集中供熱系統(tǒng)多熱源調(diào)度優(yōu)化分析

楊林

（蘭州西熱東輸經(jīng)營(yíng)有限公司，甘肅蘭州 730060）

0 前言

我國(guó)北方地區(qū)冬季比較寒冷，且越北端寒冷的時(shí)間越長(zhǎng)，采暖供熱成為北方人民過(guò)冬的最好方式。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)北方地區(qū)的供熱體制已經(jīng)逐漸完善。但隨著時(shí)代的發(fā)展，很多北方城市的供熱設(shè)備逐漸老化且滯后，供暖的質(zhì)量逐漸變差，能源的利用效率也較低，同時(shí)供熱的方式也不符合當(dāng)前綠色發(fā)展理念的要求[1]。因此，近幾年，國(guó)家大力推行集中供熱方式。但一個(gè)熱源的集中供熱方式，存在著能耗較大的問(wèn)題，而且，一旦熱源出現(xiàn)故障，就會(huì)影響到整個(gè)供熱區(qū)域的供熱狀況，從而影響到居民生活的舒適度。因此，多熱源聯(lián)合集中供熱逐漸受到人們的青睞。

1 多熱源集中供熱簡(jiǎn)述

多熱源集中供熱就是在一個(gè)供熱管網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，同時(shí)使用多個(gè)熱源聯(lián)合運(yùn)行，進(jìn)行不相互隔斷的供熱形式。這種供熱技術(shù)能有效節(jié)約能源，并降低供熱企業(yè)的運(yùn)行成本。因?yàn)樵诙酂嵩醇泄嶂写嬖谥鄠€(gè)熱源，每個(gè)熱源供熱所使用不同的燃料，其價(jià)格也各不相同，在低負(fù)荷時(shí)，就可以暫停燃料價(jià)格較高的熱源，這樣就能有效節(jié)約能源，并降低運(yùn)行的成本，從而提高企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)采用多熱源集中供熱，還能減少城市的污染，有利于城市的美化[2]。因此，多熱源聯(lián)網(wǎng)集中供熱已經(jīng)成為集中供熱系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的主要方向。

2 集中供熱系統(tǒng)多熱源調(diào)度優(yōu)化運(yùn)行的必要性分析

隨著我國(guó)北方城市大力推行集中供熱模式，部分城市集中供熱管網(wǎng)在運(yùn)行的過(guò)程中，存在著能源浪費(fèi)比較嚴(yán)重的現(xiàn)象，而且其經(jīng)濟(jì)性并不理想。為了緩解這一現(xiàn)象，很多城市學(xué)習(xí)北歐國(guó)家多熱源集中供熱的方式，各種形式的供熱系統(tǒng)不斷興建并投入到采暖供熱工作當(dāng)中。但多熱源聯(lián)合供熱管網(wǎng)在運(yùn)行的過(guò)程中，普遍存在著冷熱不均的現(xiàn)象，究其原因，在于各熱源的熱力參數(shù)并未統(tǒng)一，熱力系統(tǒng)也未統(tǒng)一，導(dǎo)致供熱管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)水力失調(diào)的現(xiàn)象。因此優(yōu)化集中供熱系統(tǒng)多熱源調(diào)度工作就顯得極為重要[3]。

3 多熱源調(diào)度優(yōu)化措施[4]

3.1 熱負(fù)荷計(jì)算

在城市集中供熱系統(tǒng)多熱源調(diào)度工作中，要想對(duì)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，首先必須認(rèn)真計(jì)算整個(gè)多熱源集中供熱系統(tǒng)所承擔(dān)的熱負(fù)荷，并以其為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化。在實(shí)際生活中，影響熱負(fù)荷變化的主要因素是室外溫度的變化及供熱面積的變化，此外，還與夜間休息時(shí)室內(nèi)溫度的變化、白天太陽(yáng)輻射以及人們?nèi)粘Ｉ钇鹁訒r(shí)間部分生活熱水負(fù)荷規(guī)律性的周期變化也會(huì)影響到供熱管網(wǎng)運(yùn)行的熱負(fù)荷變化。在實(shí)際計(jì)算工作中，熱負(fù)荷計(jì)算的方法有面積熱指標(biāo)法和建筑物體積熱指標(biāo)法等方法。

3.2 多熱源調(diào)度優(yōu)化數(shù)學(xué)模型

在實(shí)際生活中，我國(guó)北方城市多熱源集中供熱系統(tǒng)的熱源大致上包括熱電廠、大型燃?xì)忮仩t房和燃煤鍋爐房。這三種熱源在同一負(fù)荷狀態(tài)下的能源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益各不相同，而同一熱源在不同負(fù)荷下，其能源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益也具有一定的差異。因此，要想對(duì)集中供熱系統(tǒng)多熱源調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化，還必須建立各熱源運(yùn)行能耗、運(yùn)行費(fèi)用和實(shí)際供熱量之間的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系模型。

（1）熱源調(diào)度定性分析。在實(shí)際工作中，熱源的熱負(fù)荷承擔(dān)能力受自身裝機(jī)容量的限制，同時(shí)也會(huì)受到熱網(wǎng)輸配范圍的限制。而多熱源供熱系統(tǒng)中的主熱源一般都是熱電廠，其運(yùn)行的可靠性較高，經(jīng)濟(jì)性較好。而調(diào)峰熱源運(yùn)行的時(shí)間一般都較短，是當(dāng)熱負(fù)荷增加超過(guò)某一范圍時(shí)才會(huì)投入，而當(dāng)熱負(fù)荷低于某一范圍時(shí)則會(huì)退出。燃煤鍋爐房作為調(diào)峰熱源，在投入和退出方面并不是很靈活，因?yàn)槠湓谛∝?fù)荷時(shí)燃燒的效率和資產(chǎn)的利用率較低，人工成本較高，同時(shí)固定資產(chǎn)分?jǐn)偟谋壤草^高；而燃?xì)夂腿加湾仩t房較燃煤鍋爐房，在投入和退出方面比較靈活。因此，在多熱源集中供熱系統(tǒng)中，熱電廠這種主熱源應(yīng)優(yōu)先滿負(fù)荷運(yùn)行，當(dāng)熱負(fù)荷達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，才可以將燃煤鍋爐房投入運(yùn)行，而燃?xì)夂腿加湾仩t房則可以隨時(shí)投入其中。

（2）確定數(shù)學(xué)模型的參數(shù)。筆者在前文對(duì)集中供熱系統(tǒng)中多熱源調(diào)度進(jìn)行了定性分析，但在實(shí)際運(yùn)行中如何運(yùn)行則需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。而要建立數(shù)學(xué)模型，則需要對(duì)數(shù)學(xué)模型的各方面參數(shù)予以確定。其計(jì)算公式如下：

其中：C是集中供熱系統(tǒng)供熱的總成本，其計(jì)量單位為萬(wàn)元；C1、C2和C3是各熱源的熱價(jià)成本，其單位為元/GJ；而Q1、Q2和Q3則是某一時(shí)段各熱源所承擔(dān)的熱負(fù)荷，其單位為GJ，其相加的結(jié)果就是該多熱源集中供熱系統(tǒng)覆蓋區(qū)域的總熱負(fù)荷；而η1、η2和η3則是各熱源供熱的效率。根據(jù)該公式，就可以得到以經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化為目標(biāo)的集中供熱系統(tǒng)多熱源調(diào)度優(yōu)化的數(shù)學(xué)線性規(guī)劃模型。因?yàn)樵诒臼街?，決策變量是Q1、Q2和Q3，因此，在求解該公式之前，還必須確定該數(shù)學(xué)模型當(dāng)中的C1、C2和C3和η1、η2和 η3的數(shù)值。

基于以上分析，對(duì)當(dāng)前我國(guó)北方城市集中供熱系統(tǒng)多熱源調(diào)度優(yōu)化工作應(yīng)采用多熱源聯(lián)合環(huán)狀管網(wǎng)運(yùn)行的方式。

4 多熱源聯(lián)合供熱環(huán)狀管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行方案的確定

4.1 在采暖期采用恒定流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方式運(yùn)行

在多熱源集中供熱管網(wǎng)運(yùn)行期間，當(dāng)進(jìn)行調(diào)峰期間，應(yīng)降低主熱源出口循環(huán)的水量，以保證供熱管網(wǎng)中總循環(huán)的水量能保持不變，而且，還要保證各熱源供回水溫度能保持一致，并隨室外溫度的降低，保證主熱源供熱量的不變，同時(shí)逐漸加大各調(diào)峰熱源的供熱量。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)按本區(qū)域總設(shè)計(jì)熱負(fù)荷確定流量，并在各熱源設(shè)置變速泵；其次，在整個(gè)采暖期，各熱源都應(yīng)采用按質(zhì)調(diào)節(jié)曲線來(lái)供熱，這樣熱網(wǎng)的熱損失較小，能提高熱電廠這個(gè)主熱源總熱能的利用效率，使得熱網(wǎng)調(diào)節(jié)的量較?。欢?，在調(diào)峰期間，這樣還能保證主熱源保持滿負(fù)荷的運(yùn)行，從而利于熱電廠供熱效能的發(fā)揮。

4.2 分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方式運(yùn)行

采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方式運(yùn)行，管網(wǎng)初期的投資較低，且電能的費(fèi)用較低，還能充分利用熱電廠的供熱量。但相對(duì)而言，這樣會(huì)提高供熱管網(wǎng)中供水的溫度，對(duì)于熱電廠熱能的綜合利用效率具有一定的影響；而且，在調(diào)峰期間，供熱管網(wǎng)中的水力工況變化較大，還必須采用良好自控措施才能保持良好的水力平衡狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)集中供熱系統(tǒng)多熱源調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化，使其形成多熱源聯(lián)合供熱環(huán)狀管網(wǎng)系統(tǒng)，能有效提高城市共熱效率，并降低各熱源的能耗，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的雙贏。在實(shí)際運(yùn)行中，環(huán)狀管網(wǎng)集中供熱多熱源調(diào)度運(yùn)行的方式有兩種選擇，各地方城市可根據(jù)本地區(qū)的實(shí)際特點(diǎn)、供熱系統(tǒng)形式、系統(tǒng)設(shè)備配置以及各熱源運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短，選擇最經(jīng)濟(jì)、可行的方案，這樣才能夠保證供熱工作整體的穩(wěn)定進(jìn)步，為居民提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。