能源系统工程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,中国矿业大学,China University of Mining&Technology,系统,由多个元素有机结合成的能够执行特定功能，达到特定目的一个整体。,系统大致可以分成三类：自然系统、人工系统、自然手统和人工系统的复合系统。,自然系统是由自然界中本身就存在的物体（如星球、江河、生物等）构成，并且按照其本来的客观规律运动和演变。人工系统则是由人类创造或者改造的物体、设施、工程等组成，如供热系统输电系统等。随着人类活动领域的扩大和人类科学技术的发展，许多自然系统被局部改造为人工系统，从而成为复合系统,第五章 能源系统工程,第一节 概述,基本概念,系统工程就是从整体的观点出发来分析各类系统的内部关系及其发展规律。,系统工程的理论基础有两大类：,一是反映各种系统内在规律的专业理论；,二是反映组织管理客观规律的科学理论，主要是运筹学、信息学、控制论，系统论和计算机科学等。,第五章 能源系统工程,第一节 概述,基本概念,能源系统工程的研究对象是能源系统。能源系统包括能源勘探、开发、生产、加工、转换、运输、分配、储备、使用及环境保护等各个环节。,能源系统就是典型的复合系统，它不但涉及各种自然的能源资源（比如煤、石油、风力、太阳能、潮汐等）。还包括了大量的人类活动（如能源的开采、加工、输运、转换和利用等）以及这些活动对自然环境的影响。,第五章 能源系统工程,第一节 概述,基本概念,由于能源系统所包含的能源工业部门资本密集度高，在国民经济投资中能源系统的投资占到很大比重。同时，由于重大能源项目的建设周期长，服役期长，能源系统又是一个大时间常数的惯性系统。这些就使得能源系统的改造和发展非常困难，任何关于能源的决策都会给整个国民经济系统带来重大和长远的影响，这就要求人们首先对能源系统进行战略性的长期动态分析。,第五章 能源系统工程,第一节 概述,基本概念,能源系统工程可以对世界、国家、地区、企业等能源系统进行预测、分析、规划、管理、评价等，具体说来，可以解决以下各种问题。,能源需求预测,采用能源系统工程中的不同方法，按照历史统计数据、人口发展趋势、国民经济发展速度，生活水平提高程度，可以对全世界、世界上某一个地区、国家、省市作出一定期间内的需求预测，预测的时间可以是今后几年、十几年、几十年等。,第五章 能源系统工程,第一节 概述,能源系统工程的任务,能源供应预测,能源供应预测就是在现有的资源条件和现有的能源技术条件下，预计在一定时间内可以供应的各种能源总量及其年增长率。,能源发展规划,为解决能源与国家的经济发展这个问题，运用能源系统工程的方法做好能源规划工作，对可能采取的能源开发总方针和可能实现的总目标作分析，同时对各种能源工业的建设规模、投资分配、发展速度作出明确的规定，研究和制定一个国家或地区的能源发展规划，常需要建立一个相关的国家或地区的能源模型以作为研究基础。,第五章 能源系统工程,第一节 概述,能源系统工程的任务,能源的合理分配和使用,长期以来我国在能源规划、计划、分配和统计中，往往忽视农村能源。能源的规划、计划、分配和统计中主要研究的也是商品能源，这种重城市、轻农村；重工业、轻农业；重生产，轻生活的能源分配方式造成了能源分配的严重不合理和能源的浪费。运用系统工程的方法，就可以找出较好的解决方案，从根本上解决上述问题。,第五章 能源系统工程,第一节 概述,能源系统工程的任务,能流分析,能流分析是通过能流图分析能源进入系统扣除各个环节损耗后，各能源流的方向、大小以及分布情况，并在此基础上进行满足某一特定目标的优化处理。,能源、经济和环境的大系统分析,能源系统工程将能源、经济、环境作为一个整体来进行分析研究，既研究能源对经济发展的制约作用以及能源对环境的负面影响，又同时研究在可持续发展的总目标下，使能源工程更好地为经济的持续发展服务，使能源对环境的污染得到及时治理，从而协调能源、经济、环境三者之间的关系。,第五章 能源系统工程,第一节 概述,能源系统工程的任务,能量平衡法,热平衡,能量平衡中最重要的是热平衡，因为热是能量利用中的主要形式。但热平衡只是能量平衡的初步阶段，随着管理水平和技术水平的提高，将逐步过渡到包括动力，照明等在内的全部能量平衡。同时，还将从单纯的数量平衡逐步发展到既考虑质量又考虑数量平衡。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,能量分析方法,企业热平衡的内容和方法,企业热平衡是以车间或企业为对象，研究其能量的收支、有效热和损失热间的平衡关系，运用系统综合方法，用统计、计算、测量和分析等手段，通过能耗、设备热效率、能源利用率和余热回收等指标来分析企业耗能状况和用能水平，从而,企业热平衡有两种：统计计算法和测算结合法找出能源利用中的问题和浪费的根源。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,能量分析方法,净能量分析法,净能量是指一个能源系统（能源转换系统或设备）在它整个服务年限内提供消费的能量（即其输出能量）与建造、运行该系统所需直接和间接消费的能量的差额。净能量分析就是分析,个能量转换系统的净能量额，从而可以计算该系统的净能量产额，以及回收所投入能量的年限。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,能量分析方法,的分析,能量平衡和净能量分析都是能量分析中只研究能量中的量的问题，而没有深入到能量中的质的问题。特别是热能，如果不从能量的质的方面来分析问题，就会得出错误的结论。,例如把,lkg,，,0,的冰和,1kg,，,100,的水混合，就得到,2kg,，,10,的水。这好象意味着,1kg,，,0,的冰和,1kg,，,100,的水的混合液与,2kg,，,l0,的水有等量的能量。如果就此得出结论：“,100,水和冰的混合液与,10,的水具有相同的能量价值”，那就是违反常识的结论。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,能量分析方法,因为在制冰和烧开水时必须消耗能量，而,10,左右的水是比较容易取得的。因此，从正常的概念来理解，这两种物质的能量价值应当是不相等的。,如果要比较这两种物质的能量价值，是否可比较它们的制造成本，或者比较它们在制造时必须从外界投入的能量耗费更显得合理呢,?,的确是这样，从工程科学的观点来看，最易理解的定量比较方法是根据热能所产生的“最大功”来评比。热力学第二定律指出，热转换为功的能力有一定限制，其中有一部分是不可能转变的。由此，可把“作功能力”定义。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,能量分析方法,可按不同情况用不同算式计算。,机械能和电能 全部是。,热力系 热力系的作功能力受到环境参数（,T,0,，,P,0,环境温度和压力）限制。热力系统从初始状态可逆地变到与环境相平衡的状态所能完成的功，即为热力系的“作功能力”，或。,燃料的化学,常规燃料化学,e,i,的工程近似计算方法如下：,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,能量分析方法,概述,投人产出分折中的投入，是指生产过程中投入的劳动对象，劳动资料和活劳动的数量，产出是指产品的分配使用方向及其数量。,投人产出分析首先将各部门的投人和产出编制成一张棋盘式的投入产出表，然后利用这一模型以及炬阵运算和计算机算法来综合的分析和考察国民经济各部门在产品的生产和消耗之间的综合平衡。投入产出分析方法也能够对未来进行预测，还能够对经济结构、经济效益、经济政策和商品价格等问题进行综合分析。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,能量投入与产出分析,投入产出表,概念,列昂杰夫解释说：“一个表扼要地概括一个经济系统中所有部门各种投入的来源和所有各类产出的去向，这个表就叫做投入产出表。”,投人产出表的形式有很多，可以分成以下几类：,按照不同的目的可以分成投入产出报告表、投入产出计划表；,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,能量投入与产出分析,按照表中数据的计量单位，可以分成实物形态投入产出表、价值形态投入产出表；,按照表中所反映的经济内容，可以分成产品投入产出表、劳动投入产出表、固定资产投入产出表、能源投入产出表等。,消耗系数,根据投入产出表的平衡关系建立的数学模型称为投入产出模型，依据平衡关系表的横行和纵行，可以分别建立行模型和列模型。在产出方程组中，是以流量的形式表示各个部门之间的投入产出关系的，可这样定义直接消耗系数；第,j,部门生产单位产品所直接消耗第,i,部门的产品的数量，这个系数反映厂了国民经济各个部门之间的生产技术联系。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,能量投入与产出分析,在实际生产中，各个部门之间的消耗关系足相当复杂的、除了直接消耗各部门的产品外，还要通过中间需求消耗某些产品这种消耗叫做间接消耗。例如，在炼钢的过程中消耗了电力这是钢对电力的直接消耗，但是由了炼钢的过程中还消耗了生铁、煤、耐火材料等在这些物质的生产过程中也消耗了电力，由于这些物质是用于炼钢的所以它们对电力的消耗可以看作是炼钢对电力的间接消耗，我们称之为第一次间接消耗。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,能量投入与产出分析,依此类推，在炼生铁的过程中消耗了铁矿石、焦炭、冶金设备等，在煤的生产过程中消耗了坑木、钢材、机械设备等，在铁矿石等物质的生产过程中也消耗了电力，这是炼钢对电力的第二次间接消耗。这个过程可以无限制地进行下去从而可以得到无数次的间接消耗。因此，只有直接消耗不足以反映部门之间的完全联系，只有将直接消耗和间接联系在一起考虑，才能充分地反映部门之间的联系我们将直接消耗和间接消耗的总和称为完全消耗。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,能量投入与产出分析,投入产出法的应用,投入产出分析在经济结构的调整、国民经济计划的编制、经济政策评价、经济发展预测等方面有着广泛的应用。,投入产出分析可以用于经济结构的分析，还可以用于经济效益分析和价格分析。,投入产出分析在计划工作中有着很大的作用，它可以用来计算各部门的计划产值。计算计划期内各部门的劳动报酬、社会纯收入和固定资产折旧，用来修订计划，与数学规划结合编制最佳计划等。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,能量投入与产出分析,能源系统投入产出表,投入产出表中，如果把能源部门扩大，以适府研究能源系统和国民经济其他部门联系的需要，就叫做能源系统投入产出表。这种表可以以一个国家或地区为对象来编制。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,能量投入与产出分析,基本概念,全局最优化是能源系统工程的主要特点之一，这些最优化问题通常采用数学规划的方法来求解。所谓数学规划方法，就是指研究多变量函数在变量受多种约束条件限制下最优化问题求解的运筹方法。,线性规划是其中最简单的、最基本的一种，其特点是各待选变量在各自约束条件和日标函数中均具有线性关系，即约束条件和目标函数均为线性等式或线性不等式。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,线性规划方法,线性规划解决的是企业如何合理利用现有资源，以发挥最大效益的问题，具体有两大类：一类是确定了一项任务，研究怎样精订细算使用最少的人力、财力和物力去完成它；另一类是已有一定量的人力、财力和物力。研究怎样合理安排，使之最大限度地发挥作用，完成尽可能多的任务。,主要有以下几个方面的问题：,生产计划与组织问题,运输与布局问题,配料与下料问题,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,线性规划方法,建立线性规划的数学模型,确定决策变量,确定目标函数,确定约束条件,线性规划问题的描述,线性规划问题的解法,图解法,单纯形法,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,线性规划方法,层次分析法的基本原理,用层次分析治进行系统分析，首先要把问题层次化，根据问题的性质和要达到的目标，将问题分解成为不同的组成因素，并根据因素间相互关联影响和隶属关系将它们按照不同的层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型，并最终把系统分析归结为最低层（供决策的方案、措施等）相对于最高层（总目标）的重要性权值确定或优劣排序问题。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,层次分析法,层次分析法的步骤,建立层次结构模型,构造判断矩阵,层次单排序及其一致性检验,层次总排序,层次总排序的一致性检验，这一步骤也是从高到低逐层进行的。,第五章 能源系统工程,第二节 能源系统的基本方法,层次分析法,预测在能源系统中有许多运用大致可以分为能源需求预测、能源供应预测、能源新技术发展预测和世界能源宏观发展预测四种。,能源需求预测,能源需求预测也是从研究一个国家或地区能源消费的历史和现状开始，分析影响能源消费的因素，找出能源消费需求量和这些因素的关系。并根据这些关系对未来能源需求发展趋势作出估计和评价。一般来说，影响能源需求的因素有人口数、国民经济发展速度及其结构、生产技术水平、能源生产和消费构成等等。,第五章 能源系统工程,第三节 能源系统预测与规划,能源系统预测,能源需求预测遵循的原则,紧紧抓住经济发展与能源需求的内在联系。,必须以过去的状况为预测基础。,能源需求预测步骤,确定预测的具体目标：,收集并分析有关资料，,构造能源需求预测模型；,进行预测以及误差分析。,第五章 能源系统工程,第三节 能源系统预测与规划,能源系统预测,能源需求预测方法,弹性系数法,能源消费弹性系数：能源需求预测中的能源消费弹性系数法实际上是回归分析法的特例。要预测某个地区将来某个时期（近期）的能源需求，可以根据该地区历史上能源消费及其影响因素的统计数据，进行回归分轿，找出合适的回归方程和回归系数，再用此方程外推。,能源弹性系数是反映能源消费增长率与国民经济增长率之间的关系的指标，其数值为某一时期能源消费量的年平均增长率与同期国民经济年平均增长率之比,第五章 能源系统工程,第三节 能源系统预测与规划,能源系统预测,相关法,相关法又称回归分析法。由于能源的需求量与经济发展、人口增长均有密切关系，因此可以建立它们之间的回归方程并检验其相关的显著性，从而可以深入研究到底哪些因素与能源消费量的关系最为密切，由此预测在各种经济、人口或其他因素发展变化的条件下，对能源的需求量。,第五章 能源系统工程,第三节 能源系统预测与规划,能源系统预测,投人产出分析法,投入产出分析法可以用来分析和研究国民经济各部门的结构发生变化时，能源消费量的变化，因而能更精细地预测能源消费量。,投入产出表中技术反映的是目前的生产技术水平（原材料消耗水平），而在预测时要用到五年或十年后的系数进行预测。显然这本身就是一个相当棘手的问题，目前常用的是估计与专家评价相结合的方法。,第五章 能源系统工程,第三节 能源系统预测与规划,能源系统预测,部门分析综合预测法,部门分析综合预测方法是编制能源规划时常用的预测方法，是大多数计划人员熟悉的。基本思路是通过各部门能源消耗水平的现状分析，根据计划期内各部门生产发展水平和能耗下降的可能，并依据备部门之间的比例变化来综合预测能源需求量。,第五章 能源系统工程,第三节 能源系统预测与规划,能源系统预测,能源供应预测,能源供应预测的意义,作为国家制定能源政策的依据，或为各企业确定经营方针和政策提供参考,它是研究在我国能源资源、现有能源生产供应能力利运输分配能力等已知条件下，再加上投资，技术引进或技术改革，管理经营改革，以及再加上有关开发和节能的条件，在一定期限内，可以供应多少不同种类的能源。,第五章 能源系统工程,第三节 能源系统预测与规划,能源系统预测,能源供应预测的基本方法,趋势预测法：对能源供应作趋势预测所用的基本思想是把能源供应的将来发展当作过去的演变的自然延续。,投入产出法预测：如果其地区的能源需求量已由各种方法确定，则从该地区的能源生产技术水平棚单位能耗，即可列出能源的投入产出表，并由该表推算出实际必需的能源生产量。,优化法预测：人们在开发、生产、运输各种能源时，总是力图使投资最省、运营费用最小。因此可以模拟这种趋势，利用最优方法来预测能源供应量。,第五章 能源系统工程,第三节 能源系统预测与规划,能源系统预测,能源系统规划的目的,确定社会对能源系统的需要和能源系统发展的方向。,合理调整能源部门和其他部门之间的关系以及能源系统内部各部门、各环节的增长速度、比例和结构。,合理、有效地使用能源资源和国家给予能源系统的投资。,第五章 能源系统工程,第三节 能源系统预测与规划,能源系统规划,能源规划的原则,能源规划必须把能源系统作为一个整体来考察,能源规划应该以长期规划为主,合理的规划应该充分估计到规划的可执行性,合理的规划应该从多种可能的方案中选择最住方案,第五章 能源系统工程,第三节 能源系统预测与规划,能源系统规划,能源系统规划的内容,从内容上说，能源系统的规划包括能源开发规刘、能源节约规划、能源运输规划等；从地域上讲有国家能源规划、地区能源规划、企业能源规划等。,能源系统规划应注意事项,首先要明确规划的目标，需要针对不同种类的能源，根据其需求作出开发现划。,其次，要确定规划的期限，即规划是短期的、中期的还是长期的。总的来说，中期规划要和长期规划相结合，在中期规划下面再制定短期规划。长期规划是一种指导性战略规划，应有一定的灵活性。,第五章 能源系统工程,第三节 能源系统预测与规划,能源系统规划,管理信息系统的概念,管理信息系统的创始人、明尼苏达大学卡尔森管理学院的著名教授,Cardon,B Davis,给出管理信息系统的一个较为完整的定义：“它是一个利用计算机硬件和软件，手工作业，分析、计划、控制和决策模型，以及数据库的用户,机器系统。它能够提供信息支持企业或者组织的运行、管理和决策功能。”,它应用许多学科的概念（如管理学、系统学、运筹学、统计学以及计算机科学等），并在这些学科的基础上，形成一整套信息收集和加工的方法，从而组成一个纵横交织的系统。,第五章 能源系统工程,第四节 能源管理及信息系统,管理信息系统,管理信息的主要功能,准备和提供统一格式的信息，使得各种统计工作简化，使得信息成本最低；,及时全面地提供个不同要求的、不同细度的信息以期分析解释现象最快，控制及时准确；,全而系统地分析大量的信息，并能很快地查询和综合，为组织的决策提供信息支持；,利用数学方法和各种模型处理信息，以期预测未来和进行科学决策。,第五章 能源系统工程,第四节 能源管理及信息系统,管理信息系统,管理信息系统的总体概念,具有集中统一规划的数据库是管理信息系统成熟的标志，它象征着管理信息系统是经过周密的设计建立的，它标志着信息已经集中成为资源，为各种用户所共享。数据库有它自己功能完善的数据库管理系统，管理着数据的组织、数据的输入、数据的存取权限和存取使得数据为多种用途服务。,第五章 能源系统工程,第四节 能源管理及信息系统,管理信息系统,管理信息系统的决策步骤,认识和分析问题,就是以最大的努力和敏锐的洞察力搞清问题的本质、范围，从而确定系统的目标、功能和环境；目标尽力定量化，或者用定量来表示定性的东西。,制定行动方案,即制定达到目标的方案。研究在特定环境下怎么完成目标，确定可控变量和不可控变量。这时，有效的方法就是把问题模型化。,第五章 能源系统工程,第四节 能源管理及信息系统,管理信息系统,求得决策方案,综上所述，管理信息系统是包含一切管理过程中的信息工作包含一切计算机在管理方面应用的系统既包括数据的收集保存，又包括处理和支持决策，既包括机器，又包括人。,管理信息系统的结构,管理信息系统的结构是指各部件的构成框架，由于对部件的不同理解就构成了不同的结构方式其中最重要的是概念结构、功能结构、软件结构和硬件结构。,第五章 能源系统工程,第四节 能源管理及信息系统,管理信息系统,管理信息系统的概念结构,从概念上讲，管理信息系统是由四大部件组成即信息源、信息处理器、信息用户和信息管理者。,管理信息系统的功能结构,从使用者的角度来看，一个管理信息系统总有一个目标，具有多种功能，各种功能之间又有多种信息联系，构成一个有机结合的整体，形成,个功能结构。,管理信息系统的软件结构,支持管理信息系统的各种功能软件和软件模块所组成的系统结构就是管理信息系统的软件结构。,第五章 能源系统工程,第四节 能源管理及信息系统,管理信息系统,管理信息系统的硬件结构,管理信息系统的硬件结构说明硬件的组成及其连接方式，还要说明硬件所具有的功能。广义的硬件结构，还应该包括硬件的物理位置安排。目前就我国的应用情况来看，硬件结构所关心的首要问题是用微机网还是用小型机及终端结构。,第五章 能源系统工程,第四节 能源管理及信息系统,管理信息系统,能源管理信息系统的概念,用计算机来处理能源数据，为能源管理和决策人员提供有关的能源信息和分析结果。,能源管理信息系统是一种综合性的人,/,机系统，由能源数据库和决策模型库组成。,第五章 能源系统工程,第四节 能源管理及信息系统,能源管理信息系统,能源管理信息系统的结构,系统的内容,建立能源管理信息系统首先要对能源信息系统本身进行分析。,我国现实的能源信息系统可以看成是由正规的能源信息系统和非正规的能源信息系统两个部分组成。正规的能源信息系统就是由国家和地方统计局规定的能源统计指标体系和其指导下的行业能源管理部门制定的本行业统一的能源统汁制度，这是我国能源信息系统的信息基础；非正规的能源信息系统则主要是由地区、部门或者企业自行规定或临时安排采集的能源数据它常用来作为正规能源信息系统的补充，以适应能源管理、能源规划和能源系统分析的需要。,第五章 能源系统工程,第四节 能源管理及信息系统,能源管理信息系统,能源信息系统的结构,人们对能源的管理活动，大致可以分成能源管理、能源计划、能源规划三个层次。,能源管理包括能源计量、能源统计、能源报表管理等多项概念。,能源计划包括能源工业需求预测、能源计划编制、能源计划完成情况的检查和能源计划修订。,能源规划是研究能源系统要达到既定目标所应该采用晌发展战略、发展重点、发展方向及重大措施。,第五章 能源系统工程,第四节 能源管理及信息系统,能源管理信息系统,能源管理信息系统的人员组织结构,能源管理信息系统的研制和运行要涉及几类有关人员，即系统分析员、程序分析员、操作员、数据录入员、管理控制员和用户。对于建立在大型电子计算机上的能源管理信息系统，上述人员还可以细分为信息分析员、系统设计员、应用程序员、程序维护员、数据冲管理员、计算机操作员、文件库操作员、控制员、信息系统计划员。,第五章 能源系统工程,第四节 能源管理及信息系统,能源管理信息系统,但是目前我国绝大多数能源管理信息系统都建立在微机上，因此所涉及的工作人员为：系统分析员、程序设计员、数据录入员和用户。,系统分析员：与用户合作共同明确对能源管理信息系统的功能要求及相应的能源信息的需求，设计能源管理信息系统编写用户规程和系统使用说明书。,程序分析员：根据系统分析员的系统设计方案，具体选择操作系统和数据库管理系统，以及系统的相关语言。,第五章 能源系统工程,第四节 能源管理及信息系统,能源管理信息系统,数据录入员：根据能源管理信息系统的设计研究，将各类能源报表和数据，及时通过键盘或网络送入微机的存储器，数据录入员主要任务是键录各种数据。,用户：作为能源管理信息系统的使用者，要负责备种能源数据的采集和汇总工作，为能源数据的输入做好准备，用户同时还是能源数据库管理员、计算机的操作员、输出结构的分析员。,上述各方面工作人员之间的良好合作是能源管理信息系统顺利研制和正常运行的重要条件。,第五章 能源系统工程,第四节 能源管理及信息系统,能源管理信息系统,