Korekcja klimatyczna wolumenu sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców domowych i komercyjnych Józef Dopke

Transkrypt

1 Korekcja klimatyczna wolumenu sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców domowych i komercyjnych Józef Dopke Słowa kluczowe: stopniodni grzania, gaz ziemny, sprzedaż gazu ziemnego, odbiorcy domowi, odbiorcy komercyjni, odbiorcy przemysłowi, elektrownie gazowe, korelacja, współczynnik korelacji Streszczenie. Omówiono korelację między miesięczną sprzedażą gazu ziemnego dla różnych odbiorców dla wybranych stanów USA a liczbą stopniodni grzania ważoną zaludnieniem Sd(18,3 o C). Silna korelacja istnieje między miesięczną sprzedażą gazu ziemnego dla odbiorców domowych, komercyjnych, komunalnych i przemysłowych a liczbą stopniodni grzania dla okresu r. Na rysunkach przedstawiono proste regresji miesięcznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców domowych, komercyjnych, komunalnych, przemysłowych i elektrowni gazowych względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C) ważonej zaludnieniem dla stanów Iowa i Illinois, klimatycznie zbliżonych do Polski. Współczynniki korelacji dla miesięcznej sprzedaży gazu dla odbiorców komunalnych względem liczby stopniodni wynoszą od,9764 dla Michigan ( ),,9838 dla Iowa ( ),,995 dla Wisconsin ( ) do,9936 dla Illinois ( ). Liczba stopniodni grzania może być niezawodnym narzędziem dla inżynierów do prognozowania zużycia gazu ziemnego na ogrzewanie pomieszczeń, badanie trendów zmian zużycia gazu w gospodarstwach domowych. 1. WSTĘP Klimat ma znaczący wpływ na różne gałęzie gospodarki. Rynek energii zależy mocno od przebiegu pogody w sezonie grzewczym. Wyniki analizy korelacji między zużyciem energii elektrycznej, oleju opałowego lub gazu ziemnego a liczbą stopniodni grzania dają odpowiedź na możliwość skutecznego prognozowania przyszłego zużycia w celu prognozowanie wieloletnich zakupów i rozbudowy sieci dystrybucji paliw.. Krótkoterminowe prognozowanie popytu na gaz ziemny obejmuje prognozowanie godzinowe, dzienne maksymalnie na siedem dni naprzód. Służy do bilansowania systemu operacyjnego i dziennych zakupów gazu. Średnioterminowe prognozowanie popytu na gaz obejmuje prognozowanie dzienne i miesięcznie w okresie od 7 dni do roku naprzód. Służy do planowania zakupów gazu w dłuższym okresie i planowania przesyłu. Długoterminowe prognozowanie popytu na gaz obejmuje prognozowanie roczne w okresie od 5 do 1 lat naprzód. Służy do zrozumienia trendów zużycia gazu przez różne grupy konsumentów, planowania długoterminowych zakupów gazu i ich optymalizacji, prognozowania szczytowego obciążenia i planowania przesyłu. Wnioski przedstawione w tym artykule dotyczą tego długoterminowego prognozowania popytu. 2. ZALEŻNOŚĆ ZUŻYCIA GAZU ZIEMNEGO OD STOPNIODNI GRZANIA Na zużycie gazu ziemnego przez różnych odbiorców wpływa wiele czynników. Najważniejszym jest temperatura, szczególnie gdy odbiorca ogrzewa pomieszczenia. Zużycie gazu ziemnego rośnie ze spadkiem średniej temperatury powietrza i maleje ze wzrostem temperatury. Gdy temperatura powietrza zewnętrznego osiąga pewną wartość ogrzewanie mieszkań i innych pomieszczeń użytkowych przerywa się. Przy dalszym wzroście temperatury powietrza zużycie gazu jest stałe i jest często nazywane obciążeniem bazowym. Zużycie gazu ziemnego (energii) na ogrzewanie pomieszczeń oraz na zużycie stałe można przedstawić w postaci najprostszego modelu dwuparametrowego [1]: E = a + b Sd(t b ) + e (1) 1

2 gdzie: E - zużycie gazu ziemnego (energii), a, b - parametry, Sd(t b ) - liczba stopniodni grzania zależna od t b [2], t b - bazowa temperatura, e błąd metody. Zużycie energii na ogrzewanie pomieszczeń w małych przedziałach czasu zależy liniowo od liczby stopniodni grzania. Parametr b określa wielkość zużycia gazu ziemnego (energii) na jeden stopniodzień grzania. Zużycie gazu ziemnego (energii) na cele nie związane z ogrzewaniem pomieszczeń określa parametr a. Jeżeli we wzorze (1) są stosowane dane miesięczne (roczne), to współczynniki a i b będą dotyczyły miesięcznego (rocznego) zużycia gazu. Błąd metody e może być spowodowany wpływem innych czynników nieuwzględnionych w modelu (1) oraz, np. w przypadku gospodarstw domowych posiadaniem przez nie obok kotła gazowego, kominka opalanego drewnem lub posiadaniem kotła opalanego gazem lub olejem opałowym zależnie od cen tych paliw (w stanach północno-wschodnich USA). Również odbiorcy komercyjni i przemysłowi stosują kotły na gaz ziemny i olej opałowy. Jeżeli temperatura bazowa zmienia się, to jedną z dróg dostosowania się do tych zmian jest dodanie do modelu (1) drugiego składnika o innej temperaturze bazowej. Taki zabieg automatycznie generuje optymalną temperaturę bazową, pod warunkiem że rzeczywista temperatura bazowa znajduje się między przyjętymi temperaturami bazowymi modelu. E = a + b Sd(t b ) + c Sd(t b ) +e (2) W USA jako temperatury bazowe przyjmuje się t b =65 o F (18,3 o C) oraz t b =55 o F (12,8 o C). W przypadku dziennego prognozowania zużycia gazu, dokładność modelu można poprawić dodając stopniodni grzania poprzedniego dnia oraz stopniodni chłodzenia [1]. E k = a + b Sd(t b ) k + c Sd(t b ) k + d Sd(t b ) k +f SdCH((t b ) k +e (3) gdzie: Sd(t b ) k = Sd(t b ) k - Sd(t b ) k-1, SdCH((t b ) k stopniodni chłodzenia dla temperatury bazowej t b =65 o F (=18,3 o C). Ważnym czynnikiem wpływającym na zużycie gazu ziemnego jest wiatr. Budynki tracą więcej ciepła w dni wietrzne przy tej samej temperaturze zewnętrznej powietrza. Dobrą metodą na poprawienie dokładności modelu jest używanie liczby stopniodni grzania skorygowanych o wpływ wiatru. Jeżeli w jest prędkością wiatru w km/h, to skorygowana liczba stopniodni grzania WSd(t b ) wynosi w + 1 1,69344 WSd(t b ) = Sd(t b ) 1 (4) Przy prognozowaniu dziennym zużycia gazu ziemnego dokładność modelu można poprawić przez wprowadzenie do modelu zużycia gazu w poprzednim dniu, z uwzględnieniem dni tygodnia i dni świątecznych. Innym czynnikiem wpływającym na prognozowanie średnio- i długoterminowe jest zmienna liczba odbiorców domowych. Jeżeli prognoza zużycia gazu jest budowana z wieloletniego okresu dla obszaru dostaw gazu o dużym wzroście nowych przyłączeń odbiorców gazu, to często prowadzi to do dodatkowych błędów związanych z zaniżeniem prognozowanego zużycia. W niektórych takich przypadkach lepiej badać trendy zmian średniego zużycia gazu w gospodarstwach domowych (sprzedaż podzielona przez średnią liczbę odbiorców domowych), ponieważ w okresie wieloletnim zmniejsza się wpływ zmiennej liczby odbiorców. Dalej przedstawiona będzie analiza korelacji miesięcznego zużycia gazu ziemnego według najprostszego modelu (1) w gospodarstwach domowych wybranych stanów USA (tabela 1-3) (Wisconsin 4328 o Cdni, Iowa 3921 o Cdni, Michigan 3861 o Cdni, Illinois 3531 o Cdni, In- 2

3 diany 3274,4 o Cdni) o liczbie stopniodni grzania ważonej zaludnieniem zbliżonej do terytorium Białorusi (4299 o Cdni), Łotwy (4237 o Cdni), Litwy (4218 o Cdni), Ukrainy (3752 o Cdni), Polski (3719 o Cdni), Czech (3569 o Cdni), Słowacji (3498 o Cdni) i Niemiec (3252 o Cdni). Sprzedaż gazu ziemnego dla odbiorców domowych w Michigan i Illinois jest większa niż w całej Polsce, a w Wisconsin i Iowa odpowiada sprzedaży polskich spółek obrotem gazem. Tablica 1. Liczba ludności, liczba gospodarstw domowych (w 2 r.), liczba gospodarstw domowych zgazyfikowanych, średnie roczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych, ważone zaludnieniem stopniodni grzania oraz cena za dostarczany gaz dla wybranych stanów USA w 24 r. Źródło [3] Stan USA Illinois Indiana Iowa Massachusetts Michigan Minnesota Nebraska New Hampshire New Jersey Nowy Jork Ohio Pensylwania Wisconsin Wyoming Liczba ludności w lipcu 24 r. Liczba gospodarstw domowych w 2 r. Liczba gospodarstw domowych odbierających gaz --- osoby Sztuk sztuk Ważone zaludnie-niem stopniodni grzania Sd(18,3 o C) Średnia cena gazu dla gospodarstw domowych Średnie roczne zużycie gazu w gospodarstwach o Cdni dolar/m 3 m ,3323,3525,3581,589,39,3355,32,5128,483,4415,3694,4334,3588, USA , Tablica 2. Sprzedaż gazu ziemnego dla odbiorców domowych i komercyjnych, liczba gospodarstw domowych zgazyfikowanych, średnie roczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych, ważone zaludnieniem stopniodni grzania oraz cena za dostarczany gaz dla wybranych stanów USA w 25 r. Źródło [3] Stan USA Illinois Indiana Iowa Massachusetts Michigan Minnesota Nebraska New Hampshire New Jersey Nowy Jork Ohio Pensylwania Wisconsin Wyoming Sprzedaż gazu dla odbiorców domowych Sprzedaż gazu dla odbiorców komercyjnych Liczba gospodarstw domowych odbierających gaz --- mld m 3 mld m 3 sztuk 11, , , , , , , , , , , , Ważone zaludnie-niem stopniodni grzania Sd(18,3 o C) Średnia cena gazu dla gospodarstw domowych Średnie roczne zużycie gazu w gospodarstwach o Cdni dolar/m 3 m ,3949,4616,4387,6237,4228,4122,3991,5785,5414,5421,582,581,4298, ,74887,22651,775834, , , ,5463 7, , , , , , , ,33142, USA 136,679 84, ,

4 Tablica 3. Liczba ludności w wybranych stanach USA Stan USA Lipiec Lipiec Lipiec 25 r. 24 r. 23 r. 2 r. 199 r. 195 r. --- mln mln mln mln mln mln Idaho Illinois Indiana Iowa Massachusetts Michigan Minnesota Nebraska New Hampshire New Jersey Nowy Jork Ohio Pensylwania Wisconsin Wyoming USA KORELACJA SPRZEDAŻY GAZU WZGLĘDEM STOPNIODNI GRZANIA 3.1. STAN IOWA Stan Iowa z liczbą stopniodni grzania ważoną zaludnieniem 3921 o Cdni jest najbardziej klimatycznie zbliżony do Polski (3719 o Cdni) i Ukrainy (3752 o Cdni). Z polskich miast średnią wieloletnią liczbę stopniodni grzania 47 o Cdni mają Kielce, Zamość, 3971 o Cdni Olsztyn, Resko, Lublin, Lesko, Siedlce i Szczecinek i 3863 o Cdni Rzeszów i Kraków. Na rys. 1 przedstawiono prostą regresji miesięcznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców: domowych, komercyjnych, komunalnych, przemysłowych i sumaryczną sprzedaż w stanie Iowa względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C) w okresie r. Sprzedaż dla odbiorców komunalnych jest sumą sprzedaży dla odbiorców domowych i komercyjnych (sklepy, urzędy, szpitale, budynki użyteczności publicznej). W okresie od stycznia 1993 r. do marca 27 r. miesięczna sprzedaż dla odbiorców domowych stanu Iowa jest silnie skorelowane liniowo z liczbą stopniodni grzania ze współczynnikiem korelacji R=,9818 (tabela 4). Oszacowana prosta regresji (1) ma postać: E[Sd(18,3 o C)]=28,275 mln m 3 /miesiąc +,474 mln m 3 /( o Cdzień miesiąc)sd(18,3 o C) + e gdzie: Sd(18,3 o C) miesięczna liczba stopniodni grzania dla t b =18,3 o C. Dla odbiorców komunalnych oszacowane wartości estymatorów parametrów prostej regresji wynoszą a=58,872 mln m 3 /miesiąc i b=,7298 mln m 3 /( o Cdzień miesiąc) a współczynnik korelacji R=,9835. Również sprzedaż gazu dla odbiorców przemysłowych jest dostatecznie silnie skorelowana z liczbą stopniodni grzania. Wartości estymatorów parametrów prostej regresji wynoszą a=191,31 mln m 3 /miesiąc i b=,191 mln m 3 /( o Cdzień miesiąc) a współczynnik korelacji R=,8849. Świadczy to, że niewielka część zużycia gazu w przemyśle przeznaczona jest na ogrzewanie pomieszczeń. Miesięczna sprzedaż gazu ziemnego dla elektrowni gazowych ma ujemny współczynnik b= -,18 mln m 3 /( o Cdzień miesiąc). Im niższa temperatura a wyższa liczba stopniodni grzania tym zużycie gazu przez elektrownie gazowe jest mniejsze. Elektrownie te wytwarzają prąd elektryczny w szczycie letniego zapotrzebowania prądu na klimatyzacje pomieszczeń w czasie letnich upałów. Maksymalna sprzedaż gazu ziemnego dla elektrowni gazowych występuje w miesiącach letnich przy minimalnej liczbie stopniodni grzania. W tym przypadku do wzoru (3) należy wprowadzić dodatkowy czynnik związany z liczbą stopniodni chłodzenia. 4

5 Tabela 4. Wartości estymatorów parametrów prostej regresji miesięcznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców: domowych, komercyjnych, komunalnych, przemysłowych ( ), ogółem, elektrowni gazowych ( ) oraz razem (suma) względem miesięcznej liczby stopniodni grzania w stanie Iowa w okresie r. Odbiorcy R a b mln m 3 /miesiąc mln m 3 /( o Cdzień miesiąc) Domowi, ,275,474 Komercyjni,9835 3,583,2591 Komunalni, ,872,7298 Przemysłowi, ,31,191 Ogółem, ,64,8166 Elektrownie gazowe -,1257 3,529 -,18 Razem, ,17, Miesięczna sprzedaż gazu ziemnego (mln m 3 ) Odbiorcy domowi Odbiorcy komercyjni Odbiorcy komunalni Odbiorcy przemysłowi Ogółem Elektrownie gazowe Razem y =,191x + 191,31 R 2 =,7831 y =,857x + 279,17 R 2 =,956 y =,8166x + 248,64 R 2 =,9688 y =,7298x + 58,872 R 2 =,9679 y =,477x + 28,275 R 2 =,9639 y =,2591x + 3,583 R 2 =,9672 y = -,18x + 3,529 R 2 =, Miesięczna liczba stopniodni grzania Sd(18,3 o C) ( o Cdzień) Rys. 1. Proste regresji miesięcznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców: domowych, komercyjnych, komunalnych, przemysłowych ( ), ogólna, dla elektrowni gazowych ( ) oraz sumaryczna sprzedaż (razem) [4] względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C) [2] dla stanu Iowa, USA w okresie od r. do 3.27 r. Figure 1. Regression lines between monthly natural gas sales for residential, commercial, industrial (for the period ) consumers, total, electric power, sum [4] and heating degree days Sd(18,3 o C) [2] for state Iowa, U.S. for the period W krótszym okresie od stycznia 21 r. do grudnia 25 r. miesięczna ogólna (sumaryczna) sprzedaż gazu ziemnego dla odbiorców domowych, komercyjnych i przemysłowych w stanie Iowa jest również silnie skorelowana liniowo z liczbą stopniodni grzania (tabela 5). Tabela 5. Wartości estymatorów parametrów prostej regresji (1) miesięcznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców: domowych, komercyjnych, komunalnych, przemysłowych i sumaryczna (ogółem) względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C) w stanie Iowa w okresie r. Odbiorcy R a b mln m 3 /miesiąc mln m 3 /( o Cdzień miesiąc) Domowi,922 35,8,4249 Komercyjni, ,746,2382 Komunalni,9239 7,771,663 Przemysłowi, ,537,123 Ogółem, ,383,7645 5

6 3.2. STAN ILLINOIS Stan Illinois z liczbą stopniodni grzania ważoną zaludnieniem 3531 o Cdni jest najbardziej klimatycznie zbliżony do Słowacji (3498 o Cdni) i Czech (3569 o Cdni). Z polskich miast średnią wieloletnią liczbę stopniodni grzania 352 o Cdni mają Legnica i Słubice, 3574 o Cdni Szczecin i 361 o Cdni Tarnów, Wrocław i Zielona Góra. W okresie od stycznia 1995 r. do sierpnia 26 r. miesięczna sprzedaż dla odbiorców domowych stanu Illinois [4] jest skorelowane liniowo z liczbą stopniodni grzania (rys. 2) ze współczynnikiem korelacji R=,9938. Wartości estymatorów parametrów wynoszą a=217,8 mln m 3 /miesiąc i b= 3,1241 mln m 3 /( o Cdzień miesiąc) (tabela 6) domowi komercyjni komunalni y = 4,6698x + 895,3 R 2 =,9817 Miesięczna sprzedaż gazu ziemnego (mln m 3 ) przemysłowi ogółem elektrownie razem y = 4,4112x + 184,1 R 2 =,9623 y =,4396x + 518,93 R 2 =,8781 y = 1,1374x + 154,29 R 2 =,978 y = 4,2615x + 372,1 R 2 =,9873 y = 3,1241x + 217,8 R 2 =, y = -,2586x + 188,8 R 2 =, Misięczna liczba stopniodni grzania Sd(18,3 o C) ( o Cdzień) Rys. 2. Proste regresji miesięcznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców [4]: domowych, komercyjnych, komunalnych, przemysłowych ( ), ogólna, elektrowni gazowych ( ) oraz sumaryczna sprzedaż (razem) względem liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C) [2] dla stanu Illinois, USA w okresie od r. do 8.26 r. Figure 2. Regression lines between monthly natural gas sales for residential, commercial, industrial (for the period ) consumers, total, electric power (for the period ), sum [4] and heating degree days Sd(18,3 o C) [2] for state Illinois, U.S. for the period Wartości estymatorów parametrów prostych regresji miesięcznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców komercyjnych, komunalnych, przemysłowych, ogółem, elektrowni gazowych i razem względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C) dla stanu Illinois podano w tabeli 6. W krótszym okresie od 1.21 do 8.26 r wartości estymatorów parametrów prostej regresji. dla różnych odbiorców gazu w stanie Illinois podano w tabeli 7. 6

7 Tabela 6. Wartości estymatorów parametrów prostej regresji (1) miesięcznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców: domowych, komercyjnych, komunalnych, przemysłowych i sumaryczna (ogółem) względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C) w stanie Illinois w okresie r. Odbiorcy R a b mln m 3 /miesiąc mln m 3 /( o Cdzień miesiąc) Domowi, ,8 3,1241 Komercyjni, ,29 1,1374 Komunalni, ,1 4,2615 Przemysłowi, ,93,4396 Ogółem, ,3 4,6698 Elektrownie gazowe -,5457 1, -,256 Razem, ,1 4,4112 Tabela 7. Wartości estymatorów parametrów prostej regresji (1) miesięcznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców: domowych, komercyjnych, komunalnych, przemysłowych i sumaryczna (ogółem) względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C) w stanie Illinois w okresie r. Odbiorcy R a b mln m 3 /miesiąc mln m 3 /( o Cdzień miesiąc) Domowi, ,897 3,91 Komercyjni, ,464 1,1392 Komunalni, ,361 4,231 Przemysłowi, ,934,4396 Ogółem, ,329 4,6697 Elektrownie gazowe -, ,773 -,2585 Razem, ,98 4,4112 Bardzo małe rozrzuty wokół prostej regresji sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców domowych sugerują małą zmienność w kolejnych latach. Wyniki bardziej szczegółowej analizy dla kolejnych lat podano na rys. 3 i w tabeli 8. Z wartości estymatora a=243,25 mln m 3 /miesiąc można obliczyć stałą sprzedaż dla odbiorców domowych w wysokości 2919 mln m 3 w 1995 r. Analogicznie stała sprzedaż wynosiła 2731,8 mln m 3 w 2 r. i 2265,36 mln m 3 w 25 r. Miesięczna sprzedaż gazu ziemnego (mln m 3 ) r r. 2 r. 23 r. 25 r. Liniowy (1995 r.) Liniowy (2 r.) Liniowy (25 r.) Liniowy (23 r.) Liniowy (1997 r.) y = 3,97x + 243,25 R 2 =,9945 y = 3,91x + 227,59 R 2 =,9965 y = 3,783x + 188,78 R 2 =,9854 y = 3,2623x + 168,18 R 2 =,9893 y = 3,1683x + 22,71 R 2 =, Miesięczna liczba stopniodni grzania Sd(18,3 o C) ( o Cdzień) Rys. 3. Proste regresji miesięcznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców [4] domowych względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C) [2] w stanie Illinois, USA dla lat 1995, 1997, 2, 23, 25 r. 7

8 Figure 3. Regression lines between monthly natural gas sales for residential [4] and heating degree days Sd(18,3 o C) [2] for state Illinois, U.S. for years 1995, 1997, 2, 23, 25. Tabela 8. Wartości estymatorów parametrów prostej regresji (1) miesięcznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców domowych względem miesięcznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C) w stanie Illinois wg lat. Rok R a b mln m 3 /miesiąc mln m 3 /( o Cdzień miesiąc) 1995, ,25 3, , ,75 3, , ,71 3, , ,11 3, ,9963 2,23 3,1763 2, ,59 3,91 21, ,24 3,39 22, ,94 2, , ,13 3, , ,1 3, , ,78 3,783 Popyt na gaz ziemny jest sztywny, to znaczy duże zmiany cen powodują małe zmiany popytu, co jest związane z brakiem alternatywnego tańszego paliwa. Zmniejszenie zużycia gazu można osiągnąć poprzez poprawę termoizolacji budynków, obniżenie temperatury w pomieszczeniach, ogrzewanie pomieszczeń tylko w czasie przebywania w nich ludzi bądź wyłączania z ogrzewania części pomieszczeń. Istotny wpływ na stosowane paliwo do ogrzewania mieszkania ma jego cena. Cena energii elektrycznej była w 21 r. w USA trzykrotnie wyższa niż gazu ziemnego [5]. Gaz ziemny był najtańszym paliwem stosowanym do ogrzewania mieszkań w latach Cena oleju opałowego jest zbliżona do ceny gazu ziemnego, ponieważ wielu odbiorców domowych, komercyjnych i przemysłowych ma kotły opalane zarówno gazem ziemnym jak i olejem opałowym. Średnia cena brutto gazu w USA dla gospodarstw domowych w kwietniu 26 r. wynosiła,469 dolarów/m 3. We wrześniu 26 r. ceny brutto gazu ziemnego wynosiły dla odbiorców: domowych,557 dolarów/m 3, komercyjnych,419 dolarów/m 3, przemysłowych,2511 dolarów/m 3 i elektrowni,2656 dolarów/m 3. Ceny gazu w Polsce odpowiadają cenom gazu w wielu stanach USA. Według wysokości cen i stawek opłat Mazowieckiej Spółki Gazownictwa obowiązującej od 1 stycznia 27 r. w taryfie W-3 ceny za gaz ziemny wysokometanowy E wynosiła 1,5353 zł/m 3 i była zbliżona do ceny w USA. Podobnie ceny brutto energii elektrycznej w większości stanów USA są zbliżone do cen w Polsce. 4. KOREKCJA KLIMATYCZNA WOLUMEMU SPRZEDAŻY GAZU ZIEMNEGO Po wydzieleniu składowej stałej sprzedaży gazu dla odbiorców domowych, znając całkowitą sprzedaż gazu można wyznaczyć składową zmienną sprzedaży, która jest zależna od liczby stopniodni grzania. Zarówno zmienna jak i całkowita sprzedaż gazu ziemnego waha się tak jak zmienia się liczba stopniodni grzania (rys. 4). Średni roczny spadek sprzedaży gazu wynosi 177,3 mln m 3, z tego 69,275 mln m 3 to spadek składowej stałej a 17,75 mln m 3 zmiennej sprzedaży. Jeżeli prosta regresji rocznej stałej sprzedaży gazu ziemnego względem liczby stopniodni grzania (rys. 5) jest pozioma, to wskazuje to na brak zależności stałej sprzedaży od Sd(18,3 o C) i poprawność wydzielenia stałej sprzedaży. W wielu uproszczonych metodach wyznacza się stałą sprzedaż z miesięcy letnich, np. lipca lub sierpnia. 8

9 16 Roczna sprzedaż gazu ziemnego (mln m 3 ) Roczna liczba stopniodni grzania Sd(18,3 o C) ( o Cdzień) Sd(18,3oC) stała całkowita zmienna y = -177,3x R 2 =,386 y = -31,245x R 2 =,1416 y = -69,275x R 2 =,3976 y = -17,75x R 2 =, Analizowane lata Rys. 4. Roczna sprzedaż gazu ziemnego dla odbiorców domowych oraz bieżąca roczna liczba stopniodni grzania Sd(18,3 o C) w stanie Illinois w latach Figure 4. Annual natural gas sales for residential customers and heating degree days weighted by population Sd(18,3 o C) [2] for state Illinois, U.S. for the period stała całkowita y = 3,7242x + 591,2 R 2 =,9415 Roczna sprzedaż gazu ziemnego (mln m 3 ) zmienna y = 3,6536x ,4 R 2 =,931 y =,76x ,6 R 2 =, Roczna liczba stopniodni grzania Sd(18,3oC) (ocdzień) Rys. 5. Proste regresji rocznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców domowych względem rocznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C) w stanie Illinois w latach Figure 5. Regression lines between annual natural gas sales for residential customers and heating degree days weighted by population Sd(18,3 o C) [2] for state Illinois, U.S. for the period

10 Aby sprzedaż gazu oczyścić z wpływu klimatu w sezonie grzewczym wydziela się z wolumenu sprzedaży gazu ziemnego część stałą oraz część zmienną, zależną od liczby stopnodni grzania. Zmienną sprzedaż gazu dzieli się przez liczbę stopniodni grzania stwierdzoną w analizowanych roku a następnie mnoży się przez średnią wieloletnią liczbę stopniodni grzania ważoną zaludnieniem obszaru dostarczania gazu (tabela 9), aby po ponownym zsumowaniu ze sprzedażą stałą otrzymać całkowitą sprzedaż gazu oczyszczoną z wpływu klimatu (rys. 6). Tak skorygowana sprzedaż gazu może służyć do analizy zmian popytu niezależnych od przebiegu pogody w sezonie grzewczym. Całkowitą i zmienną roczną sprzedaż gazu ziemnego dla odbiorców domowych skorygowaną do średniej wieloletniej (1971-2) liczby stopniodni grzania 353,6 o Cdni dla Illinois podano na rys. 6. Nie jest ona zależna od bieżącej rocznej liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C) w latach Średni roczny spadek całkowitej sprzedaży gazu bez korekcji klimatycznej wynosi 177,3 mln m 3 /rok a po korekcji spadek ten wynosi 78,271 mln m 3 /rok. Spadek sprzedaży w wysokości 98,759 mln m 3 /rok jest spowodowany ociepleniem klimatu. Średni roczny spadek zmiennej sprzedaży gazu bez korekcji klimatycznej wynosi 17,75 mln m 3 /rok a z korekcją klimatyczną wynosi 8,9965 mln m 3 /rok. Spadek sprzedaży w wysokości 98,759 mln m 3 /rok jest spowodowany ociepleniem klimatu. Liczba stopniodni grzania maleje średnio rocznie o 31,245 o Cdni/rok. Stała sprzedaż gazu spada o 69,275 mln m 3 /rok i jest niezależna od klimatu y = -78,271x R 2 =,7627 Roczna sprzedaż gazu skorygowana (mln m 3 ) stała zmienna skorygowana całkowita skorygowana y = -8,9965x R 2 =,86 y = -69,275x R 2 =, Analizowane lata Rys. 6. Roczna sprzedaż gazu ziemnego dla odbiorców domowych skorygowana do średniej wieloletniej (1971-2) liczby stopniodni grzania 353,6 o Cdni w stanie Illinois w latach Figure 6. Annual natural gas sales for residential customers converted to normal (based on the 3-year period from ) heating degree days weighted by population Sd(18,3 o C)=353,6 HDD [2] for state Illinois, U.S. for the period

11 Tabela 9. Średnia wieloletnia (1971-2) ważona zaludnieniem liczba stopniodni grzania Sd(18,3 o C) dla wybranych stanów USA [2] oraz liczba zgazyfikowanych gospodarstw domowych w 24 r. Sd(18,3 o C) Stan Wartość średnia Odchylenie standardowe --- o Cdni o Cdni Wisconsin 4328,3 282,2 New Jersey 4191,3 189,4 Iowa 3921,1 275,6 Michigan 3861,1 24, Illinois 353,6 251,7 Nowy Jork 3397,8 21,1 Ohio 3317,2 236,7 Pensylwania 3285, 197,8 Indiana 3274,4 229,4 Całkowita sprzedaż gazu dla odbiorców domowych w Illinois spada rocznie o 177,3 mln m 3 /rok, w tym o 69,275 mln m 3 /rok spada stała sprzedaż, o 98,759 mln m 3 /rok spada sprzedaż wskutek ocieplenia klimatu i o 9,9965 mln m 3 /rok wskutek spadku zmiennej sprzedaży gazu przeznaczonej na ogrzewanie mieszkań. Z trendu zmian rocznej całkowitej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców komercyjnych w stanie Iowa (rys. 7) nie skorygowanej do średniej wieloletniej liczby stopniodni grzania można prognozować roczny spadek sprzedaży o 12,567 mln m 3 /rok y = -3,5315x ,8 R 2 =,291 Roczna sprzedaż gazu ziemnego (mln m 3 ) stała zmienna skorygowana całkowita skorygowana całkowita nie skorygowana y = -12,567x R 2 =,3579 y = -7,7349x R 2 =,2596 y = 4,234x - 796,8 R 2 =, Analizowane lata Rys. 7. Roczna sprzedaż gazu ziemnego dla odbiorców komercyjnych [4] z całkowitą sprzedażą skorygowaną i nie skorygowaną do średniej wieloletniej (1971-2) liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C)= 3921,1 o Cdni [2] dla stanu Iowa w latach Figure 7. Total annual natural gas sales for commercial customers converted to normal (based on the 3-year period from ) heating degree days weighted by population 3921,1 HDD [2] for state Iowa, U.S. for the period Spadek rocznej sprzedaży gazu dla odbiorców komercyjnych skorygowanej do średniej wieloletniej liczby stopniodni grzania 3921,1 o Cdni wynosi 3,5315 mln m 3. Sprzedaż stała 11

12 rośnie o 4,234 mln m 3 /rok, sprzedaż zmienna na ogrzewanie spada o 7,7349 mln m 3 /rok a ocieplenie klimatu powoduje spadek sprzedaży o 9,355 mln m 3 /rok, a całkowity spadek wynosi 12,567 mln m 3 /rok. W przypadku odbiorców komercyjnych występuje spadek sprzedaży gazu (rys. 7), pomimo wzrostu stałej sprzedaży. Klimat powoduje największy spadek sprzedaży w Iowa. 5. ŚREDNIE ZUŻYCIE GAZU W GOSPODARSTWACH DOMOWYCH SKORYGOWANE KLIMATYCZNIE Średnie roczne stałe zużycie gazu na przygotowanie posiłków i podgrzewanie wody zależy od liczby osób w gospodarstwie domowym i posiadanych urządzeń gazowych. Zmienne zużycie gazu na ogrzewanie zależy od: liczby stopniodni grzania, wielkości zajmowanego mieszkania przez gospodarstwo, stopnia izolacji termicznej budynku i jego wieku, rodzajów odbiorników gazu w gospodarstwie domowym (kocioł CO lub dwufunkcyjny CWU, tradycyjny lub kondensacyjny, ogrzewacz gazowy), zachowania członków gospodarstwa (wewnętrzna temperatura mieszkania), dochodów gospodarstw domowych i ceny. W wielu stanach USA średnie roczne zużycie gazu w gospodarstwach domowych maleje w latach szybciej niż liczba stopniodni grzania w skutek ocieplenie klimatu. Prosta regresji całkowitego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych w stanie Illinois (rys. 8) ma postać y= -89,548x , gdzie x rok od 1995 do 25 r. Prosta regresji całkowitego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych skorygowana do średniej wieloletniej (1971-2) liczby stopniodni grzania 353,6 o Cdni ma postać y= - 63,76x+12995, gdzie x rok od 1995 do 25 r. 45 Średnie roczne zużycie gazu w gospodarstwach dom (m 3 /rok) Roczna liczba stopniodni grzania Sd(18,3 o C) ( o Cdzień) y = -89,548x R 2 =,584 zużycie całkowite zużycie całkowite skorygowane zużycie zmienne skorygowane zużycie stałe Sd(18,3oC) y = -36,323x R 2 =,5772 y = -63,76x R 2 =,967 y = -26,753x R 2 =,5798 y = -31,245x R 2 =, Analizowane lata Rys. 8. Roczna liczba stopniodni grzania Sd(18,3 o C), średnie roczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych, całkowite skorygowane i nie skorygowane, zmienne zużycie skorygowane do średniej wieloletniej (1971-2) liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C)= 353,64 o Cdni [2] oraz stałe dla stanu Illinois w latach Figure 8. Annual heating degree days Sd(18,3 o C)[2], annual natural gas use per household, total, total and variable coverted to normal (based on the 3-year period from ) heating degree days weighted by population Sd(18,3 o C)=353,6 HDD [2] and constant for state Illinois, U.S. for the period

13 W stanie Illinois co roku następuje spadek średniego rocznego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych o 89,548 m 3 /rok, w tym 26,472 m 3 /rok z powodu ocieplenia klimatu w okresie sezonu grzewczego. Spadek zużycia nie spowodowany ociepleniem klimatu wynosi 63,76 m 3 /rok, z tego 36,323 m 3 /rok z powodu zmniejszenia zmiennego zużycia na ogrzewanie i 26,753 m 3 /rok z powodu zmniejszenia stałego zużycia gazu. Średnia liczba osób w gospodarstwie domowym w Illinois wynosiła 2,66 w 24 r. i 2,65 w 25 r. Średnie roczne stałe zużycie gazu na osobę wynosiło 228,2 m 3 /rok w 24 r. i 219 m 3 /rok w 25 r. Ten spadek spowodowany jest modernizacją urządzeń gazowych takich jak: kuchnie podgrzewacze wody, suszarki gazowe, stosowaniem elektrycznych urządzeń do przyrządzania posiłków itp. Składową stałą rocznej sprzedaży gazu ziemnego można wyznaczyć z najcieplejszego miesiąca lipca. Tak wyznaczone średnie roczne stałe zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych przedstawiono na rys. 9 dla stanu Iowa. Prosta regresji rocznego całkowitego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych stanu Iowa (rys. 9) ma postać y= - 81,982x , gdzie x rok od 1993 do 26 r. Po skorygowaniu zmiennego zużycia do średniej wieloletniej ( r.) liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C)=3921,1 o Cdni, prosta regresji całkowitego zużycia gazu ma postać y= -62,695x , gdzie x rok od 1993 do 26 r. Całkowite zużycie gazu bez korekcji klimatycznej waha się tak jak waha się bieżąca liczba stopniodni grzania (rys. 9). Po korekcji klimatycznej wahania całkowitego zużycia gazu w gospodarstwach domowych praktycznie nie występują. Średnie roczne zużycie gazu w gospodarstwach domowych (m 3 /rok) Liczba stopniodni grzania Sd(18,3 o C) ( o Cdzień) Sd(18,3oC) stałe zmienne z korekcją klimatyczną całkowite z korekcją klimatyczną y = -38,677x R 2 =,3756 całkowite bez korekcji klimatycznej y = -81,982x R 2 =,8563 y = -49,92x R 2 =,8597 y = -62,695x R 2 =, y = -12,774x R 2 =, Analizowane lata Rys. 9. Proste regresji średniego rocznego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych [4] ze zmiennym i całkowitym zużyciem skorygowanym do średniej wieloletniej (1971-2) liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C)= 3921,1 o Cdni [2] oraz Sd(18,3 o C) dla stanu Iowa w latach Figure 9. Annual heating degree days Sd(18,3 o C)[2], annual natural gas use per household, total, total and variable coverted to normal (based on the 3-year period from ) heating degree days weighted by population Sd(18,3 o C)=3921,1 HDD [2] and constant for state Iowa, U.S. for the period

14 W Iowa co roku następuje spadek średniego rocznego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych o 81,982 m 3 /rok, z tego o 19,287 m 3 /rok (23,5%) z powodu ocieplenia klimatu.. Spadek zużycia nie spowodowany ociepleniem klimatu wynosi 62,695 m 3 /rok, z tego o 12,774 m 3 /rok z powodu zmniejszenia stałego zużycia gazu a 49,921 m 3 /rok z powodu zmiennego zużycia gazu na ogrzewanie. W stanie Iowa średnia liczba osób w gospodarstwie domowym spadła z 2,42 w 24 r. do 2,38 w 25 r. Średnie roczne stałe zużycie gazu na osobę wynosiło 24,5 m 3 /rok w 24 r. i 239,1 m 3 /rok w 25 r. Średnie roczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych w latach dla stanu Indiana podano na rys. 1. Składową stałą rocznej sprzedaży gazu ziemnego wyznaczono z najcieplejszego miesiąca lipca.prosta regresji całkowitego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych skorygowana do średniej wieloletniej (1971-2) liczby stopniodni grzania 3274,4 o Cdni dla stanu Indiana (rys. 1) ma postać y= -45,845x+94569, gdzie x rok od 1993 do 25 r. W stanie Indiana co roku następuje spadek średniego rocznego zużycia gazu ziemnego w gospodarstwach domowych o 62,412 m 3 /rok, z tego o 16,567 m 3 /rok z powodu ocieplenia klimatu w okresie sezonu grzewczego. Spadek zużycia nie spowodowany ociepleniem klimatu wynosi 45,845 m 3 /rok, z tego o 14,765 m 3 /rok z powodu zmniejszenia stałego i 31,8 m 3 /rok z powodu zmniejszenia zmiennego zużycia gazu na ogrzewanie. W stanie Indiana średnia liczba osób w gospodarstwie domowym spadła z 2,51 w 24 r. do 2,49 w 25 r. Średnie roczne stałe zużycie gazu na osobę wynosiło 222,7 m 3 /rok w 24 r. i 218,5 m 3 /rok w 25 r. 36 Średnie roczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych (m 3 /rok) stałe zmienne całkowite całkowite nie skorygowane Sd(18,3) y = -24,149x R 2 =,1675 y = -31,79x R 2 =,79 y = -14,765x R 2 =,6912 y = -45,845x R 2 =,8171 y = -62,412x R 2 =, Analizowane lata Rys. 1. Roczna liczba stopniodni grzania Sd(18,3 o C), średnie roczne zużycie gazu ziemnego w gospodarstwach domowych, całkowite skorygowane i nie skorygowane, zmienne zużycie skorygowane do średniej wieloletniej (1971-2) liczby stopniodni grzania Sd(18,3 o C)= 3274,4 o Cdni [2] oraz stałe dla stanu Indiana w latach Figure 1. Annual heating degree days Sd(18,3 o C)[2], annual natural gas use per household, total, total and variable coverted to normal (based on the 3-year period from ) heating degree days weighted by population Sd(18,3 o C)=3274,4 HDD [2] and constant for state Indiana, U.S. for the period WNIOSKI 14

15 Największą zależność od stopniodni grzania wykazuje sprzedaż dla odbiorców domowych i komercyjnych tworzących grupę odbiorców komunalnych. Również sprzedaż dla odbiorców przemysłowych jest w niewielkim stopniu zależna od stopniodni grzania. W krótszym przedziale czasu współczynnik korelacji miesięcznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców komunalnych względem liczby stopniodni grzania wynosi:,9239 w Iowa ( r.),,9745 w Michigan ( r.) i,9916 w Illinois ( r.) W dłuższym przedziale czasu współczynnik korelacji miesięcznej sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców komunalnych względem liczby stopniodni grzania wynosi [6]:,9838 w Iowa ( r.),,9764 w Michigan ( r.),,995 w Wisconsin ( r.) i,9936 w Illinois ( r.). Korelacja jest także silna dla okresów wieloletnich, pomimo znacznych wzrostów cen gazu ziemnego dla wszystkich typów odbiorców w analizowanym czasie. Odbiorcy domowi i komercyjni (komunalni) ze względu na dużą ich liczbę powinni być poddani badaniom trendów sprzedaży gazu w celu planowania nowych przyłączeń, długoterminowych zakupów gazu i ich optymalizacji, prognozowania szczytowego obciążenia i planowania przesyłu. Aby uniknąć wpływu przebiegu pogody należy korygować zmienną sprzedaży gazu do średniej wieloletniej liczby stopniodni grzania, aby otrzymać porównywalną sprzedaż gazu oczyszczoną z wpływu klimatu. W Polsce GUS, zgodnie z zaleceniami Unii Europejskiej, dokonuje uproszczonej korekcji klimatycznej końcowego zużycia energii na mieszkanie do średniej wieloletniej liczby stopniodni grzania Sd(18 o C)=365 o Cdni dla temperatury granicznej 15 o C (Information and Statistical Papers. Energy Efficiency. GUS). Tak skorygowane zużycie energii można porównywać w dłuższym przedziale czasu i badać trendy zmian efektywności zużycia energii Zużycie energii na mieszkanie (kwh) y = 191,79x x + 8E+8 R 2 =, Analizowane lata Rys. 11. Średnie roczne całkowite zużycie energii na mieszkanie w Polsce (ogrzewanie, podgrzewanie wody, gotowanie, oświetlenie, napęd sprzętu elektrycznego,1 m 3 gazu 39MJ/m 3 - GCV=1,8 kwh) przeliczone na średnią wieloletnią liczbę stopniodni grzania Sd(18 o C)=365 o Cdni dla temperatury granicznej t gr =15 o C. Źródło [7] Figure 11. Total final energy consumption per dwelling in Poland with climatic corrections to normal heating degree days Sd(18,3 o C)=365 HDD and limit temperature 15 o C [7] W Polsce średnie zużycie energii na mieszkanie skorygowane do średniej wieloletniej liczby stopniodni grzania Sd(18 o C)=365 o Cdni (i temperatury granicznej t gr =15 o C) wynosiło 15

16 w 1996 r kwh/rok (2,144 toe/rok) a w 24 r kwh/rok (1,322 toe/rok). To średnie zużycie energii na mieszkanie zmalało w latach o 38,3% wg danych GUS (rys. 11). 1 m 3 gazu (39MJ/m 3 - GCV) =1,8 kwh i 16 kwh=1481,5 m 3 gazu. LITERATURA [1] Brown R. H., Marx B. M., Corliss G. F.: Mathematical Models for Gas Forecasting. Departament of Electrical and Computer Engineering. Marquette University, Milwaukee [2] U.S. Department of Commerce. National Oceanic and Atmospheric Administration. National Environmental Satellite, Data and Information Service. National Climatic Data Center, Asheville. [3] U.S. Energy Information Administration. Natural Gas Annual 24 and 25 [4] U.S. Energy Information Administration. [5] Battles S.J., Hojjati B. Two decades of U.S. Household Trends in Energy-Intensity Indicators: A Look at the Underlying Factors. U. S. Energy Information Administration [6] Dopke J.: Analiza korelacji sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców domowych, komercyjnych i przemysłowych względem liczby stopniodni grzania. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 27 nr 12. [7] Information and Statistical Papers. Energy Efficiency. GUS. Natural Gas Sales For Residential And Commercial Consumers with climatic corrections Józef Dopke Key words: heating degree days, natural gas, natural gas sales, residential consumer, commercial consumer, industrial consumer, electric power consumer, correlation, correlation coefficient Summary. Author discusses relationships between monthly natural gas sales for different consumers for state of United States and heating degree days weighted by population. A high correlation exists between monthly natural gas sales to residential, commercial, buildings sector, industrial consumers and heating degree days weighted by population Sd(18,3 o C) for the period Figures illustrate regression lines between monthly natural gas sales to residential, commercial, buildings sector, industrial, electric power consumption and heating degree days Sd(18,3 o C) weighted by population for Iowa and Illinois. The correlation coefficient for monthly natural gas sales to buildings sector consumption and HDDs is equal,9764 for Michigan ( ),,9838 for Iowa ( ),,995 for Wisconsin ( ), and,9936 for Illinois ( ). Figure illustrate annual natural gas sales for residential and commercial customers converted to normal (based on the 3-year period from ) HDD weighted by population for state Iowa and Illinois. mgr inż. Józef Dopke jozefdopke@wp.pl Dopke196 Rynek Energii Korekcja klimatyczna wolumenu sprzedaży gazu ziemnego dla odbiorców domowych, komercyjnych.doc 16