企业能源运行效率的分析方法与装置与流程

文档序号：18105547发布日期：2019-07-06 11:37阅读：351来源：国知局

本发明属于过程控制领域，尤其涉及企业能源运行效率的分析方法与装置。

背景技术：

工业企业的大型耗能设备或系统，用能量在整个企业占比巨大，其能源运行效率将直接影响到整个企业的能源消耗。目前的工业企业面对这些大型耗能设备或系统时，通常采用粗放式的管理方式，即只要满足下游用户的工艺需求，难以顾及大设备或系统的能源运行效率。即便想了解，也缺乏一套好的能效分析方法，以及一种先进的呈现方式，导致对大设备或系统的运行效率情况不了解而形成能源浪费。

近年来，我国积极推进节能减排工作，以期通过“低消耗、低排放、高效率”的集约型增长方式取代传统的粗放型增长方式。大设备或系统作为各大工业企业的主要耗能设备，在企业中占有不可估量的作用。但粗放型的管理模式引发了日益突出的高能耗浪费问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了企业能源运行效率的分析方法，通过将能源系统模型划分为机理建模区域和非机理建模区域，并对两种区域进行针对性的运行效率求解运算，能够准确获取企业运行效率。

一方面，本申请提出的分析方法包括：

获取待分析的能源系统模型；

基于能源系统模型的运行方式对能源系统模型进行处理，划分为机理建模区域和非机理建模区域；

分别对机理建模区域、非机理建模区域进行效率求解运算；

基于运算结果对企业能源运行效率进行判断。

可选的，所述基于能源系统模型的运行方式对能源系统模型进行处理，划分为机理建模区域和非机理建模区域，包括：

获取能源系统模型中各区域的数据计量方式；

如果目标区域中存在精确数据计量方式，将目标区域划分为机理建模区域；

如果目标区域中存在精确数据计量方式，将目标区域划分为非机理建模区域。

可选的，所述精确数据计量方式包括：

对每个区域中各设备的输入输出量均使用计量设备进行精确计量。

可选的，所述分别对机理建模区域、非机理建模区域进行效率求解运算，包括：

确定与机理建模区域对应的机理模型，确定与机理模型对应的能效求解算法，基于确定的能效分析算法对机理建模区域的运行效率进行效率求解运算；

获取非机理建模区域的系统输入量和系统输出量，基于黑箱模型对非机理建模区域进行效率求解运算。

可选的，所述确定与机理建模区域对应的机理模型，确定与机理模型对应的能效求解算法，基于确定的能效分析算法对机理建模区域的运行效率进行效率求解运算，包括：

获取机理建模区域中设备的分布详情；

基于获取到的分布详情，对机理建模区域中全部设备的能量消耗数据进行汇总，并获取分布详情中每台设备最终的能量输出数据进行汇总；

基于汇总后的能量消耗数据和能量输出数据确定机理建模区域的运行效率。

可选的，所述获取非机理建模区域的系统输入量和系统输出量，基于黑箱模型对非机理建模区域进行效率求解运算，包括：

确定非机理建模区域中设备的输入能量计算方式；

确定非机理建模区域中设备的输出能量计算方式；

结合已获取的输出能量和输入能量得到非机理建模区域的运行效率。

另一方面，本申请实施例还提出企业能源运行效率的分析装置，所述分析装置包括：

模型获取单元，用于获取待分析的能源系统模型；

区域划分单元，用于基于能源系统模型的运行方式对能源系统模型进行处理，划分为机理建模区域和非机理建模区域；

效率求解单元，用于分别对机理建模区域、非机理建模区域进行效率求解运算；

效率判断单元，用于基于运算结果以及能源系统模型的历史效率数据对企业能源运行效率进行判断。

可选的，所述区域划分单元，包括：

计量方式确定子单元，用于获取能源系统模型中各区域的数据计量方式；

第一建模区域划分子单元，用于如果目标区域中存在精确数据计量方式，将目标区域划分为机理建模区域；

第二建模区域划分子单元，用于如果目标区域中存在精确数据计量方式，将目标区域划分为非机理建模区域。

可选的，所述区域划分单元包括：

数据计量子单元，用于对每个区域中各设备的输入输出量均使用计量设备进行精确计量。

可选的，所述效率求解单元，包括：

第一求解子单元，用于确定与机理建模区域对应的机理模型，确定与机理模型对应的能效求解算法，基于确定的能效分析算法对机理建模区域的运行效率进行效率求解运算；

第二求解子单元，用于获取非机理建模区域的系统输入量和系统输出量，基于黑箱模型对非机理建模区域进行效率求解运算。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

通过对企业的能源系统模型进行处理，将其划分为机理建模区域和非机理建模区域。这里之所以进行不同区域的划分，是为针对不同类型区域进行区分性的效率求解运算步骤，从而使得最终得到的运行效率更为准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例提出的企业能源运行效率的分析方法的流程示意图；

图2为本实施例提出的企业能源运行效率的分析装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

实施例一

本申请提出了企业能源运行效率的分析方法，如图1所示，该分析方法具体包括：

步骤一，获取待分析的能源系统模型；

步骤二，基于能源系统模型的运行方式对能源系统模型进行处理，划分为机理建模区域和非机理建模区域；

步骤三，分别对机理建模区域、非机理建模区域进行效率求解运算；

步骤四，基于运算结果对企业能源运行效率进行判断。

在实施中，本申请提出的分析方法需要对企业的能源系统模型进行处理，将其划分为机理建模区域和非机理建模区域。这里之所以进行不同区域的划分，是为针对不同类型区域进行区分性的效率求解运算步骤，从而使得最终得到的运行效率更为准确。

这里将能源系统模型进行划分的步骤包括：

11、获取能源系统模型中各区域的数据计量方式；

12、如果目标区域中存在精确数据计量方式，将目标区域划分为机理建模区域；

13、如果目标区域中存在精确数据计量方式，将目标区域划分为非机理建模区域。

从步骤11至13可知，基于能源系统模型中每个区域的数据计量方式将区域进行划分。之所以将目标区域中是否存在对每个区域中各设备的输入输出量均使用计量设备进行精确计量的精确数据计量方式作为划分标准，是因为目标区域中如果存在精确计量方式，才能对本区域中的每个管道、每个设备流程的具体能量、流量进行计量，只有获取到准确计量数据后，才能够借助机理建模方式对运行效率进行计算。

相反如果目标区域中并不存在精确数据计量方式，意味着无法对该区域中的每个管道、每个设备的具体流量、能量数据进行计量，这样就无法借助机理建模的方式进行运行效率的计算，意味着该类型的区域只能作为非机理建模区域存在。

在步骤14中，在得到的机理建模区域的运行效率或非机理建模区域的运行效率后，还需要结合能源系统模型的历史效率曲线对企业能源运行效率进行分析，确定当前生产环境下企业运行效率的分布趋势，进而判断是否需要对生产方式或生产环境进行调整。

基于上述理论基础，步骤三的具体实现方式包括：

31、确定与机理建模区域对应的机理模型，确定与机理模型对应的能效求解算法，基于确定的能效分析算法对机理建模区域的运行效率进行效率求解运算；

32、获取非机理建模区域的系统输入量和系统输出量，基于黑箱模型对非机理建模区域进行效率求解运算。

在实施中，之所以建立机理模型，是因为机理模型为根据对象、生产过程的内部机制或者物质流的传递机理建立起来的精确数学模型。它是基于质量平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程以及某些物性方程、化学反应定律、电路基本定律等而获得对象或过程的数学模型。机理模型的优点是参数具有非常明确的物理意义。模型参数易于调整，所得的模型具有很强的适应性。其缺点是对于某些对象，人们还难以写出它的数学表达式，或者表达式中的某些系数还难以确定时，就不能适用。

由于机理模型的建立需要大量的参数，这些参数如果不能很好地获取，也会影响到模型的模拟效果。因此只有在能够符合步骤12中提及到的精确数据计量方式的前提下，才能够使用机理模型对运行效率进行计算。

相对的，针对非机理模型由于无法获取大量数据，只能使用不考虑流域物理过程的黑箱模型进行运行效率的求解。

基于上述理论基础，步骤31的具体实施方式包括：

311、获取机理建模区域中设备的分布详情；

312、基于获取到的分布详情，对机理建模区域中全部设备的能量消耗数据进行汇总，并获取分布详情中每台设备最终的能量输出数据进行汇总；

313、基于汇总后的能量消耗数据和能量输出数据确定机理建模区域的运行效率。

在实施中，步骤311中之所以需要获取设备分布详情是为了确定整个机理建模区域中的设备分布情况，这样才能在步骤312中对整个区域中的全部设备的能量消耗数据、能量输出数据进行汇总。

为了便于说明，下文以锅炉为例，给出基于机理模型的正平衡效率分析方法。

一、确定关键能耗参数，这里的关键能耗参数包括输入参数、中间参数以及输出参数。其中输入参数包括：w^y——燃煤应用基水份含量，取0.1％；——燃煤干燥基比热，kj/(kg·℃)，取1.09；tb1——左炉膛温度，单位℃。tb2——右炉膛温度，单位℃；qnet.ar——燃煤热值，单位kj/kg。d——主汽流量，单位t/h；ts——主蒸汽温度，单位℃。ps——主蒸汽压力，单位mpa；tw——主给水温度，单位℃。pw——主给水压力，单位mpa；b——锅炉给煤量，单位t/h。

中间参数包括：tb——炉膛温度，单位℃，cr——燃煤的比热，单位kj/(kg·℃)；hs——主蒸汽焓值，单位kj/kg。hw——主给水焓值，单位kj/kg；qr——单位燃煤所放出的热量，单位kj/kg；

输出参数包括：ηz——锅炉正平衡效率，结果取百分制。

二、计算能源使用效率

1.根据左炉膛温度tb1和右炉膛温度tb2，根据公式(1)确定炉膛温度tb：

tb＝(tb1+tb2)/2公式(1)

2.根据燃煤应用基水分含量w^y、煤的干燥基比热确定燃煤的比热cr：

3.根据燃煤热值qnet.ar、燃煤的比热cr和炉膛温度tb，确定单位燃煤所放出的热量qr：

qr＝qnet.ar+cr*tb公式(3)

4.根据主蒸汽温度ts、主蒸汽温度ps采用数据拟合的方式，确定主蒸汽焓值hs：

hs1＝2.2471×ts+2333公式(4)

hs2＝2.3054×ts+2292.9公式(5)

hs＝(hs2-hs1)×(ps+0.10325-3)+hs1公式(6)

5.根据主给水温度tw，采用数据拟合的方式，确定主给水焓值hw：

hw＝tw×4.269公式(7)

6.根据主蒸汽流量d、主蒸汽焓值hs、主给水焓值hw、锅炉给煤量b、燃煤热值qnet.ar，确定锅炉正平衡效率ηz：

根据上述步骤的逐步计算，就能够得到最终锅炉的运行效率。

基于上述理论基础，步骤32的具体实施方式包括：

321、确定非机理建模区域中设备的输入能量计算方式；

322、确定非机理建模区域中设备的输出能量计算方式；

323、结合已获取的输出能量和输入能量得到非机理建模区域的运行效率。

在实施中，为了便于说明，下文以循环水系统为例，给出基于黑箱模型的正平衡效率分析方法。

一、确定关键能耗参数，这里的关键能耗参数包括.输入参数、中间参数以及输出参数，其中输入参数包括：循环水泵i电压ui，单位kv。ii——循环水泵i电流，单位a。循环水泵i功率因素循环水总流量w，单位t/h。循环水供水温度t1，单位℃。循环水回水温度t2，单位℃。

中间参数包括：循环水泵功率pi，单位kw。供冷总量q，单位gcal。

输出参数包括：动力冷冻效率η，单位gcal/kwh。

(2)选定能效分析方法

基于工业企业现场仪表完备情况以及系统的复杂程度，选用黑箱模型发计算该循环水系统的能源运行效率。

该系统的能源使用效率为：

(3)计算能源使用效率

1.确定给水泵功率pi：

根据循环水泵i电压upi,循环水泵i电流ii,循环水泵i功率因素确定循环水泵功率pi：

2.确定供冷总量q：q＝w×(t2-t1)×4.186×0.2389公式(10)

3.确定循环水效率η：

由于在非机理建模区域中，无法获取每个设备的详细运行参数，因此只能借用黑箱模型获取粗略的运行效率。

实施例二

本申请实施例还提出企业能源运行效率的分析装置2，如图2所示，所述分析装置包括：

模型获取单元21，用于获取待分析的能源系统模型；

区域划分单元22，用于基于能源系统模型的运行方式对能源系统模型进行处理，划分为机理建模区域和非机理建模区域；

效率求解单元23，用于分别对机理建模区域、非机理建模区域进行效率求解运算；

效率判断单元24，用于基于运算结果以及能源系统模型的历史效率数据对企业能源运行效率进行判断。

这里区域划分单元22包括：

计量方式确定子单元221，用于获取能源系统模型中各区域的数据计量方式；

第一建模区域划分子单元222，用于如果目标区域中存在精确数据计量方式，将目标区域划分为机理建模区域；

第二建模区域划分子单元223，用于如果目标区域中存在精确数据计量方式，将目标区域划分为非机理建模区域。

从模型获取单元21至效率求解单元23的执行方法可知，基于能源系统模型中每个区域的数据计量方式将区域进行划分。之所以将目标区域中是否存在对每个区域中各设备的输入输出量均使用计量设备进行精确计量的精确数据计量方式作为划分标准，是因为目标区域中如果存在精确计量方式，才能对本区域中的每个管道、每个设备流程的具体能量、流量进行计量，只有获取到准确计量数据后，才能够借助机理建模方式对运行效率进行计算。

在效率判断单元24中，在得到的机理建模区域的运行效率或非机理建模区域的运行效率后，还需要结合能源系统模型的历史效率曲线对企业能源运行效率进行分析，确定当前生产环境下企业运行效率的分布趋势，进而判断是否需要对生产方式或生产环境进行调整。

基于上述理论基础，效率求解单元23具体包括：

第一求解子单元231，用于确定与机理建模区域对应的机理模型，确定与机理模型对应的能效求解算法，基于确定的能效分析算法对机理建模区域的运行效率进行效率求解运算；

第二求解子单元232，用于获取非机理建模区域的系统输入量和系统输出量，基于黑箱模型对非机理建模区域进行效率求解运算。