典型钢铁企业能源管控系统
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《 国家中长期科学和技术发展规划纲要》指出能源领域是我国科技发 展的重点领域，其中的优先主题之一是工业节能，而冶金节能技术与装 备又是工业节能的重要方面。 我国钢铁企业的吨钢能耗远高于世界先进水平，我国重点钢铁企业 的吨钢能耗比国外先进水平高出10%，传统的能源管理模式显然已经不 能适应钢铁生产大型化、高速化和激烈市场竞争的需要，也必然不能符 合国家长期发展规划的要求。 以EMS(能源管理系统)为支撑的现代化能源管理是中国钢铁企业的必然 之路。
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一、能源实时平衡系统研究与开发
湘 潭 钢 铁 集 团 有 限 公 司
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1、制订平衡调度规则
(1)、 钢厂的负荷类型分析（按不同介质类型） (2)、 用能的平衡原则制订（按对生产、安全和经济性） (3)、 异常情况下的能源调度方案的制订 (4)、 紧急减负荷策略
等效冲击负荷
等效发生源
P
可调节负荷 转换负荷 等效稳定负荷 湘 潭 钢 铁 集 团 有 限 公 司
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上海宝信软件股份有限公司
能源管理系统优化调整的基本要求：
- 及时性 - 合理性 - 尽可能减少调整频度 - 确保设备安全，满足能源供应要求
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cl1xl1(t) + cl 2 xl 2 (t) +L= ylk (t)
EpI (ti ) − EcI (ti ) − EsI (ti ) + EbI (ti ) = 0
VJ (ti+1) = VJ (ti ) + [EpJ (ti ) − EcJ (ti ) − EsJ (ti ) + EbJ (ti ) − EwJ (ti )]KJT
典型钢铁企业能源管控系统 技术研究及工程应用
2008年07月01日
湘潭钢铁集团有限公司
交流提纲
第一部分：项目的意义与总体目标 第二部分：项目主要内容 第三部分：关键技术研究 第四部分：项目预期达到的经济技术指标
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项目意义
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环保监测及管理 能源系统调度优化
能源管理/优化调度/环保管理
能源系统的综合平衡分析
能源系统的质量管理 能源系统运行支持 能源系统预测和分析
能源管控一体化项目建设的主要内容
1、企业能源管理的咨询； 2、基于作业长制的企业能源管理新模式的设计及实施； 3、能源管理信息系统的建设； 4、企业能源生产调度信息系统的实施； 5、企业能源现场装备的改造。
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能源管控系统网络结构
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项目总体目标
能源管理系统建设的总体目标： 依据现代化能源管理思想，探索建立符合湘钢长期发展战略需求的 新型能源管理模式；按照总体规划、分步实施、统筹兼顾、重点突破、 效益驱动的原则，对公司现有的能源基础设施实施系统升级和技术改造， 提升企业能源系统的技术装备水平；建设集过程监控、能源调度指挥、 能源平衡决策等管控功能一体化的新型能源管理体系，实现能源的四级 能耗指标管理；与公司生产经营有效结合，达到节能降耗，降低成本， 提高产品竞争力，保护资源和环境，发展湘钢循环经济的目标，最终实 现公司的可持续发展。 （1）建立现代化能源管理模式 （2）改造提高能源系统的技术装备水平 （3）建立安全、稳定、经济、高效的能源管理系统 （4）建立能源系统对生产工艺系统的有效支撑
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项目意义
2007年12月，国家批准长株潭城市群为“两型社会改革试验区”，两 型社会改革试验区”的核心是“两型”，即资源节约型与环境友好型。长株 潭地区内企业的节能工作是建设“两型社会”的重要组成部分。 作为长株潭地区乃至整个湖南省的支柱企业之一，湘钢也是长株潭 地区和湖南省的耗能大户，以EMS为支撑，建立现代化的能源管理体 系，做好节能、减排工作既是湘钢自身发展的需要，同时也是湘钢所肩 负的社会责任，对建设长株潭“两型社会”意义重大。
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交流提纲
第一部分：项目的意义与总体目标 第二部分：项目主要内容 第三部分：关键技术研究 第四部分：项目预期达到的经济技术指标
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项目主要内容
最小时间粒度是调度能够作出正确反应最小时间间隔， 小于这个时间间隔的过细粒度在实际中是没有意义的。
时间粒度的制定要综合考虑企业中设备的能源 调整能力，过细的时间粒度往往导致设备能源的频 繁调整，引起设备的损坏，而过粗的时间粒度由于 输出能源调度决策的时间间隔较长，往往导致能源 的放散浪费。
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能源系统特点-（设计要点1）
能源在钢厂生产管理中的地位十分重要。生 产过程需要的能源介质有电力、水、副产煤气、 蒸汽、氧、氮、氩等。能源介质管网将遍布全厂 ，线路长，输配要求高，确保连续、安全和经济 的供应，是EMS的重要任务之一。能源的动态平 衡和连续性特点就要求EMS能在设备监控、实时 调节、信息收集、故障分析和处理、运行调度手 段、能源计划安排、实绩分析、平衡预测等各方 面有系统的考虑和优化的设计。 确保在任何情况 下能源系统的安全、稳定、经济。
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应用功能
外销
热损失 烧 结 锅炉 进蒸汽管网
ห้องสมุดไป่ตู้
2. 分析透彻能源系统介质流程
合成LDG
洗精煤 洗精煤
蒸汽
炼 焦炭 焦
COG
高 BFG 炉
铁
水
炉内反应热 热损失 氧 电
转 炉
LDG 钢坯 热损失
喷吹煤
CDQ 外 购 电 蒸汽 管网
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1、建立钢厂能源系统平衡数学模型
(1)、 建立各生产设备的能源平衡方程式（产量、品种） (2)、 在(1)基础上生成钢厂的设备能源模型库 (3)、 按介质建立钢厂的能源平衡方程 (4)、 根据钢厂的实际情况建立用能的外部约束条件 (5)、 采用现代数学方法求解方程
能源固定型设备： 能源产耗只与生产能力有关,品种不可调整 能源可变型设备： 完成规定生产任务,可灵活使用能源介质 能源转换型设备： 产能、耗能及品种都可以变化 能源存储型设备： 不产生或消耗能源,但可作为缓冲容器使用
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(2). 调度的最小时间粒度的制定
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(5).求解出最优解调度方案
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(6).将优化结果进行加工简化达到实用目标
1、上述模型计算结果精度高，但按此 调整复杂，需要简化 2、根据优化结果可容易看出对调度调 整有意义的用户(须限制数量) 3、 人工调度应按优化结果归纳为左 下的实用模型
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2、 能源优化及节能调度应用
(1)、能源平衡趋势的预测(电力预测、柜位预测、组合预测等) (2)、按不同的最优化目标给出经济调度方案 (3)、可按不同的方式提供优化结果 (4)、B/S方式
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湘钢能源管理系统的实施，将汲取国内外能源管理的先进经验，从全 公司能源管理系统的角度，通过先进的信息化系统，对能源的计划、生 产、实绩、输配、调度、分析、业务流程以及人力资源利用等各方面， 进行全方位的管理和运行支持，以最少的人力、最先进的手段、最有效 的体制、最完整的信息支撑，全面提高公司的能源管理水平。
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2、建立调度平衡模型
等效发生源 等效冲击负荷 P
转换负荷 等效稳定负荷
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可调节负荷
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(1). 建立能源系统平衡模型要点 全面分析钢厂的用能设备的性质:
TRT
锅炉
电炉 连铸 条钢 热轧 冷轧 钢管
余 热 钢管 锅炉
水道 鼓风 低压 锅炉 氧氮氩
电
动力煤
重油
电力
厂
外送电网 进蒸 汽管网
钢厂能源系统典型流程图
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3、能源管理系统工艺信息流程
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J = max(∑ (∑ (ϕ sk Esk (ti ) − ϕbk Ebk (ti ) + ϕ mk ρmkVmk (ti ))
ti =1 k =1 N Nk
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(4).优化模型相关系数的获取 这是建立优化模型的基础,需要通过建模过程解决: - 根据生产设备特征，获知设备的数学模型特征 - 可根据钢厂实际设备运行数据采用分析、规划、 挖掘、回归等方法对特征方程进行拟合 - 建立钢厂生产设备模型库
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(3).能源平衡与优化调度问题建模
根据不同类型设备建立模型方程: - 可变性生产设备 - 能源转换型设备 - 建立稳态型设备平衡方程 - 可变型设备平衡方程 - 目标函数
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cs1xs1(t) +cs2xs2(t) +L= gs (Us (t))
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4、规划完备的数据采集网络
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交流提纲
第一部分：项目的意义与总体目标 第二部分：项目主要内容 第三部分：关键技术研究 第四部分：项目预期达到的经济技术指标
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项目总体目标
湘钢能源管理系统是一个集过程监控、能源调度、能源管理为一体的、 以计算机技术为基础的管控一体化系统，将对公司电力、焦炉煤气、高 炉煤气、转炉煤气、混合煤气、压缩空气以及氧气、氮气、氩气、蒸汽、 冷风、净环水、浊环水、软水、源水等主要能源介质的生产、输配、耗 用等各个环节，进行监控、平衡调度和管理。
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3.常用能源系统预测技术 能源管理系统预测技术： - 煤气柜位/需求预测 - 电力负荷/电量预测 - 环境状态预测
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煤气柜位的常规监测 煤气柜位/升降速度计监视 - 定性观测：
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系统构成
3、EMS系统构成 1、综合能源监控系统 – 2、基础能源管理系统 – 3、能源实时平衡系统 MOX实时数据库，SCADA平台
ORACLE 关系数据库，.NET框架
动态能源平衡技术
4、能源优化及节能调度系统 - 优化调度技术
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煤气柜位定量预测技术 煤气柜位预测 - 定量观测：
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用电量量预测
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钢厂电力负荷预测
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超短时负荷预测
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二、能源优化及节能调度系统
（EMS-MES-IPS 研究和示范应用）
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一、能源实时平衡系统研究与开发
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1、制订平衡调度规则
(1)、 钢厂的负荷类型分析（按不同介质类型） (2)、 用能的平衡原则制订（按对生产、安全和经济性） (3)、 异常情况下的能源调度方案的制订 (4)、 紧急减负荷策略
等效冲击负荷
等效发生源
P
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能源管理系统优化调整的基本要求：
- 及时性 - 合理性 - 尽可能减少调整频度 - 确保设备安全，满足能源供应要求
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EpI (ti ) − EcI (ti ) − EsI (ti ) + EbI (ti ) = 0
VJ (ti+1) = VJ (ti ) + [EpJ (ti ) − EcJ (ti ) − EsJ (ti ) + EbJ (ti ) − EwJ (ti )]KJT
典型钢铁企业能源管控系统 技术研究及工程应用
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第一部分：项目的意义与总体目标 第二部分：项目主要内容 第三部分：关键技术研究 第四部分：项目预期达到的经济技术指标
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项目意义
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环保监测及管理 能源系统调度优化
能源管理/优化调度/环保管理
能源系统的综合平衡分析
能源系统的质量管理 能源系统运行支持 能源系统预测和分析
能源管控一体化项目建设的主要内容
1、企业能源管理的咨询； 2、基于作业长制的企业能源管理新模式的设计及实施； 3、能源管理信息系统的建设； 4、企业能源生产调度信息系统的实施； 5、企业能源现场装备的改造。
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项目总体目标
能源管理系统建设的总体目标： 依据现代化能源管理思想，探索建立符合湘钢长期发展战略需求的 新型能源管理模式；按照总体规划、分步实施、统筹兼顾、重点突破、 效益驱动的原则，对公司现有的能源基础设施实施系统升级和技术改造， 提升企业能源系统的技术装备水平；建设集过程监控、能源调度指挥、 能源平衡决策等管控功能一体化的新型能源管理体系，实现能源的四级 能耗指标管理；与公司生产经营有效结合，达到节能降耗，降低成本， 提高产品竞争力，保护资源和环境，发展湘钢循环经济的目标，最终实 现公司的可持续发展。 （1）建立现代化能源管理模式 （2）改造提高能源系统的技术装备水平 （3）建立安全、稳定、经济、高效的能源管理系统 （4）建立能源系统对生产工艺系统的有效支撑
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项目意义
2007年12月，国家批准长株潭城市群为“两型社会改革试验区”，两 型社会改革试验区”的核心是“两型”，即资源节约型与环境友好型。长株 潭地区内企业的节能工作是建设“两型社会”的重要组成部分。 作为长株潭地区乃至整个湖南省的支柱企业之一，湘钢也是长株潭 地区和湖南省的耗能大户，以EMS为支撑，建立现代化的能源管理体 系，做好节能、减排工作既是湘钢自身发展的需要，同时也是湘钢所肩 负的社会责任，对建设长株潭“两型社会”意义重大。
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第一部分：项目的意义与总体目标 第二部分：项目主要内容 第三部分：关键技术研究 第四部分：项目预期达到的经济技术指标
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项目主要内容
最小时间粒度是调度能够作出正确反应最小时间间隔， 小于这个时间间隔的过细粒度在实际中是没有意义的。
时间粒度的制定要综合考虑企业中设备的能源 调整能力，过细的时间粒度往往导致设备能源的频 繁调整，引起设备的损坏，而过粗的时间粒度由于 输出能源调度决策的时间间隔较长，往往导致能源 的放散浪费。
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能源系统特点-（设计要点1）
能源在钢厂生产管理中的地位十分重要。生 产过程需要的能源介质有电力、水、副产煤气、 蒸汽、氧、氮、氩等。能源介质管网将遍布全厂 ，线路长，输配要求高，确保连续、安全和经济 的供应，是EMS的重要任务之一。能源的动态平 衡和连续性特点就要求EMS能在设备监控、实时 调节、信息收集、故障分析和处理、运行调度手 段、能源计划安排、实绩分析、平衡预测等各方 面有系统的考虑和优化的设计。 确保在任何情况 下能源系统的安全、稳定、经济。
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蒸汽
炼 焦炭 焦
COG
高 BFG 炉
铁
水
炉内反应热 热损失 氧 电
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1、建立钢厂能源系统平衡数学模型
(1)、 建立各生产设备的能源平衡方程式（产量、品种） (2)、 在(1)基础上生成钢厂的设备能源模型库 (3)、 按介质建立钢厂的能源平衡方程 (4)、 根据钢厂的实际情况建立用能的外部约束条件 (5)、 采用现代数学方法求解方程
能源固定型设备： 能源产耗只与生产能力有关,品种不可调整 能源可变型设备： 完成规定生产任务,可灵活使用能源介质 能源转换型设备： 产能、耗能及品种都可以变化 能源存储型设备： 不产生或消耗能源,但可作为缓冲容器使用
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1、上述模型计算结果精度高，但按此 调整复杂，需要简化 2、根据优化结果可容易看出对调度调 整有意义的用户(须限制数量) 3、 人工调度应按优化结果归纳为左 下的实用模型
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2、 能源优化及节能调度应用
(1)、能源平衡趋势的预测(电力预测、柜位预测、组合预测等) (2)、按不同的最优化目标给出经济调度方案 (3)、可按不同的方式提供优化结果 (4)、B/S方式
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湘钢能源管理系统的实施，将汲取国内外能源管理的先进经验，从全 公司能源管理系统的角度，通过先进的信息化系统，对能源的计划、生 产、实绩、输配、调度、分析、业务流程以及人力资源利用等各方面， 进行全方位的管理和运行支持，以最少的人力、最先进的手段、最有效 的体制、最完整的信息支撑，全面提高公司的能源管理水平。
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等效发生源 等效冲击负荷 P
转换负荷 等效稳定负荷
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(1). 建立能源系统平衡模型要点 全面分析钢厂的用能设备的性质:
TRT
锅炉
电炉 连铸 条钢 热轧 冷轧 钢管
余 热 钢管 锅炉
水道 鼓风 低压 锅炉 氧氮氩
电
动力煤
重油
电力
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J = max(∑ (∑ (ϕ sk Esk (ti ) − ϕbk Ebk (ti ) + ϕ mk ρmkVmk (ti ))
ti =1 k =1 N Nk
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(4).优化模型相关系数的获取 这是建立优化模型的基础,需要通过建模过程解决: - 根据生产设备特征，获知设备的数学模型特征 - 可根据钢厂实际设备运行数据采用分析、规划、 挖掘、回归等方法对特征方程进行拟合 - 建立钢厂生产设备模型库
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根据不同类型设备建立模型方程: - 可变性生产设备 - 能源转换型设备 - 建立稳态型设备平衡方程 - 可变型设备平衡方程 - 目标函数
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项目总体目标
湘钢能源管理系统是一个集过程监控、能源调度、能源管理为一体的、 以计算机技术为基础的管控一体化系统，将对公司电力、焦炉煤气、高 炉煤气、转炉煤气、混合煤气、压缩空气以及氧气、氮气、氩气、蒸汽、 冷风、净环水、浊环水、软水、源水等主要能源介质的生产、输配、耗 用等各个环节，进行监控、平衡调度和管理。
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3.常用能源系统预测技术 能源管理系统预测技术： - 煤气柜位/需求预测 - 电力负荷/电量预测 - 环境状态预测
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系统构成
3、EMS系统构成 1、综合能源监控系统 – 2、基础能源管理系统 – 3、能源实时平衡系统 MOX实时数据库，SCADA平台
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动态能源平衡技术
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