基于流程网络的钢铁企业能量流网络建模与多能源介质集成优化研究

基本信息
批准号:61603370
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:19.00
负责人:曾玉娇
学科分类:
依托单位:中国科学院过程工程研究所
批准年份:2016
结题年份:2018
起止时间:2017-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:肖炘,聂亚玲,郑文文,高放,肖家栋
关键词:
集成优化多能源介质流程网络钢铁企业能量流网络模型
结项摘要

The iron and steel industry is one of the key industries in which our country develops the circular economy and strengthens the energy conservation and emissions reduction. The key breakthrough for the new round of energy-conservation of China's steel industry is to deeply analyze the dynamic behavior pattern of energy flow and construct the optimal energy flow network. According to the thought of "energy flow network" proposed by academician Ruiyu Yin, in this project the input /output characteristics of the energy flow in the steel production process are deeply analyzed, the method of modeling energy flow network is discussed, and an full process energy flow network model is built, covering energy use, recovery, storage and transformation sectors, which can provide the the model basis for analysis and evaluation energy flow network in the steel works. On this basis, the integrated optimization model of multi-type energy medium is established by using the theory of systems engineering and method of global optimization. In order to solve the integrated optimization model, effective optimization strategies based on the decomposition-coordination principle and global optimization methods are proposed. And then, the optimal allocation of different energy medium among the energy production, transmission, use and many other links in the whole process is obtained, and the orderly and efficient operation of the energy system in the steel works is achieved. Hence, it will provide the theory support and method basis for studying the collaborative optimization operation mechanism of the material flow and energy flow in the steel production process, and make contributions to promote the sustainable development level of China's steel industry as well as the metallurgical industry.

钢铁行业是我国发展循环经济、深化节能减排的重点行业。深入剖析能量流动态行为规律并构建优化的能量流网络是我国钢铁行业新一轮节能降耗的重要突破口。本课题基于殷瑞钰院士提出的“能量流网络化”思想,系统分析钢铁生产过程中能量流运行网络及其输入-输出动态特性,探讨能量流网络的构建方法,建立覆盖全流程能源使用、回收、存储、转换和输配各环节的能量流网络模型,为分析和评估能量流网络动态行为提供模型支持;在此能量流网络模型基础上,综合应用系统工程和全局优化方法,构建多能源介质集成优化模型;并通过大系统分解-协调理论和全局优化方法解决多能源介质集成优化问题的求解,获得不同能源介质在其发生、转换和使用全过程各环节上的协调优化分配方案,实现钢铁企业能源系统的高效、有序运行,为进一步研究钢铁生产过程中物质流-能量流协同优化运行机制提供理论支持和方法依据,为推进我国钢铁乃至冶金行业的可持续发展水平做贡献。

项目摘要

作为资源和能源密集型产业,我国钢铁工业当前面临着产能过剩、资金紧缺、环保压力增大等诸多压力与挑战。深入剖析能量流动态行为规律并构建优化的能量流网络是我国钢铁行业新一轮节能降耗的重要突破口。本课题以钢铁企业能量流网络为研究对象,展开了面向工序尺度的能量流网络建模方法与多能源介质集成优化技术研究,旨在为能量流网络仿真、预测与平衡调度提供理论指导与技术支撑。项目取得的主要成果如下:1)针对主生产工序能量流动态输入-输出建模问题,提出了一种基于影响因素分析和工况信息组合的主生产工序能量流动态建模方法。2)针对钢铁能量流网络中煤气、蒸汽与电力能源耦合环节建模问题,提出了一种基于数据驱动与机理分析组合的能源转换单元建模方法。3)针对多能源介质集成优化调度问题,提出了一种以经济优化为主考虑生产约束的多能源介质集成优化模型。4)针对能源调度周期内经济与环境效益同时兼顾问题,提出了一种以系统总运行成本最小和环境影响最小为目标的能源系统多目标优化模型。5)针对不确定条件下能源系统优化调度问题,提出了一种考虑能源回收与需求不确定性的能源系统多目标鲁棒优化模型。上述部分课题研究成果已成功应用于合作企业的能源预测与优化调度软件,并采用实际数据验证了理论与方法的可行性与合理性。项目的研究可为钢铁企业制定能源生产计划与调度方案提供可用的模型和方法,同时还能进一步为钢铁制造流程物质流-能量流协同优化运行机制的研究提供理论支持和方法依据,为推进我国钢铁乃至冶金行业的可持续发展水平做贡献。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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