太古供熱長輸管線耗電輸熱經濟性分析

原 峰

(太原市熱力集團有限責任公司太古供熱分公司，山西 太原 030027)

0 引言

古交興能電廠至太原長輸供熱工程據其距離遠、高差大、工程難度大的特點，在全國乃至世界供熱史上都史無前例，為全國各地長輸供暖項目實施開創了先河[1]。供熱能力在近期可實現5 000萬m2供熱面積，遠期可實現7 600萬m2供熱面積，熱源興能電廠加熱能力為一期兩臺300 MW，二期兩臺600 MW，三期兩臺600 MW機組，設計供/回水溫度為130 ℃/30 ℃，單系統設計循環流量15 000 t/h，兩系統合計為30 000 t/h。此外，長輸管線沿途設置多級加壓泵，整個采暖季全部投入運行，為長輸管線輸送熱量提供強有力保障。在熱網運行過程中，輸送熱量的電耗成本在整個采暖季運行成本中占比較大，接近于17%，如何在保證輸熱量的情況下降低電耗成為降低運行成本的關鍵。

1 長輸管線概況

太古工程為長距離輸熱工程，工程敷設4根DN1 400，長度為37.8 km的長輸供熱管線，高差180 m。為克服距離遠、高差大等因素，系統共設置6級循環泵實行分布式梯級加壓，分別為電廠內加壓泵，1號泵站回水加壓泵，2號泵站供、回水加壓泵，3號泵站回水加壓泵，中繼能源站回水加壓泵。每套系統每級加壓泵均設置4臺(4用不備)，共計48臺。

各泵組基本參數見表1。

2 長輸管線水泵電量計算

由于在長輸管線末端中繼能源站的水泵耗電量包括一級網(低

海拔、高海拔及補水泵)的水泵運行耗電量，為將電量統計更為準確，特將中繼能源站在長輸管線高溫網的水泵電量進行計算，統計2017—2018采暖季每日能源站高溫網水泵運行頻率，以及電流、電壓值，乘以水泵運行臺數，并將兩系統進行合計，得到能源站高溫網水泵耗電量。具體計算過程如式(1)所示：

(1)

其中，U為水泵在各頻率下正常運行的電壓值；I為水泵在各頻率下正常運行的電流值；n為水泵臺數；cosφ=1。

根據運行期數據，得到在2017—2018采暖季共計供暖160 d中繼能源站高溫網水泵耗電量為923萬kWh。

將計算得到的結果與高溫網其余三座泵站供暖季耗電量3 393萬kWh進行合計，即得到長輸管線全部耗電量為4 316萬kWh，其中，古交興能電廠回水加壓泵耗電量不計人成本。

3 耗電輸熱比

長輸管線的耗電輸熱比可通過式(2)[2]進行計算：

(2)

其中，EHR為耗電輸熱比，實際運行工況下輸送單位熱量的耗電量，無因次；∑ε為長輸管線水泵耗電量總和；∑Q為長輸管線輸熱量總和。

2017年—2018年采暖季累計供暖達160 d，供熱負荷為4 285萬m2，共計輸配熱量為1 562萬GJ，高溫網耗電合計為4 316萬kWh，通過式(2)計算得到耗電輸熱比為2.76 kWh/GJ，即0.01。由于耗電輸熱比與長輸管線的距離有關，上述耗電輸熱比除以長輸管線距離4×37.8 km，得到單位長度耗電輸熱比為0.018 kWh/(GJ·km)，即6.6×10-5km-1。

4 熱網平均電價與高溫網頻率、流量間關系

統計了本采暖季11月1日起至2月20日1號、2號、3號泵站及中繼能源站每日峰平谷電量值，根據每日峰平谷電量以及峰平谷電價再加上每日基本費得到每日總電價，用其除以電量得到每日平均電價，如式(3)所示：

平均電價=

(3)

其中計算過程有幾點說明如下：

1)峰、平、谷單價分別為0.691 3元/kWh，0.478 2元/kWh，0.280 1元/kWh。

2)1號、2號、3號泵站及能源站基本費每月分別按399 120元、979 200元、492 000元、994 320元進行計算，每月按30 d計，可得到每天的基本費。

根據計算的平均電價繪制出如圖1所示的每日平均電價變化趨勢?？梢钥闯鋈缦聨c數據分析結果：

1)11月2日平均電價最高為0.725 3元，此時兩系統高溫網頻率均為30 Hz，流量為21 272 t/h。

2)1月31日平均電價最低為0.640 2元，此時兩系統高溫網頻率均為34 Hz，流量為23 582 t/h。

3)平均電價在0.64與0.67間出現的天數為20 d，頻率在32 Hz～34.5 Hz之間，流量在22 050 t/h～23 941 t/h之間。

4)在0.67與0.70出現天數最多為74 d。頻率在29 Hz～33.5 Hz之間，流量在19 995 t/h～23 218 t/h之間。

5)在0.70與0.73間出現天數為18 d，頻率在29 Hz～31 Hz之間，流量在20 027 t/h～21 521 t/h之間。

所以，本采暖季水泵運行工況在29 Hz～34.5 Hz間，平均電價會隨著頻率、流量增大呈現減小趨勢。

5 頻率、平均單價與總電價之間的關系

利用附表中數據繪制出頻率與平均電價、總電價的關系曲線圖，如圖2所示。其中平均電價與總電價為相同頻率下計算得到的平均值。在圖2中可以看出，平均電價隨頻率增大基本呈現下降趨勢，總電價隨頻率增大呈現增大趨勢，兩者走勢線的交匯處為最經濟點，即在頻率為30.6 Hz時，平均電價為0.693 5元/kWh，此時總電價為283 000元。

6 結語

1)經過計算得到太古項目長輸管線在2017—2018采暖季耗電輸熱比為2.76 kWh/GJ，即0.01。單位長度耗電輸熱比為0.018 kWh/(GJ·km)，即6.6×10-5km-1。

2)本采暖季水泵運行頻率在29 Hz～34.5 Hz間，平均電價會隨著頻率增大呈現減小趨勢，而總電價會隨頻率增大呈現增大趨勢，兩者之間交匯點為最經濟運行點，即頻率為30.6 Hz，平均電價0.693 5元/kWh，總電價為283 000元。在熱網頻率及流量調節中，應盡量選擇在最經濟點處進行調節，以節省運行中的耗電成本。