企業(yè)能源系統(tǒng)管理與開(kāi)發(fā)

吳曉姝，姚 堯，賈馮睿*

（1. 遼寧廣播電視大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110034； 2. 遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）

掌握好企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能理論及方法，是做好企業(yè)節(jié)能工作的關(guān)鍵，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此作了大量研究。，Kellogg最初研究了鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的能耗問(wèn)題，提出了用于計(jì)算產(chǎn)品燃料當(dāng)量的累加法[1]。徐壽波在分析研究生產(chǎn)中的能耗問(wèn)題時(shí)，提出了廣義節(jié)能理論[2]。該方法闡述了完全能耗的基本理念和研究方法理論，并建立了較全面的企業(yè)能耗生產(chǎn)中的評(píng)價(jià)指標(biāo)，用來(lái)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)工程中的能耗狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估。陸鐘武論述了系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)主要概念，即一是“載能體”，二是“系統(tǒng)”。 系統(tǒng)節(jié)能理論體系的全部?jī)?nèi)容基本上是圍繞這兩個(gè)概念展開(kāi)的。為了分析研究生產(chǎn)中的能耗問(wèn)題，所用的方法是各色各樣的，可以是定性的，也可以是定量的。并提出了噸鋼能耗的e-p分析方法。該方法可全面分析企業(yè)中生產(chǎn)的的能耗。2000年，陸鐘武教授從物流角度分析了物流的走向和物流的結(jié)構(gòu)與能耗的關(guān)系，及其分析方法，反映了資源的利用和循環(huán)對(duì)能耗影響的本質(zhì)，分析了鋼鐵工業(yè)的結(jié)構(gòu)、流程、產(chǎn)品物流、原料物流、廢品物流和循環(huán)物流與能耗之間的內(nèi)在聯(lián)系[3,4]。文獻(xiàn)[5]詳細(xì)分析了節(jié)能方向，其中包括降低生產(chǎn)中第一類載能體的單耗及載能量；降低生產(chǎn)中第二類載能體的單耗及載能體。文獻(xiàn)[6]分析了從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方向研究了企業(yè)生產(chǎn)能耗狀況。文獻(xiàn)[7]分析研究了鋼鐵工業(yè)中的低溫余熱資源，結(jié)果表明：若能有效回收鋼鐵工業(yè)中大量余熱資源，則可節(jié)約大量能源消耗。文獻(xiàn)[8]利用物流分析方法對(duì)生產(chǎn)能耗進(jìn)行了分析研究，并對(duì)鋼鐵工業(yè)中物流能耗規(guī)律進(jìn)行了研究。基于此，本文運(yùn)用VB語(yǔ)言編程，開(kāi)發(fā)了企業(yè)能源系統(tǒng)計(jì)算的軟件，有效的提高了企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能的效率。

1 企業(yè)能源管理分析系統(tǒng)軟件的基本模型

1.1 單元生產(chǎn)系統(tǒng)的物流模型

鋼鐵企業(yè)物流跟蹤分析主要以鐵元素為主，以鐵元素為單元，對(duì)其整個(gè)流程進(jìn)行跟蹤分析，其工序主要包括采礦、選礦、燒結(jié)、冶煉、鑄造、軋鋼等工序。每個(gè)工序又包括很多環(huán)節(jié)，不同企業(yè)單元?jiǎng)澐钟兴煌鶕?jù)產(chǎn)品種類的不同而確定。為了使公式更具有普遍性，可假設(shè)第i個(gè)工序包含mi個(gè)單元個(gè)數(shù)，其中(t=1, 2,…，n)。

單元物流可根據(jù)物流的來(lái)源、去向及特性，把輸入物流分為3大類，其中包括外界加入的物流、來(lái)自前道工序產(chǎn)品物流和返回輸入的物流，分別用aij，Gi0j，bij表示其流量參數(shù)。把輸出物流分為四類，即外銷合格品物流、廢品物流、供給下道工序產(chǎn)品物流和返回物流；用eij，gij，Gij和bij分別表示其流量參數(shù)。除了以上物流外，其他物流都稱為單元輔流。其下腳標(biāo)i,j分別表示第i道工序和第j個(gè)單元。其單元物流情況如圖1。

圖1 單元物流情況Fig.1 The unit mass flows

單元的輸入流量累加之和與單元輸出流量累加之和相等，則可建立其平衡方程為:

1.2 工序生產(chǎn)系統(tǒng)物流分析模型

工序生產(chǎn)系統(tǒng)具有非常緊密聯(lián)系的物流關(guān)系，前一個(gè)工序的產(chǎn)品可能是后一個(gè)工序的原料，而后一個(gè)工序的產(chǎn)品可能是前一個(gè)工序的產(chǎn)出品，環(huán)環(huán)相扣，組成一個(gè)緊密的工序。一個(gè)工序可輸出多種物流參數(shù)，一部分供給下道工序用于生產(chǎn)，一部分返回工序進(jìn)行回收利用或上游工序返回來(lái)物流；圖2僅表示工序生產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，便于分析理解，僅標(biāo)出單元和工序的主流部分，忽略了工序生產(chǎn)系統(tǒng)的前、后工序的交叉物流參數(shù)沒(méi)。

圖2 工序間的物流情況Fig.2 The mass flows in the process

相互連接的工序單元之間的物流平衡模型可以表述為：第i道工序的若干單元輸出主流流量之與本道工序的主流流量相等，又與下一道工序各單元輸入主流流量之和相等。

式中：rij—表示單元主流比例系數(shù)，可較系統(tǒng)的反映合流、分流及交叉物流之間的分配關(guān)系。

2 企業(yè)管理能源系統(tǒng)模型分析

2.1 系統(tǒng)模型

企業(yè)管理能源信息管理系統(tǒng)主要包括“企業(yè)初始化管理”、“生產(chǎn)數(shù)據(jù)錄入管理”、“生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息查詢管理”、“物流流通的能耗分析管理”、“系統(tǒng)管理”、“輔助工具”、“幫助”、“退出”等模塊（圖3）。它可以針對(duì)鋼鐵企業(yè)的能源系統(tǒng)信息進(jìn)行有效的管理，并能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤查詢，并反應(yīng)能源系統(tǒng)消耗能源資源的變化，使相應(yīng)管理部門能夠準(zhǔn)確快速的掌握能源系統(tǒng)變化情況，而對(duì)此能快速準(zhǔn)確的指定相應(yīng)政策，提高企業(yè)能源利用率，為企業(yè)的能源購(gòu)買和產(chǎn)品生產(chǎn)提供有力的依據(jù)。

圖3 系統(tǒng)主界面Fig.3 The Main Windows of System

2.2 系統(tǒng)需求分析

根據(jù)以上對(duì)企業(yè)能源管理分析系統(tǒng)的概述，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)能源管理分析系統(tǒng)應(yīng)該包含多個(gè)模塊，且每個(gè)模塊又包含一系列的功能子模塊。

由于模型復(fù)雜，因此重點(diǎn)對(duì)“物料流通的能耗分析”模塊進(jìn)行分析介紹，該模主要功能是對(duì)企業(yè)在能源消耗生產(chǎn)中的物流過(guò)程中的重要指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行有效歸類，以便分析管理，各主要指標(biāo)主包括企業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際能耗與基準(zhǔn)能耗的對(duì)比參數(shù)，各股物流參數(shù)對(duì)比系數(shù)所帶來(lái)的能好系統(tǒng)影響與各股物流參數(shù)對(duì)工序能耗所帶來(lái)的影響，對(duì)此所作出的相應(yīng)曲線見(jiàn)圖4。

每個(gè)工序單元物流平衡分析模型：該模塊負(fù)責(zé)對(duì)毎 道工序的所有單元計(jì)算其物流平衡，進(jìn)而對(duì)此進(jìn)行有效，達(dá)到準(zhǔn)確科學(xué)管理的目的。

圖4 物料流通的能耗分析功能模塊Fig.4 The Function of Energy Analysis of Mass flow

在企業(yè)生產(chǎn)能耗中，其中實(shí)際噸鋼工序能耗和基準(zhǔn)噸鋼工序能耗的對(duì)比及分析曲線為：該模塊通過(guò)對(duì)能耗生產(chǎn)中的某一特定時(shí)期實(shí)際消耗的能源量與基準(zhǔn)能耗進(jìn)行計(jì)算對(duì)比分析，進(jìn)而分析物流參數(shù)對(duì)企業(yè)能源資源消耗的影響，同時(shí)生產(chǎn)報(bào)表和相應(yīng)的分析曲線，以便分析；企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)流程中針對(duì)實(shí)際噸材能源消耗和基準(zhǔn)能耗的對(duì)比及分析曲線：該模塊主要通過(guò)對(duì)所有單元工序的物流消耗參數(shù)指標(biāo)噸材能耗進(jìn)行計(jì)算，分析物流參數(shù)對(duì)企業(yè)能源消耗的影響，并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，輸出報(bào)表和相應(yīng)的分析曲線；各股物流對(duì)工序能耗的影響及分析曲線：該模塊主要負(fù)責(zé)計(jì)算各股物流工序的能耗指標(biāo)，而對(duì)企業(yè)能耗物流參數(shù)進(jìn)行有效的分析，并輸出報(bào)表及相應(yīng)的生成分析曲線，以便管理者進(jìn)行分析。

3 實(shí)例驗(yàn)證

依據(jù)鞍鋼2005年的能源消耗數(shù)據(jù)，利用企業(yè)能源信息管理系統(tǒng)的“物流對(duì)能耗分析”的功能，對(duì)鞍鋼的噸鋼能耗、工序能耗、噸材能耗等主要能耗指標(biāo)進(jìn)行分析。由于篇幅限制，這里僅以噸鋼能耗與基準(zhǔn)噸鋼能耗進(jìn)行對(duì)比分析（圖5）。

從實(shí)際噸鋼工序能耗與基準(zhǔn)工序能耗對(duì)比可以看出計(jì)算結(jié)果均低于實(shí)際值，且誤差小于 2%（除煉鐵工序），證明該軟件具有一定的理論指導(dǎo)意義。

4 結(jié) 論

（1）該軟件以企業(yè)能源分析的理論模型為基礎(chǔ)，針對(duì)鋼鐵企業(yè)的工序消耗情況進(jìn)行了計(jì)算，縮短了企業(yè)系統(tǒng)的能源分析評(píng)價(jià)周期。

（2）通過(guò)實(shí)例計(jì)算可以得知，該軟件在工序能耗計(jì)算方面，誤差較小（除了煉鐵工序），能夠?yàn)樯a(chǎn)能耗統(tǒng)計(jì)、消耗部門改進(jìn)用能結(jié)構(gòu)和設(shè)備節(jié)能提供依據(jù)。

（3）所開(kāi)發(fā)的能源系統(tǒng)信息管理可對(duì)主要能耗指標(biāo)進(jìn)行有效的計(jì)算并對(duì)其進(jìn)行歸類分析，為生產(chǎn)供銷部門快速有效的指定政策提供有力的依據(jù)，進(jìn)而可對(duì)鋼鐵生產(chǎn)能源消耗進(jìn)行有效分析管理，降低企業(yè)能源消耗，達(dá)到資源最大限度利用，增加企業(yè)的資源利用率，節(jié)能降耗。

(4)企業(yè)能源管理系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)將側(cè)重于人機(jī)對(duì)話界面的優(yōu)化，計(jì)算精度的提升以及對(duì)于分析結(jié)論的建議方面。

圖5 實(shí)際噸鋼工序能耗和基準(zhǔn)工序能耗對(duì)比分析Fig.5 The Comparison between Real and Standard Energy Consumption Per Ton of Steel

［1］A lbertTh umann,P .E.,C .E.M.著.能源工程基礎(chǔ)[M]. 衛(wèi)景彬，高季洪等,譯.北京:能源出版社，1989-11:60-76.

［2］徐壽波.廣義節(jié)能[M]. 長(zhǎng)沙：湖南人民出版社，1982:15-20.

［3］陸鐘武.我國(guó)鋼鐵工業(yè)噸鋼綜合能耗的剖析[J].冶金能源，1992(1):1 4-1.

［4］陸鐘武.冶金熱能工程導(dǎo)論[M].沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，1990:45-80.

［5］陸鐘武，蔡九菊.系統(tǒng)節(jié)能基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，1993-08:1-209

［6］蔡九菊.鋼鐵企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能決策模型的研究及其應(yīng)用博士論文[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué),1986.

［7］李桂田.鋼鐵工業(yè)余熱資源及幾項(xiàng)指標(biāo)[J].冶金能源，1997, 16 (1):3-9．

［8］陸鐘武，蔡九菊，于慶波,等．鋼鐵生產(chǎn)流程中物流對(duì)能耗的影響[J]，金屬學(xué)報(bào)，2000，36(4):370-378.