[发明专利]企业能耗过程建模与仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于能耗控制技术领域，具体涉及一种企业能耗过程的建模与仿真方法。

背景技术

企业作为能源消耗密集型终端用户，是能源消耗主体。针对节能降耗的发展目标，许多大中型能耗企业实施了一系列方法和措施。但在实际应用中，由于能耗企业缺乏有效的能效评估手段，对能源的具体使用情况及其产生的效益缺乏准确的认识，影响了产品成本的估算和企业能耗的有效控制和决策。因此，以企业能效评估为目标，建立企业能耗系统模型，全面、准确地反映企业生产过程中的能耗情况及影响因素，并仿真分析企业生产过程中能源使用与消耗的动态行为，将具有重要的研究意义。它不仅是企业实现能源消耗情况定量和定性分析的重要方法，也是企业开展能效评估的有效手段，同时也为企业全面贯彻节能降耗、高效使用能源的发展战略提供一定的指导。

当前，国内外在流程模拟软件的研制上，主要立足于工艺设计的层面，且大多为专用型模拟软件，如，国外Aspen Tech公司，SimSci公司所相继推出的石油化工流程模拟软件，这些软件在分离过程方面，以及烯烃聚合过程等专用流程方面相对成熟，但由于建模技术尚不成熟，真正通用化的流程模拟商业软件并不多见，而立足于企业能效分析的软件更为少有。相比国外，经过多年的研究和技术储备，我国在单元设备的建模、仿真和优化上已经取得了一些成果，但和国外相比仍存在较大的差距。主要存在的问题是(1)集成能力差。各类模型虽然独立在技术上具有先进水平，但对于多装置、多过程、多工序具有串行、并行、返流等特性的全流程集成化建模与仿真较弱；(2)模型通用性差。所开发的模型往往是针对单独的企业的特定装置而开发，导致所开发的模型通用性差，推广应用的适应性不强。

针对这一情况，面向高能耗企业节能降耗的发展需求，从系统的角度，综合系统工程、信息技术、能源与动力工程、环境工程等技术与方法，研究基于模型化的企业能耗评估方法，并围绕该方法建立企业能耗系统集成化模型，将企业的能耗过程、物料移动、资源配置、余能回收利用等数字化；同时基于所建模型，运用仿真分析技术，获得高能耗企业科学、合理的能效评估手段；为企业单位产品的直接能耗、间接能耗以及完全能耗等企业能耗情况提供预测分析，并为企业能源资源优化配置、能源供需平衡分析以及能源的高效利用提供了分析平台。

从企业能耗模型建立方法的角度来看，国内外目前所采用的建模方法以数学模型为主，常用的有能耗统计模型、投入产出模型、线性规划模型以及系统动力学方法和系统辨识建模方法等。这些方法从一定程度上反映了企业的生产规模和能耗情况。尤其是投入产出模型在企业能耗成本分析中，能够在数量上全面反映企业所生产的各种产品的生产消耗构成，其中包括对自产产品的消耗、对外购原料及燃料的消耗以及对劳动的消耗等，该模型是成本核算和分析的良好工具。但投入产出模型对能耗的核算是建立在历史数据分析的基础上，当产业结构和技术因素发生变化时，静态的投入产出模型则不具有能耗预测分析的能力，同时投入产出模型并不能直观地反映生产加工过程，只能在数量上反映产品生产消耗构成。线性规划是运筹学的一个重要分支，研究的是一些系统在静态下如何保持最优工作状态的问题，如：生产计划的安排问题、工艺流程的选择问题、生产配料问题、上下工序的协调问题以及燃料和动力资源的分配问题。该模型虽在优化分析上具有较强的能力，但是并不适合于分析整体企业动态、复杂的生产过程。另外，系统动力学作为社会经济系统分析的基本方法，可用于分析系统的内部因素组成及其相互作用以及系统与外部环境因素的相互作用，并可以在此基础上确定影响系统动态行为的关键因素及其相互之间的约束关系。该方法在经济系统预测方面具有较强的优势，适合于系统影响因素间的定性分析，而在组成因素多变的能耗过程中，并不适合用此法作定量的分析。系统辨识建模方法作为建立系统过程数学模型的重要手段之一，无需深入了解过程的复杂机理，而仅需利用系统的输入和输出数据所提供的系统行为信息来建立系统过程的数学模型。该方法常用于建立企业个体能耗单元的模型，但如果用于整体的、复杂的、动态的企业生产中，辨识模型缺乏一定的全局性和准确度。上述各种能耗模型建模方法，虽各有优点，但不能从全局、直观的角度为企业能源消耗过程建立融可视化、数学化于一体的多层次、集成模型。另外，所开发的模型往往是针对单独的企业的特定装置而开发，而由于企业工艺流程种类多，导致开发的模型通用性差，推广应用的适应性不强。如何在充分继承当前单元设备模型研究的基础上，面向企业能效评估建立独立于特定的能源类型和用能设备，并体现能源消耗过程多装置、多过程、多工序的并行、串行、返流等特性的企业能耗系统模型，是本专利申请的特色创新之一。