能源调度“老大难”中国钢研用智能闭环解决了

近日，走进某钢铁企业能源监控中心，只见调度员在能源监控台前轻点屏幕中的计划模块，便可实时了解现场生产计划、物流信息以及设备异常工况。接着，系统软件自动演算，动态生成兼顾多重约束、经济效益最优的能源产耗平衡调度方案。调度员确认方案后，点击 “指令下发”，能源负荷调整指令便可直达发电操作岗位。这套系统能够实现能源动态平衡与优化，做到煤气零放散，在保障生产用能品质的前提下，推动企业用能效率持续提升。

随着工业4.0时代的到来，数智化已成为推动产业升级的重要驱动力。然而，在钢铁企业实际生产过程中，煤气系统实现智能调度、闭环管控面临以下难题：钢铁企业能源、生产耦合建模难，能源精准预测与优化调度难，发电机组的炉机协同与闭环控制难。

为解决这些难点问题，从冶金流程工程学视角进行综合考量，中国钢研开展了钢铁企业能源智能闭环调控技术研究工作，通过建立物质流、能量流相互耦合的智能调度系统，实现了煤气智能闭环管控。

一般而言，钢铁企业物质流网络复杂多变，多工序相互约束，能量流网络和物质流网络相互影响、密切耦合、多介质相互转化，往往是牵一发而动全身。而中国钢研突破了物质流网络仿真模型、能量流网络仿真模型、多工况场景仿真平台3项关键技术，构建了生产—能源耦合的流程网络动态仿真模型。该模型通过对不同工况场景下各单元节点动态输入输出的变化特征，以及物质流、能量流耦合特性进行动态仿真，解决了多工况场景下生产节奏难预测、能源的供需波动情况难以从时间维度动态捕捉和全量观测等问题。

解决了仿真建模的问题，能源系统调度层面的现实挑战随之而来。能源系统工况多、影响因素多，给能源介质耦合调度、精准预测与动态调配优化带来不小阻碍。针对这一难题，中国钢研通过深入研究工况的自动识别跟踪、基于工况的能源波动预测技术、基于峰谷平电价及煤气柜移峰填谷调度策略、多时段多介质能源优化调度模型等关键技术，提出了基于工况变化的能源波动预测及多时段多介质能源优化调度技术。该技术考虑钢铁生产过程物质流变化的影响（工况叠加），同时结合生产数据开展能源动态预测，适应性强、效果好，在模型精度、适用性等方面明显优于传统统计方法和单一数据驱动建模方法。

调度策略生成之后，还要完成向下游发电机组的落地执行。钢铁企业热电厂内，不同煤气发电机组能耗水平、发电效率各不相同，普遍存在调节滞后、机组响应快慢不一等现实问题。中国钢研研发出基于大数据的炉机效率分析、煤气发电机组负荷动态优化分配技术，提出基于能源优化调度的煤气发电炉机协同优化的闭环控制技术；建立了发电机负荷增减顺序和煤气分配规则，针对给定的煤气波动量，按照发电机组群效率最优原则完成负荷分配；实现煤气调度指令与炉机协同操作的一体化闭环控制，稳定煤气压力，提高煤气发电效益。

不过，即便技术框架已经成形，现场落地依然要面对复杂现实约束。钢铁企业工序节奏调整、计划检修、非计划停机，都会打破原有能源介质平衡；不同生产工况下，物质流、能量流耦合特征各不相同，能源计划编制、产用能协同分析的逻辑也随之改变。同时，工况直接决定预测精度，但生产用能频繁波动，工况样本收集难度大，难以精准预判能源失衡的规模与持续时长。为打通技术落地的“最后一公里”，中国钢研项目组长期驻扎在钢铁企业一线，结合系统反馈结果与现场操作人员反复沟通打磨，持续迭代优化算法逻辑。项目组坚持每周召开进度推进会，锚定研发方向、把控项目节奏，凝聚团队合力，稳步推进系统迭代完善。

该项目的整体技术逻辑是从生产系统、能源系统相互依赖、紧密耦合的角度出发，对不同工况场景下的物质流、能量流耦合特征进行动态仿真，实现了生产、能源耦合特性的数字化表征和信息贯通；通过基于工况变化的能源波动预测及多时段、多介质能源优化调度技术，解决调度层面能源的及时精准预测及多场景优化调度问题，实现保安全、保生产、少放散和最优发电等多目标优化；最后，通过基于能源优化调度的煤气发电炉机协同优化闭环控制技术，实现煤气调度指令与炉机协同操作的一体化闭环控制，稳定煤气压力，提高煤气发电效益。

目前，中国钢研煤气智能闭环调度系统已在7家钢铁企业进行推广应用，包括云南曲靖呈钢钢铁集团、秦皇岛佰工钢铁、河北津西钢铁、大冶特殊钢有限公司、河北新金钢铁有限公司、河北天柱钢铁有限公司、江苏沙钢集团有限公司，实现能源与生产的动态协同调度与优化控制，提高了企业能源的综合利用效率。例如，沙钢应用该系统后，年自发电率提升2%，降低外购电费13217万元，减少峰电电费6938万元/年。该系统在大冶特钢投运后，自发电率提升1%，降低外购电费1272.62万元/年；外购峰电比例降低1%，谷电比例增加1%，减少峰段外购电费1553.45万元/年。该系统在大冶特钢优化了55个操作岗位，按每人每年17万元费用算，降低人工成本935万元/年。

在中国钢铁工业协会的钢铁企业会员中，50%以上都设有能源中心，但实现能源智能调度的较少，若按照节电1%可提升的尖峰平谷效益计算，每家企业约有1000万元/年的效益，整体具有百亿元的市场空间。

专家点评

在钢铁企业能源管理方面，如何让调度员及时了解生产动态、预判生产节奏并提高能源调度的精准性和高效性，一直是困扰企业的难题。

中国钢研研发的煤气智能闭环调度系统很具有创新性，该系统突破了传统的能源管理模式，通过生产和能源的紧密耦合、动态仿真建模、能源波动预测、多介质优化调度和煤气调度指令与炉机的协同闭环控制，提高了钢铁生产过程中的能源利用效率和经济效益。中国钢研提出的生产能源耦合的流程网络动态仿真模型、基于工况变化的能源波动预测及多时段多介质能源优化调度、基于能源优化调度的煤气发电炉机协同优化闭环控制3个创新方向，对企业能源调度管控工作有非常大的指导意义。

从行业角度看，其研发的煤气智能闭环调度系统在沙钢和大冶特钢的成功应用，为钢铁企业提供了一个可复制、可推广的能源优化调度解决方案。钢铁企业可结合自身的实际生产情况，建立生产能源耦合的能源预测调度平台，实现对能源系统的精细化优化和管理，提高自发电率和峰电比例，降低外购电成本。

智能工厂的建设不仅是技术的革新，还是企业管理能力的全面提升。煤气智能闭环调度系统正是通过技术创新与智能化的结合，推动钢铁行业在节能降耗、数字化、智能化的道路上不断前行。虽然这一进程充满挑战，但只要持续努力，未来必将迎来更高效、智能的能源管理新时代。（中国冶金报）