網(wǎng)源一體化智能供熱技術(shù)研究與應(yīng)用

網(wǎng)源一體化智能供熱技術(shù)研究與應(yīng)用求真務(wù)實專業(yè)純粹目錄010203背景與意義主要技術(shù)內(nèi)容經(jīng)濟效益與推廣應(yīng)用背景與意義01背景與意義發(fā)展城市集中供熱是國家推進(jìn)大氣污染防治，普及惠民工程建設(shè)，全面構(gòu)建現(xiàn)代能源體系的重要舉措。技術(shù)、體制四個革命的戰(zhàn)略思想，在十九大報告中強調(diào)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)：建設(shè)“清潔低碳、安全高效”的現(xiàn)代能源體系。面對新時代，習(xí)總書記提出能源消費、供給、全面推進(jìn)惠民工程建設(shè)，積極建設(shè)配套熱電聯(lián)產(chǎn)。推進(jìn)能源技術(shù)與信息技術(shù)的深度融合，構(gòu)建一體化、智能化的能源技術(shù)體系。推動能源供給革命，構(gòu)建清潔低碳新體系：結(jié)合城鎮(zhèn)化，推進(jìn)發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)；加強電力系統(tǒng)與熱力管網(wǎng)等能源網(wǎng)絡(luò)的有效對接，促進(jìn)多種能流的互通與協(xié)同轉(zhuǎn)化，建設(shè)“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)發(fā)展的能源互聯(lián)網(wǎng)。4我國城鎮(zhèn)供熱需求增加迅速，據(jù)能源局等十部委印發(fā)《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017-2020）》，截至2016年底，我國北方城鄉(xiāng)建筑取暖總面積約206億平方米，其中城鎮(zhèn)建筑取暖面積141億平方米。51.857.261.167.280706050403020100201220132014201520162012-2016我國城市集中供熱面積（億m2）73.9力爭實現(xiàn)北方大中型以上城市熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱率達(dá)到60%以上，20萬人口以上縣城熱電聯(lián)產(chǎn)全覆蓋。當(dāng)前，北方低區(qū)供熱平均綜合能耗約22kg標(biāo)煤/平方米；規(guī)劃到2021年，供熱平均綜合能耗降至15kg標(biāo)煤/平方米以下。背景與意義5目標(biāo)：打破信息壁壘，實現(xiàn)互聯(lián)互通、開放共享。當(dāng)前，我國集中供熱系統(tǒng)的一次能源消耗水平，比歐洲同緯度甚至更高維度國家的能耗高出一倍以上，關(guān)鍵技術(shù)難題是：傳統(tǒng)單向信息流的粗放調(diào)節(jié)、廠網(wǎng)間供熱信息孤立、熱源側(cè)電熱矛盾嚴(yán)重。信息之墻“電熱矛盾”供熱過程做功能力損失大弊端棄風(fēng)棄光等問題十分突出背景與意義6國內(nèi)外先進(jìn)供熱系統(tǒng)是世界最大的供熱管網(wǎng)系統(tǒng)之一，供熱面積達(dá)到5000萬

m2

。管網(wǎng)連接4個熱電廠、4個垃圾焚燒電廠和超過50座的尖峰鍋爐房，區(qū)域供熱輸配公司達(dá)到20家，整個管網(wǎng)采用多熱源聯(lián)網(wǎng)運行方式，供熱量達(dá)30,000

TJ。哥本哈根區(qū)域供熱系統(tǒng)意大利都靈熱網(wǎng)系統(tǒng)熱網(wǎng)系統(tǒng)共有5個熱源聯(lián)網(wǎng)供熱，運行時首先啟動熱電聯(lián)產(chǎn)機組，隨著負(fù)荷的增加依此啟動其他熱源，供熱最大負(fù)荷1.2GW。熱網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)5個中繼泵站，向熱網(wǎng)主干線的9個方向?qū)峋W(wǎng)增壓；熱網(wǎng)供水溫度恒定120℃，通過協(xié)調(diào)熱源泵和中繼泵的壓力，對熱網(wǎng)進(jìn)行最優(yōu)調(diào)度和分配。7石家莊華電供熱集團供熱系統(tǒng)華電集團內(nèi)最大的熱網(wǎng)系統(tǒng)，接帶供熱面積近1億，實供面積約8000萬m2，包括1138個熱力站，三座熱電廠，4臺燃煤尖峰爐、1臺燃?xì)鉄崴疇t等，熱網(wǎng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)，解列運行為主，離線水力分析方式確定事故工況調(diào)度方案。國內(nèi)外先進(jìn)供熱系統(tǒng)

集團內(nèi)最早開展智能化、信息化改造的供熱企業(yè)之一，搭建了熱網(wǎng)調(diào)度、熱力站遠(yuǎn)程監(jiān)控、熱負(fù)荷預(yù)測、室溫采集等多種系統(tǒng)。8國內(nèi)外對比分析國內(nèi)外先進(jìn)供熱系統(tǒng):國外：主要通過供給側(cè)適應(yīng)用戶需求的智能化供熱技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能目的。國內(nèi)：普遍采用“首站給定流量、各換熱站分國外：從熱源到用戶的每一級均實現(xiàn)了智能控制。（國外的換熱站設(shè)置于每一棟樓宇）國內(nèi)：智能控制普遍僅存在于熱源的第一級。國內(nèi)外先進(jìn)供熱系統(tǒng)攤”的調(diào)節(jié)方式，弊端明顯。9主要技術(shù)內(nèi)容02網(wǎng)側(cè)節(jié)能潛力：換熱站間不均勻熱損失約3%二次管網(wǎng)熱損失約3%（5%）蒸汽首站過量供熱約13%樓宇間

不均勻損失7%（數(shù)據(jù)來源：清華大學(xué)《中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告》）一次管網(wǎng)熱損失約1%（5%）用戶間不均勻熱損失約7%網(wǎng)側(cè)熱損失或節(jié)能潛力如下（以北京某典型小區(qū)為例）：冷熱不均和過量供熱約為30%11主要技術(shù)內(nèi)容—節(jié)能潛力分析網(wǎng)側(cè)節(jié)能潛力：主要技術(shù)內(nèi)容—節(jié)能潛力分析一次網(wǎng)分階段變流量質(zhì)調(diào)節(jié)，供水溫度一般一天調(diào)整1-2次，甚至幾天不調(diào)，供熱溫度偏差大；換熱站基本按環(huán)境平均溫度調(diào)節(jié)，但調(diào)整不及時，當(dāng)用戶過冷或過熱時調(diào)整；二次網(wǎng)在供熱初期進(jìn)行平網(wǎng)調(diào)整后，多不再調(diào)整，一般為定流量運行；終端用戶室溫上門監(jiān)測，但多數(shù)僅在用戶投訴時測量。當(dāng)前運行調(diào)節(jié)方式：供熱過程系統(tǒng)圖12蒸汽

首站一次管網(wǎng)二次管網(wǎng)樓宇換熱站主要技術(shù)內(nèi)容—一站一優(yōu)化曲線技術(shù)解決方法：結(jié)合室外溫度、室外風(fēng)速、太陽輻射、建筑物熱惰性等多因素的影響，開發(fā)一種“一站一優(yōu)化曲線”的智能調(diào)節(jié)新技術(shù)，針對每一換熱站，通過制定結(jié)合多因素的特定調(diào)節(jié)曲線，實現(xiàn)精準(zhǔn)高效供熱。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)曲線改進(jìn)措施散熱器放熱負(fù)荷：墻體維護(hù)結(jié)構(gòu)散熱：外窗冷風(fēng)滲透負(fù)荷：室外綜合溫度：創(chuàng)新技術(shù)1：基于室外溫度、風(fēng)速等多因素，開發(fā)了一種“一站一優(yōu)化曲線”的智能調(diào)節(jié)新技術(shù)技術(shù)難點：當(dāng)前換熱站調(diào)節(jié)曲線是由設(shè)計院僅依據(jù)室外溫度單一因素制定，而且實際運行時是憑經(jīng)驗值進(jìn)行調(diào)節(jié)；此種方式弊端是：調(diào)節(jié)方式粗放，未考慮建筑物特性、室外環(huán)境等多因素的影響，易于引起過量供熱現(xiàn)象。實時負(fù)荷物理模型（簡化）：

建立建筑物實時負(fù)荷模型：13具體效果：解決了當(dāng)前單一變量的調(diào)節(jié)曲線無法給出準(zhǔn)確關(guān)聯(lián)曲線而造成調(diào)節(jié)僅憑經(jīng)驗的問題，實現(xiàn)換熱站實時調(diào)節(jié)，避免過量供熱現(xiàn)象，使得熱網(wǎng)能耗水平降低約10%。獲得軟著1件，授權(quán)專利7件，第三方機構(gòu)查新為國內(nèi)外首創(chuàng)。Qw1Qw0墻壁傳遞Qc0窗戶和冷風(fēng)滲透Qc1τ小時延遲太陽輻射專題： 建筑物熱惰性專題：以北方某居民樓為例（室外溫度-20℃/室內(nèi)保持18℃）室內(nèi)實時熱負(fù)荷Q0=Qw0+Qc0計算負(fù)荷偏差較大（10%左右），供水溫度偏差3℃左右。以北京某居民樓為例主要技術(shù)內(nèi)容—一站一優(yōu)化曲線14創(chuàng)新技術(shù)2：提出基于熱源供給側(cè)根據(jù)熱網(wǎng)需求側(cè)變化的智能調(diào)節(jié)方法，建立網(wǎng)源一體化經(jīng)濟性調(diào)控策略技術(shù)難點：當(dāng)前我國傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式為單向信息流的粗放調(diào)節(jié)，首站給定流量，各換熱站均攤，由此造成冷熱不均現(xiàn)象十分嚴(yán)重；以及廠網(wǎng)間供熱信息孤立，以致于廠側(cè)無法根據(jù)用戶側(cè)的需求變化而智能調(diào)節(jié)，導(dǎo)致系統(tǒng)供熱能耗普遍偏高。網(wǎng)側(cè)熱損失情況 網(wǎng)源一體化集中供熱模型技術(shù)解決方法：利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立一種互聯(lián)、開放、共享的網(wǎng)源一體化集中供熱系統(tǒng)，以智慧、高效、精細(xì)化運營為核心，通過信息共享、智慧決策與集中控制，達(dá)到經(jīng)濟、可靠、舒適供熱。主要技術(shù)內(nèi)容—網(wǎng)源一體化調(diào)控技術(shù)15管網(wǎng)水力平衡技術(shù)：技術(shù)問題1：設(shè)計時，對管網(wǎng)水力平衡情況分析不準(zhǔn)確（造成實際水力工況偏差大）；一次網(wǎng)換熱站調(diào)節(jié)閥存在選型不佳以及流量調(diào)節(jié)性差的問題，引起管網(wǎng)水力工況變差，產(chǎn)生水力失調(diào)。由此，造成用戶側(cè)“冷熱不均”普遍存在。地理管網(wǎng)主要技術(shù)內(nèi)容—網(wǎng)源一體化調(diào)控技術(shù)一次網(wǎng)調(diào)閥開度小于20%，調(diào)節(jié)性能差16管網(wǎng)擴建較隨意，造成水力失衡管網(wǎng)水力平衡技術(shù)：技術(shù)措施：建立基于網(wǎng)源一體的水力計算數(shù)學(xué)模型，針對不同工況，對水壓圖、流量等參數(shù)分布進(jìn)行分析，通過研究管網(wǎng)最不利環(huán)路，利用水力平衡技術(shù)，解決管網(wǎng)水力失調(diào)和管網(wǎng)震蕩現(xiàn)象。水壓圖主要技術(shù)內(nèi)容—網(wǎng)源一體化調(diào)控技術(shù)設(shè)計供水壓線實際供水壓線設(shè)計回水壓線設(shè)計資用壓差

3mH2O實際壓差0.5mH20Pokm支路1支路2支路317實際回水壓線支路4

支路5

支路6技術(shù)效果：1）廠側(cè)，保證整個供熱期抽汽在合適的參數(shù)下運行，（在50萬GJ/年(100萬m2)的采暖供熱量下，蒸汽壓力從0.47MPa下降到0.25MPa，可使30萬機組的全年平均煤耗下降約1.3g/kWh）；實現(xiàn)熱電機組有效參與電網(wǎng)調(diào)峰。2）網(wǎng)側(cè)，實現(xiàn)熱負(fù)荷實時調(diào)節(jié)，減少過量供熱（5%~10%）用于緊急補水和定壓，提高管網(wǎng)安全性。模型建立及網(wǎng)格劃分調(diào)峰蓄熱技術(shù)：技術(shù)措施：研究設(shè)置蓄熱系統(tǒng)，利用以水為蓄放熱介質(zhì)，當(dāng)機組降低出力或外界熱負(fù)荷為峰值時，輸出熱量彌補熱負(fù)荷缺口；當(dāng)機組增加出力或外界熱負(fù)荷為谷值時，儲存富裕熱量，實現(xiàn)熱網(wǎng)的削峰填谷與熱電的解耦運行。蓄熱系統(tǒng)的fluent模型蓄熱過程不同時刻，蓄熱罐內(nèi)的溫度分布t=3ht=8ht=5h不同出口溫度下，蓄熱罐內(nèi)的溫度分布35℃45℃55℃主要技術(shù)內(nèi)容—網(wǎng)源一體化調(diào)控技術(shù)18具體技術(shù)措施：3）建設(shè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺將集團下轄所有系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，統(tǒng)一展示；同時，實現(xiàn)熱網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源的有效利用，充分、更好地發(fā)揮數(shù)據(jù)價值。監(jiān)控中心智能化升級：（供熱系統(tǒng)智能化升級）生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)設(shè)備管理信息系統(tǒng)客戶服務(wù)子系統(tǒng)經(jīng)營收費管理系統(tǒng)能耗分析子系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)電子設(shè)備終端監(jiān)視系統(tǒng)（·）·········主要技術(shù)內(nèi)容—網(wǎng)源一體化調(diào)控技術(shù)19具體技術(shù)措施：4）提出一種大型熱網(wǎng)的全過程數(shù)據(jù)智能監(jiān)控、挖掘與處理方法，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實時采集一次網(wǎng)、二次網(wǎng)與熱用戶的實時運行數(shù)據(jù)，對標(biāo)能耗優(yōu)秀指標(biāo)值，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，為供熱調(diào)節(jié)提供決策。能耗對標(biāo)運行決策分析20主要技術(shù)內(nèi)容—網(wǎng)源一體化調(diào)控技術(shù)網(wǎng)源一體化智能調(diào)節(jié)技術(shù)：技術(shù)措施5：將熱源、換熱站與熱用戶之間進(jìn)行信息互聯(lián)，實現(xiàn)系統(tǒng)的信息物理融合，并提出網(wǎng)源一體化的協(xié)同調(diào)節(jié)方法，實現(xiàn)熱源與熱用戶間負(fù)荷的精準(zhǔn)、高效響應(yīng)，達(dá)到集中調(diào)度。網(wǎng)源一體化集中供熱模型技術(shù)效果：克服了熱源供給側(cè)無法及時響應(yīng)用戶需求側(cè)的變化而造成的能源浪費，實現(xiàn)廠網(wǎng)聯(lián)動；并基于建立網(wǎng)源一體化經(jīng)濟性調(diào)控策略，實現(xiàn)精準(zhǔn)、高效供熱，避免供熱不均；技術(shù)成果整體節(jié)能率達(dá)到20%以上。主要技術(shù)內(nèi)容—網(wǎng)源一體化調(diào)控技術(shù)21創(chuàng)新技術(shù)3：適用于熱電機組深度調(diào)峰的梯級高效供熱新技術(shù)技術(shù)難點：當(dāng)前我國風(fēng)電裝機容量占總裝機容量的8.6%，風(fēng)電棄風(fēng)問題卻越來越嚴(yán)重；而火電機組調(diào)峰能力不足，特別是熱電機組“以熱定電”的運行模式，使其調(diào)峰能力僅有0~20%，是導(dǎo)致國內(nèi)“風(fēng)熱沖突”現(xiàn)狀的主要原因之一。社會用電負(fù)荷與風(fēng)電負(fù)荷的關(guān)系技術(shù)解決方法：提出鑲嵌于智慧供熱控制系統(tǒng)中的熱源側(cè)供熱參數(shù)優(yōu)化策略，進(jìn)行機組不同抽汽方式的高效集成，并借助于管網(wǎng)熱慣性，實現(xiàn)供熱與電力調(diào)峰的協(xié)同，并在保證供熱與電力調(diào)峰的前提下，實現(xiàn)優(yōu)先選擇低品位能來供熱，提高供主要技術(shù)內(nèi)容—熱電解耦調(diào)峰技術(shù)熱系統(tǒng)的能效。22具體技術(shù)措施：基于“溫度對口、梯級利用”原理，將主蒸汽抽汽、再熱蒸汽抽汽、工業(yè)抽汽、采暖抽汽等多種抽汽方式集成于一新系統(tǒng)，并針對新系統(tǒng)，制定了在不同電負(fù)荷和熱負(fù)荷工況下的經(jīng)濟性抽汽方式選擇策略。熱電廠抽汽經(jīng)濟性選擇方式梯級供熱新系統(tǒng)流程圖技術(shù)效果：克服機組受“以熱定電”限制而引起新能源電力消納困難的問題，在滿足調(diào)峰與外界熱負(fù)荷需求的同時，使得機組出力降至30%的額定負(fù)荷；獲授權(quán)專利9件，第三方機構(gòu)查新為國內(nèi)外首創(chuàng)。主要技術(shù)內(nèi)容—熱電解耦調(diào)峰技術(shù)2324知識產(chǎn)權(quán)情況形成熱電聯(lián)產(chǎn)網(wǎng)源一體化智慧供熱技術(shù)體系，取得自主知識產(chǎn)權(quán)25件，其中授權(quán)發(fā)明專利6件，授權(quán)實用新型17件軟著1件，集團標(biāo)準(zhǔn)1件；另外，受理發(fā)明專利6件，申請軟著2件，在編中電聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)1件（智能供熱）。建筑供暖中確定二網(wǎng)供回水溫度的方法201410298183.X發(fā)明授權(quán)一種用于抽汽供熱系統(tǒng)的能量梯級利用裝置和方法201610100676.7發(fā)明授權(quán)用于熱電聯(lián)產(chǎn)機組雙負(fù)荷調(diào)峰的供熱系統(tǒng)及智能控制方法201610335241.0發(fā)明授權(quán)一種蓄熱罐布水盤連接機構(gòu)201510090859.0發(fā)明授權(quán)一種提高熱電機組火電靈活性的梯級調(diào)峰系統(tǒng)及運行方法201610738356.4發(fā)明授權(quán)一種熱電聯(lián)產(chǎn)機組深度調(diào)峰系統(tǒng)及其運行方法201610738334.8發(fā)明授權(quán)華電集中供熱換熱站一站一優(yōu)化曲線智能調(diào)節(jié)軟件2018SR114569軟件著作權(quán)經(jīng)濟效益與推廣應(yīng)用03已完成改造的典型案例分析廠網(wǎng)一體化改造案例：入選國家能源局首批“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（能源互聯(lián)網(wǎng)）示范項目，主要開展循環(huán)水余熱回收、首站擴容、換熱站自控升級（一站一優(yōu)化曲線）、運行調(diào)度與能耗分析系統(tǒng)、熱網(wǎng)水力平衡等工作。通過初步測算，通過熱泵改造，一個采暖季實現(xiàn)節(jié)約標(biāo)煤5.6萬噸；通過熱網(wǎng)智能化升級，一個采暖季實現(xiàn)節(jié)約熱量約0.05GJ/m2，節(jié)約電量約1.0kWh/m2。廠內(nèi)吸收式熱泵改造現(xiàn)場圖丹東金山熱電有限公司部分改造系統(tǒng)照片26已完成改造的典型案例分析智能熱網(wǎng)改造案例：集團公司智能熱網(wǎng)試點項目，開展了供熱管理系統(tǒng)信息化改造、二網(wǎng)動態(tài)平網(wǎng)（樓宇智能熱負(fù)荷調(diào)節(jié)）、一站一優(yōu)化負(fù)荷調(diào)節(jié)曲線（分時段熱負(fù)荷調(diào)節(jié)）、用戶側(cè)室溫監(jiān)測改造等。改造完成后可實現(xiàn)樓宇熱負(fù)荷智能調(diào)節(jié)及熱用戶分時段調(diào)節(jié)，實現(xiàn)熱網(wǎng)的精細(xì)化運行和智能化管理。根據(jù)試點換熱站投運后運行數(shù)據(jù)分析，一個采暖季可實現(xiàn)節(jié)約熱量0.1GJ/m2，節(jié)約電量1~1.5kWh/m2。項目調(diào)節(jié)前49HZ調(diào)節(jié)后34HZ調(diào)節(jié)后34HZ(復(fù)核)節(jié)能百分比環(huán)境溫度（℃）12.383——采暖熱指標(biāo)（w/m2)32.6925.5424.32——節(jié)電量(kWh/采暖季)——790687906830%節(jié)能量（GJ/采暖季）——4203491825.6%試點換熱站改造前后能耗分析對比表單元樓前智能調(diào)節(jié)閥華電鄒城熱力有限公司部分改造現(xiàn)場照片27工程應(yīng)用取得的經(jīng)濟、社會效益如下：項目第一完成單位取得的經(jīng)濟效益如下：年份銷售收入（萬元）利潤（萬元）稅收（萬元）20158804841322016123067