高能耗行业中物质流、能量流与信息流的协同研究

高能耗行业能耗过高导致了能源形势与环境的恶化，这严重影响了我国节能降耗工作以及整个社会的可持续发展。在目前严峻的能源形势下，如何对高耗能行业进行控制和管理达到节能、经济和环保的目标，这是人类面临的重大课题。本项申请将以能源大系统作背景，以高能耗行业作为主要研究对象，以人口-经济-社会-资源（能源）-环境的可持续协调发展为主线，采用控制论、协同学、熵理论等作为研究的理论基础，从理论的高度以及多学科交叉的角度将物质流、能量流和信息流三者联系起来进行分析，研究物质流、能量流和信息流的基本特性以及三者之间的协同关系，构建高能耗行业能源大系统中物质流、能量流与信息流的协同形成机制、协同实现机制以及协同评价机制。充分利用物质流、能量流和信息流之间的相互关系来发现目前高能耗行业存在的主要问题，为这些行业的管理、规划以及优化改造提供科学、可靠的理论依据。本项目的实施有助于我国节能减排工作的顺利开展和实施。

本项目主要针对目前国内外对高耗能行业的能源大系统中物质流、能量流与信息流综合研究的不足，结合钢铁工业的特点，分析了钢铁工业的能源大系统中物质流、能量流与信息流的基本特性，尝试给出了物质流、能量流与信息流的数学描述，进而应用控制论、熵理论、协同学等方面的理论成果，从理论的高度以及学科交叉的角度研究了钢铁工业中物质流、能量流与信息流之间的协同演化问题。认为在一定外界条件下，可以通过钢铁工业能源大系统中物质流、能量流和信息流的协同作用实现钢铁工业从高能耗、高物耗、高排放的混沌状态向低能耗、低物耗、低排放的有序状态的演化发展，最终实现钢铁工业的绿色生产及信息化。研究基本达到了预期目标，获得了相应的研究成果，解决了相应的关键科学问题，对今后的研究奠定了重要的研究基础。.目前项目取得了以下主要进展及成果：.1.分析了钢铁工业能源大系统中物质流、能量流和信息流的流结构和基本特性，初步建立了钢铁工业能源大系统物质流、能量流和信息流的数学模型。.2.分析了钢铁工业能源大系统中物质流、能量流和信息流之间的协同关系，建立了“三流”之间的关系模型，研究了“三流”的协同机理，获得了钢铁工业的物质流-能量流-信息流协同形成机制。.3.研究了钢铁工业能源大系统的协同实现机制，构建了钢铁工业能源大系统中物质流、能量流与信息流的协同控制方案。.4.建立了基于序参量的钢铁工业能源大系统中物质流、能量流与信息流的协同评价模型，构建了钢铁工业的协同评价机制。.5.初步建立了钢铁工业能源大系统的综合仿真平台。该综合仿真平台具有以下几项功能：①提供物质流动网络图、能量流动网络图、信息流动网络图；②根据协同评价模型计算出物质流、能量流与信息流的协同度；③提供协同控制模块，通过改变某些参量来实现大系统按照某一预定方向的协同演化；④提供能源管理模块，实现钢铁企业中主要能源介质的优化调度、预测分析和管理。