面向绿色生产的能源系统优化调度及供电容量配置研究

叶宇国 赵轶群

【摘  要】目前，全人类都面临着能源短缺以及环境恶化的问题。而且我国是一个制造业发达的国家，进行能源系统优化调度，尤其是对于工业企业的能源系统优化调度，是企业实现绿色生产，节约能源的一个关键举措。工业企业往往会采用电网供电和自发电两种方式来进行供电，因此，工业企业首先可以对于实际生产中的能源安排进行合理规划，其次，可以对于电网供电及自发电的比例进行调整，从而实现绿色生产，促进经济效益的提升。本文首先分析了面向绿色生产的能源系统优化调度，并进行了供电容量配置的研究，合理进行供电容量规划可以降低企业的能源成本。

【关键词】绿色生产;能源系统;优化调度;供电容量

引言

在过去的很多年里，人类对于已经发现的能源进行肆意的开采，导致的能源危机会影响全球经济的发展，也会对于全球的生态环境造成破坏。针对此情况，需要对于绿色制造工程进行重点的实施。而我国有很多的制造企业，需要对于整个制造的行业进行低碳化改造，从而有效提升企业能源利用率。在绿色生产的理念指导下，首先需要对于生产本身进行优化调度，使得生产和能源供应之间更加协调。其次需要对于能源结构进行优化，增加新能源的消耗，并对于能源的容量进行合理规划。通过对于生产和能源结构的优化，可以实现节约能源的目标，促进绿色生产。

1.面向绿色生产的能源系统优化调度

1.1集成调度算法

首先，在生产任务中，运用模拟退火方法进行能源系统优化调度，从而使得在分时电价政策的基础上，总的用电成本最少。在这个过程中，对于每个时段的用电负荷进行计算，然后，对于每个时段的机组出力运用动态的规划方法进行调度。以计算出来的电负荷作为边界，通过对于机组的状态进行调整，满足每一个时间段的用电负荷，并对于发电的具体成本及碳排放量进行计算。

1.2生产负荷调度算法

通过进行模拟退火的方法，对于固体从受热到冷却期间内部能量发生的变化，也就是温度逐渐升高到最高点，然后逐渐冷却恢复到常温的过程。能源系统优化调度问题也就是组合优化的问题，并且整个优化的过程与固体退火类似。在进行调度的最初阶段，所有任务并没有顺序，然后会在一个目标函数的引导下逐渐进行优化，最后，当函数趋于最小值时，对应的所有生产任务基本已经排序完成。具体来说，模拟退火方法共有四个步骤，首先是产生邻域解，是根据初始化输入随机产生的，并通过一个随机的函数确定使用哪一种变换方法来变换原始解的编码，通过交换、翻转以及插入的不同变换方法产生一个新解。其次是计算新解，在分时电价的背景下，用电成本主要是各个时段的净电费相加的总和，这个总和是通过计算各个时段的总用电量以及具体时段的电价之积得到。具体过程是首先把生产任务进行分配，这样在具体的机器上，就可以确定任务的负荷大小和处理时间，接着在不同的电价时段分配任务，同时，这个过程中负荷不可中断，时段需要饱满，最终计算出用电成本。其三是接受新解概率，通过计算得出的新解需要与当前解进行比较，从而加以判断能否接受。如果新解的用电成本比当前解的用电成本低，则接受新解，如果新解的用电成本高于当前解，则通过相应的概率计算确定最终是否接受。最后是降低温度，在初始时，系统的温度较高，随着迭代，生产任务逐渐被分配到适当的机器和电价时段，并且用电的成本也会逐渐降低，系统逐渐变得有序，温度也会有所降低。

1.3发电2调度算法

发电调度使用动态规划算法计算，首先需要进行动态划分，需要确定每个时间段机组出力，并且确保发电成本最少，因此，可以先划分状态，当每个状态都达到最优，整个发电调度才会是最优，并且一个时段的机组出力确定后，不会受到后一个状态的影响，这也就需要满足最优化原理。其次需要确定状态和状态变量。包括每个时间段所有机组的运行状态，每个机组的状态以不同的符号标识，运行出力状态和运行停止状态的标识不同，把每个机组的运行状态组成状态组。在每一个时间段，机组的运行专题会依据下一时段的用电负荷加以调整。其三是确定状态转移方程，运用机组爬坡率进行确定，每个机组都设定爬坡约束，对于机组在一定时间内功率变化的范围进行限定，这也能避免对某些解的跳跃。最后是边界条件，以每个时间段的用电负荷为边界条件，每一次状态转移都是以此递推，直到每个时段的用电负荷都得到满足。

2.面向绿色生产的供电容量配置研究

将生产与能源综合起来进行能源系统优化调度能够帮助制造业企业减少系统的成本，并在同时降低碳排放量，而从长远发展的角度考虑，企业能源系统的供电容量配置的研究也应当予以重视，因为供电容量配置不论是从企业的投资维护成本角度，还是从经济环境效益角度都有相应的影响。因此，有必要对于制造业企业能源系统的组成以及容量配置进行相关的优化，从而促进企业的长远发展，并且达到经济效益和环境效益的共同提升。对于企业来说，能源系统的总成本中，包含自发电成本、净电费成本以及系统运营维护成本和碳排放成本，需要对于总成本进行全面的分析。通过合理的能源系统供电容量配置获得最小的系统成本，这个成本不仅仅包括分时电价的成本，自发电成本，系统运营维护的成本，也包括碳排放成本。通过进行仿真计算得出的容量配置方法具有较大的优势，可以降低总的系统成本并减少碳排放，也更加符合绿色可持续发展的理念，有利于实现绿色生产。

3.结束语

在能源缺乏并且生态环境不断恶化的背景下，如何利用最少的资源发挥最大的经济效益和环境效益是每个企业都需要面临的问题。如果經济调度和生产调度只从某一个方面进行优化，是无法实现整体最优的目标的。需要面向绿色生产，从综合的角度出发，考虑发电调度和生产符合调度的同时，也对于碳排放和分时电价正常进行考虑，建立能源系统优化调度的模型，相对于传统的调度方式，该方式可以有效的降低碳排放量，并在一定程度上降低用电成本。另外，从长远发展的角度出发，合理的能源系统容量配置能够在长期的运行中保持经济性和环保型，促进企业长远健康发展。

参考文献

[1]陈勇.面向绿色生产的能源系统优化调度及供电容量配置研究[D].湘潭大学，2019.

[2]段成俊.区域综合能源系统负荷预测和优化调度研究[D].江苏大学，2020.

作者简介：叶宇国（1995.4-），男，汉族，湖北枣阳人，本科，助理工程师，研究方向为电网调度

赵轶群（1993.12-），男，汉族，湖北孝感人，研究生，工程师，研究方向为电网安全管理。