利用线性规划合理安排电煤采购计划-附件1：.doc

中国大唐集团公司江苏分公司企业管理创新成果推荐报告书成果名称：利用线性规划合理安排电煤采购计划推荐单位：江苏徐塘发电有限责任公司报送时间：2010年01月08日中国大唐集团公司江苏分公司企业管理创新成果推荐表成果名称利用线性规划合理安排电煤采购计划推荐单位江苏徐塘发电有限责任公司负 责 人周元龙成果主要创 造 人姓名周元龙张成亚职务公司副总经理燃料公司经理职称高级工程师助理工程师成果参与创造人（注）姓名张志勇史少华职务燃料公司助理计划合同管理职称助理工程师助理工程师成果创造于何年何月，在本企业已实际应用多长时间、多大范围创造于2009年1月实际应用11个月江苏徐塘发电公司电煤采购计划排定成果已经取得的经济效益，包括应用以来历年累计数，年平均数和申报年数提高标煤单价和进厂煤质的预算和控制水平，在保证煤质要求的前提下有效降低燃料采购成本；2009年煤质合格率和标煤单价在集团公司创一流相应指标排名中分别名列第一和第二名。 （企业上级财务部门核实盖印）成果何年何月何日经何组织鉴定意见本项成果是否已在本行业或本地区推广应用，推荐单位对推广应用有何建议、打算此种管理模式对煤场掺配环节也具有很高的实用价值，在类似的其它经营活动中也可以借鉴使用注：如填不下可另附纸，但须加盖企业公章成 果 简 介电煤的采购费用占火力发电厂成本的70，电力燃料管理是一个复杂的系统工程，包括燃料品种选择、订货、计划、调运、接卸、验收、保管和掺配使用等环节，同时受到地区、时间、市场、资金、资源、运力等许多条件的制约。而众多环节中如何安排电煤采购计划、正确地配置电煤资源作为燃料管理的第一个环节显得尤为重要。需要在矛盾中寻找一个平衡点，保证锅炉安全、良好燃烧的同时最大限度的降低燃料采购成本。本成果就是通过建立线性规划模型来处理燃料采购过程中的结构优化问题。所谓线性规划：经营管理中如何利用现有人力、物力完成更多的任务，或在预订的任务目标下，如何耗用最少的人力、物力去实现目标。这类统筹规划的问题用数学语言来表达如下：先根据问题要达到的目标选取适当的变量（称为决策变量），问题的目标通过用变量的函数形式表示（称为目标函数），对问题的限制条件用有关变量的等式或不等式表达（称为约束条件）。当变量连续取值，且目标函数和约束条件均为线性时，称这类模型为线性规划的模型。燃料采购中的约束条件就是要符合煤场对于预期来煤的煤质要求同时要充分考虑到铁路运力和计划量限制。具体包括：全水分、挥发份、硫份、发热量以及发运最大和最小量限制等。燃料采购中的决策变量就是各矿计划采购比例。解决的问题就是在满足上述约束条件的前提下，如何安排采购计划、分配采购比例才能获取进厂煤标煤单价最低值。通过建立上述线性规划数学模型，即可让我们在现有资源中获取最多价值。推荐企业盖印： 企业负责人签字：注：本表只对成果的来源、性质、理论依据、结构内容、使用情况和取得的效果作一千字以内的简明介绍，另附专门材料（最多不超过一万字）。利用线性规划合理安排电煤采购计划一、前言江苏徐塘发电有限责任公司坐落于江苏省邳州市城西北，西枕京杭大运河，南靠东陇海铁路。公司现有装机容量130万千瓦，年需求发电用煤约300万吨。江苏省内煤炭资源匮乏，大部分电煤来自山西、陕西、以及周边安徽、河南等外省地区，运输方式为铁路运输。由于大部分资源来自外省，因此也造成了运输费用较高进而导致到厂综合成本较高的局面，但是由于采购的范围较广，所以煤种也较为丰富，除可以正常入炉的贫瘦煤以外，还有无烟煤、气肥煤和长焰煤。如何利用好各矿资源，在满足煤场掺配要求的同时，尽量降低燃料采购成本成为燃料经营工作者必须要解决的首要难题。二、实施背景电煤的采购费用占火力发电厂成本的70，电力燃料管理是一项复杂的系统工程，包括燃料品种选择、订货、分配、运输、接卸、验收、保管和掺配使用等环节，同时受到地区、时间、市场、资金、资源、运力等许多条件的制约。而众多环节中如何正确地配置资源、安排电煤采购计划作为燃料管理的第一个环节显得尤为重要。煤质的下降会造成电厂煤耗、厂用电率的上升，同时会造成设备出力受限和检修费用的大幅上升，更有甚者将危机锅炉安全运行。但是选择最佳的电煤可能会造成成本的上升。那就需要在矛盾中寻找一个平衡点，保证锅炉安全、良好燃烧的同时最大限度的降低燃料采购成本。特别是近年来随着国家对煤炭市场化运作的进一步放开，煤炭价格持续上升，燃料成本不断上扬，部分紧张时段发电单位变动成本甚至高于平均上网电价，而且部分矿务局实行霸王条款，发运的电煤质量不能满足合同要求，造成进厂标煤单价节节攀升。尤其是2008年经历过煤炭市场带来的阵痛后，火力发电厂要求燃料专业人员必须在燃料管理的各个环节尤其采购环节下足功夫，不能在停留在以往较为粗放的采购模式，在计划排定的第一环节就要选择合理的供应结构。2009年伊始，江苏徐塘发电公司就加强了新的煤源点布局、改善煤源结构。目前煤炭资源西涉陕西、山西、河南、甘肃；南涉安徽淮北、淮南、宿州；北涉山东枣庄；东涉连云港港口；中有徐州、大屯。在陕西铜川、彬长、榆林地区分别增加了优质电煤（高热值、高挥发）重点矿的布置，在山西运城、吕梁地区增加了重点运力的布局，在周边增加了枣庄、淮北、淮南、新集、皖北等矿务局作为重要应急通道。确立以山西、陕西煤源为主，周边省市重点矿务局为辅，应急供应渠道畅通的新格局。同时也为利用线性规划合理安排电煤采购计划提供了良好的资源基础。三、内涵和做法通过各区域、各矿务局、各煤种的合理优化配置就是实现燃料采购计划精益化管理的一个很好的解决办法。本创新成果就是通过建立线性规划模型来处理燃料采购过程中的结构优化问题。（一）线性规划的含义所谓线性规划：经营管理中如何利用现有人力、物力完成更多的任务，或在预订的任务目标下，如何耗用最少的人力、物力去实现目标。这类统筹规划的问题用数学语言来表达，先根据问题要达到的目标选取适当的变量（称为决策变量），问题的目标通过用变量的函数形式表示（称为目标函数），对问题的限制条件用有关变量的等式或不等式表达（称为约束条件）。当变量连续取值，且目标函数和约束条件均为线性时，称这类模型为线性规划的模型。（二）燃料采购中的约束条件1.全水分：煤炭水分有内在水分与表面水分之分，二者之和为全水分。水分是煤中不可燃成分，煤中水分的增高，自然要使发热量相应下降。不仅如此，在燃烧过程中，为了蒸发水分，还要消耗热量和带走热量，每蒸发1kg的水，约需600kcal的热量。煤炭过高的表面水分不仅影响其使用价值，而且会给电厂的安全运行造成威胁。同时水分含量越大，则将不可燃的水分运进电厂的量也越多，势必增加运输压力及电厂的经济负担。2.挥发分：电力用煤的挥发分是影响电力制粉系统安全运行及锅炉稳定燃烧的首要指标，同时决定煤场存放的阴燃温度。因此煤中挥发分含量的高低，不仅对锅炉运行的安全性，而且对其运行的经济性也都具有影响。3.硫分：煤中硫的燃烧产物是造成大气污染的主要物质；同时对锅炉设备具有严重的腐蚀作用；煤中含硫量的增高将加剧锅炉结渣的严重程度，增强原煤及煤粉的自燃倾向，从而威胁电力生产的安全。因此硫分含量是越低越好。4.发热量：发电耗煤量直接取决于实物煤的发热量是不言而喻的，发热量每降低4.18MJ/kg，标准煤耗将增加80100g/kWh。发热量同时还影响锅炉的热效率，而且质量越差的煤，影响越是显著。例如，发热量小于14.63MJ/kg的低质烟煤，Qnet,ar每下降100kcal/kg，锅炉热效率将降低0.9%。但是发热量过高的煤种经济性较差。例如江苏徐塘发电公司的采购的电煤的加权平均发热量一般在5100大卡（锅炉设计值）左右，当然根据库存煤质情况会有适当的调整。5.兑现率：因订货量、矿方产量、发运能力、铁路运力等客观因素的影响，各矿点发运量受到一定程度的限制。这也是燃料采购中将受到限制的约束条件之一。(三)利用线性规划合理分配采购计划首先假定研究是在一个阶段进行的，假定排定某月电煤采购计划表。为了达到燃料采购成本最小，即：Minf =pidi （1）式中，pi表示第i种煤的到厂标煤单价，其中包括了到厂电煤的出矿价、运输费用和其余杂费。di表示其采购比例。k表示可供选择的矿点所提供的煤种的数量，则i=1，2，,k。公式(1)保证了火电厂最经济的各种电煤的使用量，但是由于电厂的实际特征或者是煤场掺配的要求，还要考虑到一些约束条件对上述目标函数进行约束。根据锅炉对燃煤机组的要求，具体约束条件如下： a、热值约束火电厂在此阶段使用的电煤热值必须要大于其发电要求所需的燃煤的热值。这是为了保证电厂生产的用能需要，要保证有足够的热能转化为电能。 qidiC1 （2）式中，qi表示第i种煤的热量指标；di表示在第i种煤的需求比例；C1表示热值需求量。b、含硫约束 用C2表示含硫量指标；si表示第i种煤的含硫量。则含硫量约束表达式为： sidiC2 （3）c、挥发分约束用C3表示挥发份指标；vi表示第i种煤的挥发分指标。则挥发分约束表达式为： vidiC3 （4）d、水份约束用C4表示水分指标；mi表示第i种煤的水分指标。则水分约束表达式为： midiC4 （5）e、比例约束另一个约束条件是要求配煤中，k种燃煤煤的配比之和为100%，即： di1 （6）综上所述，线性规划模型的表达式：目标函数：Min f =pidi （1）约束条件：qidiC1 （2） sidiC2 （3） vidiC3 （4） midiC4 （5） di1 （6） d1 、d2 di0 （7）约束条件为：公式（1）到公式（6），以及数值约束：公式（7）。求解满足了上述约束的线性规划模型,即可求得燃料采购成本最低的目标，就是在满足上诉条件下各种电煤在此阶段的最经济采购量。当然如果考虑到矿方合同计划量以及铁路运力等实际情况可以增加额外的约束条件。（四）实例分析如何利用好各矿资源，在满足煤场掺配要求的同时，尽量降低燃料采购成本是燃料经营工作必须要解决的首要难题，通过建立上述线性规划数学模型，即可让我们在现有资源中获取最多价值。以江苏徐塘发电有限责任公司某月份可选择采购的七种煤种为例来分析如何实现配煤的采购优化。七种电煤的各项指标见下表。表1 电煤种类及各项指标数据矿点比例不含税标煤单价热量挥发份硫份水份晋城d1611.13355649.20%0.94%8.34%枣庄（洗混）d2617.720430026.00%1.00%14.00%太原煤气化d3659.452450017.52%2.13%8.68%铜川d4660.292530028.071.05%11.70%汾西d5667.112500014.43%3.50%7.09%榆林d6677.766550030.00%0.58%14.06%大屯d7684.853510027.38%0.83%7.93%假设煤场对该月采购煤炭的各项指标要求如下：发热量5150大卡；硫分1.00%；20%挥发分24%；水分10%。数量要求28万吨。由以上数据和公式(1)可得目标函数为：min f611.133d1 617.720d2 659.452d3 660.292d4667.112d5 677.766d6 684.853d7由公式（2）到（7）可得约束条件为：5564d14300d24500d35300d45000d55500d65100d75150；0.94d11.00d22.13d31.05d43.50d50.58d60.83d71.00；9.20d126.00d217.52d328.07d414.43d530.00d627.38d720.00；9.20d126.00d217.52d328.07d414.43d530.00d627.38d724.00；8.34d114.00d28.68d311.70d47.09d514.06d67.93d710.00；d1d2d3d4d5d6d71；d10，d20，d30，d40，d50，d60，d70对于以上线性规划可以通过Excel表构造相应的模型，然后通过表格中的“规划求解”工具求解。在Excel工作表中输入目标函数、变量、和约束条件等，利用线性规划分析工具进行分析，求得结果为：图1 Excel求解结果由结果分析得到，当月的采购规划如下：晋城采购11.10万吨、枣庄洗混煤采购5.87万吨、铜川采购4.72万吨、大屯采购6.31万吨、其余矿点不采购，不但可以满足煤场对煤质的要求也可以实现最低进厂不含税标煤单价637.42元/吨。但是考虑到实际月度合同量以及铁路批复计划：大屯最多供应5万吨；而榆林和汾西作为长期合作矿点至少各采购1万吨。以上因素作为新增的约束条件应增加到以上模型中去，重新求解如下：图2 新增约束条件后的求解结果根据求解结果可以得出以下结论：根据实际情况，在充分考虑该月各矿的实际发运能力和数量限制的前提下，为满足质量要求可以完成最低标煤单价643.33元/吨，采购计划如下：晋城采购11.09万吨、枣庄洗混煤采购2.61万吨、铜川采购5.33万吨、汾西采购1万吨、榆林采购2.98万吨，大屯采购4.98万吨、其余矿点不采购。（五）具体实施方案 在具体实施中，可以将以上过程纳入燃料采购的正常管理流程：（1）确定煤质需求。每月25日之前由燃料运行部根据煤场质量和库存现状，结合次月发电量和负荷需求，向燃料管理委员会上报次月电煤的数量和质量需求。经燃料管理委员会确认审核后，由燃料管理委员会下达至燃料公司。（2）列举煤源信息。燃料公司根据次月铁路批复计划和市场行情，向燃料管理委员会上报当月可以选择的矿点、各矿点的经验煤质，并根据各矿当月价格综合市场行情测算到厂标煤单价。在确保供需关系的前提下，结合发运能力说明各矿务局可以发运的上限和下限。（3）求解最佳比例。基于以