企業能源系統管理與開發

吳曉姝，姚 堯，賈馮睿*

（1. 遼寧廣播電視大學，遼寧 沈陽 110034； 2. 遼寧石油化工大學，遼寧 撫順 113001）

掌握好企業系統節能理論及方法，是做好企業節能工作的關鍵，因此國內外學者對此作了大量研究。，Kellogg最初研究了鋼鐵行業生產過程的能耗問題，提出了用于計算產品燃料當量的累加法[1]。徐壽波在分析研究生產中的能耗問題時，提出了廣義節能理論[2]。該方法闡述了完全能耗的基本理念和研究方法理論，并建立了較全面的企業能耗生產中的評價指標，用來對企業生產工程中的能耗狀況進行準確的評估。陸鐘武論述了系統節能技術主要概念，即一是“載能體”，二是“系統”。 系統節能理論體系的全部內容基本上是圍繞這兩個概念展開的。為了分析研究生產中的能耗問題，所用的方法是各色各樣的，可以是定性的，也可以是定量的。并提出了噸鋼能耗的e-p分析方法。該方法可全面分析企業中生產的的能耗。2000年，陸鐘武教授從物流角度分析了物流的走向和物流的結構與能耗的關系，及其分析方法，反映了資源的利用和循環對能耗影響的本質，分析了鋼鐵工業的結構、流程、產品物流、原料物流、廢品物流和循環物流與能耗之間的內在聯系[3,4]。文獻[5]詳細分析了節能方向，其中包括降低生產中第一類載能體的單耗及載能量；降低生產中第二類載能體的單耗及載能體。文獻[6]分析了從產品結構方向研究了企業生產能耗狀況。文獻[7]分析研究了鋼鐵工業中的低溫余熱資源，結果表明：若能有效回收鋼鐵工業中大量余熱資源，則可節約大量能源消耗。文獻[8]利用物流分析方法對生產能耗進行了分析研究，并對鋼鐵工業中物流能耗規律進行了研究。基于此，本文運用VB語言編程，開發了企業能源系統計算的軟件，有效的提高了企業系統節能的效率。

1 企業能源管理分析系統軟件的基本模型

1.1 單元生產系統的物流模型

鋼鐵企業物流跟蹤分析主要以鐵元素為主，以鐵元素為單元，對其整個流程進行跟蹤分析，其工序主要包括采礦、選礦、燒結、冶煉、鑄造、軋鋼等工序。每個工序又包括很多環節，不同企業單元劃分有所不同，根據產品種類的不同而確定。為了使公式更具有普遍性，可假設第i個工序包含mi個單元個數，其中(t=1, 2,…，n)。

單元物流可根據物流的來源、去向及特性，把輸入物流分為3大類，其中包括外界加入的物流、來自前道工序產品物流和返回輸入的物流，分別用aij，Gi0j，bij表示其流量參數。把輸出物流分為四類，即外銷合格品物流、廢品物流、供給下道工序產品物流和返回物流；用eij，gij，Gij和bij分別表示其流量參數。除了以上物流外，其他物流都稱為單元輔流。其下腳標i,j分別表示第i道工序和第j個單元。其單元物流情況如圖1。

圖1 單元物流情況Fig.1 The unit mass flows

單元的輸入流量累加之和與單元輸出流量累加之和相等，則可建立其平衡方程為:

1.2 工序生產系統物流分析模型

工序生產系統具有非常緊密聯系的物流關系，前一個工序的產品可能是后一個工序的原料，而后一個工序的產品可能是前一個工序的產出品，環環相扣，組成一個緊密的工序。一個工序可輸出多種物流參數，一部分供給下道工序用于生產，一部分返回工序進行回收利用或上游工序返回來物流；圖2僅表示工序生產系統的示意圖，為了簡化系統模型，便于分析理解，僅標出單元和工序的主流部分，忽略了工序生產系統的前、后工序的交叉物流參數沒。

圖2 工序間的物流情況Fig.2 The mass flows in the process

相互連接的工序單元之間的物流平衡模型可以表述為：第i道工序的若干單元輸出主流流量之與本道工序的主流流量相等，又與下一道工序各單元輸入主流流量之和相等。

式中：rij—表示單元主流比例系數，可較系統的反映合流、分流及交叉物流之間的分配關系。

2 企業管理能源系統模型分析

2.1 系統模型

企業管理能源信息管理系統主要包括“企業初始化管理”、“生產數據錄入管理”、“生產數據信息查詢管理”、“物流流通的能耗分析管理”、“系統管理”、“輔助工具”、“幫助”、“退出”等模塊（圖3）。它可以針對鋼鐵企業的能源系統信息進行有效的管理，并能實現動態跟蹤查詢，并反應能源系統消耗能源資源的變化，使相應管理部門能夠準確快速的掌握能源系統變化情況，而對此能快速準確的指定相應政策，提高企業能源利用率，為企業的能源購買和產品生產提供有力的依據。

圖3 系統主界面Fig.3 The Main Windows of System

2.2 系統需求分析

根據以上對企業能源管理分析系統的概述，一個標準的企業能源管理分析系統應該包含多個模塊，且每個模塊又包含一系列的功能子模塊。

由于模型復雜，因此重點對“物料流通的能耗分析”模塊進行分析介紹，該模主要功能是對企業在能源消耗生產中的物流過程中的重要指標進行統計，并對其進行有效歸類，以便分析管理，各主要指標主包括企業生產中的實際能耗與基準能耗的對比參數，各股物流參數對比系數所帶來的能好系統影響與各股物流參數對工序能耗所帶來的影響，對此所作出的相應曲線見圖4。

每個工序單元物流平衡分析模型：該模塊負責對毎 道工序的所有單元計算其物流平衡，進而對此進行有效，達到準確科學管理的目的。

圖4 物料流通的能耗分析功能模塊Fig.4 The Function of Energy Analysis of Mass flow

在企業生產能耗中，其中實際噸鋼工序能耗和基準噸鋼工序能耗的對比及分析曲線為：該模塊通過對能耗生產中的某一特定時期實際消耗的能源量與基準能耗進行計算對比分析，進而分析物流參數對企業能源資源消耗的影響，同時生產報表和相應的分析曲線，以便分析；企業產品生產流程中針對實際噸材能源消耗和基準能耗的對比及分析曲線：該模塊主要通過對所有單元工序的物流消耗參數指標噸材能耗進行計算，分析物流參數對企業能源消耗的影響，并對其數據進行統計，輸出報表和相應的分析曲線；各股物流對工序能耗的影響及分析曲線：該模塊主要負責計算各股物流工序的能耗指標，而對企業能耗物流參數進行有效的分析，并輸出報表及相應的生成分析曲線，以便管理者進行分析。

3 實例驗證

依據鞍鋼2005年的能源消耗數據，利用企業能源信息管理系統的“物流對能耗分析”的功能，對鞍鋼的噸鋼能耗、工序能耗、噸材能耗等主要能耗指標進行分析。由于篇幅限制，這里僅以噸鋼能耗與基準噸鋼能耗進行對比分析（圖5）。

從實際噸鋼工序能耗與基準工序能耗對比可以看出計算結果均低于實際值，且誤差小于 2%（除煉鐵工序），證明該軟件具有一定的理論指導意義。

4 結 論

（1）該軟件以企業能源分析的理論模型為基礎，針對鋼鐵企業的工序消耗情況進行了計算，縮短了企業系統的能源分析評價周期。

（2）通過實例計算可以得知，該軟件在工序能耗計算方面，誤差較小（除了煉鐵工序），能夠為生產能耗統計、消耗部門改進用能結構和設備節能提供依據。

（3）所開發的能源系統信息管理可對主要能耗指標進行有效的計算并對其進行歸類分析，為生產供銷部門快速有效的指定政策提供有力的依據，進而可對鋼鐵生產能源消耗進行有效分析管理，降低企業能源消耗，達到資源最大限度利用，增加企業的資源利用率，節能降耗。

(4)企業能源管理系統軟件的開發將側重于人機對話界面的優化，計算精度的提升以及對于分析結論的建議方面。

圖5 實際噸鋼工序能耗和基準工序能耗對比分析Fig.5 The Comparison between Real and Standard Energy Consumption Per Ton of Steel

［1］A lbertTh umann,P .E.,C .E.M.著.能源工程基礎[M]. 衛景彬，高季洪等,譯.北京:能源出版社，1989-11:60-76.

［2］徐壽波.廣義節能[M]. 長沙：湖南人民出版社，1982:15-20.

［3］陸鐘武.我國鋼鐵工業噸鋼綜合能耗的剖析[J].冶金能源，1992(1):1 4-1.

［4］陸鐘武.冶金熱能工程導論[M].沈陽：東北大學出版社，1990:45-80.

［5］陸鐘武，蔡九菊.系統節能基礎[M].北京：科學出版社，1993-08:1-209

［6］蔡九菊.鋼鐵企業系統節能決策模型的研究及其應用博士論文[D].沈陽：東北大學,1986.

［7］李桂田.鋼鐵工業余熱資源及幾項指標[J].冶金能源，1997, 16 (1):3-9．

［8］陸鐘武，蔡九菊，于慶波,等．鋼鐵生產流程中物流對能耗的影響[J]，金屬學報，2000，36(4):370-378.