北京大興機(jī)場(chǎng)供熱系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化與能耗管控

李欣 北京首都機(jī)場(chǎng)動(dòng)力能源有限公司大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)分公司

在“碳達(dá)峰、碳中和”背景下，供熱企業(yè)要想高質(zhì)量發(fā)展就離不開節(jié)能減排。為了做好大興機(jī)場(chǎng)供熱系統(tǒng)節(jié)能減排工作，深挖系統(tǒng)節(jié)能潛力，特結(jié)合實(shí)際情況對(duì)單位面積度日數(shù)供熱量的能耗指標(biāo)加以管控，并圍繞管控指標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行策略，根據(jù)農(nóng)歷節(jié)氣和室外溫度變化情況科學(xué)細(xì)化運(yùn)行時(shí)段，推導(dǎo)最佳供回水溫差的理論計(jì)算公式，進(jìn)而將單位面積度日數(shù)供熱量的管控指標(biāo)轉(zhuǎn)化為調(diào)節(jié)參數(shù)。此外，通過引入運(yùn)行評(píng)估機(jī)制，及時(shí)診斷供暖運(yùn)行情況，有效保障用戶服務(wù)品質(zhì)、降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

1 工程概況

大興機(jī)場(chǎng)位于北京市大興區(qū)禮賢鎮(zhèn)、榆垡鎮(zhèn)與河北省廊坊市廣陽(yáng)區(qū)之間，北距天安門約46km，是國(guó)家發(fā)展的新動(dòng)力源，對(duì)北京及北京周邊的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。大興機(jī)場(chǎng)高溫水供熱系統(tǒng)目前供暖面積約200 萬(wàn)m2，主要為航站樓和機(jī)場(chǎng)工作區(qū)，隨著大興機(jī)場(chǎng)的建設(shè)與發(fā)展，該供暖面積還將進(jìn)一步增加。

高溫水供熱系統(tǒng)由5 臺(tái)58 MW 燃?xì)鉄崴仩t作為熱源，設(shè)計(jì)供/回水溫度為120 ℃/60 ℃，系統(tǒng)采用板式換熱器與供暖用戶間接供暖，供暖用戶可自行調(diào)節(jié)二次側(cè)供水溫度。

2 最佳供回水溫差理論計(jì)算公式

根據(jù)能量守恒原理，結(jié)合單位面積度日數(shù)供熱量的管控指標(biāo)，建立理論耗熱量與實(shí)際供熱量的等式，進(jìn)而推導(dǎo)出最佳供回水溫差與室外溫度和管控指標(biāo)之間的計(jì)算公式（1）。

式中ΔT—最佳供回水溫差，℃；M—單位面積度日數(shù)供熱量，MJ/(℃·d·m2)；t—室外溫度，℃；q—單位供暖面積供水流量，m3/(h·萬(wàn)m2)。

考慮到大興機(jī)場(chǎng)地區(qū)供暖建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)較好，并有一定的蓄熱能力，所以在一段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)供熱量不必時(shí)時(shí)與末端熱負(fù)荷相匹配，進(jìn)而可根據(jù)調(diào)控時(shí)段的平均溫度計(jì)算所選時(shí)段的最佳供回水溫差。

3 高溫水供熱系統(tǒng)運(yùn)行策略

3.1 細(xì)化供暖季運(yùn)行時(shí)段

3.1.1 運(yùn)行時(shí)期

根據(jù)各個(gè)節(jié)氣特點(diǎn)，將供暖季劃分為入寒期、寒冷期、嚴(yán)寒期和寒退期。入寒期起始于開始供暖，終止于12 月6 日，期間日平均溫度在2 ℃以上，室外溫度逐漸下降。寒冷期起始于12 月7 日，終止于1 月4日，期間日平均溫度在-3.3 ℃左右，室外溫度相比入寒期顯著下降。嚴(yán)寒期起始于1 月5 日，終止于2 月3 日，期間日平均溫度在-3.5℃左右，是整個(gè)冬季最冷的時(shí)期。寒退期起始于2 月4 日，終止于停止供暖，期間日平均溫度在4 ℃以上，室外溫度逐漸上升。

3.1.2 調(diào)控時(shí)段

為了做到科學(xué)調(diào)控，探索每日運(yùn)行最佳調(diào)控時(shí)段，特將各運(yùn)行時(shí)期室外溫度加以統(tǒng)計(jì)分析，如圖1 所示，各個(gè)運(yùn)行時(shí)期室外溫度變化趨勢(shì)基本相同，依室外溫度變化趨勢(shì)可將1天24h劃分為4 個(gè)調(diào)控段，它們分別為0 點(diǎn)至8 點(diǎn)、8 點(diǎn)至15 點(diǎn)、15 點(diǎn)至19 點(diǎn)和19 點(diǎn)至24 點(diǎn)。

圖1 各運(yùn)行時(shí)期室外溫度變化趨勢(shì)圖

3.2 精準(zhǔn)輸送運(yùn)行參數(shù)

為了保障供暖用戶服務(wù)品質(zhì)，同時(shí)抑制個(gè)別用戶從熱網(wǎng)過度取熱，造成能源的浪費(fèi)，就必須在不同運(yùn)行時(shí)期和調(diào)控時(shí)段合理設(shè)置供水溫度和供水流量。為了節(jié)能降耗，特結(jié)合歷史運(yùn)行情況制定了0.1MJ/(℃·d·m2)的管控指標(biāo)，如遇大風(fēng)天氣可適當(dāng)提高該管控指標(biāo)，增加系統(tǒng)供熱量。根據(jù)管控指標(biāo)、單位供暖面積供水流量和調(diào)控時(shí)段預(yù)報(bào)溫度的平均值，計(jì)算所選時(shí)段的最佳供回水溫差，然后用最佳供回水溫差值加上系統(tǒng)回水溫度給定值，即可計(jì)算出各運(yùn)行時(shí)期各調(diào)控時(shí)段的供水溫度，如表1 所示。

表1 高溫水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)表

3.3 搭建運(yùn)行溝通管理平臺(tái)

為了提高供暖用戶服務(wù)品質(zhì)，公司組建了一支專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)供熱系統(tǒng)整體運(yùn)行協(xié)調(diào)工作，以“源網(wǎng)末端”的系統(tǒng)思維搭建了供暖業(yè)務(wù)保障群，便于統(tǒng)一協(xié)調(diào)管控供熱系統(tǒng)的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。此外，公司還搭建了用戶服務(wù)品質(zhì)保障群，隨時(shí)接收并處理用戶的反饋意見，并針對(duì)用戶遇到的運(yùn)行問題給以專業(yè)解答，持續(xù)提升公司的服務(wù)品質(zhì)。

4 運(yùn)行評(píng)估

供熱系統(tǒng)無論規(guī)模大小，在運(yùn)行中必須遵守三個(gè)平衡的原則，即熱量平衡、流量平衡和壓力平衡。在熱量平衡原則中，需要評(píng)估服務(wù)品質(zhì)和單位面積度日數(shù)供熱量；在流量平衡原則中，需要評(píng)估各用戶水力平衡情況；在壓力平衡原則中，需關(guān)注系統(tǒng)壓力是否在合理值范圍內(nèi)。

4.1 熱量平衡

熱量平衡意味著熱源供熱量應(yīng)滿足供暖用戶維持室內(nèi)溫度相對(duì)穩(wěn)定所需的耗熱量，所以評(píng)估熱量平衡可以從供暖用戶室內(nèi)溫度情況和系統(tǒng)單位面積度日數(shù)供熱量這兩方面入手。對(duì)于供暖用戶室內(nèi)溫度情況，要每日關(guān)注是否有用戶報(bào)冷，報(bào)冷的用戶有多少，若報(bào)冷的用戶較多應(yīng)加大系統(tǒng)供熱量，若個(gè)別用戶報(bào)冷應(yīng)優(yōu)化系統(tǒng)水力平衡。為了了解末端用戶室內(nèi)溫度情況，需對(duì)部分典型供暖用戶定期進(jìn)行室內(nèi)測(cè)溫，并根據(jù)測(cè)溫情況及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，修正系統(tǒng)供熱量。對(duì)于系統(tǒng)單位面積度日數(shù)供熱量的管控指標(biāo)，要著重分析每日各調(diào)控時(shí)段預(yù)報(bào)溫度與實(shí)際溫度的差值，并在下一調(diào)控時(shí)段通過增加或降低供水溫度進(jìn)行糾偏，保障供熱量與室外溫度相匹配。一天結(jié)束之后，要立即評(píng)估當(dāng)日單位面積度日數(shù)供熱量的大小，以便次日及時(shí)調(diào)整回水溫度給定值，從而增強(qiáng)或削弱系統(tǒng)供熱能力。

4.2 流量平衡

熱水是供熱系統(tǒng)供熱量的載體，因此，熱量平衡必須通過流量平衡才能實(shí)現(xiàn) 。流量平衡有利于實(shí)現(xiàn)“小流量大溫差”經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)，流量平衡的基礎(chǔ)是供熱系統(tǒng)水力平衡。解決水力失調(diào)，確保合理的流量值，是供熱行業(yè)當(dāng)務(wù)之急 。隨著熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用，回水溫度調(diào)節(jié)法脫穎而出，該調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，通過調(diào)節(jié)管路閥門開度使得各供暖用戶、各支路回水溫度趨于一致。綜上所述，可以根據(jù)各用戶、各支路回水溫度的一致性，評(píng)估流量平衡情況。

4.3 壓力平衡

熱量平衡、流量平衡做得不好，造成的影響多為供熱效果不好，或者費(fèi)熱費(fèi)電，而壓力平衡做得不好，可能會(huì)發(fā)生重大的安全事故。壓力平衡要求供熱系統(tǒng)的任何部位都要保證不倒空、不汽化、不壓壞，并有足夠的資用壓頭 。所以供熱系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，一定要時(shí)時(shí)關(guān)注壓力參數(shù)，但凡壓力出現(xiàn)波動(dòng)，必須要給予足夠的重視。

5 結(jié)語(yǔ)

為了做好大興機(jī)場(chǎng)供熱系統(tǒng)節(jié)能減排工作，根據(jù)農(nóng)歷節(jié)氣和室外溫度變化情況科學(xué)細(xì)化供暖季運(yùn)行時(shí)段，便于運(yùn)行人員整體把握調(diào)控規(guī)律。結(jié)合實(shí)際情況確定單位面積度日數(shù)供熱量的管控指標(biāo)，并通過推導(dǎo)供熱系統(tǒng)最佳供回水溫差與室外溫度和管控指標(biāo)之間的關(guān)系，從而將管控指標(biāo)轉(zhuǎn)化為調(diào)節(jié)參數(shù)。此外，通過引入運(yùn)行評(píng)估機(jī)制，及時(shí)診斷供暖運(yùn)行情況，有效保障用戶服務(wù)品質(zhì)、降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。上述方法在實(shí)踐中取得了較好的成效，大興機(jī)場(chǎng)供暖用戶滿意度100%，單位面積度日數(shù)供熱量較2020 ～2021 年度供暖季同比降低9.84%。