基于存貯論和線性規劃法的燃煤貯備和使用策略

陳鵬，楊敬佩，高建強

(1.安徽能源集團公司淮北國安電力有限公司，安徽 淮北 235000； 2.華北電力大學 研究生院， 河北 保定 071000)

基于存貯論和線性規劃法的燃煤貯備和使用策略

陳鵬1，楊敬佩1，高建強2

(1.安徽能源集團公司淮北國安電力有限公司，安徽 淮北 235000； 2.華北電力大學 研究生院， 河北 保定 071000)

基于存貯論建立供貨能力有限、不允許缺貨的燃煤貯備模型，從而獲取燃煤最佳訂購策略。通過建立目標線性方程和約束條件方程對燃煤配比進行分析，找到最優燃煤使用策略，保證單位燃煤使用成本最低。以安徽能源集團公司淮北國安電力有限公司第1季度的燃煤采購情況為研究對象，將燃煤貯備和使用結合在一起進行綜合分析，從而達到經濟貯備、使用燃煤的目的。

燃煤貯備；燃煤使用；存貯論；線性規劃；模型；經濟

0 引言

火電廠要維持生產和燃料的供應穩定，必須要有一定的燃料貯備，而且存貯量要保持在合理水平。存貯量太少，會因滿足不了生產的需要而造成發電損失；存貯量太多，不僅占用大量的流動資金，而且增加了存貯燃煤揮發分的損耗。存貯論[1]是研究在各種條件下如何確定合理的燃煤庫存量和訂貨策略，即在燃煤庫存量下降到什么水平時應當訂貨補充，訂貨的批量是多少，以保證燃煤貯備費用最低。

火電廠燃煤采取多渠道供應，燃煤種類大多數情況下超過3種。在對燃煤配比進行線性規劃后，如果在5種煤中選3種進行配比，可以產生多達10種的燃煤配比結果。在已知的10種燃煤配比結果中，依然不知道怎樣選擇、決策。但根據現有燃煤的配比結構和已有的存煤量，使用線性規劃法[1]對燃煤配比再一次進行規劃，可以對燃煤的使用進行有效的決策，然后與燃料貯備決策有機結合，以提高企業的總體運營效益。

1 燃煤貯備模型

1.1影響燃煤存貯的因素

研究燃煤存貯問題時，需要分析燃煤的需求和供貨條件兩方面的因素。火電廠的負荷存在季節性因素，燃煤的需求也隨季節的變化而變化。為了方便建模，這里認定同一季節燃煤的消耗率相同，只需要分季節制定訂購策略，然后按照燃煤的需求按一定周期以一定批量分批訂貨。由于電力生產不允許缺貨，并且要有一定量的最低燃煤貯量[2]，所以要提前制定訂貨策略，并充分考慮市場因素，避免由于市場供應不足而引起生產損失。

1.2基于存貯論建模

燃煤貯備以最低燃煤貯量Q0為基準，庫存量S隨時間的變化如圖1所示。因供貨能力有限，貨物需提前t0時間開始訂貨，并在到期后以固定的供貨率A送達，直到交齊全部訂貨量Q。顯然，供貨率A必定大于需求率R=D/91.25(D為1個季度燃煤總需求量；91.25為1個季度的天數)，否則必定長期缺貨。

圖1 庫存量S隨時間的動態變化

由圖1可以看出，進貨時長t1=Q/A，最大庫存量=(A-R)t1=(A-R)Q/A，平均庫存量=(A-R)Q/(2A)，此時1個季度總費用F1為

式中：C0為每次訂貨的運輸費用；Cg為每噸貨物的單價；Cv為每噸貨物由于揮發分損失的費用。

表1 煤場存煤情況

式中：F1*，F2*，F3*，F4*為最佳訂貨策略下的各個季度費用；t*為最佳訂貨周期；Q*為最佳訂貨批量；F*為最佳訂貨策略下的年費用。

2 燃煤使用模型

2.1影響燃煤使用的因素

火電廠一般采取2～3種燃煤進行混合燃燒，但煤場貯備的燃煤往往超過3種，并且各種類型燃煤的存貯量都是不確定的，為配比燃燒帶來一定的困難。只有了解這些制約因素，才能對已有的貯備燃煤進行規劃，提高燃煤使用的經濟性[3]。

2.2線性規劃法建模

燃煤的使用規劃是將已有燃煤貯備進行建模，通過建立目標線性方程和約束條件方程進行分析，找到最優使用策略，保證單位燃煤使用成本最低。

假設燃煤貯備倉有n種燃煤，選取m種燃煤進行混合，設定燃煤的存貯量為bi(i=1，2，…，n)。選取接近額定低位發熱量和揮發分的n-1種燃煤配比策略作為條件約束，設定xi為燃煤配比策略的混合燃煤量，ai，j(j=1,2,…,m)為各燃煤配比系數。

基于線性規劃法的燃煤使用模型如下。

目標線性方程：

f=∑Cixi，

約束條件方程：

式中：f為單位燃煤使用成本；i為燃煤配比策略的種類；Ci為各配比策略下的燃煤價格。

3 燃煤貯備實例分析

將安徽能源集團公司淮北國安電力有限公司第1季度的燃煤采購情況作為研究對象，假設第1季度D=360 000 t，C1=680 元/t，C0=50萬元，C2=0.05元/t，A=10 000 t/d，R=3 945.2 t/d。

通過存貯論建模公式可求得:最佳訂貨批量Q*=109 000 t，最佳訂貨周期t*=28 d。

上述公式中，需要計算的數據只是定量值，實際計算時，需要通過大數據分析和試驗分析找到真實值，再代入式中進行計算。

4 燃煤使用實例分析

該公司現有燃煤供應主要有國企和私企兩種渠道[4]，國企包括淮北礦業集團鄒莊礦、朔里礦、朱莊礦等，私企包括能源科技、淮北弘潤等。選取2017年3月煤場存煤情況作為配煤依據(見表1)，經過燃煤配比[5]分析后的3種優選配比策略見表2。

燃煤的使用一般堅持最經濟性原則，根據優選的3種燃煤配比策略的結果，按配比后單位燃煤價格由低向高的順序進行策略選擇。假設Q0=5 000 t，根據表1、表2中的數據進行線性規劃。

目標線性方程：

minf=681.8x1+682.9x2+699.6x3。

約束條件方程：

經計算分析可知，當x1=10 458.8 t，x2=4 446.2 t，x3=0 t時，滿足上述最經濟要求，此時能源科技煤泥剩余465.7 t，朔里礦煤泥剩余6 000.0 t，朱莊礦煤泥剩余629.4 t，總的燃煤剩余量為7 095.1 t，大于5 000 t，符合燃煤最低剩余量的要求。再通過逆向規劃和采購，保證剩余的燃煤最經濟使用。

表2 優選的3種燃煤配比策略

5 燃煤貯備和使用綜合分析

燃煤貯備和使用都是動態的且有一定的規律性，只有將兩者有機結合，才能達到最大的經濟效益。比如，按照燃煤的使用規律，經過最經濟使用后，剩余的燃煤可以作為最低燃煤貯量Q0，以Q0為基準開始采購燃煤，然后再根據剩余燃煤的種類進行逆向規劃，缺哪種就去采購哪種成分特性的燃煤，保證進入爐膛的燃煤的成分特性都為預期設定的值，最終，使得燃煤在爐膛中的燃燒是最經濟、最安全的。

6 結論

存貯論和線性規劃法都是通過數學方程來進行規劃和分析的，最終找出一定條件參數下的最小值，而實現最小值的各個量，即為最佳策略。

但實際應用中有許多不確定因素，如供貨率、運輸費、損失費、最低燃煤貯量等都是不確定值，需要用加權平均法進行歸納分析，找出合適的值再進行計算；同時，燃煤供應的多樣化導致燃煤成分多變，再加上采樣、化驗存在的誤差，對燃煤的線性規劃有或多或少的影響，需要及時校驗。

只有將兩種方法進行結合，才可以實現動態變化中的整體規劃，有效提高企業燃煤經營管理的綜合效益。

[1]徐繩均.運籌學及其在電力系統中的應用[M].北京：水利電力出版社，1995.

[2]柏柳.存貯論對企業庫存控制策略的啟示及應用研究[J].物流工程與管理，2011，33(4):76-78.

[3]張艾萍，曹麗華.火力發電廠經濟運行技術及應用[M].西安：西安交通大學出版社，2007.

[4]馬云霞.關于供應鏈模式下企業庫存管理的思考[J].重慶科技學院學報(社會科學版)，2012，27(10):103-104,120.

[5]霍滿臣，趙春元，張東.電廠燃用煤混煤的數學模型及最佳混煤配比的確定[J].東北電力技術，1998，19(11):16-19.

(本文責編：劉芳)

2017-05-04；

:2017-05-31

TM 621.2

：A

：1674-1951(2017)06-0025-03

陳鵬(1982—)，男，安徽淮北人，工程師，工學碩士，從事火電廠節能分析和管理方面的研究(E-mail:cup2002@sohu.com)。