葉宇國 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。而且我國是一個制造業(yè)發(fā)達(dá)的國家，進(jìn)行能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，尤其是對于工業(yè)企業(yè)的能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度，是企業(yè)實現(xiàn)綠色生產(chǎn)，節(jié)約能源的一個關(guān)鍵舉措。工業(yè)企業(yè)往往會采用電網(wǎng)供電和自發(fā)電兩種方式來進(jìn)行供電，因此，工業(yè)企業(yè)首先可以對于實際生產(chǎn)中的能源安排進(jìn)行合理規(guī)劃，其次，可以對于電網(wǎng)供電及自發(fā)電的比例進(jìn)行調(diào)整，從而實現(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)會影響全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也會對于全球的生態(tài)環(huán)境造成破壞。針對此情況，需要對于綠色制造工程進(jìn)行重點的實施。而我國有很多的制造企業(yè)，需要對于整個制造的行業(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)。其次需要對于能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，增加新能源的消耗，并對于能源的容量進(jìn)行合理規(guī)劃。通過對于生產(chǎn)和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可以實現(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，從而使得在分時電價政策的基礎(chǔ)上，總的用電成本最少。在這個過程中，對于每個時段的用電負(fù)荷進(jìn)行計算，然后，對于每個時段的機(jī)組出力運(yùn)用動態(tài)的規(guī)劃方法進(jìn)行調(diào)度。以計算出來的電負(fù)荷作為邊界，通過對于機(jī)組的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，滿足每一個時間段的用電負(fù)荷，并對于發(fā)電的具體成本及碳排放量進(jìn)行計算。

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，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，然后會在一個目標(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，對應(yīng)的所有生產(chǎn)任務(wù)基本已經(jīng)排序完成。具體來說，模擬退火方法共有四個步驟，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，并通過一個隨機(jī)的函數(shù)確定使用哪一種變換方法來變換原始解的編碼，通過交換、翻轉(zhuǎn)以及插入的不同變換方法產(chǎn)生一個新解。其次是計算新解，在分時電價的背景下，用電成本主要是各個時段的凈電費(fèi)相加的總和，這個總和是通過計算各個時段的總用電量以及具體時段的電價之積得到。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)荷大小和處理時間，接著在不同的電價時段分配任務(wù)，同時，這個過程中負(fù)荷不可中斷，時段需要飽滿，最終計算出用電成本。其三是接受新解概率，通過計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)的概率計算確定最終是否接受。最后是降低溫度，在初始時，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)器和電價時段，并且用電的成本也會逐漸降低，系統(tǒng)逐漸變得有序，溫度也會有所降低。

1.3發(fā)電2調(diào)度算法

發(fā)電調(diào)度使用動態(tài)規(guī)劃算法計算，首先需要進(jìn)行動態(tài)劃分，需要確定每個時間段機(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)每個狀態(tài)都達(dá)到最優(yōu)，整個發(fā)電調(diào)度才會是最優(yōu)，并且一個時段的機(jī)組出力確定后，不會受到后一個狀態(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。包括每個時間段所有機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，每個機(jī)組的狀態(tài)以不同的符號標(biāo)識，運(yùn)行出力狀態(tài)和運(yùn)行停止?fàn)顟B(tài)的標(biāo)識不同，把每個機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)組成狀態(tài)組。在每一個時間段，機(jī)組的運(yùn)行專題會依據(jù)下一時段的用電負(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，每個機(jī)組都設(shè)定爬坡約束，對于機(jī)組在一定時間內(nèi)功率變化的范圍進(jìn)行限定，這也能避免對某些解的跳躍。最后是邊界條件，以每個時間段的用電負(fù)荷為邊界條件，每一次狀態(tài)轉(zhuǎn)移都是以此遞推，直到每個時段的用電負(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，并在同時降低碳排放量，而從長遠(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，因為供電容量配置不論是從企業(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。對于企業(yè)來說，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)營維護(hù)成本和碳排放成本，需要對于總成本進(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，這個成本不僅僅包括分時電價的成本，自發(fā)電成本，系統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)的成本，也包括碳排放成本。通過進(jìn)行仿真計算得出的容量配置方法具有較大的優(yōu)勢，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，有利于實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

3.結(jié)束語

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)度只從某一個方面進(jìn)行優(yōu)化，是無法實現(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，也對于碳排放和分時電價正常進(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)長遠(yuǎn)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]陳勇.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[D].湘潭大學(xué)，2019.

[2]段成俊.區(qū)域綜合能源系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測和優(yōu)化調(diào)度研究[D].江蘇大學(xué)，2020.

作者簡介：葉宇國（1995.4-），男，漢族，湖北棗陽人，本科，助理工程師，研究方向為電網(wǎng)調(diào)度

趙軼群（1993.12-），男，漢族，湖北孝感人，研究生，工程師，研究方向為電網(wǎng)安全管理。