钢铁能源管控优化研究应用的综述与展望.pdf

钢铁能源管控优化研究应用的综述与展
望

摘要：针对钢铁工业能源系统管控优化问题，综述状态感知与趋势预测、运
行优化与设备控制、调度决策与系统优化、平台研发与工程应用４个方面的研究
进展，覆盖机理建模、数据驱动、工业互联网、人工智能等多个理论技术体系。
最后，基于行业现状、结合发展趋势，总结归纳了钢铁能源管控优化的难点挑战

与未来发展方向。

关键词：钢铁工业；能源管控；应用

引言

钢铁工业是能源密集型产业。2020年，我国钢铁生产能源消耗占全国能源消
耗比例为11％；中国钢铁工业碳排放量占全球钢铁工业碳排放比例超过50％，
占中国总碳排放量的15％左右，在国内所有工业行业中位居首位。在钢铁生产各
工序中，高炉能耗占比超过70％，其次是焦化、轧钢等环节。因此，如何合理利
用能源、在保障生产效率的前提下实现节能降碳等目标是提升钢铁企业竞争力和

增收节支效益的关键。

1能源管控系统概述

能源管控平台是以我国智能制造规划为总体目标，主要通过3个方面对能源
管控系统进行建设:一是通过构建工业环网将各工序固体能耗、水电气(汽)能源
数据进行整合及改造，为能源管控环网建设和全工序数据中心建立奠定基础;二
是通过对站所的无人值守及主要用能设备单独计量改造，保证满足公司能源管理
需要的仪表配置率和测量精度;三是通过运用新一代数字化技术、无人值守技术、
能源预测和调度模型，打造企业全方位的智慧能源管控系统，实现企业水、电、
风、气的一体化、高效化、无人化管理，通过预测企业未来的能源平衡和负荷变
化，有效地提高能源循环利用和自给比例，协助企业节约能源的外购成本。通过
能源管控系统的建设，可以进一步优化能源综合调度和动态精细化管理，实现各
种能源介质生产、输配、使用的可视化管理，实现科学调度、正确指挥、安全可

靠、稳定运行。

2调度运行的智能化

2.1能源路径的构建

借鉴百度地图，利用数字化地图技术、流程网络模型技术将能源的产生、传
输、存储、转换和消耗的所有设备用管道连接起来;采用通用的图模库一体化技
术，建立各种能源介质的网络化系统，并根据系统中设备状态和实时量测变化，
实现动态连接和拓扑着色分析;同时，鉴于能源路径是能源介质传输的通道，存
在诸多约束，包括平衡约束、压力约束、检修和计划约束等。将综合能源系统抽
象成流程网络中的发生节点、终止结点、汇集结点、中间结点，通过连结器模型
将上述结点连接起来，利用“程序”将能源系统中各种形式的序、规则、策略和
途径的集合形式化，通过信息化、自动化手段驱动整个网络的高效运行。能源路
径实现了各种能源介质产消、传输、转换等环节的贯通，为实现电力、煤气、水、
氮气、氧气等的网络化建模和优化调度打下了基础;同时，结合不同能量“流”
在管网中的动态变化过程，实现了人机界面模型、工艺设备物理模型、数据库模

型的统一管理和维护，为各种能源介质的优化导航提供最真实的能源路径。

2.2优化导航模式设计

能源路径的构建将不同能源介质通过管网、线路连接起来，形成导航路径。
优化导航是借鉴无人驾驶的理念，实现目标设定、多路径规划、多目标导航、分
析预警、信息推送、路况实时播报等功能。根据时间维度的不同，将优化导航划
分为实时态导航、历史反演导航和未来态导航。实时态导航借助态势感知和调度
运行驾驶舱，强化调度与调控的及时性和预见性，通过支持决策系统，保证能源
系统的稳定健康运行;历史反演导航是对已经发生的特殊事件，如设备故障、应
急响应、供需失衡等历史情景，进行全景存储和反演，结合专家经验和技术人员
的分析，对过去的不正确操作进行校正;未来态导航以各种能源介质的网络化模
型为基础，将供需预测、生产计划、作业计划信息融合起来，形成一系列未来运
行方式断面，实现对未来能源供应平衡分析和能源计划校核。利用不同模态的优
化调度、历史反演与多目标优化分析，最终给出能源系统运行调度的导航路径和

知识决策信息。

3钢铁工业多能源系统发展趋势

随着“双碳”政策的推进，钢铁企业正加快能源低碳转型进程。扩大可再生
能源，如太阳能和风能等绿色电力的使用，是钢铁生产的必然趋势。建设光伏电
站不仅可以就近实现能源的高效利用，还能降低环境污染。与光伏发电相比，风
电对地域与环境有较高要求，已有多家钢铁公司建成或计划建设海上风电或阵地
式风电基地。然而，风光发电与传统发电机组相比具有明显的间歇性和波动性，
较难实现连续稳定供能。钢铁企业引入可再生能源发电后，会造成关口波动和自
发电比例变化，给企业用能安全性和经济性带来一定的影响。与此同时，钢铁企
业现有的热电联产机组、煤气发电机组、储能装置、电热泵等分布式能源技术得
到了快速发展，使煤气－蒸汽－电力三者之间的能量耦合和信息交互更加复杂，
电力调度变得十分困难，钢铁企