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信息公開
11
2016
-
07
重慶市映天輝氯堿化工有限公司關于氯堿生產錯峰用電的探討
作者：
Peak load shifting of chlor-alkali production
HU Hong-ming
(Chongqing Wintinwe Chlor-alkali Chemical Co.Ltd ,Changshou 401221,China)
Abstract: With the social development, China's energy issue will become more prominent, the rational use of energy, science and use of energy is our business continue to explore and pursue. Chlor-alkali production is power-hungry, how to make good use of scientific and reasonable electricity worth exploring chlor-alkali enterprises. Chongqing Wintinwe Chlor-alkali Chemical Co.Ltd, electricity peak load shifting, this paper presents the possibility of peak load shifting operation, running on the peak shifting and analyzed a mathematical model, obtained under different load how to run to peak load shifting to maximize economic benefits. And proposed management measures, how to implement the recommendations given.
Key Words: Peak shifting Mathematical model Load adjustment
一、前言
能源是氯堿企業(yè)主要的費用支出，在離子膜燒堿生產中，電占了生產成本的70%，如何加強能源管理，降低能源費用是企業(yè)生存與發(fā)展的重要工作之一，隨著社會的發(fā)展，我國能源問題將變得更加突出，合理使用能源，科學使用能源是我們企業(yè)不斷探索和不斷追求的目標。
重慶市映天輝氯堿化工有限公司離子膜法燒堿裝置能力為15萬噸/年。如果按70%負荷生產，每年耗電大概27300萬度電，如果電價的平均價格每下降0.01元，每年就要節(jié)約273萬元，有明顯的經濟效益。如果不自建發(fā)電廠，直接降低電的價格不是受企業(yè)所支配的，只能從合理利用不同時段對應不同電價上下功夫。在日本，也是實行錯峰電價，日本許多氯堿生產廠實行錯峰運行，以使企業(yè)產生最大的經濟效益?，F重慶市映天輝氯堿化工有限公司不是全年都滿負荷生產，為錯峰用電提供了可能。為此，本文就如何采取措施，實行錯峰用電上進行了探討。
二、錯峰分析
錯峰用電是指根據電網負荷特性，通過行政、技術、經濟等手段將電網用電高峰時段的部分負荷轉移到用電低谷時段，從而減少電網的峰谷負荷差，按照“以發(fā)定供、以供定用”的原則，最大限度提高發(fā)、供電設備的利用率，優(yōu)化資源配置，提高電網安全性和經濟性。其中的經濟手段是指實行錯峰電價，低谷時低電價，高峰時高電價，下表為2010年我公司電價一覽表。
從上面電價一覽表可以看出，各峰段電價相差巨大，利用好后有很大的經濟效益?，F在多數氯堿廠的開工率都沒有達到滿負荷，可以利用錯峰大大節(jié)約成本，所以實行錯峰運行是很有必要的。
錯峰運行能降低成本，但怎樣去錯峰運行，才能達到最大程度的節(jié)約成本，風險又相對較低等等，這些問題都需要解決，現將問題整理如下:
◎怎樣進行錯峰運行？即什么時候升降電流，各升降多少才能取得最大的經濟效益？
◎ 氯壓機等大型機組該怎么辦？即是開一臺還是兩臺，還是一臺與兩臺之間進行切換？
◎庫存是怎么考慮的，如何與銷售接洽？即怎樣保證庫存不脹庫，銷售有產品銷售？
◎如何考慮風險，如果出現了風險，該怎么辦？即出現倒氯壓機時系統跳停、氯氫壓差波動較大、尾氯不平衡等情況，該如何處理？
◎組織措施如何保障？如何進行錯峰運行管理？
針對以上問題，建立錯峰運行模型，進行求解和分析，最終回答以上問題，尋找到解決方案。
三、錯峰數學模型的建立
電價是在一天范圍內波動，我們就研究一天內如何組織錯峰運行。首先研究錯峰的目標。錯峰的目的是在風險盡量低的情況下，節(jié)約成本最大化，即盡可能在電價最低時負荷最高，電價最高時負荷最低。建立目標函數如下：
目標函數 Max：平均電流運行成本－錯峰運行成本－風險成本
其中平均電流運行成本是指在不錯峰情況下，一天的生產成本。錯峰運行成本指的是在錯峰運行下，一天的運行成本。風險成本指的是因頻繁調整負荷，升降電流，可能會給氯堿系統帶來一定的風險，將風險折算為價值攤銷到每天的成本。
在建立模型之前，先需要知道一些已知條件，描述如下：
①每天的銷售量，需要生產的產量，即每天的平均負荷；
②調整負荷時各產品的庫存量；
③各運轉設備的狀態(tài)，是否能夠滿足負荷調整。
約束條件：
①負荷必須在最低負荷與最高負荷之間，有可調節(jié)范圍；氯工程電槽范圍是50%~120%；
②隨時保證各種產品的庫存在適中范圍，不能太低，滿足不了銷售的要求，不能太高，出現脹庫現象；
由低負荷向高負荷需滿足（主要考慮脹庫）：庫存量+生產量－銷售量<庫存上限值
由高負荷向低負荷需滿足（主要考慮無貨源）：庫存量+生產量－銷售量>0
③盡可能的使風險降到最低；如氯壓機倒機的次數盡量少，操作盡量的平穩(wěn)；
④尾氯的平衡，產生的尾氯鹽酸、次鈉必須能消耗掉；
⑤設備的穩(wěn)定性，高負荷時冰機不得跳停，鹽酸不得跳停，不然尾氯處理不了，如果出現跳停，必須要及時的解決。
在建立數學模型以前，先做一些設定：
①假設因頻繁升降電流造成風險，平均每調整一次增加風險成本C1元；
②假設因倒氯壓機造成風險，平均每倒一次增加風險成本為C2元；
③液氯庫存上限為K1H噸；次鈉庫存上限為K2H噸（需留有余量防止意外），鹽酸庫存上限K3H噸，32%堿液庫存上限為K4H噸；實際液氯庫存為K1噸，次鈉庫存為K2噸，鹽酸庫存為K3噸，32%庫存為K4噸，銷售液氯量為K1S噸，銷售次鈉量為K2S噸，銷售鹽酸量為K3S噸，銷售32%量為K4S噸；生產液氯量為K1P噸，生產次鈉量為K2P噸，生產鹽酸量為K3P噸，生產32%量為K4P噸；液氯的液化效率為90%，次鈉的有效氯含量為12%，鹽酸的濃度為31%；
④實際生產時電槽允許的最低負荷為LminKA，最高負荷為LmaxKA；
⑤根據生產計劃，每天的平均負荷為LaKA；4個電槽回路運行，在10萬噸/年燒堿規(guī)模情況下電流為：16.194KA/回路，直流電耗為：2150Kwh/噸堿，動力電耗為：450 Kwh/噸堿，總電耗為：2600 Kwh/噸堿，即每小時燒堿的產量為：10×104/8000×La/16.194=0.7719 La（在4個回路運行的情況下每KA電流每小時產0.7719噸燒堿）
⑥氯壓機每臺功率220KW，氯壓機無低負荷要求，單臺最高負荷可達5萬噸/年燒堿的要求；平均負荷下氯壓機運行臺數為ta，最低負荷下運行臺數為tLL，低負荷運行下為tL，高負荷下運行臺數為tH；
⑦電的價格見表1，谷段價格為PLL元，平段價格為PL元，高峰價格為PH元，尖峰價格為PHH元，在負荷相同的情況下一天的平均價格為Pa元（不考慮辦公用電、照明用電等因素的影響），Pa=(8PLL+8PL+6PH+2PHH)／24
⑧在產量不變的情況下，原材料消耗和水汽消耗變化不大，所以這里的成本主要考慮電的成本和風險帶來的成本；
⑨從表1中可以看出，一天有4個段價格都不一樣，而且平段和高峰段時間是交叉的，從生產實際角度考慮，結合到可操作性，將時段劃分為3個來調整負荷，23：00~7：00這8個小時為一段，負荷為LHKA，全為谷段電價PLL元；7：00~19：00這12個小時為一段，負荷為LIKA，其中有8小時為平段電價PL元，4小時為高峰電價PH元；19：00~23：00這4個小時為一段，負荷為LLKA，其中有2小時為高峰電價PH元，2小時為尖峰電價PHH元；
⑩每天調整負荷的次數為T1，每天倒氯壓機的次數為T2（只考慮增加設備的次數）；
數學模型的建立：
目標函數（每天相對于不錯峰運成本節(jié)約最大化）：
Max0.7719×2600×（24LaPa－8LHPLL－8LIPL－4LIPH－2LLPH－2LLPHH）－T1C1+2200×（24taPa－8tHPLL－8tLPL－4tLPH－2tLLPH－2tLLPHH）－T2C2
約束條件：
⑴ 24La=8LH+12LI+4LL； 總負荷相等
⑵ Lmin＜LL≤La≤LH＜Lmax 負荷約束關系
⑶ 0＜K1+ K1P－K1S＜K1H 液氯庫存約束
⑷ 0＜K2+ K2P－K2S＜K2H 次鈉庫存約束
⑸ 0＜K3+ K3P－K3S＜K3H 鹽酸庫存約束
⑹ 0＜K4+ K4P－K4S＜K4H 堿液庫存約束
⑺ 12%K2P+ 31%×35.5／36.5K3P＞10%×32%×71／80 K4P 尾氯平衡
⑻ K1P +12%K2P+ 31%×35.5／36.5K3P＝32%×71／80 K4P 總氯相等
⑼ LH=LI=LL，T1=0
LH＝LI≠LL或LH≠LI＝LL，T1=1； 調整電流次數與負荷的關系
LH≠LI≠LL，T1=2；
⑽tLL≤tL≤ta≤tH 氯壓機運行臺數關系
四、數學模型求解
氯壓機的倒機在目標函數中表現為：2200×（24taPa－8tHPLL－8tLPL－4tLPH－2tLLPH－2tLLPHH）－T2C2，現設定C2=10000，有以下幾種情況：
⑴初始氯壓機2臺，錯峰時在7：00倒機1次，取一月份電價，上面函數值為：12522.58元；
⑵初始氯壓機2臺，錯峰時在19：00倒機1次，取一月份電價，上面函數值為：-2934.09元；
⑶初始氯壓機2臺，錯峰時不倒機，上面函數值為：0；
⑷初始氯壓機1臺，錯峰時倒機1次，取一月份電價，上面函數值為：-14416.19元；
⑸初始氯壓機1臺，錯峰時不倒機，上面函數值為：0；
下表為氯壓機倒機各種情況的計算表：
從上表反應出，在平均負荷大于8KA，高峰負荷LH大于8KA，平段LI和低段LL小于8KA時，倒氯壓機是獲利的，其它情況考慮到風險因素情況下，是不獲利的。
在剩下的目標函數中0.7719×2600×（24LaPa－8LHPLL－8LIPL－4LIPH－2LLPH－2LLPHH）－T1C1，其中La、Pa、PLL、PL、PH、PHH、C1為已知量，LH、LI、LL、T1為未知量，通過約束條件（1）可以得：LI=（24La－8LH－4LL）/12;通過約束條件（9）也可以得出T1值，現在就剩下2個變量：LH、LL。
該目標函數是一個關于LH、LL的線性函數，通過極限求解法和試探法求解，現將已知數據設定進行求解：Lmin=5，Lmax=16，取3月份電價進行求解，C2=5000，庫存假設能滿足約束條件要求（實際操作時根據真實值調整）。
極限求解法和試探求解法：兩個變量分別取極限最大值和最小值，然后對每個約束條件進行判別，如果不滿足，確定一幅度值，按照此幅度值減小或增大極值，再一次求解，直到滿足所有約束條件為止。
平均負荷為整數時，模型的解見下表格：
五、錯峰管理
從上面錯峰模型求解的結果可以看出，錯峰的經濟效益是非?？捎^的，在10萬噸/年堿的生產能力，75%負荷全年運行時，每年相對不錯峰運行要節(jié)約800萬元左右，所以，實行錯峰運行勢在必行。但因負荷的頻繁調整，各大型機組的頻繁開停，風險也十分巨大，現就如何組織好、管理好錯峰運行提出以下建議：
①提高認識，統一思想，建立完善的錯峰運行管理制度。因負荷的頻繁調整，而且最低電價是在深夜，一是改變了操作工、維修工的習慣，二是增加了他們的責任和壓力，所以需要做好宣傳和學習，統一員工的思想，提高他們的認識，才能做好錯峰工作。在宣傳教育的同時還需要建立完善錯峰用電的制度，對程序、責任、考核等進行明確，以保證錯峰用電的實施。
②錯峰前期設專人負責錯峰運行，進行協調、計算、指導、監(jiān)督、分析、總結等工作。
③加強學習和管理，讓每個參與錯峰運行的員工意識和技能都到位。
④有專門的針對錯峰運行的應急預案，并要進行演練和掌握，出現意外情況后能立即處理。
⑤調整負荷前計算一定要準確，每個約束條件都要一一核對。（庫存允許的最大和最小負荷，尾氯的處理能力，各大型機組的運行能力等）
六、錯峰實施建議
根據以上的分析和求解，針對重慶市映天輝氯堿化工有限公司情況提出如下實施建議：
①錯峰運行的時間：每天分三個時段進行調整負荷，在23：00~7：00（8小時），7：00~19：00（12小時），19：00~23：00（4小時）。具體調整負荷時間在22：30、7：00和18：30。
②錯峰運行的負荷：根據表3的求解結果，在不同的平均負荷下選擇對應的結果，如果滿足不了約束條件時，按此原則求解對應負荷，在保證安全、庫存和產量的前提下，低電價時盡量高的負荷運行，高電價時盡量低的負荷運行。
③氯壓機運行臺數：在平均負荷大于8KA，小于10.65KA時，進行氯壓機增減，小于8KA時開一臺氯壓機，大于10.65KA時，開2臺氯壓機。
④錯峰的程序：銷售生產量的確認→錯峰的評判和計算→錯峰前再次確認各種約束條件→調度進行錯峰指揮→分析確認，錯峰完成
⑤錯峰的注意事項：約束條件一定要核對清楚，安全是第一要務，各部門各個環(huán)節(jié)要緊密配合。
參考文獻：
【1】徐裕生 張海英，運籌學，北京：北京大學出版社，2006.4，1-31。
【2】馬立山 魏云達，加強能源管理實現錯峰用電的探討與實踐，資源節(jié)約與環(huán)保，2005（2）：42-43。
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