面向綠色生產的能源系統優化調度及供電容量配置研究

葉宇國 趙軼群

【摘? 要】目前，全人類都面臨著能源短缺以及環境惡化的問題。而且我國是一個制造業發達的國家，進行能源系統優化調度，尤其是對于工業企業的能源系統優化調度，是企業實現綠色生產，節約能源的一個關鍵舉措。工業企業往往會采用電網供電和自發電兩種方式來進行供電，因此，工業企業首先可以對于實際生產中的能源安排進行合理規劃，其次，可以對于電網供電及自發電的比例進行調整，從而實現綠色生產，促進經濟效益的提升。本文首先分析了面向綠色生產的能源系統優化調度，并進行了供電容量配置的研究，合理進行供電容量規劃可以降低企業的能源成本。

【關鍵詞】綠色生產;能源系統;優化調度;供電容量

引言

在過去的很多年里，人類對于已經發現的能源進行肆意的開采，導致的能源危機會影響全球經濟的發展，也會對于全球的生態環境造成破壞。針對此情況，需要對于綠色制造工程進行重點的實施。而我國有很多的制造企業，需要對于整個制造的行業進行低碳化改造，從而有效提升企業能源利用率。在綠色生產的理念指導下，首先需要對于生產本身進行優化調度，使得生產和能源供應之間更加協調。其次需要對于能源結構進行優化，增加新能源的消耗，并對于能源的容量進行合理規劃。通過對于生產和能源結構的優化，可以實現節約能源的目標，促進綠色生產。

1.面向綠色生產的能源系統優化調度

1.1集成調度算法

首先，在生產任務中，運用模擬退火方法進行能源系統優化調度，從而使得在分時電價政策的基礎上，總的用電成本最少。在這個過程中，對于每個時段的用電負荷進行計算，然后，對于每個時段的機組出力運用動態的規劃方法進行調度。以計算出來的電負荷作為邊界，通過對于機組的狀態進行調整，滿足每一個時間段的用電負荷，并對于發電的具體成本及碳排放量進行計算。

1.2生產負荷調度算法

通過進行模擬退火的方法，對于固體從受熱到冷卻期間內部能量發生的變化，也就是溫度逐漸升高到最高點，然后逐漸冷卻恢復到常溫的過程。能源系統優化調度問題也就是組合優化的問題，并且整個優化的過程與固體退火類似。在進行調度的最初階段，所有任務并沒有順序，然后會在一個目標函數的引導下逐漸進行優化，最后，當函數趨于最小值時，對應的所有生產任務基本已經排序完成。具體來說，模擬退火方法共有四個步驟，首先是產生鄰域解，是根據初始化輸入隨機產生的，并通過一個隨機的函數確定使用哪一種變換方法來變換原始解的編碼，通過交換、翻轉以及插入的不同變換方法產生一個新解。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任務進行分配，這樣在具體的機器上，就可以確定任務的負荷大小和處理時間，接著在不同的電價時段分配任務，同時，這個過程中負荷不可中斷，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前解進行比較，從而加以判斷能否接受。如果新解的用電成本比當前解的用電成本低，則接受新解，如果新解的用電成本高于當前解，則通過相應的概率計算確定最終是否接受。最后是降低溫度，在初始時，系統的溫度較高，隨著迭代，生產任務逐漸被分配到適當的機器和電價時段，并且用電的成本也會逐漸降低，系統逐漸變得有序，溫度也會有所降低。

1.3發電2調度算法

發電調度使用動態規劃算法計算，首先需要進行動態劃分，需要確定每個時間段機組出力，并且確保發電成本最少，因此，可以先劃分狀態，當每個狀態都達到最優，整個發電調度才會是最優，并且一個時段的機組出力確定后，不會受到后一個狀態的影響，這也就需要滿足最優化原理。其次需要確定狀態和狀態變量。包括每個時間段所有機組的運行狀態，每個機組的狀態以不同的符號標識，運行出力狀態和運行停止狀態的標識不同，把每個機組的運行狀態組成狀態組。在每一個時間段，機組的運行專題會依據下一時段的用電負荷加以調整。其三是確定狀態轉移方程，運用機組爬坡率進行確定，每個機組都設定爬坡約束，對于機組在一定時間內功率變化的范圍進行限定，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荷為邊界條件，每一次狀態轉移都是以此遞推，直到每個時段的用電負荷都得到滿足。

2.面向綠色生產的供電容量配置研究

將生產與能源綜合起來進行能源系統優化調度能夠幫助制造業企業減少系統的成本，并在同時降低碳排放量，而從長遠發展的角度考慮，企業能源系統的供電容量配置的研究也應當予以重視，因為供電容量配置不論是從企業的投資維護成本角度，還是從經濟環境效益角度都有相應的影響。因此，有必要對于制造業企業能源系統的組成以及容量配置進行相關的優化，從而促進企業的長遠發展，并且達到經濟效益和環境效益的共同提升。對于企業來說，能源系統的總成本中，包含自發電成本、凈電費成本以及系統運營維護成本和碳排放成本，需要對于總成本進行全面的分析。通過合理的能源系統供電容量配置獲得最小的系統成本，這個成本不僅僅包括分時電價的成本，自發電成本，系統運營維護的成本，也包括碳排放成本。通過進行仿真計算得出的容量配置方法具有較大的優勢，可以降低總的系統成本并減少碳排放，也更加符合綠色可持續發展的理念，有利于實現綠色生產。

3.結束語

在能源缺乏并且生態環境不斷惡化的背景下，如何利用最少的資源發揮最大的經濟效益和環境效益是每個企業都需要面臨的問題。如果經濟調度和生產調度只從某一個方面進行優化，是無法實現整體最優的目標的。需要面向綠色生產，從綜合的角度出發，考慮發電調度和生產符合調度的同時，也對于碳排放和分時電價正常進行考慮，建立能源系統優化調度的模型，相對于傳統的調度方式，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，從長遠發展的角度出發，合理的能源系統容量配置能夠在長期的運行中保持經濟性和環保型，促進企業長遠健康發展。

參考文獻

[1]陳勇.面向綠色生產的能源系統優化調度及供電容量配置研究[D].湘潭大學，2019.

[2]段成俊.區域綜合能源系統負荷預測和優化調度研究[D].江蘇大學，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，研究方向為電網調度

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