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基于碳交易的煤粉工业锅炉系统运营成本控制方法研究——以神东煤炭集团为例

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  • 【题名】:基于碳交易的煤粉工业锅炉系统运营成本控制方法研究——以神东煤炭集团为例
  • 【年份】:2019
  • 【作者】:尚庆雨
  • 【摘要】:我国“富煤、贫油、少气”的能源结构特点决定了煤炭在相当长的一段时间内仍然是主要的能源消费品。煤粉工业锅炉系统的核心技术主要包括煤粉制备与配送、煤粉燃烧和超低排放烟气净化技术。如何基于成熟的技术在运营过程中有效进行成本控制提高企业效益,成为目前煤粉工业锅炉使用企业主要关注的问题。针对煤粉工业锅炉系统运营中煤粉配送、制备与减排、污染物排放、用能权等关键成本,在碳交易机制的基础上分别展开研究。首先,煤粉配送和碳减排成本控制方面主要研究煤粉制备、煤粉生产和燃烧环节中的碳减排量、煤粉订货、煤粉配送路径和煤粉厂选址等决策;其次,将碳限额与交易模型拓展到氮交易机制下的氮减排成本控制研究中,研究氮限额和氮交易机制下煤粉工业锅炉氮减排成本控制问题;再次,在用能权机制背景下,研究不同机制对煤粉工业锅炉电能成本控制的影响;最后,综合考虑煤粉工业锅炉系统煤粉配送、氮减排和用电等成本因素,通过对配送、减排和电能成本的联合优化建立一套运营成本控制问题的科学决策机制,指导企业生产具有非常重要的实用价值。本论文的研究内容和取得的研究成果包括以下几个方面:(1)基于碳交易机制的煤粉配送和碳减排成本控制研究。考虑由单个煤矿、多个煤粉厂、多个热源厂和多个客户组成的物流网络,在碳交易机制下对煤粉配送和碳减排成本控制问题展开研究。建立热源厂碳减排成本控制模型,对热源厂的煤粉订货量和碳减排量进行求解;构建煤粉厂碳减排和配送成本控制模型,利用拉格朗日松弛法对该模型进行求解,确定煤粉厂的开设位置以及在煤粉生产环节的最优碳减排量。研究结果表明:碳交易价格的提高会导致热源厂利润的降低和煤粉厂成本的升高;过高的碳交易价格会大大损害企业利润,且无法大幅度降低物流网络碳排放总量。针对上述物流网络的研究考虑了煤粉配送和碳减排双重因素,构建了煤粉制备、配送、燃烧和减排的全流程成本控制模型并进行求解,通过煤粉工业锅炉真实数据验证了模型的有效性,使得研究更具现实指导价值。(2)氮交易机制下煤粉工业锅炉氮减排成本控制研究。将碳限额与交易模型拓展到氮限额与氮交易机制下的氮减排成本控制研究中,对氮氧化物减排成本函数进行拟合,给出了氮限额和污染物排放税两种不同机制下神东煤炭集团氮氧化物成本优化控制方案。结果表明:在氮限额机制下,限额较高时(400mg/m3)采用LNT技术更加经济,限额较低时(200mg/m3)采用LNT技术耦合SCR脱硝技术方案更加经济;在污染物排放税机制下,污染物税率较高时适合采用低氮燃烧技术耦合SCR脱硝技术方案,当污染物税率较低时最优方案的氮氧化物最终排放量会有所提高。拟合了多种氮减排技术下的减排成本函数,构建了氮限额和污染物排放税机制下煤粉工业锅炉氮减排成本控制模型并进行求解,通过煤粉工业锅炉真实数据对氮氧化物减排量和减排技术的选择提供决策依据。(3)基于用电权机制的煤粉工业锅炉电能成本控制研究。建立了煤粉制备用电和燃烧用电与煤粉燃烧效率的函数关系,分别构建了用电权交易机制、用电限额机制以及用电税机制下电能成本控制模型,研究三种不同用电权机制下用电成本的最优控制。利用实例分析了原煤采购价格、用电单价、用电权交易成本等因素对煤粉制备和煤粉燃烧用电优化策略的影响。结果表明:原煤采购价格越高,煤粉制备和煤粉燃烧用电优化带来的成本节约越多;用电单价和用电权交易成本越低,煤粉制备和煤粉燃烧用电优化带来的成本节约越多。结合煤粉工业锅炉的实际运营数据,对煤粉制备和燃烧过程中的耗电量等数据进行分析,确定单位原煤蒸汽生产量与煤粉制备用电、燃烧用电之间的关系并建立了相关的成本函数模型,并在用能权有偿使用与交易机制下,构建了电能成本控制模型,为煤粉工业锅炉用电成本优化决策提供依据。(4)煤粉工业锅炉的煤粉配送、氮减排和电能成本联合控制研究。综合考虑煤粉工业锅炉的煤粉配送、氮减排和用电成本,并以神东煤粉工业锅炉实际运行数据为基础,对联合成本控制问题展开研究。求解出了最优的煤粉厂选址决策、原煤和煤粉配送路径、制粉和燃烧过程中的碳减排决策、制粉和燃烧过程中的用电决策。神东煤炭集团的实例研究结果表明:煤粉需求存在明显高峰和低谷期的情况下,煤粉的优化配送路径不同;煤粉的缺货成本越高,则煤粉的订货量越大;控制煤粉燃烧过程中的碳排放量是碳交易机制下碳减排成本优化的关键环节;过高的用电税不利于企业做出大幅降低碳减排的优化决策。将碳限额、碳税、碳交易的相关理论拓展到氮氧化物减排和电能成本控制方面上,建立了氮限额、氮税和电限额、电税、电交易成本控制模型,为不同政策下企业节能减排的决策提供指导。
  • 【会议名称】:博士
  • 【类别名称】:王道平
  • 【载体】:北京科技大学
  • 【会议地点】:2019
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