電廠供熱系統(tǒng)節(jié)能與優(yōu)化控制策略研究

華電佛山能源有限公司 文 川

當(dāng)前，電廠供熱系統(tǒng)的節(jié)能與優(yōu)化控制存在一些問題和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)存在能源浪費和效率低下等問題，如管道傳輸損失、設(shè)備運行不穩(wěn)定等。電廠供熱系統(tǒng)常面臨復(fù)雜的供需關(guān)系、多變的外部環(huán)境因素以及不確定的能源價格等問題，導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)度和控制困難。針對以上問題和挑戰(zhàn)，目前已經(jīng)涌現(xiàn)出一些針對電廠供熱系統(tǒng)的節(jié)能與優(yōu)化控制策略研究?；诖?，電廠供熱系統(tǒng)節(jié)能與優(yōu)化控制研究具有重要的理論和實踐意義。

1 電廠供熱系統(tǒng)節(jié)能與優(yōu)化控制問題

1.1 能耗高

傳統(tǒng)的電廠供熱系統(tǒng)存在能源利用率較低等問題，導(dǎo)致能耗較高。這主要是因為系統(tǒng)內(nèi)部存在能量損失、設(shè)備老化以及控制策略不合理等原因造成。對于老舊的供熱設(shè)備，如鍋爐、熱交換器等，其能源轉(zhuǎn)換效率較低，導(dǎo)致能耗的增加。此時，可以考慮進(jìn)行設(shè)備更新或改造，引入更先進(jìn)的設(shè)備，提高供熱系統(tǒng)的能效。供熱系統(tǒng)的運行參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，也會導(dǎo)致能耗的增加。例如，供熱蒸汽溫度過高或過低，通過優(yōu)化運行參數(shù)，可以使供熱系統(tǒng)更加高效地運行，供熱管網(wǎng)設(shè)計不合理也會增加能耗[1]。

1.2 熱能分配不均

供熱管網(wǎng)中熱量分配不均勻，一些用戶供熱不足，而有些用戶供熱超過需求。這會導(dǎo)致能源浪費和供熱效果不佳。供熱系統(tǒng)中熱能流動的路徑、管道布局等設(shè)計因素可能不夠合理，導(dǎo)致熱能分配不均。例如，有些區(qū)域的熱負(fù)荷較大，但熱源和熱網(wǎng)的連接位置不合理，導(dǎo)致熱能無法充分供應(yīng)。供熱系統(tǒng)控制策略的設(shè)計可能存在問題，不能及時、準(zhǔn)確地根據(jù)實際熱負(fù)荷情況調(diào)整熱能分配。例如，某些區(qū)域的熱負(fù)荷波動較大，但控制系統(tǒng)沒有合理的自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略，導(dǎo)致熱能供應(yīng)不足或過剩。供熱系統(tǒng)的運行和管理中可能存在能耗監(jiān)測不及時、數(shù)據(jù)分析不準(zhǔn)確等問題，導(dǎo)致無法及時發(fā)現(xiàn)和解決熱能分配不均的情況。

1.3 設(shè)備調(diào)節(jié)能力差

傳統(tǒng)的電廠供熱系統(tǒng)中的設(shè)備通常調(diào)節(jié)能力較差，無法及時響應(yīng)供熱需求的變化，導(dǎo)致能源浪費和能源利用率低下。較老的設(shè)備可能無法進(jìn)行高效節(jié)能控制，或者控制功能有限。這可能會降低設(shè)備的調(diào)節(jié)能力，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的能耗沒有得到充分優(yōu)化。供熱系統(tǒng)的控制策略不合理或者未經(jīng)優(yōu)化，可能會導(dǎo)致設(shè)備調(diào)節(jié)能力差。

2 電廠供熱系統(tǒng)節(jié)能與優(yōu)化控制的重要性

2.1 資源利用率提高

圖1 蒸汽熱網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電廠供熱系統(tǒng)的節(jié)能與優(yōu)化控制可以提高資源的利用效率。通過合理控制熱力發(fā)電和供熱的配合運行，能夠最大限度地利用電廠的余熱，避免能源浪費，減少環(huán)境污染。供熱系統(tǒng)在運行過程中消耗大量的能源，如燃煤、天然氣等。通過合理的節(jié)能措施和優(yōu)化控制，可以減少能源的消耗，降低能源成本，實現(xiàn)能源的高效利用。電廠供熱系統(tǒng)在燃燒燃料過程中會產(chǎn)生大量的污染氣體，如二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等。優(yōu)化控制可以使燃燒過程更加充分和高效，減少燃料的用量，從而減少污染物的排放，保護(hù)環(huán)境。通過優(yōu)化控制，可以使供熱系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定和高效。

2.2 環(huán)境保護(hù)

電廠供熱系統(tǒng)的節(jié)能與優(yōu)化控制可以減少能源消耗，降低燃煤、燃?xì)獾饶茉吹氖褂茫瑥亩鴾p少排放的污染物，保護(hù)環(huán)境。節(jié)約能源還可以減少對自然資源的開采和利用，對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有重要意義。電廠供熱系統(tǒng)的能耗通常很高，僅次于發(fā)電系統(tǒng)。通過節(jié)能與優(yōu)化控制，可有效降低能耗，減少資源消耗，達(dá)到減少二氧化碳和其他溫室氣體排放的目的。這對環(huán)境保護(hù)和應(yīng)對氣候變化較為重要。

電廠供熱系統(tǒng)使用大量的能源和水資源，通過節(jié)能與優(yōu)化控制，可以最大限度地減少對水資源的消耗，并延長其使用壽命，這有助于保護(hù)有限的自然資源，保持可持續(xù)發(fā)展。電廠供熱系統(tǒng)通常會排放大量的廢氣和顆粒物，通過優(yōu)化控制技術(shù)，可以減少廢氣排放，并采取適當(dāng)?shù)闹卫泶胧?，降低對空氣質(zhì)量的影響。

2.3 提升供熱質(zhì)量

通過節(jié)能與優(yōu)化控制，可以提高電廠供熱系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性，確保供熱質(zhì)量和熱力穩(wěn)定輸出，供熱系統(tǒng)的優(yōu)化控制可以提高供熱質(zhì)量，通過控制燃燒過程、傳熱介質(zhì)的溫度和壓力等參數(shù)，可以實現(xiàn)供熱設(shè)備的穩(wěn)定運行和更高的熱效率。如此，可確保供熱設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠、高效的熱能，滿足用戶對供熱質(zhì)量的要求，提升用戶滿意度。優(yōu)化控制可以有效預(yù)防和減少供熱系統(tǒng)的故障。通過定期監(jiān)測和診斷供熱設(shè)備的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施修復(fù)，可以減少停機(jī)時間和維護(hù)成本。此外，優(yōu)化控制還可以使供熱設(shè)備的壽命得到延長，降低設(shè)備更換和維修的頻率和費用。

3 電廠供熱系統(tǒng)節(jié)能與優(yōu)化控制的策略

3.1 節(jié)能設(shè)備與技術(shù)

通過引入節(jié)能設(shè)備和技術(shù)，如高效換熱器、可再生能源利用等，提高整個供熱系統(tǒng)的能源利用效率。通過對供熱系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和運行方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高系統(tǒng)的能效?？梢钥紤]采用雙回路或多回路供熱系統(tǒng)，減少熱損失；加強(qiáng)設(shè)備缺陷治理，減少“跑冒滴漏”；合理設(shè)置管道布局，減少管道阻力和熱量傳輸損失；使用高效換熱器設(shè)備，提高熱效率等[2]。采用先進(jìn)的智能控制技術(shù)，優(yōu)化供熱系統(tǒng)的運行，減少能耗。可以利用現(xiàn)代化的監(jiān)測系統(tǒng)和傳感器，實時監(jiān)測和控制供熱系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的參數(shù)，實現(xiàn)最佳的運行狀態(tài)。

利用模型預(yù)測和優(yōu)化算法，預(yù)測能耗和溫度需求，提前做出調(diào)整，避免能耗的浪費。選擇和應(yīng)用節(jié)能設(shè)備，減少能耗。例如，采用高效燃燒器和鍋爐，提高燃燒效率；安裝熱回收裝置，將廢熱利用起來；使用節(jié)能泵和風(fēng)機(jī)等設(shè)備，減少供熱系統(tǒng)中的能耗。進(jìn)行供熱系統(tǒng)的定期維護(hù)與管理，確保設(shè)備的良好運行狀態(tài)和高效工作。定期清洗和維護(hù)設(shè)備，保證設(shè)備表面的熱傳導(dǎo)效率；定期檢查和校準(zhǔn)傳感器，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性；建立健全的維護(hù)記錄和管理體系。

3.2 溫控策略優(yōu)化

建立合理的溫控策略，根據(jù)實際需求調(diào)整供熱設(shè)備的運行參數(shù)，以達(dá)到舒適的室內(nèi)溫度。通過合理調(diào)整溫控策略，使得供熱系統(tǒng)的溫度控制更加精確和穩(wěn)定?？梢圆捎媚：刂啤⒛Ｐ皖A(yù)測控制等先進(jìn)控制算法，根據(jù)室內(nèi)外溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)來自動調(diào)整供熱系統(tǒng)的溫度設(shè)定值，減少能耗。對于熱水循環(huán)系統(tǒng)，可采取循環(huán)水回收利用技術(shù)，將排放的廢水經(jīng)過處理后再次循環(huán)利用，減少熱能的損失和水資源的消耗。

對于供熱系統(tǒng)中的燃機(jī)和鍋爐，可以進(jìn)行燃燒優(yōu)化，提高燃燒效率，減少燃料的消耗?？梢圆捎萌紵刂葡到y(tǒng)，根據(jù)外界環(huán)境條件和負(fù)荷需求，動態(tài)調(diào)整燃料的供給量和燃燒過程中的氧量，實現(xiàn)最佳燃燒效果。更新供熱系統(tǒng)中的設(shè)備，采用節(jié)能型設(shè)備，如高效熱交換器、節(jié)能閥門等，減少能源的消耗。建立完善的供熱系統(tǒng)能源管理系統(tǒng)，對供熱設(shè)備運行狀態(tài)、能耗情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和分析，及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。其中，蒸汽管道保溫后的熱量散失計算公式如下：Q=(2π(TZ-T0)×1.3×Z)/(ln(D0/D1)/λ+2/(D0α))，式中：Q為管道單位長度的散熱損失，W/m；TZ為系統(tǒng)要求的維持溫度，℃；T0為當(dāng)?shù)氐淖畹铜h(huán)境溫度，℃；D0為管道的外徑，m；D1為管道保溫層的外徑，m；ln為自然對數(shù)；λ為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)；Z為修正系數(shù)。α為保溫層外表面向大氣的散熱系數(shù)。

3.3 能耗監(jiān)測與管理

安裝智能監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)控供熱系統(tǒng)的運行狀態(tài)、能耗等關(guān)鍵參數(shù)。通過數(shù)據(jù)分析和管理，及時發(fā)現(xiàn)能源消耗較大的問題，進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，提高能源利用效率。優(yōu)化供熱系統(tǒng)的運行參數(shù)，如燃料的燃燒效率、鍋爐爐溫、水質(zhì)參數(shù)等，提高供熱系統(tǒng)的熱效率。例如，通過調(diào)整燃機(jī)的運行模式或鍋爐的氧量，實現(xiàn)燃燒的完全和高效，減少燃料的浪費。對供熱系統(tǒng)的管道網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，減小管道阻力，優(yōu)化供熱管網(wǎng)的布局和分支，減少熱損失和輸配熱損耗。

采用先進(jìn)的智能控制算法和模型預(yù)測控制方法，對供熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度和控制。例如，基于模型預(yù)測控制技術(shù)，通過建立熱負(fù)荷預(yù)測模型，實時預(yù)測供熱負(fù)荷，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果調(diào)整供熱系統(tǒng)的運行參數(shù)，以提高供熱系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。利用太陽能、風(fēng)能等可再生能源替代傳統(tǒng)能源，降低供熱系統(tǒng)的環(huán)境影響和能源消耗。

3.4 蓄能與儲熱技術(shù)

選擇合適的蓄能與儲熱技術(shù)，例如熱儲罐或地下蓄能系統(tǒng)等，可以利用低峰時段的廉價電力或余熱來儲存熱能。這些儲能系統(tǒng)可以在高峰時段釋放儲存的熱能，降低電廠在高負(fù)荷時的燃料消耗，從而節(jié)約能源。利用先進(jìn)的溫度和負(fù)荷預(yù)測技術(shù)，準(zhǔn)確預(yù)測供熱系統(tǒng)的負(fù)荷和環(huán)境溫度變化，以便優(yōu)化蓄能與儲熱系統(tǒng)的運行策略。這樣可以在高效運行蓄能系統(tǒng)的同時，提供足夠的熱量滿足用戶需求。將蓄能與儲熱系統(tǒng)與其他能源系統(tǒng)（如發(fā)電系統(tǒng)、供熱設(shè)備等）進(jìn)行緊密集成和協(xié)調(diào)，實現(xiàn)能源的高效利用。

例如，通過與發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)同控制，將發(fā)電過程中產(chǎn)生的余熱利用于儲熱系統(tǒng)，進(jìn)一步提高能源利用效率。建立有效的監(jiān)測系統(tǒng)，對蓄能與儲熱系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)測和分析，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取措施進(jìn)行維護(hù)。定期檢查和維護(hù)設(shè)備，確保蓄能與儲熱系統(tǒng)的正常運行，避免能量損失。

3.5 系統(tǒng)智能控制

引入人工智能和自動化控制技術(shù)，建立智能控制模型，實現(xiàn)對供熱系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度。根據(jù)實時能耗、室內(nèi)需求和外部環(huán)境等因素，自動調(diào)整供熱設(shè)備的運行狀態(tài)，提高能源利用效率[3]。根據(jù)天然氣價格、天氣情況和燃?xì)夤艿赖墓?yīng)情況等因素，智能控制系統(tǒng)可通過模型預(yù)測和優(yōu)化算法，自動調(diào)整燃?xì)獾氖褂帽壤?。合理分配燃?xì)獾氖褂昧?，實現(xiàn)系統(tǒng)運行的最佳節(jié)能控制。

通過智能控制系統(tǒng)對供熱負(fù)荷進(jìn)行實時監(jiān)測和預(yù)測，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和天氣預(yù)報等信息，預(yù)測未來一段時間內(nèi)的負(fù)荷變化，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果調(diào)整供熱系統(tǒng)的運行參數(shù)。這樣可以避免供熱系統(tǒng)的過量運行或過少運行，提高系統(tǒng)的運行效率和節(jié)能性能。智能控制系統(tǒng)可以通過實時監(jiān)測和分析供熱系統(tǒng)的各個參數(shù)和狀態(tài)，及時檢測出可能存在的故障或異常情況，并提供相應(yīng)的故障診斷和維護(hù)建議。如此，可及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，提高供熱系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

通過對供熱系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)存在著一些潛在的節(jié)能和優(yōu)化的空間。例如，供熱系統(tǒng)中的節(jié)能設(shè)備存在效率低下的問題，而優(yōu)化控制策略的設(shè)計也較為簡單和粗糙，無法達(dá)到最佳運行狀態(tài)。針對以上問題，筆者進(jìn)行了深入地研究和分析，并提出了一系列的節(jié)能與優(yōu)化控制策略。這些策略包括提高供熱設(shè)備的效率，優(yōu)化供熱系統(tǒng)的運行調(diào)度和控制參數(shù)，以及應(yīng)用先進(jìn)的控制算法等。綜上所述，本文的研究為電廠供熱系統(tǒng)的節(jié)能與優(yōu)化控制提供了一定的理論和實踐支持，為電廠的可持續(xù)發(fā)展和能源節(jié)約做出了貢獻(xiàn)。