城镇区域供热负荷时空预测方法研究

摘要

随着我国现代化发展和城镇化进程的加速，城镇人口、建筑面积和供热面积不断增加，从而导致建筑能耗和供热能耗日渐增加与建筑和供热系统能源供应总量限制之间的矛盾日益突出，并且随着我国居民生活水平的不断提高，对室内环境和舒适度的要求不断提高，供热范围扩大和供热量增加不可避免。因此，必须合理规划能源供应结构、大力发展低碳经济。供热系统能耗作为建筑能耗的重要组成部分，合理地预测城镇供热系统负荷是供热系统能源规划的基础。针对目前供热系统负荷预测主要基于供热系统运行参数等历史数据，对单一供热系统的负荷实现预测，或是用指标概算法预测城镇负荷或年供热量，造成供热系统负荷高估的现状，本文以严寒、寒冷地区67个代表城镇为研究对象，致力于对城镇级别供热系统负荷预测方法的研究。
　　首先，本文以城镇级别供热系统为研究对象，分析城镇供热水平、经济发展、社会生活、城镇建设和政府政策、宏观调控等5个方面共17个宏观影响因素对城镇供热系统负荷的影响，确定了城镇供热系统负荷预测宏观指标体系；然后研究67个城镇供热系统负荷随时间、空间变化特性，基于城镇职能分工的不同将城镇分为综合性城镇、工矿业城镇、矿业城镇、工业城镇、旅游城镇和交通运输城镇6类，采用熵值法分别计算6个类型城镇反映供热规模的综合得分，得出不同职能类型城镇供热规模差异明显，但对于给定职能类型的城镇，供热规模随时间相对变化幅度小，不同个体间供热规模差异较大。
　　其次，本文基于建立的供热系统宏观影响因素指标体系，建立2种城镇供热系统负荷宏观预测模型。一种是以单个城镇供热系统负荷为预测对象的基于灰色系统理论（GST）的预测模型。该模型通过灰色关联度验证、共线性检验以及逐步回归分析等，缩减并确定最终的模型解释变量，并对解释变量和因变量分别建立基于灰色系统理论的灰色动态 GM(1,1)和GM(1，N+1)模型，通过求解灰色系统预测状态方程，实现城镇供热系统负荷预测。另一种是基于城镇职能分工不同对研究城镇的分类建立的基于Panel Data（PD）的城镇供热系统负荷预测模型。在建立类型城镇面板数据的基础上，经变系数模型、变截距模型和不变系数模型的选择，确定适用不同类型城镇的面板数据模型，通过规划期解释变量预测值的代入实现城镇供热系统负荷预测。
　　最后，本文对基于灰色系统理论（GST）的模型和基于Panel Data（PD）的模型从模型解释变量的选择、模型预测精度和预测结果等方面进行对比分析，验证模型的合理性同时，得出灰色系统理论（GST）的模型具有自学习性，随模型构建样本数据的更新，调整模型解释变量和模型参数，进而更好的对城镇供热系统负荷实现预测；基于Panel Data（PD）的模型可根据所要研究城镇（新建或统计数据缺失城镇）的特性，将与该城镇特性相似且统计数据完整的城镇进行聚类（如煤矿城市、沿海城市等），给出类型城镇负荷的发展趋势和波动范围，为该城镇的规划提供依据，在城镇解释变量规划数据的基础上，可提高模型预测精度。在城镇供热系统负荷预测中，灰色系统理论（GST）的模型和基于Panel Data（PD）的模型配合使用，可更好地为城镇供热系统负荷预测提供帮助。
　　本文建立城镇级别的供热系统负荷预测模型，以城镇的供热系统整体为研究对象，采用与城镇供热系统运行参数无关的宏观参数预测单个城镇和类型城镇的供热系统负荷。希望本文的研究与城镇规划结合，为城镇供热系统能源规划和城镇的总体能源规划提供帮助。

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第1章 绪论

1.1课题来源及研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3国内外研究总结及宏观预测研究现状综述

1.4本文主要研究内容

第2章 城镇供热系统负荷宏观影响因素分析

2.1城镇供热系统负荷研究区域和数据来源

2.2城镇供热系统负荷宏观影响因素指标体系

2.3灰色关联度分析

2.4本章小结

第3章 城镇供热系统负荷时空特性分析与供热规模评价

3.1城镇供热系统负荷时空特性研究

3.2城镇供热规模评价

3.3本章小结

第4章 基于灰色系统理论的供热系统负荷预测模型

4.1灰色系统预测理论概述

4.2数据预处理

4.3基于灰色系统理论的供热系统负荷预测模型

4.4基于灰色系统理论的供热系统负荷预测模型实例分析

4.5本章小结

第5章基于Panel Data的供热系统负荷预测模型

5.1Panel Data模型概述

5.2面板数据预测模型的识别

5.3基于Panel Data的供热系统负荷预测模型

5.4基于Panel Data的供热系统负荷预测模型的实例分析

5.5本章小结

第6章 模型预测结果及模型适用性分析

6.1基于灰色系统理论的供热系统负荷预测结果分析

6.2基于Panel Data的供热系统负荷预测结果分析

6.3两类模型预测结果对比分析

6.4本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

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