天然氣經(jīng)濟(jì)性調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

束 開， 王超群， 陳效吉， 臧春雨

(1.貴州燃?xì)饧瘓F(tuán)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?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司(下稱貴州燃?xì)?是國內(nèi)大型城市燃?xì)饧瘓F(tuán)之一，負(fù)責(zé)向貴州全省的工業(yè)、商業(yè)、居民等用戶供氣，年供氣量逾7×108m3，日均供氣量達(dá)200×104m3。近年來隨著貴州經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，供氣量也呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢，這為集團(tuán)供氣保障提出新的挑戰(zhàn)。一方面要保障全省用氣穩(wěn)定，不出現(xiàn)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(tuán)經(jīng)濟(jì)效益是擺在決策層面前的重要工作。因此集團(tuán)需要從經(jīng)營手段、生產(chǎn)管理、買氣賣氣等環(huán)節(jié)，綜合出擊，保障供氣穩(wěn)定，提升經(jīng)濟(jì)效益。

目前集團(tuán)氣源多樣，包括管道氣、LNG、生物質(zhì)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(jié)算周期內(nèi)，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(tǒng)目標(biāo)

經(jīng)濟(jì)性調(diào)度是站在全集團(tuán)的角度，通過信息化手段，挖掘并分析氣量調(diào)度的購銷輸存等方面的數(shù)據(jù)信息，以降低采購成本、提高經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)的信息化、數(shù)字化的燃?xì)庹{(diào)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(dǎo)業(yè)務(wù)人員以較低的成本進(jìn)行氣源采購；第二階段關(guān)注銷售端，實(shí)現(xiàn)不同氣源售至不同用戶類型的經(jīng)濟(jì)效益分析，指導(dǎo)業(yè)務(wù)人員氣源分配；第三階段將挖掘工商業(yè)及居民用戶的用氣數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)進(jìn)行用氣行為分析，精準(zhǔn)預(yù)測日負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)燃?xì)獾木珳?zhǔn)調(diào)度。綜合上述3個階段，將實(shí)現(xiàn)購銷輸存全流程的經(jīng)濟(jì)性調(diào)度，保障各用戶的氣源供給，降低采購、儲存、運(yùn)輸?shù)瘸杀?，提高?jīng)濟(jì)效益。本文針對第一階段進(jìn)行探討。

3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)設(shè)計

3.1 業(yè)務(wù)邏輯流程

業(yè)務(wù)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(jìn)行綜合評估，結(jié)合各分子公司需求量、缺口量，制定采購策略，實(shí)施采購。采購后分析是對已經(jīng)完成的采購進(jìn)行成本分析，由實(shí)際成本與各組合假設(shè)成本進(jìn)行對比分析，繼而對后續(xù)的采購前評估提供數(shù)據(jù)支持。

圖1 業(yè)務(wù)邏輯流程

業(yè)務(wù)主要涉及生產(chǎn)管理部、發(fā)展規(guī)劃部、天然氣公司以及各分子公司等部門。每個月度由生產(chǎn)管理部收集分子公司月度需求；根據(jù)月度需求量與月度合同量形成月度缺口；天然氣公司根據(jù)缺口量進(jìn)行LNG詢價，獲取LNG的綜合單價；發(fā)展規(guī)劃部獲取管道氣線上交易信息，包括氣量和單價；根據(jù)LNG價格及線上交易價格制定競拍策略；按照實(shí)際供氣需求，進(jìn)行購氣供氣；在形成月度或年度氣源成本后，根據(jù)各氣源價格和供氣量，模擬不同氣源組合，對實(shí)際采購成本和模擬成本進(jìn)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(jīng)濟(jì)效益，為以后采購提供指導(dǎo)；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(shù)關(guān)系，其倍數(shù)也相對固定。因此，上述3種氣源的成本對比就轉(zhuǎn)化為兩步，第一步是線上交易與LNG的對比，根據(jù)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(chǔ)，在線上交易前根據(jù)起拍價及LNG單價制定初步交易策略，線上交易中根據(jù)競拍價格趨勢動態(tài)調(diào)整交易策略；第二步是線下額外氣與LNG的對比，線上交易結(jié)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(nèi)，由各家燃?xì)夤具M(jìn)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(fèi))和LNG單價，制定初步交易策略；第二個過程則為交易中，根據(jù)拍賣價格趨勢動態(tài)調(diào)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(yōu)先使用LNG，LNG氣化能力不足部分必須進(jìn)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(guān)注拍賣價與LNG單價的同時，也需要關(guān)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(yōu)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(shù)，其計算公式如下，計算值越大越緊迫。

式中C——緊迫系數(shù)

G——?dú)庠慈笨诹?，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(jīng)確定，對比兩種氣源的單價，結(jié)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(jìn)行核算，核算對象包括集團(tuán)和各分子公司。在實(shí)際成本的基礎(chǔ)上，模擬各氣源不同組合方式的成本，與實(shí)際成本進(jìn)行對比，評估分析實(shí)際氣源組合的經(jīng)濟(jì)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(tuán)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(jìn)行采購后的評估分析；最終實(shí)際成本與各模擬成本對比，指導(dǎo)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(yōu)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(dāng)月或當(dāng)年的實(shí)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(yōu)先使用線上交易，線上交易的量即實(shí)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(yōu)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(yōu)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(shí)際產(chǎn)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(tǒng)技術(shù)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

經(jīng)濟(jì)性調(diào)度功能由貴州燃?xì)馀c上海航天能源股份有限公司(以下稱航天能源)聯(lián)合設(shè)計，部署于航天能源開發(fā)的生產(chǎn)調(diào)度綜合管理平臺(以下稱本平臺)中。

4.1 架構(gòu)設(shè)計

本平臺采用微服務(wù)的架構(gòu)模式，實(shí)現(xiàn)圍繞業(yè)務(wù)的功能展開，不同業(yè)務(wù)之間可通過API進(jìn)行調(diào)用，用戶端通過B/S架構(gòu)開發(fā)的網(wǎng)頁，所有用戶均可通過瀏覽器訪問數(shù)據(jù)，不受設(shè)備平臺約束。

4.2 數(shù)據(jù)設(shè)計

數(shù)據(jù)包括氣量、氣價及其他數(shù)據(jù)。氣量包括需求量、合同量、管道氣日產(chǎn)量(包括合同量、線上交易和線下額外氣)、LNG日產(chǎn)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(yùn)輸單價等。采購前評估數(shù)據(jù)流程見圖3。

采購前評估的數(shù)據(jù)主要來源計劃申報、運(yùn)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(yùn)輸管理模塊提供LNG的基礎(chǔ)價格信息，包括LNG出廠價、LNG運(yùn)費(fèi)、LNG運(yùn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流程

LNG氣化能力不足部分的優(yōu)先采購、各分子公司緊迫程度的購買順序、交易策略的動態(tài)調(diào)整。

采購后分析的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分為分子公司月度成本、分子公司年度成本、集團(tuán)月度成本和集團(tuán)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(chǔ)上進(jìn)行匯總計算。每類成本都各自對應(yīng)相應(yīng)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(chǔ)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(zé)權(quán)限劃分

本階段主要涉及生產(chǎn)管理部、天然氣公司、發(fā)展規(guī)劃部以及各分子公司。

生產(chǎn)管理部主要負(fù)責(zé)各分子公司的管道氣、LNG需求收集，包括日、月、年等；負(fù)責(zé)對管道氣線上交易的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，制定競拍策略，指導(dǎo)競拍等。

天然氣公司主要負(fù)責(zé)LNG的長期、臨時采購，獲取LNG報價，并匯總上報LNG單價、運(yùn)費(fèi)等信息。

發(fā)展規(guī)劃部主要負(fù)責(zé)獲取線上交易的場次信息，協(xié)同生產(chǎn)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(fù)責(zé)管道氣需求量的上報，負(fù)責(zé)按照生產(chǎn)管理部的要求進(jìn)行線上競拍，負(fù)責(zé)線上交易量和單價的填報等。

4.4 功能模塊設(shè)計與開發(fā)

生產(chǎn)調(diào)度綜合管理平臺功能模塊覆蓋燃?xì)鈴S站生產(chǎn)數(shù)據(jù)上報、分子公司計劃申報與批復(fù)、LNG運(yùn)輸與卸車、應(yīng)急搶險、帶氣作業(yè)、生產(chǎn)調(diào)度令、調(diào)度值班、廠站監(jiān)測等業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

經(jīng)濟(jì)性調(diào)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(shí)現(xiàn)LNG的到站單價測算、管輸單價管理等功能；線上交易管理實(shí)現(xiàn)采購前的交易策略制定、線上交易數(shù)據(jù)上報等功能；評估匯總管理實(shí)現(xiàn)采購后的評估分析。

4.5 系統(tǒng)擴(kuò)展

系統(tǒng)預(yù)留外部接口，可對接SCADA、CIS、OA等第三方系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度管理的統(tǒng)一協(xié)調(diào)、統(tǒng)一指令、統(tǒng)一備案等目標(biāo)。

系統(tǒng)部署于云平臺中，未來將結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)度管理工作的數(shù)字化、智能化，從氣源調(diào)度、應(yīng)急搶險、帶氣作業(yè)等各個方面提高工作效率、保障用戶用氣、提升經(jīng)濟(jì)效益。

5 總結(jié)與展望

燃?xì)馄髽I(yè)經(jīng)營發(fā)展已進(jìn)入精細(xì)化管理階段，大數(shù)據(jù)應(yīng)用是企業(yè)降本增效的基礎(chǔ)，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，各地城市燃?xì)夤?yīng)格局已穩(wěn)定，燃?xì)馄髽I(yè)經(jīng)營活動也將逐步趨于穩(wěn)定經(jīng)營狀態(tài)，傳統(tǒng)的工程建設(shè)收入在燃?xì)馐杖胝急戎兄鸩较陆担細(xì)饨?jīng)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(yè)務(wù)收入的效益。

目前系統(tǒng)已完成第一階段目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了采購前評估和采購后分析的業(yè)務(wù)功能。幫助業(yè)務(wù)人員在采購中制定采購策略，提供數(shù)據(jù)支持，提升了采購效率，降低了采購成本。在采購結(jié)束后核算采購成本，計算出模擬成本并與實(shí)際成本進(jìn)行對比，將對比結(jié)果應(yīng)用于下期采購中，降低采購成本，形成良性循環(huán)。

自系統(tǒng)上線后，該系統(tǒng)的設(shè)計方法受到業(yè)務(wù)人員的一致好評，改善了原有的集中式數(shù)據(jù)收集、人為計算、單向決策的工作狀況，將整個評估的數(shù)據(jù)收集分散到整個生產(chǎn)作業(yè)的各個崗位，在保障數(shù)據(jù)及時性的同時也確保了數(shù)據(jù)的真實(shí)性。在分析處理層，將不同崗位人員的業(yè)務(wù)關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行建模處理綜合分析，有效解決了人為經(jīng)驗(yàn)的不足。

后續(xù)系統(tǒng)將結(jié)合平臺建設(shè)規(guī)劃，進(jìn)一步深度利用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)持續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)完善、數(shù)據(jù)挖掘，逐步實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性調(diào)度第二、第三階段目標(biāo)。