整。

采购后分析的数据主要为各气源的用量及单价，由各气源的用量和单价计算得出每种气源的成本，汇总各气源成本得出总的成本。成本数据分为分子公司月度成本、分子公司年度成本、集团月度成本和集团年度成本这4类，后面3类成本的计算均在分子公司月度成本的基础上进行汇总计算。每类成本都各自对应相应的模拟成本，模拟成本的5个类别即是线上交易量、线下额外气、LNG 3种气源的不同组合方式。对于分子公司月度，模拟成本的单价即是基础模块汇总上来的单价，另外3类的单价均是通过成本和气量反推求出的平均单价。

4.3 部门职责权限划分

本阶段主要涉及生产管理部、天然气公司、发展规划部以及各分子公司。

生产管理部主要负责各分子公司的管道气、LNG需求收集，包括日、月、年等；负责对管道气线上交易的统一协调，制定竞拍策略，指导竞拍等。

天然气公司主要负责LNG的长期、临时采购，获取LNG报价，并汇总上报LNG单价、运费等信息。

发展规划部主要负责获取线上交易的场次信息，协同生产管理部制定竞拍策略，获取线下额外气的单价等。

各分子公司主要负责管道气需求量的上报，负责按照生产管理部的要求进行线上竞拍，负责线上交易量和单价的填报等。

4.4 功能模块设计与开发

生产调度综合管理平台功能模块覆盖燃气厂站生产数据上报、分子公司计划申报与批复、LNG运输与卸车、应急抢险、带气作业、生产调度令、调度值班、厂站监测等业务领域。

经济性调度主要分为气价管理、线上交易管理、评估汇总管理。气价管理实现LNG的到站单价测算、管输单价管理等功能；线上交易管理实现采购前的交易策略制定、线上交易数据上报等功能；评估汇总管理实现采购后的评估分析。

4.5 系统扩展

系统预留外部接口，可对接SCADA、CIS、OA等第三方系统，实现调度管理的统一协调、统一指令、统一备案等目标。

系统部署于云平台中，未来将结合云计算、大数据分析、人工智能等技术实现调度管理工作的数字化、智能化，从气源调度、应急抢险、带气作业等各个方面提高工作效率、保障用户用气、提升经济效益。

5 总结与展望

燃气企业经营发展已进入精细化管理阶段，大数据应用是企业降本增效的基础，随着城镇化进程加快，各地城市燃气供应格局已稳定，燃气企业经营活动也将逐步趋于稳定经营状态，传统的工程建设收入在燃气收入占比中逐步下降，燃气经营活动成本主要还是上游气源采购，做好气源采购管理意义重大，控制好气源采购成本，才能保证主营业务收入的效益。

目前系统已完成第一阶段目标，实现了采购前评估和采购后分析的业务功能。帮助业务人员在采购中制定采购策略，提供数据支持，提升了采购效率，降低了采购成本。在采购结束后核算采购成本，计算出模拟成本并与实际成本进行对比，将对比结果应用于下期采购中，降低采购成本，形成良性循环。

自系统上线后，该系统的设计方法受到业务人员的一致好评，改善了原有的集中式数据收集、人为计算、单向决策的工作状况，将整个评估的数据收集分散到整个生产作业的各个岗位，在保障数据及时性的同时也确保了数据的真实性。在分析处理层，将不同岗位人员的业务关注点进行建模处理综合分析，有效解决了人为经验的不足。

后续系统将结合平台建设规划，进一步深度利用云计算、大数据、人工智能等技术持续进行数据完善、数据挖掘，逐步实现经济性调度第二、第三阶段目标。