网源一体化智能供热技术研究与应用

网源一体化智能供热技术研究与应用求真务实专业纯粹目录010203背景与意义主要技术内容经济效益与推广应用背景与意义01背景与意义发展城市集中供热是国家推进大气污染防治，普及惠民工程建设，全面构建现代能源体系的重要举措。技术、体制四个革命的战略思想，在十九大报告中强调能源转型目标：建设“清洁低碳、安全高效”的现代能源体系。面对新时代，习总书记提出能源消费、供给、全面推进惠民工程建设，积极建设配套热电联产。推进能源技术与信息技术的深度融合，构建一体化、智能化的能源技术体系。推动能源供给革命，构建清洁低碳新体系：结合城镇化，推进发展热电联产；加强电力系统与热力管网等能源网络的有效对接，促进多种能流的互通与协同转化，建设“源-网-荷-储”协调发展的能源互联网。4我国城镇供热需求增加迅速，据能源局等十部委印发《北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2020）》，截至2016年底，我国北方城乡建筑取暖总面积约206亿平方米，其中城镇建筑取暖面积141亿平方米。51.857.261.167.280706050403020100201220132014201520162012-2016我国城市集中供热面积（亿m2）73.9力争实现北方大中型以上城市热电联产集中供热率达到60%以上，20万人口以上县城热电联产全覆盖。当前，北方低区供热平均综合能耗约22kg标煤/平方米；规划到2021年，供热平均综合能耗降至15kg标煤/平方米以下。背景与意义5目标：打破信息壁垒，实现互联互通、开放共享。当前，我国集中供热系统的一次能源消耗水平，比欧洲同纬度甚至更高维度国家的能耗高出一倍以上，关键技术难题是：传统单向信息流的粗放调节、厂网间供热信息孤立、热源侧电热矛盾严重。信息之墙“电热矛盾”供热过程做功能力损失大弊端弃风弃光等问题十分突出背景与意义6国内外先进供热系统是世界最大的供热管网系统之一，供热面积达到5000万

m2

。管网连接4个热电厂、4个垃圾焚烧电厂和超过50座的尖峰锅炉房，区域供热输配公司达到20家，整个管网采用多热源联网运行方式，供热量达30,000

TJ。哥本哈根区域供热系统意大利都灵热网系统热网系统共有5个热源联网供热，运行时首先启动热电联产机组，随着负荷的增加依此启动其他热源，供热最大负荷1.2GW。热网系统设5个中继泵站，向热网主干线的9个方向对热网增压；热网供水温度恒定120℃，通过协调热源泵和中继泵的压力，对热网进行最优调度和分配。7石家庄华电供热集团供热系统华电集团内最大的热网系统，接带供热面积近1亿，实供面积约8000万m2，包括1138个热力站，三座热电厂，4台燃煤尖峰炉、1台燃气热水炉等，热网采用质调节，解列运行为主，离线水力分析方式确定事故工况调度方案。国内外先进供热系统

集团内最早开展智能化、信息化改造的供热企业之一，搭建了热网调度、热力站远程监控、热负荷预测、室温采集等多种系统。8国内外对比分析国内外先进供热系统:国外：主要通过供给侧适应用户需求的智能化供热技术实现节能目的。国内：普遍采用“首站给定流量、各换热站分国外：从热源到用户的每一级均实现了智能控制。（国外的换热站设置于每一栋楼宇）国内：智能控制普遍仅存在于热源的第一级。国内外先进供热系统摊”的调节方式，弊端明显。9主要技术内容02网侧节能潜力：换热站间不均匀热损失约3%二次管网热损失约3%（5%）蒸汽首站过量供热约13%楼宇间

不均匀损失7%（数据来源：清华大学《中国建筑节能年度发展研究报告》）一次管网热损失约1%（5%）用户间不均匀热损失约7%网侧热损失或节能潜力如下（以北京某典型小区为例）：冷热不均和过量供热约为30%11主要技术内容—节能潜力分析网侧节能潜力：主要技术内容—节能潜力分析一次网分阶段变流量质调节，供水温度一般一天调整1-2次，甚至几天不调，供热温度偏差大；换热站基本按环境平均温度调节，但调整不及时，当用户过冷或过热时调整；二次网在供热初期进行平网调整后，多不再调整，一般为定流量运行；终端用户室温上门监测，但多数仅在用户投诉时测量。当前运行调节方式：供热过程系统图12蒸汽

首站一次管网二次管网楼宇换热站主要技术内容—一站一优化曲线技术解决方法：结合室外温度、室外风速、太阳辐射、建筑物热惰性等多因素的影响，开发一种“一站一优化曲线”的智能调节新技术，针对每一换热站，通过制定结合多因素的特定调节曲线，实现精准高效供热。传统调节曲线改进措施散热器放热负荷：墙体维护结构散热：外窗冷风渗透负荷：室外综合温度：创新技术1：基于室外温度、风速等多因素，开发了一种“一站一优化曲线”的智能调节新技术技术难点：当前换热站调节曲线是由设计院仅依据室外温度单一因素制定，而且实际运行时是凭经验值进行调节；此种方式弊端是：调节方式粗放，未考虑建筑物特性、室外环境等多因素的影响，易于引起过量供热现象。实时负荷物理模型（简化）：

建立建筑物实时负荷模型：13具体效果：解决了当前单一变量的调节曲线无法给出准确关联曲线而造成调节仅凭经验的问题，实现换热站实时调节，避免过量供热现象，使得热网能耗水平降低约10%。获得软著1件，授权专利7件，第三方机构查新为国内外首创。Qw1Qw0墙壁传递Qc0窗户和冷风渗透Qc1τ小时延迟太阳辐射专题： 建筑物热惰性专题：以北方某居民楼为例（室外温度-20℃/室内保持18℃）室内实时热负荷Q0=Qw0+Qc0计算负荷偏差较大（10%左右），供水温度偏差3℃左右。以北京某居民楼为例主要技术内容—一站一优化曲线14创新技术2：提出基于热源供给侧根据热网需求侧变化的智能调节方法，建立网源一体化经济性调控策略技术难点：当前我国传统调节方式为单向信息流的粗放调节，首站给定流量，各换热站均摊，由此造成冷热不均现象十分严重；以及厂网间供热信息孤立，以致于厂侧无法根据用户侧的需求变化而智能调节，导致系统供热能耗普遍偏高。网侧热损失情况 网源一体化集中供热模型技术解决方法：利用互联网技术，建立一种互联、开放、共享的网源一体化集中供热系统，以智慧、高效、精细化运营为核心，通过信息共享、智慧决策与集中控制，达到经济、可靠、舒适供热。主要技术内容—网源一体化调控技术15管网水力平衡技术：技术问题1：设计时，对管网水力平衡情况分析不准确（造成实际水力工况偏差大）；一次网换热站调节阀存在选型不佳以及流量调节性差的问题，引起管网水力工况变差，产生水力失调。由此，造成用户侧“冷热不均”普遍存在。地理管网主要技术内容—网源一体化调控技术一次网调阀开度小于20%，调节性能差16管网扩建较随意，造成水力失衡管网水力平衡技术：技术措施：建立基于网源一体的水力计算数学模型，针对不同工况，对水压图、流量等参数分布进行分析，通过研究管网最不利环路，利用水力平衡技术，解决管网水力失调和管网震荡现象。水压图主要技术内容—网源一体化调控技术设计供水压线实际供水压线设计回水压线设计资用压差

3mH2O实际压差0.5mH20Pokm支路1支路2支路317实际回水压线支路4

支路5

支路6技术效果：1）厂侧，保证整个供热期抽汽在合适的参数下运行，（在50万GJ/年(100万m2)的采暖供热量下，蒸汽压力从0.47MPa下降到0.25MPa，可使30万机组的全年平均煤耗下降约1.3g/kWh）；实现热电机组有效参与电网调峰。2）网侧，实现热负荷实时调节，减少过量供热（5%~10%）用于紧急补水和定压，提高管网安全性。模型建立及网格划分调峰蓄热技术：技术措施：研究设置蓄热系统，利用以水为蓄放热介质，当机组降低出力或外界热负荷为峰值时，输出热量弥补热负荷缺口；当机组增加出力或外界热负荷为谷值时，储存富裕热量，实现热网的削峰填谷与热电的解耦运行。蓄热系统的fluent模型蓄热过程不同时刻，蓄热罐内的温度分布t=3ht=8ht=5h不同出口温度下，蓄热罐内的温度分布35℃45℃55℃主要技术内容—网源一体化调控技术18具体技术措施：3）建设统一的数据监控平台将集团下辖所有系统各种数据进行整合，统一展示；同时，实现热网系统数据资源的有效利用，充分、更好地发挥数据价值。监控中心智能化升级：（供热系统智能化升级）生产管理信息系统设备管理信息系统客户服务子系统经营收费管理系统能耗分析子系统地理信息系统电子设备终端监视系统（·）·········主要技术内容—网源一体化调控技术19具体技术措施：4）提出一种大型热网的全过程数据智能监控、挖掘与处理方法，利用互联网技术，实时采集一次网、二次网与热用户的实时运行数据，对标能耗优秀指标值，进行数据统计分析，为供热调节提供决策。能耗对标运行决策分析20主要技术内容—网源一体化调控技术网源一体化智能调节技术：技术措施5：将热源、换热站与热用户之间进行信息互联，实现系统的信息物理融合，并提出网源一体化的协同调节方法，实现热源与热用户间负荷的精准、高效响应，达到集中调度。网源一体化集中供热模型技术效果：克服了热源供给侧无法及时响应用户需求侧的变化而造成的能源浪费，实现厂网联动；并基于建立网源一体化经济性调控策略，实现精准、高效供热，避免供热不均；技术成果整体节能率达到20%以上。主要技术内容—网源一体化调控技术21创新技术3：适用于热电机组深度调峰的梯级高效供热新技术技术难点：当前我国风电装机容量占总装机容量的8.6%，风电弃风问题却越来越严重；而火电机组调峰能力不足，特别是热电机组“以热定电”的运行模式，使其调峰能力仅有0~20%，是导致国内“风热冲突”现状的主要原因之一。社会用电负荷与风电负荷的关系技术解决方法：提出镶嵌于智慧供热控制系统中的热源侧供热参数优化策略，进行机组不同抽汽方式的高效集成，并借助于管网热惯性，实现供热与电力调峰的协同，并在保证供热与电力调峰的前提下，实现优先选择低品位能来供热，提高供主要技术内容—热电解耦调峰技术热系统的能效。22具体技术措施：基于“温度对口、梯级利用”原理，将主蒸汽抽汽、再热蒸汽抽汽、工业抽汽、采暖抽汽等多种抽汽方式集成于一新系统，并针对新系统，制定了在不同电负荷和热负荷工况下的经济性抽汽方式选择策略。热电厂抽汽经济性选择方式梯级供热新系统流程图技术效果：克服机组受“以热定电”限制而引起新能源电力消纳困难的问题，在满足调峰与外界热负荷需求的同时，使得机组出力降至30%的额定负荷；获授权专利9件，第三方机构查新为国内外首创。主要技术内容—热电解耦调峰技术2324知识产权情况形成热电联产网源一体化智慧供热技术体系，取得自主知识产权25件，其中授权发明专利6件，授权实用新型17件软著1件，集团标准1件；另外，受理发明专利6件，申请软著2件，在编中电联标准1件（智能供热）。建筑供暖中确定二网供回水温度的方法201410298183.X发明授权一种用于抽汽供热系统的能量梯级利用装置和方法201610100676.7发明授权用于热电联产机组双负荷调峰的供热系统及智能控制方法201610335241.0发明授权一种蓄热罐布水盘连接机构201510090859.0发明授权一种提高热电机组火电灵活性的梯级调峰系统及运行方法201610738356.4发明授权一种热电联产机组深度调峰系统及其运行方法201610738334.8发明授权华电集中供热换热站一站一优化曲线智能调节软件2018SR114569软件著作权经济效益与推广应用03已完成改造的典型案例分析厂网一体化改造案例：入选国家能源局首批“互联网+”智慧能源（能源互联网）示范项目，主要开展循环水余热回收、首站扩容、换热站自控升级（一站一优化曲线）、运行调度与能耗分析系统、热网水力平衡等工作。通过初步测算，通过热泵改造，一个采暖季实现节约标煤5.6万吨；通过热网智能化升级，一个采暖季实现节约热量约0.05GJ/m2，节约电量约1.0kWh/m2。厂内吸收式热泵改造现场图丹东金山热电有限公司部分改造系统照片26已完成改造的典型案例分析智能热网改造案例：集团公司智能热网试点项目，开展了供热管理系统信息化改造、二网动态平网（楼宇智能热负荷调节）、一站一优化负荷调节曲线（分时段热负荷调节）、用户侧室温监测改造等。改造完成后可实现楼宇热负荷智能调节及热用户分时段调节，实现热网的精细化运行和智能化管理。根据试点换热站投运后运行数据分析，一个采暖季可实现节约热量0.1GJ/m2，节约电量1~1.5kWh/m2。项目调节前49HZ调节后34HZ调节后34HZ(复核)节能百分比环境温度（℃）12.383——采暖热指标（w/m2)32.6925.5424.32——节电量(kWh/采暖季)——790687906830%节能量（GJ/采暖季）——4203491825.6%试点换热站改造前后能耗分析对比表单元楼前智能调节阀华电邹城热力有限公司部分改造现场照片27工程应用取得的经济、社会效益如下：项目第一完成单位取得的经济效益如下：年份销售收入（万元）利润（万元）税收（万元）20158804841322016123067