面向綠色生產(chǎn)的能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度及供電容量配置研究

葉宇國(guó) 趙軼群

【摘? 要】目前，全人類都面臨著能源短缺以及環(huán)境惡化的問題。而且我國(guó)是一個(gè)制造業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，進(jìn)行能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，尤其是對(duì)于工業(yè)企業(yè)的能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)，節(jié)約能源的一個(gè)關(guān)鍵舉措。工業(yè)企業(yè)往往會(huì)采用電網(wǎng)供電和自發(fā)電兩種方式來(lái)進(jìn)行供電，因此，工業(yè)企業(yè)首先可以對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)中的能源安排進(jìn)行合理規(guī)劃，其次，可以對(duì)于電網(wǎng)供電及自發(fā)電的比例進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。本文首先分析了面向綠色生產(chǎn)的能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，并進(jìn)行了供電容量配置的研究，合理進(jìn)行供電容量規(guī)劃可以降低企業(yè)的能源成本。

【關(guān)鍵詞】綠色生產(chǎn);能源系統(tǒng);優(yōu)化調(diào)度;供電容量

引言

在過去的很多年里，人類對(duì)于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的能源進(jìn)行肆意的開采，導(dǎo)致的能源危機(jī)會(huì)影響全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也會(huì)對(duì)于全球的生態(tài)環(huán)境造成破壞。針對(duì)此情況，需要對(duì)于綠色制造工程進(jìn)行重點(diǎn)的實(shí)施。而我國(guó)有很多的制造企業(yè)，需要對(duì)于整個(gè)制造的行業(yè)進(jìn)行低碳化改造，從而有效提升企業(yè)能源利用率。在綠色生產(chǎn)的理念指導(dǎo)下，首先需要對(duì)于生產(chǎn)本身進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，使得生產(chǎn)和能源供應(yīng)之間更加協(xié)調(diào)。其次需要對(duì)于能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，增加新能源的消耗，并對(duì)于能源的容量進(jìn)行合理規(guī)劃。通過對(duì)于生產(chǎn)和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)，促進(jìn)綠色生產(chǎn)。

1.面向綠色生產(chǎn)的能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度

1.1集成調(diào)度算法

首先，在生產(chǎn)任務(wù)中，運(yùn)用模擬退火方法進(jìn)行能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，從而使得在分時(shí)電價(jià)政策的基礎(chǔ)上，總的用電成本最少。在這個(gè)過程中，對(duì)于每個(gè)時(shí)段的用電負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，然后，對(duì)于每個(gè)時(shí)段的機(jī)組出力運(yùn)用動(dòng)態(tài)的規(guī)劃方法進(jìn)行調(diào)度。以計(jì)算出來(lái)的電負(fù)荷作為邊界，通過對(duì)于機(jī)組的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，滿足每一個(gè)時(shí)間段的用電負(fù)荷，并對(duì)于發(fā)電的具體成本及碳排放量進(jìn)行計(jì)算。

1.2生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)度算法

通過進(jìn)行模擬退火的方法，對(duì)于固體從受熱到冷卻期間內(nèi)部能量發(fā)生的變化，也就是溫度逐漸升高到最高點(diǎn)，然后逐漸冷卻恢復(fù)到常溫的過程。能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度問題也就是組合優(yōu)化的問題，并且整個(gè)優(yōu)化的過程與固體退火類似。在進(jìn)行調(diào)度的最初階段，所有任務(wù)并沒有順序，然后會(huì)在一個(gè)目標(biāo)函數(shù)的引導(dǎo)下逐漸進(jìn)行優(yōu)化，最后，當(dāng)函數(shù)趨于最小值時(shí)，對(duì)應(yīng)的所有生產(chǎn)任務(wù)基本已經(jīng)排序完成。具體來(lái)說，模擬退火方法共有四個(gè)步驟，首先是產(chǎn)生鄰域解，是根據(jù)初始化輸入隨機(jī)產(chǎn)生的，并通過一個(gè)隨機(jī)的函數(shù)確定使用哪一種變換方法來(lái)變換原始解的編碼，通過交換、翻轉(zhuǎn)以及插入的不同變換方法產(chǎn)生一個(gè)新解。其次是計(jì)算新解，在分時(shí)電價(jià)的背景下，用電成本主要是各個(gè)時(shí)段的凈電費(fèi)相加的總和，這個(gè)總和是通過計(jì)算各個(gè)時(shí)段的總用電量以及具體時(shí)段的電價(jià)之積得到。具體過程是首先把生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行分配，這樣在具體的機(jī)器上，就可以確定任務(wù)的負(fù)荷大小和處理時(shí)間，接著在不同的電價(jià)時(shí)段分配任務(wù)，同時(shí)，這個(gè)過程中負(fù)荷不可中斷，時(shí)段需要飽滿，最終計(jì)算出用電成本。其三是接受新解概率，通過計(jì)算得出的新解需要與當(dāng)前解進(jìn)行比較，從而加以判斷能否接受。如果新解的用電成本比當(dāng)前解的用電成本低，則接受新解，如果新解的用電成本高于當(dāng)前解，則通過相應(yīng)的概率計(jì)算確定最終是否接受。最后是降低溫度，在初始時(shí)，系統(tǒng)的溫度較高，隨著迭代，生產(chǎn)任務(wù)逐漸被分配到適當(dāng)?shù)臋C(jī)器和電價(jià)時(shí)段，并且用電的成本也會(huì)逐漸降低，系統(tǒng)逐漸變得有序，溫度也會(huì)有所降低。

1.3發(fā)電2調(diào)度算法

發(fā)電調(diào)度使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法計(jì)算，首先需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)劃分，需要確定每個(gè)時(shí)間段機(jī)組出力，并且確保發(fā)電成本最少，因此，可以先劃分狀態(tài)，當(dāng)每個(gè)狀態(tài)都達(dá)到最優(yōu)，整個(gè)發(fā)電調(diào)度才會(huì)是最優(yōu)，并且一個(gè)時(shí)段的機(jī)組出力確定后，不會(huì)受到后一個(gè)狀態(tài)的影響，這也就需要滿足最優(yōu)化原理。其次需要確定狀態(tài)和狀態(tài)變量。包括每個(gè)時(shí)間段所有機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，每個(gè)機(jī)組的狀態(tài)以不同的符號(hào)標(biāo)識(shí)，運(yùn)行出力狀態(tài)和運(yùn)行停止?fàn)顟B(tài)的標(biāo)識(shí)不同，把每個(gè)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)組成狀態(tài)組。在每一個(gè)時(shí)間段，機(jī)組的運(yùn)行專題會(huì)依據(jù)下一時(shí)段的用電負(fù)荷加以調(diào)整。其三是確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，運(yùn)用機(jī)組爬坡率進(jìn)行確定，每個(gè)機(jī)組都設(shè)定爬坡約束，對(duì)于機(jī)組在一定時(shí)間內(nèi)功率變化的范圍進(jìn)行限定，這也能避免對(duì)某些解的跳躍。最后是邊界條件，以每個(gè)時(shí)間段的用電負(fù)荷為邊界條件，每一次狀態(tài)轉(zhuǎn)移都是以此遞推，直到每個(gè)時(shí)段的用電負(fù)荷都得到滿足。

2.面向綠色生產(chǎn)的供電容量配置研究

將生產(chǎn)與能源綜合起來(lái)進(jìn)行能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度能夠幫助制造業(yè)企業(yè)減少系統(tǒng)的成本，并在同時(shí)降低碳排放量，而從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度考慮，企業(yè)能源系統(tǒng)的供電容量配置的研究也應(yīng)當(dāng)予以重視，因?yàn)楣╇娙萘颗渲貌徽撌菑钠髽I(yè)的投資維護(hù)成本角度，還是從經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益角度都有相應(yīng)的影響。因此，有必要對(duì)于制造業(yè)企業(yè)能源系統(tǒng)的組成以及容量配置進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化，從而促進(jìn)企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，并且達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的共同提升。對(duì)于企業(yè)來(lái)說，能源系統(tǒng)的總成本中，包含自發(fā)電成本、凈電費(fèi)成本以及系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本和碳排放成本，需要對(duì)于總成本進(jìn)行全面的分析。通過合理的能源系統(tǒng)供電容量配置獲得最小的系統(tǒng)成本，這個(gè)成本不僅僅包括分時(shí)電價(jià)的成本，自發(fā)電成本，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)的成本，也包括碳排放成本。通過進(jìn)行仿真計(jì)算得出的容量配置方法具有較大的優(yōu)勢(shì)，可以降低總的系統(tǒng)成本并減少碳排放，也更加符合綠色可持續(xù)發(fā)展的理念，有利于實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

3.結(jié)束語(yǔ)

在能源缺乏并且生態(tài)環(huán)境不斷惡化的背景下，如何利用最少的資源發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益是每個(gè)企業(yè)都需要面臨的問題。如果經(jīng)濟(jì)調(diào)度和生產(chǎn)調(diào)度只從某一個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)的目標(biāo)的。需要面向綠色生產(chǎn)，從綜合的角度出發(fā)，考慮發(fā)電調(diào)度和生產(chǎn)符合調(diào)度的同時(shí)，也對(duì)于碳排放和分時(shí)電價(jià)正常進(jìn)行考慮，建立能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的模型，相對(duì)于傳統(tǒng)的調(diào)度方式，該方式可以有效的降低碳排放量，并在一定程度上降低用電成本。另外，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度出發(fā)，合理的能源系統(tǒng)容量配置能夠在長(zhǎng)期的運(yùn)行中保持經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保型，促進(jìn)企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：葉宇國(guó)（1995.4-），男，漢族，湖北棗陽(yáng)人，本科，助理工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度

趙軼群（1993.12-），男，漢族，湖北孝感人，研究生，工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)安全管理。