鋼鐵企業(yè)能耗模型建模方法研究與應(yīng)用.pdf

1、能源已成為國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的約束,“碳排放”已成為國(guó)際社會(huì)施壓中國(guó)的砝碼。占國(guó)內(nèi)總能源消耗約六分之一的鋼鐵行業(yè)義不容辭地成為節(jié)能減排的排頭兵。相對(duì)于技術(shù)節(jié)能,鋼鐵企業(yè)的能源管理屬于軟節(jié)能,但同樣十分重要并日益受到企業(yè)和政府的重視。企業(yè)能源管理者開(kāi)展有效的能源管理工作,特別是借助信息自動(dòng)化等技術(shù)進(jìn)行能源管理,離不開(kāi)對(duì)能源消耗系統(tǒng)全面而又深入地認(rèn)識(shí)和把握,這就需要借助于能源消耗系統(tǒng)的模型,即能耗模型。
　　 現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)能耗模型的研

2、究較少,且多集中在某生產(chǎn)工序的能耗系統(tǒng),有著嚴(yán)格的形式化表達(dá),但缺乏對(duì)企業(yè)能耗系統(tǒng)整體性描述,難以整體把握能耗狀況,無(wú)法顯著提高管理效率；部分能耗模型有整體建模的思想,但僅停留在對(duì)能耗系統(tǒng)中能源流動(dòng)進(jìn)行描述性建模,缺乏更深層次認(rèn)識(shí),管理效果難以保證。為了解決現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)能耗模型這種“寬度”和“深度”間的矛盾,兼得能源管理效率和效果,本文提出了一種逐步形式化的建模思想,構(gòu)建雙層鋼鐵企業(yè)能源模型體系結(jié)構(gòu),在該體系下對(duì)能耗模型展開(kāi)研究:

3、>　　 (1)對(duì)鋼鐵企業(yè)能源管理領(lǐng)域的相關(guān)研究文獻(xiàn)進(jìn)行綜述。分析該研究領(lǐng)域現(xiàn)存的一些問(wèn)題和不足；結(jié)合調(diào)研情況,指出我國(guó)的鋼鐵企業(yè)節(jié)能體系包括技術(shù)節(jié)能、結(jié)構(gòu)節(jié)能和管理節(jié)能的綜合節(jié)能體系,該體系的實(shí)施要以信息自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ),以全面深入把握能耗狀況為起點(diǎn)；
　　 (2)總結(jié)能源模型的分類(lèi),詳細(xì)地論述現(xiàn)有能源模型研究進(jìn)展,指出現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)能源模型不能很好體現(xiàn)鋼鐵企業(yè)能耗系統(tǒng)的各種特點(diǎn),并且?guī)缀醵疾荒軌驈恼w上系統(tǒng)地描述整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)

4、程中的能耗狀況,很難形成企業(yè)能源消耗的多角度全方位綜合認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上,提出一種雙層逐步形式化的能源模型建模體系,在該建模體系下,引入建模構(gòu)件化思想,提出描述層建模所需要的能源模型構(gòu)件。能源模型構(gòu)件化對(duì)于快速準(zhǔn)確建模和描述層模型過(guò)渡到分析層模型至關(guān)重要。
　　 (3)對(duì)鋼鐵企業(yè)能源模型體系中描述層模型的建模方法進(jìn)行詳細(xì)論述。嘗試采用該方法對(duì)鋼鐵企業(yè)能耗系統(tǒng)進(jìn)行描述層建模,三個(gè)分視圖模型的建模方法是在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上,根據(jù)鋼鐵企業(yè)

5、能源消耗的具體實(shí)際加以擴(kuò)展,并通過(guò)能源模型構(gòu)件和元模型進(jìn)行視圖集成,使該方法更具描述鋼鐵企業(yè)能耗狀況的語(yǔ)義。在鋼鐵企業(yè)能耗系統(tǒng)描述層模型中,工序視圖從鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)工序的角度描述能耗的實(shí)際狀況；工廠視圖從企業(yè)組織的角度描述能耗的實(shí)際狀況；能流視圖描述鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中涉及的能源的來(lái)龍去脈。并分別定義工序視圖、能流視圖和工廠視圖的建模構(gòu)件以及元模型。
　　 (4)能耗系統(tǒng)描述層模型從多角度對(duì)鋼鐵企業(yè)能耗狀況進(jìn)行整體把握,但這些建模方

6、法是半形式化方法,只給出了較為嚴(yán)格的模型表示的語(yǔ)法,并沒(méi)有定義模型的語(yǔ)義,這妨礙了對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的精確表示,很難對(duì)建立模型的正確性進(jìn)行檢驗(yàn),也無(wú)法對(duì)能源消耗系統(tǒng)的各種性質(zhì)進(jìn)行分析。針對(duì)此,對(duì)鋼鐵企業(yè)能耗系統(tǒng)的形式化建模方法進(jìn)行研究,提出鋼鐵企業(yè)能耗系統(tǒng)混雜Petri網(wǎng)模型,采用Matlab中Stateflow對(duì)能耗系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型進(jìn)行仿真,可以得到現(xiàn)有工藝和技術(shù)條件下,一定時(shí)期內(nèi)的各種能耗指標(biāo),對(duì)能源管理者具有輔助決策的作用。此外,

7、給出該模型有關(guān)性質(zhì)以及沖突的定義,為進(jìn)一步利用混雜Petri網(wǎng)對(duì)能源消耗進(jìn)行分析奠定基礎(chǔ)。
　　 (5)描述層模型保證了對(duì)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的“完整性”,在此基礎(chǔ)上,得到對(duì)能耗系統(tǒng)更加深入的了解,需要通過(guò)規(guī)范的轉(zhuǎn)換機(jī)制使描述層模型轉(zhuǎn)換到形式化的分析層模型。本文首先研究?jī)蓪幽Ｐ烷g的圖形轉(zhuǎn)換機(jī)制,在此基礎(chǔ)上,嘗試采用關(guān)聯(lián)矩陣對(duì)兩層模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并通過(guò)實(shí)例說(shuō)明關(guān)聯(lián)矩陣轉(zhuǎn)換機(jī)制是有效的。
　　 (6)能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與能耗顯示功能實(shí)現(xiàn)。介

8、紹能源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和原則:結(jié)合實(shí)地調(diào)研,課題組在多視圖描述層模型的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出多角度能耗顯示系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)企業(yè)能源管理人員的初步確認(rèn),該系統(tǒng)可以比較好地滿足企業(yè)能源管理者的需求,提高管理效率。
　　 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面:(1)提出鋼鐵企業(yè)雙層能源模型體系,從描述層到分析層的建模體系體現(xiàn)了逐步形式化建模思想。使鋼鐵企業(yè)能耗系統(tǒng)從整體上得以表述,并且通過(guò)兩層模型轉(zhuǎn)換,使該系統(tǒng)可以利用形式化的分析模型得以深層次地認(rèn)識(shí),

9、在一定程度上彌補(bǔ)了現(xiàn)有能源模型的不足；(2)為了系統(tǒng)整體地描述企業(yè)能耗狀況,專(zhuān)門(mén)針對(duì)復(fù)雜的鋼鐵企業(yè)能耗系統(tǒng)特點(diǎn),并結(jié)合能源管理者的實(shí)際需求,提出多視圖建模思路,從多個(gè)角度對(duì)能耗狀況進(jìn)行把握,課題組根據(jù)此模型開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了多角度能耗顯示系統(tǒng),并得到企業(yè)認(rèn)可；(3)從半形式化描述層能源模型到形式化分析層能源模型的過(guò)渡需要通過(guò)轉(zhuǎn)換機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn),針對(duì)此,提出關(guān)聯(lián)矩陣轉(zhuǎn)換機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了逐步形式化的過(guò)渡；(4)在分析層,應(yīng)用混雜Petri網(wǎng)對(duì)鋼鐵企業(yè)能耗系