冶金能源系统不仅为冶金生产流程提供各种形式的能量，而且还是研究生产工序、企业乃至冶金行业等不同层次的能源规划、预测、分配、控制、管理、评价的重要手段和工具。冶金能源系统所属的各种能源的购入、加工、转换、输送、分配、存储、使用、回收和再利用等状况，及其与周边城市、其他工业（如发电厂、化工厂、水泥厂、装备加工厂等）的相互关系，对冶金工业产品的产量、质量、消耗、效益和环保等各项指标都有直接影响。

1978年，世界第二次石油危机发生，中国在国家重点钢铁企业和地方骨干钢铁企业开展能耗调查和能源统计活动，建立了由吨钢能耗、工序能耗和重点设备能耗组成的能耗指标体系。1982年，中国冶金工业部颁布了《钢铁企业能源平衡表及能耗指标计算办法的暂行规定》，从此结束了中国钢铁工业不统计、不报告能源数据，不计量、不考核产品能耗的历史。20世纪80年代起，中国冶金工业从单体设备节能逐步转向工序、企业乃至整个行业的节能。在冶金工业提倡节约能源的进程中，以冶金热能工程研究为基础，冶金能源系统应运而生，并逐渐成熟和发展。

冶金能源系统的全面研究是从20世纪80年代中期宝钢集团有限公司建立中国第一个企业级能源管理中心开始的。该中心通过对煤气、蒸汽、氧气、电力和工业水等能源介质的在线监测、潮流显示和远程遥控等信息化手段，初步实现了对全企业能源的集中管理与有效使用。到20世纪90年代，围绕冶金能源系统的界定、研究内容、模型化方法、系统分析和工程应用等问题，开展了较深入的研究和讨论，先后完成了企业和行业两级能源系统模型的建模、优化、分析和应用等工作。

进入21世纪，冶金能源系统研究引入能量流和能量流网络概念。中国许多冶金企业建设了企业能源管控中心，数量基本覆盖了钢产量在300万吨以上规模的钢铁企业，为冶金能源系统的深入研究提供了更广泛的应用平台。

系统中的能源品种繁多，相互关联又彼此制约，构成了一个错综复杂的有机整体。

冶金能源系统由能源转换（供给侧）、能源使用（需求侧）、余热余能回收、能源存储输送和剩余能源的缓冲调控5个子系统组成（见图）。

冶金能源系统结构示意图

能源转换子系统是冶金能源系统的供给侧，它将大部分外购的一次能源加工转换成钢铁生产所需要的焦炭、煤气、蒸汽和电力等二次能源。如炼焦炉将洗精煤加工成焦炭，同时副产粗苯、焦油和焦炉煤气；高炉在炼铁的同时副产高炉煤气；转炉在炼钢的同时副产转炉煤气；用动力煤烧锅炉，生产蒸汽或电力；将电能转换成压缩空气、鼓风、氧气、冷却水的能量等。能源使用子系统是冶金能源系统的需求侧，由烧结、球团、炼铁、焦化、炼钢、连铸、轧钢等冶金生产流程以及辅助生产装置构成。这些设备和用能装置的运行，是冶金企业能源使用的主要耗能部分。各冶金生产流程在过剩能量的驱动和作用下完成规定的物理化学变化，同时有剩余的能量产出。伴随产生的废气、废渣和废水的热能或压力能，经过换热器、余热锅炉、干熄焦、高炉炉顶煤气余压发电等回收装置进入余热余能回收子系统。由于受各种影响因素的非线性作用，系统内各种能源的供应与需求之间无论是静态还是动态总是不平衡的，时常出现涨落现象。所以，为了保障能源的稳定供给和减少富余能量放散，冶金能源系统中有能源储存输送子系统和剩余能源缓冲调控子系统，包括氧气储罐、煤气储柜，以及掺烧煤气的燃煤锅炉、纯燃气锅炉等富余能量缓冲设备等。图中用虚线标示冶金能源系统的边界，系统内富余的煤气、蒸汽、自发电等能量流，只有通过不断地与外界进行物质和能量的交换，才能从非平衡状态转变为一种有序状态。

冶金能源系统是以为冶金工业的现代化和绿色化服务为出发点，研究能源的高效利用理论和技术。

能源系统的大小取决于研究对象的范围，可以是一个工序、一个企业，也可以是一个地区、一个行业。研究冶金能源系统的基础是建立能源系统的数学模型，分析能量流发生、转换、分配、使用、回收直至排放的运行规律，相互之间以及与外部环境的关系，然后进行优化，进而解决冶金能源系统的最优设计、最优规划、最优控制和最优管理等问题，包括：①能源的供需预测、能源结构优化、新能源的开发与利用。②企业能耗、利润、费用、环保等多目标间的相互关系，编制年度、季度、月份能源消耗计划和能源平衡表。③能源系统优化，工艺流程选择，设备群的生产负荷分配，上下工序间的协调配合及其“界面”技术开发。④能量流、物质流分析，能量流的网络构建。⑤节能技术评价及其新技术开发。⑥能源管控中心软件开发，模型库、数据库和智能库建设。

冶金能源系统研究的主要数学模型有能源统计模型、投入产出模型、数学规划模型和能量流网络等。其中，能源统计模型是对大量生产数据进行科学归纳、整理和分析的工具，从中找出影响能源消耗的各种因素，建立它们的经验关系式；投入产出模型是研究国民经济各部门、各地区、各企业内部及其相互之间的投入产出平衡关系，进行经济分析的一种方法，目的是建立冶金企业内部各生产工序所消耗的能源和非能源与该工序生产的产品数量和质量之间的相互关系，反映企业的技术水平和生产规模；数学规划模型是研究能源系统在静态下如何保持最优工作状态的问题，用来解决能源最优方案等。

能源消耗是冶金能源系统的一个重要指标，是影响企业盈亏的可控因素。保护生态环境是冶金能源系统的另一个重要指标，环境遭受破坏，归根结底是过量消耗能源和资源造成的，减少或防治污染物的产生，比污染物产生后再去治理更有效。钢铁企业要充分发挥能源高效转换和有效利用的优势，深入研究能量流的转换、使用、回收、利用问题及其与物质流的关系。应用科学用能和系统节能理论，建立能量流网络模型和专家系统，以智能化的能源管控中心为工具，科学地使用好管理好能源，将系统能效做到最大，把浪费降到零。

随着科学技术的不断进步，冶金能源系统＋互联网技术、企业的资源计划系统（ERP）、制造执行系统（MES）和能源管理系统（EMS）等信息网络平台联手，将为钢铁生产的数字化、网络化、智能化创造有力条件，能源管理与控制的智能化将成为中国钢铁制造业向智能化转型的优先切入点。