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1熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的發(fā)展歷程概述

熱經(jīng)濟(jì)學(xué)起源與20世紀(jì)50年代末期，創(chuàng)始人為美國(guó)的Tribus。他在其指導(dǎo)的博士論文“能量系統(tǒng)的火用分析”中,第一次將經(jīng)濟(jì)因素引入到了火用分析之中,并首次提出了通過(guò)系統(tǒng)逐個(gè)尋優(yōu)達(dá)到全局最優(yōu)的目的。到20世紀(jì)60年代中期,熱經(jīng)濟(jì)學(xué)初步有了完善的體系，并被學(xué)術(shù)界命名為thermo-economics。Tribus的學(xué)生R.Evans還發(fā)表了熱經(jīng)濟(jì)學(xué)孤立化原理的數(shù)學(xué)論證。隨后，美國(guó)的另一學(xué)派代表人物R.Gaggioli，他以代數(shù)為主要數(shù)學(xué)計(jì)算模式，進(jìn)而發(fā)展了代數(shù)模式的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)。德國(guó)的Beyer，結(jié)構(gòu)系數(shù)模式經(jīng)濟(jì)學(xué)發(fā)展為符號(hào)經(jīng)濟(jì)學(xué)，也稱矩陣模式熱經(jīng)濟(jì)學(xué)（因?yàn)槲鞣絿?guó)家習(xí)慣稱矩陣為符號(hào)），矩陣模式代表了熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的成熟階段。到了1995年,王加璇等科學(xué)工作者開始在我國(guó)推行國(guó)際上各種流派的火用經(jīng)濟(jì)學(xué)的先進(jìn)理論。部分學(xué)者根據(jù)我國(guó)的具體國(guó)情對(duì)其研究應(yīng)用,并且已經(jīng)取得了一定的成就，逐漸形成了各自的流派。

2熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的原理與優(yōu)勢(shì)

目前存在的能量評(píng)價(jià)方法包括以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)的能量分析法。這種分析法雖然操作簡(jiǎn)單，且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但評(píng)價(jià)值側(cè)重于“量”而沒(méi)有評(píng)價(jià)“質(zhì)”。另一種是以熱力學(xué)第一定律和第二定律和火用平衡理論為框架的火用分析法。這種方法在對(duì)能量系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析優(yōu)化的時(shí)候，得出的結(jié)果往往無(wú)法顧及經(jīng)濟(jì)因素。目前最為科學(xué)全面的分析是法是本文研究的將熱力學(xué)分析與經(jīng)濟(jì)因素綜合分析的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法也稱火用經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法。這種方法結(jié)合了工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、系統(tǒng)工程、最優(yōu)化技術(shù)以及決策理論等基本思想，兼顧能量使用的“量”與“質(zhì)”，并將系統(tǒng)的火用流價(jià)格數(shù)據(jù)化，能夠評(píng)估兼顧能量使用效率與經(jīng)濟(jì)價(jià)值的綜合結(jié)果，這種分析法在復(fù)雜的工程分析、診斷、優(yōu)化、改進(jìn)中，都有重大作用，技術(shù)優(yōu)勢(shì)非常明顯。熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的分析能夠全面輔助系統(tǒng)的優(yōu)化，它的基本原理是在進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，確定考慮的變量及變量之間的關(guān)系，然后選擇約束條件和決策變量，最后用數(shù)學(xué)手段描述出目標(biāo)函數(shù)與約束方程，進(jìn)行求解。求解答案能夠?qū)?xiàng)目設(shè)計(jì)提供重要參考資料，包括對(duì)可行方案的選擇、對(duì)改進(jìn)措施的評(píng)價(jià)、對(duì)成本的真實(shí)計(jì)算以及單元系統(tǒng)的維護(hù)與更替。

3熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的應(yīng)用

熱經(jīng)濟(jì)學(xué)是分析現(xiàn)代工程系統(tǒng)中一切與能力相關(guān)的系統(tǒng)的熱力學(xué)方法，一般來(lái)說(shuō)，從原則上區(qū)分，可以分為兩大類方法，一是在卡諾和克勞修斯研究框架中，利用系統(tǒng)能平衡概念分析的系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的完善程度，通過(guò)把被研究系統(tǒng)與卡諾循環(huán)理想循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，從它們之間的接近的程度判定系統(tǒng)的完善程度。二是以吉布斯理論為框架，采取熱力學(xué)勢(shì)概念的分析方法，分析系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，以熱力學(xué)勢(shì)為分析重點(diǎn)，進(jìn)而分析各種形式之下功的數(shù)值。從這一原理出發(fā)，我們可以評(píng)估被分析系統(tǒng)任意一點(diǎn)上的物流與能流所做功的性能。這一點(diǎn)能夠無(wú)視系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度而直接對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)估，所以，我們可以充分利用這一方法的特點(diǎn)，分析得到需要的全部信息。這種方法，首先在化學(xué)熱力學(xué)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，而其他領(lǐng)域一般仍沿用第一類方法。在我國(guó)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法被引入到熱力系統(tǒng)，我國(guó)學(xué)者首先主要通過(guò)概念模型來(lái)分析熱力系統(tǒng)，并實(shí)際通過(guò)繪制結(jié)構(gòu)圖對(duì)實(shí)際操作進(jìn)行了指導(dǎo)，熱經(jīng)濟(jì)學(xué)理論并且被用于分析復(fù)雜的能量體系，模擬故障診斷，并用于計(jì)算成本。在系統(tǒng)的優(yōu)化方面，熱經(jīng)濟(jì)學(xué)被用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，分析的內(nèi)容包括燃料、產(chǎn)品流的成本，和最紅產(chǎn)品的形成過(guò)程，在此過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算編輯火用成本的變化能夠建立能量損耗分析模型，實(shí)現(xiàn)了在線診斷系統(tǒng)性能的目標(biāo)，隨后熱經(jīng)濟(jì)學(xué)概念引入到火電機(jī)組，建立了加熱器故障診斷指標(biāo)的通用數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了加熱器故障診斷的可能性。還有學(xué)者通過(guò)研究火用流的計(jì)價(jià)和費(fèi)用分配問(wèn)題，對(duì)把輸入的火用流進(jìn)行拆分,提出了基于能級(jí)相近最大化相供的火用流計(jì)價(jià)策略，并將此原理應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)熱力系統(tǒng)之中。生態(tài)系統(tǒng)的求解問(wèn)題通常會(huì)遇到非線性問(wèn)題和Lyapounov含義的穩(wěn)定問(wèn)題，對(duì)這類問(wèn)題進(jìn)行求解，必須使用微分幾何與張量代數(shù)、步驟較為繁瑣，且這些方法難度較大。再忽略精度細(xì)微誤差的前提之下，我們可以使用網(wǎng)絡(luò)熱力學(xué)方法去求解，網(wǎng)絡(luò)熱力學(xué)分析法是近年來(lái)發(fā)展并逐漸成熟的計(jì)算方法，雖然目前仍有待完善，但是前景光明。

4結(jié)語(yǔ)

目前，能源問(wèn)題是我國(guó)發(fā)展的重點(diǎn)問(wèn)題，而熱經(jīng)濟(jì)學(xué)研究目的就是把能源效益與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益結(jié)合起來(lái)，為企業(yè)發(fā)展制定長(zhǎng)期的宏觀的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，兼顧節(jié)能效益與經(jīng)濟(jì)效益，為企業(yè)或者其他社會(huì)單位提供重要的決策依據(jù)，所以，研究熱經(jīng)濟(jì)學(xué)對(duì)于我國(guó)能源發(fā)展具有重大意義。

作者：李永華甄鵬洋李婷婷單位：華北電力大學(xué)