钢铁企业能源与生产动态协调计划研究

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作为典型的高能耗行业,钢铁行业节能减排、由耗能企业向节能企业转变是降低生产成本、提升企业竞争力的重要手段。钢铁生产过程与能源消耗过程紧密相关,将二者协调考虑,对于提高余热、余能和物料利用率,减少排放与能源外购量,对提高企业经济效益、实现钢铁生产绿色化具有重要的作用。
  本文从钢铁生产与能源消耗过程中提炼出多能源动态协调优化问题和考虑能耗的无委托板坯动态匹配优化问题。根据具体的问题特性,分别建立了静态和动态数学模型,开发了基于近视策略和决策后状态的近似动态规划算法,并采用钢铁企业的实际数据进行了数值实验与结果分析。最后,基于改进的近似动态规划算法开发多能源协调优化决策支持系统。本文的主要内容如下:
  1)多能源动态协调优化问题是指在满足实际生产用能需求的前提下,根据电力需求和实变电价、设备用能限度、机组发电能力、蒸汽发电焓值、管网安全要求等信息,决策各个时段内煤气—蒸汽—电力分配方案,实现外购电成本与放散、生产消耗、发电成本的综合成本最小化,建立了该问题的数学规划模型,模型中考虑了能源供需的随机因素,提出了以决策后状态为值函数的近似动态规划算法,并设计了以煤气消耗和发电成本为特征向量的基函数,通过实际数据测试与结果分析,验证了所提方法的有效性。
  2)考虑能耗的无委托板坯动态匹配优化问题是指在满足板坯与合同的匹配工艺前提下,根据板坯与合同的可利用时间、板坯的属性、合同的需求等信息,决策各个时间段内板坯与合同的匹配关系。以最小化匹配规格差异成本、最大化板坯匹配奖励、最大化合同优先级奖励、最小化合同超量和欠量惩罚、最小化能源损耗为目标,建立了整数规划模型,并开发了近似动态规划算法对问题进行快速近优求解。基于问题的结构特征,设计了能够协调匹配成本与能耗成本的基函数,并提出了值函数更新的改进策略。数值实验结果表明,所提出的近似动态规划算法能够快速获得问题的近优解,且在某些情况下能够获得最优解。
  3)基于上述问题的模型和求解方法,开发了钢铁企业多能源协调优化决策支持系统,实现了基础数据管理、参数设置、协调优化与解决方案分析功能,为企业的煤气、蒸汽、电力综合优化提供了决策支持。
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