Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện năng của tỉnh bắc ninh đến năm 2020

giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội - đàm thận yên Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh bắc ninh đến năm 2020 Chuyên ngành : Hệ thống điện luận văn thạc sĩ khoa học người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Lân Tráng Hà Nội - Năm 2012 S dng phng phỏp a hi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 MỤC LỤC Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục đồ thị hình vẽ MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………1 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA DỰ BÁO……………………………….4 1.1 Các khái niệm chung ………………………………………………………….4 1.2 Tầm quan trọng dự báo……………………………………………………4 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN NĂNG……… 2.1 Tổng quan nhu cầu dự báo điện năng…………………………………… 2.2 Các phương pháp dự báo nhu cầu điện năng………………………………….7 2.2.1 Phương pháp trực tiếp…………………………………………………… 2.2.2 Phương pháp san hàm mũ………………………………………… 10 2.2.3 Phương pháp dự báo mơ hình hồi quy tương quan…………………15 2.2.4 Phương pháp ngoại suy theo chuỗi thời gian…………………………….16 2.2.5 Phương pháp đàn hồi kinh tế …………………………………………….23 2.2.6 Phương pháp cường độ………………………………………………… 24 2.2.7 Phương pháp Chuyên gia…………………………………………………27 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐA HỒI QUY VÀ GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM SIMPLE_E…………………………………………………………………………30 3.1 Phương pháp đa hồi quy…………………………………………………… 30 3.1.1 Khái niệm chung………………………………………………………….30 3.1.2 Mơ hình tương quan đa hồi quy………………………………………… 31 3.1.3 Ước lượng hệ số mơ hình………………………………………33 3.1.4 Phương pháp bình phương nhỏ tổng quát thủ tục ước lượng Grid Search (GS)……………………………………………………………………… 35 3.1.5 Phân tích biến đa hồi quy……………………………………………………37 3.1.6 Kiểm định………………………………………………………………… 39 Đàm Thận Yên Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 3.1.7 Lựa chọn phương trình hồi quy phù hợp nhất…………………………… 44 3.2 Giới thiệu chung phần mềm Simple_E………………………………… 46 3.2.1 Những khái niệm Simple_E………………………………….46 3.2.2 Các dạng hàm áp dụng phần mềm Simple_E………………………52 3.2.3 Các biến số phần mềm Simple_E………………………………… 54 3.2.4 Phân tích mơ hình phần mềm Simple_E………………………… 54 3.2.5 Mơ dự báo phần mềm Simple_E……………………………55 3.2.6 Cài đặt phần mềm Simple_E…………………………………………… 56 CHƯƠNG 4: HIỆN TRẠNG KINH TẾ XÃ HỘI – TÌNH HÌNH SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG CỦA TỈNH BẮC NINH………………………………………………… 58 4.1 Đặc điểm chung…………………………………………………………… 58 4.1.1 Vị trí địa lý……………………………………………………………… 58 4.1.2 Đặc điểm tự nhiên……………………………………………………… 58 4.1.3 Dân số cấu hành chính…………………………………………… 59 4.2 Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Bắc Ninh giai đoạn vừa qua………………………………………………………………………………….61 4.2.1 Công nghiệp………………………………………………………………62 4.2.2 Thương mại - Dịch vụ ……………………………………………………62 4.2.3 Nông lâm ngư nghiệp…………………………………………………… 62 4.3 Phương hướng phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Bắc Ninh năm 2015 trở thành định hướng đến năm 2020…………………………………………………………62 4.3.1 Quan điểm mục tiêu phát triển nhằm xây dựng tỉnh Bắc Ninh trở thành tỉnh công nghiệp, thành phố trực thuộc Trung ương vào năm 2020……… …63 4.3.2 Phương hướng phát triển lĩnh vực………………………………… 64 4.4 Tình hình sử dụng điện tỉnh Bắc Ninh…………………………………66 4.4.1 Hiện trạng nguồn lưới điện………………………………………… 66 4.4.2 Đánh giá tiêu thụ điện theo thời gian giai đoạn 2001-2010……… 67 4.4.3 Đánh giá tiêu thụ điện theo ngành giai đoạn 2001-2010……….69 Đàm Thận Yên Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 CHƯƠNG 5: DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN NĂNG CỦA TỈNH BẮC NINH TỪ NĂM 2011 ĐẾN 2020 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐA HỒI QUY………………75 5.1 Cơ sở dự báo………………………………………………………… 75 5.1.1 Sự phát triển kinh tế………………………………………… 75 5.1.2 Sự gia tăng dân số 5.1.3 Tiêu thụ điện khứ 5.2 Dự báo nhu cầu điện phương pháp đa hồi quy (mơ hình Simple_E) …………………………………………………………………………… 75 5.2.1 Định nghĩa chung……………………………………………………….76 5.2.2 Xây dựng hàm xu nhu cầu điện cho thành phố………….…76 5.2.3 Áp dụng phần mềm Simple_E cho dự báo nhu cầu tiêu thụ điện tỉnh Bắc Ninh giai đoạn 2011 – 2020………………………………………………… … 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………………………… 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Đàm Thận Yên Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Phân tích biến đa hồi quy 39 Bảng 3.2 Chức bảng 50 Bảng 4.1 Các tiêu chủ yếu thực trạng KTXH tỉnh Bắc Ninh từ 2001 – 2005 .59 Bảng 4.2 Các tiêu chủ yếu thực trạng KTXH tỉnh Bắc Ninh từ 2006 – 2010 .60 Bảng 4.3 Tổng hợp khối lượng đường dây 67 Bảng 4.4 Tiêu thụ điện theo thời gian giai đoạn 2001-2010 .68 Bảng 4.5 Diễn biến thay đổi tiêu thụ điện tỷ trọng tiêu thụ điện giai đoạn 2001 – 2010 70 Bảng 5.1 Kịch kinh tế giai đoạn 2010 – 2020 75 Bảng 5.2 Kết dự báo nhu cầu điện giai đoạn 2011-2020 87 Bảng 5.3 Bảng so sánh kết dự báo phương pháp đa hồi quy ngoại suy 92 Bảng 5.4.Kết dự báo nhu cầu điện giai đoạn 2011-2020 93 Bảng 5.5 Kết dự báo nhu cầu điện giai đoạn 2011-2020 95 Bảng 5.6 Bảng kết dự báo nhu cầu điện với kịch kinh tế 97 Bảng 5.7 Tốc độ tăng trưởng nhu cầu tiêu thụ điện giai đoạn 2011-2020 99 Đàm Thận Yên Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 3.1 Sheet data khai báo số liệu đầu vào .47 Hình 3.2 Sheet model thiết lập hàm tính tốn mơ hình đa hồi quy 48 Hình 3.3 Sheet simulink mơ hiển thị kết tính tốn .49 Hình 3.4 Sơ đồ bước tính tốn phần mềm simple_E .51 Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn nhu cầu điện tiêu thụ giai đoạn 2001-2010 68 Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn tốc độ tăng trưởng nhu cầu tiêu thụ điện giai đoạn 2010-2010 69 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn cầu tiêu thụ điện giai đoạn 2001 – 2010 71 Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn thay đổi tỷ trọng tiêu thụ điện giai đoạn 2001-2010 72 Hình 5.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tiêu thụ điện ngành TM-DV GDP ngành TM-DV giai đoạn 2001-2010 77 Hình 5.2 Sheet liệu khai báo biến liệu đầu vào 82 Hình 5.3 Sheet mơ hình khai báo hàm tương ứng với biến .83 Hình 5.4 Sheet mô kết dự báo chạy mô hình Simple_E 86 Hình 5.5 Đồ thị biểu diễn nhu cầu điện tiêu dùng cuối giai đoạn 2011-2020 88 Hình 5.6 Đồ thị biểu diễn nhu cầu điện tiêu dùng 2001-2010 92 Hình 5.7 Đồ thị biểu diễn nhu cầu điện tiêu dùng cuối giai đoạn 2011-2020 94 Hình 5.8 Đồ thị biểu diễn nhu cầu điện tiêu dùng cuối giai đoạn 2011-2020 96 Hình 5.9 Đồ thị biểu diễn nhu cầu tiêu thụ điện theo kịch giai đoạn 20112020 98 Đàm Thận Yên Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Đàm Thận Yên Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Thanh Huyền , Nguyễn Văn Huân, Bài giảng phân tích dự báo phân tích kinh tế Nguyễ n Lân Tráng, Quy hoach phát triển hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật (2007).+ Dự báo nhu cầu điện cần có phương pháp hữu hiệu, Tạp chí Điện lực số (2007) Nhập mơn kinh tế lượng, giáo trình chương trình giảng dạy kinh tế Fulbright Niên giám thống kê tỉnh Bắc Ninh năm 2011 Simple_E.V2005 – Introductory Manual by IEEJ (Viện Kinh tế lượng Nhật Bản) Số liệu kinh doanh điện giai đoạn 2001-2010, Phịng kinh doanh cơng ty điện lực Bắc Ninh Văn kiện Đại hội đảng tỉnh Bắc Ninh nhiệm kỳ 2011-2016 Đàm Thận Yên Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài Điện ngành kinh tế quan trọng quốc gia Là ngành hạ tầng nên Điện sử dụng hầu hết lĩnh vực sống Phát triển ngành điện hướng góp phần thúc đẩy kinh tế xã hội phát triển Điện ngành kinh tế có vốn đầu tư lớn, thời gian thu hồi vốn tương đối dài Do dự báo , xác nhu cầu điện góp phần tránh gây lãng phí cho ngân sách quốc gia Việc dự báo nhu cầu điện cho quốc gia, vùng, miền, tỉnh khâu quan trọng việc xác lập chương trình phát triển nguồn, lưới điện toàn hệ thống tỉnh Trong nhiều đề án quy hoạch phát triển lưới điện tỉnh, thành phố trước đây, dự báo nhu cầu phụ tải thường dự báo theo phương pháp đàn hồi: dựa hệ số đàn hồi nhu cầu điện GDP phương pháp mô - kịch sở tham khảo hệ số đàn hồi giai đoạn trước tỉnh, thành lân cận có mức phát triển kinh tế tương đương Dự báo theo phương pháp có hạn chế khơng sử dụng kết trực tiếp từ nghiên cứu mối quan hệ nhu cầu điện yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tăng trưởng kinh tế, thu nhập, giá điện, yếu tố tiết kiệm điện, sở số liệu thống kê khứ tỉnh, thành Mặc dù tốc độ tăng trưởng kinh tế yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng nhu cầu điện, không nên bỏ qua yếu tố khác giá điện, thu nhập/đầu người, tiết kiệm điện… Các yếu tố dù nhỏ, tổng hợp lại gây tác động cần phải xem xét Việc áp dụng phương pháp mô kịch phát triển sai mà thiếu chặt chẽ Ví dụ tốc độ tăng trưởng kinh tế tỉnh khoảng 10% năm, dựa vào phương pháp mơ phỏng, chun gia dự báo nhu cầu điện tăng trưởng khoảng từ 15-22% (không xét trường hợp đột biến có tính chất đặc biệt), giải dự báo rộng, việc lựa chọn hệ số đàn hồi xác trở nên khó khăn mang tính chủ quan Đàm Thận Yên Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 Phương pháp dự báo đa hồi quy (mơ hình Simple_E) phương pháp sử dụng cho dự báo nhu cầu điện/năng lượng, có ưu điểm so với phương pháp dự báo đàn hồi số phương pháp dự báo khác giải vấn đề nêu Mục đích đề tài Với lý trên, lựa chọn đề tài “Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020” thực nhằm mục đích nghiên cứu phương pháp đa hồi quy Trên sở nghiên cứu, tìm hiểu sử dụng phần mềm Simple_E cho dự báo nhu cầu điện Từ dự báo nhu cầu điện cho tỉnh Bắc Ninh giai đoạn đến năm 2020 Trên sở giúp cho việc qui hoạch tổng thể tỉnh đạt hiệu cao nhất, góp phần nâng cao chất lượng, độ tin cậy cung cấp điện thỏa mãn nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Bắc Ninh Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng trạng HTĐ tỉnh Bắc Ninh, hoạt động sản xuất, kinh doanh ngành điện, diễn biến tiêu thụ điện theo thành phần kinh tế Tình hình phát triển kinh tế theo khu vực tỉnh Bắc Ninh, kế hoạch ngắn hạn, trung hạn dài hạn thành phần kinh tế Tình hình dân số, dự báo tăng trưởng kinh tế tốc độ thị hóa Phạm vi nghiên cứu phương pháp đa hồi quy ứng dụng phần mềm Simlpe_E dự báo nhu cầu điện Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Nghiên cứu phương pháp dự báo nhu cầu điện cụ thể phương pháp đa hồi quy áp dụng phần mềm Simple_E dự báo nhu cầu điện Kết nghiên cứu áp dụng vào việc dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh Từ giúp cho việc quy hoạch thành phố nói chung đạt hiệu cao phù hợp với kinh tế thị trường theo định hướng xã hội chủ nghĩa, đẩy nhanh q trình cơng nghiệp hóa đại hóa Đàm Thận Yên Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 Bảng 5.2 kết số liệu dự báo nhu cầu tiêu thụ điện cuối điện sản xuất có xét tác động biến GDP dân số, với kịch kinh tế sở %GDP = 14% Bảng 5.2 Kết dự báo nhu cầu điện giai đoạn 2011-2020 (Đơn vị: GWh) Năm CN&XD DD&SH TM&DV Nông nghiệp 2011 1288,405 451,1706 14,35872 28,717 33,93453 1816,586 1931,757 2012 1511,654 507,2808 17,27184 28,58725 35,00215 2099,796 2237,543 2013 1769,791 569,5763 20,71841 28,32594 36,10392 2424,515 2580,169 2014 2068,056 638,6466 24,79134 27,94842 37,24094 2796,683 2975,95 2015 2412,49 715,1278 29,59983 27,46967 38,41435 3223,102 3429,38 2016 2810,06 799,7054 35,27219 26,90384 39,62532 3711,567 3948,736 2017 3268,797 893,1174 41,95924 26,26403 40,87507 4271,012 4543,076 2018 3797,955 996,1569 49,83817 25,56211 42,16484 4911,677 5224,06 2019 4408,202 1109,675 59,11721 24,80862 43,49593 5645,3 6003,776 2020 5111,83 1234,586 70,04098 24,01281 44,86966 6485,34 6896,511 Khác Tổng Điện SX Từ kết dự báo cho bảng 5.2 ta có đồ thị biểu diễn kết dự báo sau: Đàm Thận Yên 87 Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 Hình 5.5 Đồ thị biểu diễn nhu cầu điện tiêu dùng cuối giai đoạn 2010-2020 Nhận xét: Qua bảng 5.2 hình 5.5 ta có nhận xét nhu cầu điện tiêu dùng cuối theo thời gian có dạng hàm mũ Trong Cơng nghiệp xây dựng thành phần tiêu thụ nhiều điện có xu hướng tăng nhanh nhất, sau đến thành phần sinh hoạt tiêu dùng Các thành phần lại tiêu thụ lượng điện nhỏ nhiều 5.2.3.2 Đánh giá tính xác phương pháp đa hồi quy dự báo nhu cầu điện Để đánh giá độ xác phương pháp đa hồi quy ta sư dụng phương pháp đa hồi quy phương pháp ngoại suy theo chuỗi thời gian để so sánh Đàm Thận Yên 88 Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 • Phương pháp ngoại suy theo chuỗi thời gian Phương pháp đánh giá biến động đối tượng dự báo theo thời gian với giả thiết chuỗi số liệu thu thập đặn theo thời gian, khơng có tác nhân lớn tác động lên đối tượng dự báo Ta sử dụng số liệu điện thu thập giai đoạn 2001-2007 để dự báo nhu cầu năm 2010 Ta có bảng số liệu sau: Năm 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Sản lượng(GWh) 399,4 464,4 541,8 623,7 663,2 815,6 Giả thiết sản lượng điện tiêu thụ A biến thiên theo hàm thời gian (t) theo quy luật hàm : A(t ) = A0 C t (5.5) Trong : A(t) hàm nhu cầu điện ( GWh) t thời gian A0 nhu cầu điện năm sở C hệ số phải xác định Đặt y(t)=lg A(t)=lg[A0Ct]= lgA0 + t lgC=a+bt Suy a= lgA0, b=lgC Nếu đặt năm 2001 tương ứng với t=1 ta có bảng giá trị y(t) sau: Năm 2001 2002 2003 2004 2005 2006 t y(t) 2,6 2,67 2,73 2,79 2,82 2,91 • Kiểm định giả thiết − − − Ta có t =3,5 y = 2,75 t = Đàm Thận Yên − 6 , y = t ∑ yi , từ ta tính : ∑i i =1 i =1 89 Sử dụng phương pháp đa hồi quy để dự báo nhu cầu điện tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 − −   − − y y t t ( )( ) = 1, 03 ; ∑ i i   i =1  − 0, 061 ; ∑ ( yi − y)2 = i =1 − ∑ (t − t ) i i =1 = 17,5 Ta tính hệ số r: ∑ ( y − y)(t − t )  − = r i − i = − −    2 ( ) ( − − y y t t ∑ i  ∑ i )  =  i 1=  i  Vì n=6