基于ARIMA模型的我国城市集中供热分析与预测研究

程伟志 张军 张洪征

山东睿冠电能热力有限公司 山东 济南 250101

随着我国城市化进程的加速推进，城市人口不断增加，城市建设和能源需求也呈现出快速增长的趋势[1-2]。在这一背景下，城市供热作为一项重要的公共服务，对于确保城市居民的生活质量和经济可持续发展起着至关重要的作用。城市集中供热作为一种高效、环保的供热方式，已在我国许多城市得到广泛应用，并不断发展壮大。

本研究旨在通过分析我国城市集中供热能力和面积的现状，运用ARIMA（自回归综合移动平均）模型，对未来城市集中供热的发展趋势进行预测。城市集中供热的能力和面积是评估供热系统运行效率和服务范围的重要指标，对于规划和优化城市供热系统具有重要意义[3-4]。

1 资料来源与研究方法

1.1 资料来源

本研究的数据来自于国家统计局公开发布的关于我国城市集中供热的相关统计数据，涵盖了2004年至2021年全国范围内的蒸汽供热能力(吨/小时)、热水供热能力(兆瓦)、蒸汽供热总量(万吉焦)、热水供热总量(万吉焦)、供热面积(亿平方米)等关键指标。国家统计局作为我国官方统计机构，其发布的数据具有权威性和可靠性，为本研究提供了重要的数据支撑。

1.2 数据处理与分析方法

本研究基于R语言软件(版本号4.2.0)开展时间序列分析，构建ARIMA（自回归综合移动平均）模型。ARIMA模型是一种经典的时间序列预测方法，它结合了自回归（AR）和移动平均（MA）的特性，能够捕捉数据中的趋势和季节性变化。研究分别对蒸汽供热能力、热水供热能力、蒸汽供热总量、热水供热总量以及供热面积这五个指标进行ARIMA模型的拟合和预测。为了评估模型的拟合效果和预测准确性，采用一系列的统计指标，如均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）等，对模型进行评估与验证。通过分析ARIMA模型的结果，解释供热能力和面积的现状、趋势和变化规律，并对未来城市集中供热的发展趋势进行预测。

3 结果

3.1 2004年-2021年我国城市集中供热情况分析

我国城市集中供热能力和面积在过去十余年取得了显著的增长，为城市居民提供了更为优质的供热服务，特别是在热水供热方面取得了显著进展。2004年-2021年期间，供热面积也增长了近4倍，这说明我国城市集中供热覆盖范围不断扩大，更多的城市和居民受益于集中供热服务。

表1 2004年-2021年我国城市集中供热情况

3.2 基于ARIMA拟合的供热相关指标预测模型参数分析

本研究使用ARIMA模型对我国城市集中供热能力和面积的各指标进行了拟合，相关参数见下表 2。研究者综合考虑AIC、BIC以及误差指标，并结合残差检验是否通过显著性检验的结果，选出供热各个指标最合适的预测模型。

表2 基于ARIMA拟合的供热相关指标预测模型参数

3.3 基于ARIMA模型的未来十年供热相关指标预测结果

本研究基于拟合的ARIMA模型参数，对我国城市集中供热能力和面积的未来发展趋势进行了预测。根据模型预测，蒸汽供热能力将呈现逐渐减缓的趋势，热水供热能力预计将持续增加，增长速度较为稳定。从2022年到2031年，热水供热能力预计将从617860.35兆瓦增长至839569.53兆瓦，增幅约为35.9%。热水供热总量在未来预测期内也将持续增加，从2022年到2031年，热水供热总量预计将从371392.71万吉焦增长至494492.06万吉焦，增幅约为33.1%。

表3 基于ARIMA模型的未来十年供热相关指标预测结果

4 讨论

4.1 城市集中供热发展趋势与可持续性

在城市集中供热领域可持续性密切关注的内容。预测结果显示，我国城市集中供热能力和面积将在未来继续增长，这表明我国城市供热行业正处于蓬勃发展的阶段。然而，这种快速的增长也带来了一些潜在问题。供热能源的过度消耗可能对能源安全造成风险，同时也可能加剧环境问题，如大气污染和温室气体排放。因此，有必要进一步推动绿色供热能源的使用，提高能源利用效率，以实现经济发展与环境保护的双重目标[5-6]。

4.2 我国城市集中供热能力和面积的影响因素

我国城市集中供热能力和面积的发展受多种因素影响。城市化的快速推进导致了城市人口密度的增加，从而对供热能力和面积提出了更高的要求。国家能源政策的调整也在推动供热系统朝着清洁、高效的方向发展，这对供热能源的选择和供热技术的创新都带来了挑战和机遇[7]。因此，未来的城市供热规划应该充分考虑这些复杂因素的相互作用，制定全面而灵活的政策，以推动可持续供热的发展。

4.3 技术创新和智能化是提高城市集中供热能力的关键途径

随着新兴技术的不断涌现，供热系统的运营和管理正变得更加智能化和高效。例如，智能温控技术可以实现个性化供热，根据不同居民的需求和习惯调节供热温度，从而降低能源浪费[8]。另外，废热回收技术也是提高能源利用效率的有效手段，可以将工业废热转化为有用的热能。政府和企业应当加大对技术创新的投入，鼓励研发出更加高效、环保的供热技术，以满足未来供热需求。

4.4 城市集中供热的发展需要充分考虑不同地区的差异

城市集中供热的发展需要充分考虑不同地区的差异，以实现供需的匹配。各地区的气候条件、经济水平、人口密度等因素都会影响供热需求的变化。因此，建议政府制定差异化的供热政策，根据地区的实际情况确定供热重点和发展目标。在一些气候较温暖的地区，可以倡导低温供热，采用地源热泵等节能技术[9]；而在寒冷地区，应加强供热设施的建设，确保居民的供热需求得到充分满足。

5 建议

5.1 建议政府进一步指定可持续发展策略

为了实现城市集中供热的可持续发展，政府可以制定更为严格的能源效率标准，对供热设施的建设和运营进行监管。此外，还可以推动清洁能源的应用，如地热能、太阳能[10]等，减少对传统能源的依赖。废热回收利用也应得到重视，可以鼓励工业企业与供热公司合作，将工业废热纳入供热系统，实现能源的高效利用[11]。

5.2 建议供热企业积极推动技术升级和创新

供热企业在我国城市集中供热领域扮演着至关重要的角色。为了适应日益复杂和多变的能源环境，以及满足人们对更高质量供热的需求，供热企业应积极推动技术升级和创新，通过引入新的材料、技术和工艺，可以提高供热设备的效率和性能，降低能耗和排放[12]。此外，也可以考虑引进国内外先进的供热技术和设备。为了促进供热系统的技术升级和创新，政府可以通过设立专项基金的形式，资助供热技术研发和应用。

5.3 建议政府制定区域化的供热规划区域化规划

针对不同地区的供热需求，建议政府制定区域化的供热规划。在大城市和人口密集地区，可以加大供热设施的建设，提高供热能力，同时推动智慧化改造的应用[13-14]。在农村和偏远地区，可以采用分布式供热方式，充分利用当地的资源，降低运输损耗。通过精细化的规划，可以实现供热资源的合理配置，满足不同地区居民的需求。