一种工业能源介质调配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种工业能源介质调配方法，在满足钢铁企业多介质能源各种约束条件的前提下，以总成本最低为目标，建立一种考虑动态天然气、动力煤价格机制的钢铁企业多介质能源调配优化方法。包括以下步骤：1.获取要进行能源介质调配的企业生产系统的主要能源结构及相关的性能参数与数据。2.根据实际生产情况，建立天然气、动力煤价格和电力成本动态变化机制的计算方式。3.针对多介质能源之间存在关系，以总成本最低为目标函数，构建优化模型。4.针对模型优化特点，对烟花算法分别在爆炸和变异阶段进行改进，对企业生产中的包括煤气、蒸汽、电力在内的能源调配量进行算法编码，代入模型中。5.经过优化，得到钢铁企业24小时的生产与能源调配方案。产与能源调配方案。产与能源调配方案。

【技术实现步骤摘要】
一种工业能源介质调配方法


[0001]本专利技术涉及一种工业能源介质调配方法，具体是一种应用于钢铁企业的多介质能源优化调配方法。

技术介绍

[0002]钢铁企业是典型的高能耗企业。我国钢铁工业能耗约占全国总能耗的15％左右。我国钢铁工业的吨钢能耗水平相比于世界先进水平仍然要高出10％左右，降低钢铁企业的能耗，改善钢铁生产全流程中各类能源的优化调配，节约生产成本，成为了钢铁企业实现高质量、可持续发展的必须解决的问题。
[0003]钢铁企业多介质能源的产耗与需求情况与生产和能源调配有着直接的关系。生产节奏的快慢与单位时间产量决定了相应时间内多种煤气的产生，消耗和富余量。也决定了电力与蒸汽的需求量，因此，制定合适的生产调配方案和能源调配方案是能源优化调配的前提和关键。由于现有的生产调配方案过多的依赖于人工经验，不能很好的实现能源的高效使用与集约利用。通过制定合理的能源科学调配机制，从能源计划制定层面进行统筹规划，全面考虑整个钢铁生产系统的全流程环节，能够提高能源调配的合理性，科学性与经济性。

技术实现思路
：
[0004]为了解决上述技术问题，在钢铁企业煤气、蒸汽、电力等多介质能源协同优化的情形下，考虑基于天然气，外购电动态价格机制，本专利技术提供一种工业能源介质调配方法，运用智能算法对模型进行优化，得到最优的生产与能源介质调配方案。
[0005]所述的工业能源介质调配方法包括以下步骤：
[0006]步骤1：获取要进行能源介质调配的企业生产系统的主要能源结构及相关的性能参数与数据；r/>[0007]步骤2：根据实际生产情况，建立天然气、动力煤价格和电力成本动态变化机制的计算方式；
[0008]步骤3：针对多介质能源之间存在的关系，以及不同场景因素，以总成本最低为目标函数，构建优化模型；
[0009]步骤4：针对模型的多变量、强耦合、多约束的特点，对烟花算法分别在爆炸和变异阶段进行改进；
[0010]步骤5：对企业生产中的包括煤气、蒸汽、电力在内的能源调配量进行算法编码，代入模型中；通过步骤4改进的烟花算法对模型进行优化，得到钢铁企业一日内24小时的生产与能源调配方案。
[0011]对于钢铁企业，步骤1所述生产系统的主要能源结构为：生产过程中的焦炉炼焦、高炉炼铁和转炉炼钢工序会产生对应的焦炉、高炉和转炉煤气，富余的副产煤气能用做能源系统自备电厂的燃料；生产中所需的蒸汽分为中压和低压蒸汽；能源系统中的电力一部
分来源于自备电厂的发电，一部分来自于生产流程中的余热余能发电，此外，多余或者不足的部分通过与电网的交易达到平衡；通过对钢铁企业能源介质历史产耗数据与日常运行调度方案的获取，得到生产系统的性能参数与运行数据。
[0012]步骤2所述的天然气的交易价格是三档分段计费模式，在消耗量低于第一档时，天然气单价为每立方米C1元；消耗量超过第一档，不超过第二档时，消耗量在第一档内的部分依然为每立方米C1元，在第一档到第二档的部分为每立方米C2元；消耗量超过第二档不超过第三档时，消耗量在第一和第二档内的部分按照第一第二档的价格计算，超出部分按照每立方米C3元来计算，如下式所示：
[0013][0014]其中，C
gas
是天然气价格，F
gas
是天然气的实时消耗量，F
1gas
是天然气第一档与第二档价格的用量界限，是天然气第二档和第三档价格的用量界限。
[0015]步骤2中的电力成本的动态变化机制为：钢铁生产能源系统与电网会发生电力的交互，当发电量超出需求时向电网卖电，当发电量不满足时向电网买电，向电网卖电的交易价格C
s
是恒定的，向电网买电的交易价格C
b
在日内不是保持恒定的，每小时向电网买电的价格有波动变化，计算时间跨度为一天，每小时为一个时段，共24个时段；峰时段买电电价为谷时段电价为平时段电价为当系统处于向电网购电的状态时，判断当下时刻处于“峰、平、谷”电价的哪个时段，购电成本为购电量乘以当前的购电价格，当系统处于向电网卖电的状态时，卖电收益为卖电量乘以卖电价格C
s
。
[0016]本专利技术的方案是，在满足约束条件的前提下，以企业能源系统总成本最低为目标函数，能源系统的总成本主要包括燃料成本、设备折旧成本、外购动力煤和天然气成本以及与电网交易成本，步骤3所述的以总成本最低为目标函数的优化模型为：
[0017][0018]其中，T为一个周期内的指定的时段数目，即24，N为钢铁生产流程中各型设备的总数量，N
se
表示蒸汽生产设备的数目，N
pe
表示电力生产设备的数目，C
g
为第g种副产煤气的价格，g＝1，2，3分别代表了高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气，表示了设备i在t时段内第g种副产煤气的消耗量，C
coal
表示动力煤的价格，表示设备i在t时段内动力煤的消耗量，C
gas
表示外购天然气的价格，由式(1)确定，作为设备i在t时段的F
gas
带入式(1)；C
M,i
表示蒸汽生产设备i的单位生产成本，M
i,t
表示蒸汽生产设备i在t时段内的产量，C
M,j
表示电力生产设备j的单位生产成本，P
j,t
表示在电力生产设备j在t时段内的产量，P
w,t
表示在t时段的关口交换功率，δ
t
表示外网在t时段的供电状态，表示外网在t时段的供电状态，为t时段的购电价格C
b
，C
s
为卖电价格。
[0019]步骤3的目标函数，约束条件包括：蒸汽、煤气、电力需求平衡约束，电厂机组能量
平衡约束，燃气轮机能力平衡约束，各种煤气瞬时流量的上下限约束，各发电设备的发电能力的上下限约束，各产汽设备的产汽能力的上下限约束，混合煤气最低热值约束。
[0020]步骤4中烟花算法的改进，分别在烟花算法的爆炸和变异阶段，引入动态爆炸半径计算和柯西变异方法对算法进行改进，提高算法的搜索能力。
[0021]步骤5中，对高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、蒸汽、电力、天然气、外购煤等介质的富余和需求量进行编码；在算法的初始化阶段，设置其中G为初始种群中烟花个体的数量，0表示为初次迭代，算法中表示迭代到第k代的种群中的第i个烟花，每一个烟花表示一种优化模型的可能解；为9
×
24维的数组，9对应9个变量，分别为高炉、焦炉、转炉煤气的富余量、电力的需求量、与电网的交易电量、中压和低压蒸汽的需求量、天然气消耗量、外购煤消耗量，24对应一天24个时段，就表示在第k次迭代中对应的一种能源介质调配方案。
[0022]改进后的烟花算法的执行步骤为：
[0023]4.1、初始化烟花种群，得到的初代种群；
[0024]4.2、计算种群中每一个烟花的适应度值；
[0025]4.3、计算动态爆炸半径，生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业能源介质调配方法，其特征包括以下步骤：步骤1：获取要进行能源介质调配的企业生产系统的主要能源结构及相关的性能参数与数据；步骤2：根据实际生产情况，建立天然气、动力煤价格和电力成本动态变化机制的计算方式；步骤3：针对多介质能源之间存在的关系，以及不同场景因素，以总成本最低为目标函数，构建优化模型；步骤4：针对模型的多变量、强耦合、多约束的特点，对烟花算法分别在爆炸和变异阶段进行改进；步骤5：对企业生产中的包括煤气、蒸汽、电力在内的能源调配量进行算法编码，代入模型中；通过步骤4改进的烟花算法对模型进行优化，得到钢铁企业一日内24小时的生产与能源调配方案。2.如权利要求1所述的一种工业能源介质调配方法，其特征是，对于钢铁企业，步骤1所述生产系统的主要能源结构为：生产过程中的焦炉炼焦、高炉炼铁和转炉炼钢工序会产生对应的焦炉、高炉和转炉煤气，富余的副产煤气能用做能源系统自备电厂的燃料；生产中所需的蒸汽分为中压和低压蒸汽；能源系统中的电力一部分来源于自备电厂的发电，一部分来自于生产流程中的余热余能发电，此外，多余或者不足的部分通过与电网的交易达到平衡；通过对钢铁企业能源介质历史产耗数据与日常运行调度方案的获取，得到生产系统的性能参数与运行数据。3.如权利要求1所述的一种工业能源介质调配方法，其特征是，步骤2所述的天然气的交易价格是三档分段计费模式，在消耗量低于第一档时，天然气单价为每立方米C1元；消耗量超过第一档，不超过第二档时，消耗量在第一档内的部分依然为每立方米C1元，在第一档到第二档的部分为每立方米C2元；消耗量超过第二档不超过第三档时，消耗量在第一和第二档内的部分按照第一第二档的价格计算，超出部分按照每立方米C3元来计算，如下式所示：其中，C
gas
是天然气价格，F
gas
是天然气的实时消耗量，F
1gas
是天然气第一档与第二档价格的用量界限，是天然气第二档和第三档价格的用量界限。4.如权利要求3所述的一种工业能源介质调配方法，其特征是，步骤2中的电力成本的动态变化机制为：钢铁生产能源系统与电网会发生电力的交互，当发电量超出需求时向电网卖电，当发电量不满足时向电网买电，向电网卖电的交易价格C
s
是恒定的，向电网买电的交易价格C
b
在日内不是保持恒定的，每小时向电网买电的价格有波动变化，计算时间跨度为一天，每小时为一个时段，共24个时段；峰时段买电电价为谷时段电价为平时段电价为当系统处于向电网购电的状态时，判断当下时刻处于“峰、平、谷”电价的哪个时段，购电成本为购电量乘以当前的购电价格，当系统处于向电网卖电的状态时，卖电收益为卖电量乘以卖电价格C
s
。
5.如权利要求4所述的一种工业能源介质调配方法，其特征是，在满足约束条件的前提下，以企业能源系统总成本最低为目标函数，能源系统的总成本主要包括燃料成本、设备折旧成本、外购动力煤和天然气成本以及与电网交易成本，步骤3所述的以总成本最低为目标函数的优化模型为：其中，T为一个周期内的指定的时段数目，即24，N为钢铁生产流程中各型设备的总数量，N
se
表示蒸汽生产设备的数目，N
pe
表示电力生产设备的数目，C
g
为第g种副产煤气的价格，g＝1，2，3分别代表了高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气，表示了设备i在t时段内第g种副产煤气的消耗量，C
coal
表示动力煤的价格，表示设备i在t时段内动力煤的消耗量，C
gas
表示外购天然气的价格，由式(1)确定，作为设备i在t时段的F
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴定会，张子恒，纪志成，王艳，倪渊之，范俊岩，陆申鑫，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：