基于存贮论和线性规划法的燃煤贮备和使用策略

2017-07-07陈鹏杨敬佩高建强

综合智慧能源 2017年6期

关键词：库存量订货淮北

陈鹏，杨敬佩，高建强

(1.安徽能源集团公司淮北国安电力有限公司，安徽淮北 235000； 2.华北电力大学研究生院，河北保定 071000)

基于存贮论和线性规划法的燃煤贮备和使用策略

陈鹏1，杨敬佩1，高建强2

(1.安徽能源集团公司淮北国安电力有限公司，安徽淮北 235000； 2.华北电力大学研究生院，河北保定 071000)

基于存贮论建立供货能力有限、不允许缺货的燃煤贮备模型，从而获取燃煤最佳订购策略。通过建立目标线性方程和约束条件方程对燃煤配比进行分析，找到最优燃煤使用策略，保证单位燃煤使用成本最低。以安徽能源集团公司淮北国安电力有限公司第1季度的燃煤采购情况为研究对象，将燃煤贮备和使用结合在一起进行综合分析，从而达到经济贮备、使用燃煤的目的。

燃煤贮备；燃煤使用；存贮论；线性规划；模型；经济

0 引言

火电厂要维持生产和燃料的供应稳定，必须要有一定的燃料贮备，而且存贮量要保持在合理水平。存贮量太少，会因满足不了生产的需要而造成发电损失；存贮量太多，不仅占用大量的流动资金，而且增加了存贮燃煤挥发分的损耗。存贮论[1]是研究在各种条件下如何确定合理的燃煤库存量和订货策略，即在燃煤库存量下降到什么水平时应当订货补充，订货的批量是多少，以保证燃煤贮备费用最低。

火电厂燃煤采取多渠道供应，燃煤种类大多数情况下超过3种。在对燃煤配比进行线性规划后，如果在5种煤中选3种进行配比，可以产生多达10种的燃煤配比结果。在已知的10种燃煤配比结果中，依然不知道怎样选择、决策。但根据现有燃煤的配比结构和已有的存煤量，使用线性规划法[1]对燃煤配比再一次进行规划，可以对燃煤的使用进行有效的决策，然后与燃料贮备决策有机结合，以提高企业的总体运营效益。

1 燃煤贮备模型

1.1影响燃煤存贮的因素

研究燃煤存贮问题时，需要分析燃煤的需求和供货条件两方面的因素。火电厂的负荷存在季节性因素，燃煤的需求也随季节的变化而变化。为了方便建模，这里认定同一季节燃煤的消耗率相同，只需要分季节制定订购策略，然后按照燃煤的需求按一定周期以一定批量分批订货。由于电力生产不允许缺货，并且要有一定量的最低燃煤贮量[2]，所以要提前制定订货策略，并充分考虑市场因素，避免由于市场供应不足而引起生产损失。

1.2基于存贮论建模

燃煤贮备以最低燃煤贮量Q0为基准，库存量S随时间的变化如图1所示。因供货能力有限，货物需提前t0时间开始订货，并在到期后以固定的供货率A送达，直到交齐全部订货量Q。显然，供货率A必定大于需求率R=D/91.25(D为1个季度燃煤总需求量；91.25为1个季度的天数)，否则必定长期缺货。

图1 库存量S随时间的动态变化

由图1可以看出，进货时长t1=Q/A，最大库存量=(A-R)t1=(A-R)Q/A，平均库存量=(A-R)Q/(2A)，此时1个季度总费用F1为

式中：C0为每次订货的运输费用；Cg为每吨货物的单价；Cv为每吨货物由于挥发分损失的费用。

表1 煤场存煤情况

式中：F1*，F2*，F3*，F4*为最佳订货策略下的各个季度费用；t*为最佳订货周期；Q*为最佳订货批量；F*为最佳订货策略下的年费用。

2 燃煤使用模型

2.1影响燃煤使用的因素

火电厂一般采取2～3种燃煤进行混合燃烧，但煤场贮备的燃煤往往超过3种，并且各种类型燃煤的存贮量都是不确定的，为配比燃烧带来一定的困难。只有了解这些制约因素，才能对已有的贮备燃煤进行规划，提高燃煤使用的经济性[3]。

2.2线性规划法建模

燃煤的使用规划是将已有燃煤贮备进行建模，通过建立目标线性方程和约束条件方程进行分析，找到最优使用策略，保证单位燃煤使用成本最低。

假设燃煤贮备仓有n种燃煤，选取m种燃煤进行混合，设定燃煤的存贮量为bi(i=1，2，…，n)。选取接近额定低位发热量和挥发分的n-1种燃煤配比策略作为条件约束，设定xi为燃煤配比策略的混合燃煤量，ai，j(j=1,2,…,m)为各燃煤配比系数。

基于线性规划法的燃煤使用模型如下。

目标线性方程：

f=∑Cixi，

约束条件方程：

式中：f为单位燃煤使用成本；i为燃煤配比策略的种类；Ci为各配比策略下的燃煤价格。

3 燃煤贮备实例分析

将安徽能源集团公司淮北国安电力有限公司第1季度的燃煤采购情况作为研究对象，假设第1季度D=360 000 t，C1=680 元/t，C0=50万元，C2=0.05元/t，A=10 000 t/d，R=3 945.2 t/d。

通过存贮论建模公式可求得:最佳订货批量Q*=109 000 t，最佳订货周期t*=28 d。

上述公式中，需要计算的数据只是定量值，实际计算时，需要通过大数据分析和试验分析找到真实值，再代入式中进行计算。

4 燃煤使用实例分析

该公司现有燃煤供应主要有国企和私企两种渠道[4]，国企包括淮北矿业集团邹庄矿、朔里矿、朱庄矿等，私企包括能源科技、淮北弘润等。选取2017年3月煤场存煤情况作为配煤依据(见表1)，经过燃煤配比[5]分析后的3种优选配比策略见表2。

燃煤的使用一般坚持最经济性原则，根据优选的3种燃煤配比策略的结果，按配比后单位燃煤价格由低向高的顺序进行策略选择。假设Q0=5 000 t，根据表1、表2中的数据进行线性规划。

目标线性方程：

minf=681.8x1+682.9x2+699.6x3。

约束条件方程：

经计算分析可知，当x1=10 458.8 t，x2=4 446.2 t，x3=0 t时，满足上述最经济要求，此时能源科技煤泥剩余465.7 t，朔里矿煤泥剩余6 000.0 t，朱庄矿煤泥剩余629.4 t，总的燃煤剩余量为7 095.1 t，大于5 000 t，符合燃煤最低剩余量的要求。再通过逆向规划和采购，保证剩余的燃煤最经济使用。

表2 优选的3种燃煤配比策略

5 燃煤贮备和使用综合分析

燃煤贮备和使用都是动态的且有一定的规律性，只有将两者有机结合，才能达到最大的经济效益。比如，按照燃煤的使用规律，经过最经济使用后，剩余的燃煤可以作为最低燃煤贮量Q0，以Q0为基准开始采购燃煤，然后再根据剩余燃煤的种类进行逆向规划，缺哪种就去采购哪种成分特性的燃煤，保证进入炉膛的燃煤的成分特性都为预期设定的值，最终，使得燃煤在炉膛中的燃烧是最经济、最安全的。