集中供熱系統多熱源調度優化分析

楊林

（蘭州西熱東輸經營有限公司，甘肅蘭州 730060）

0 前言

我國北方地區冬季比較寒冷，且越北端寒冷的時間越長，采暖供熱成為北方人民過冬的最好方式。經過幾十年的發展，我國北方地區的供熱體制已經逐漸完善。但隨著時代的發展，很多北方城市的供熱設備逐漸老化且滯后，供暖的質量逐漸變差，能源的利用效率也較低，同時供熱的方式也不符合當前綠色發展理念的要求[1]。因此，近幾年，國家大力推行集中供熱方式。但一個熱源的集中供熱方式，存在著能耗較大的問題，而且，一旦熱源出現故障，就會影響到整個供熱區域的供熱狀況，從而影響到居民生活的舒適度。因此，多熱源聯合集中供熱逐漸受到人們的青睞。

1 多熱源集中供熱簡述

多熱源集中供熱就是在一個供熱管網系統當中，同時使用多個熱源聯合運行，進行不相互隔斷的供熱形式。這種供熱技術能有效節約能源，并降低供熱企業的運行成本。因為在多熱源集中供熱中存在著多個熱源，每個熱源供熱所使用不同的燃料，其價格也各不相同，在低負荷時，就可以暫停燃料價格較高的熱源，這樣就能有效節約能源，并降低運行的成本，從而提高企業自身的經濟效益。同時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，多熱源聯網集中供熱已經成為集中供熱系統未來發展的主要方向。

2 集中供熱系統多熱源調度優化運行的必要性分析

隨著我國北方城市大力推行集中供熱模式，部分城市集中供熱管網在運行的過程中，存在著能源浪費比較嚴重的現象，而且其經濟性并不理想。為了緩解這一現象，很多城市學習北歐國家多熱源集中供熱的方式，各種形式的供熱系統不斷興建并投入到采暖供熱工作當中。但多熱源聯合供熱管網在運行的過程中，普遍存在著冷熱不均的現象，究其原因，在于各熱源的熱力參數并未統一，熱力系統也未統一，導致供熱管網系統出現水力失調的現象。因此優化集中供熱系統多熱源調度工作就顯得極為重要[3]。

3 多熱源調度優化措施[4]

3.1 熱負荷計算

在城市集中供熱系統多熱源調度工作中，要想對調度系統進行優化，首先必須認真計算整個多熱源集中供熱系統所承擔的熱負荷，并以其為基礎進行優化。在實際生活中，影響熱負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，還與夜間休息時室內溫度的變化、白天太陽輻射以及人們日常生活起居時間部分生活熱水負荷規律性的周期變化也會影響到供熱管網運行的熱負荷變化。在實際計算工作中，熱負荷計算的方法有面積熱指標法和建筑物體積熱指標法等方法。

3.2 多熱源調度優化數學模型

在實際生活中，我國北方城市多熱源集中供熱系統的熱源大致上包括熱電廠、大型燃氣鍋爐房和燃煤鍋爐房。這三種熱源在同一負荷狀態下的能源利用效率和經濟效益各不相同，而同一熱源在不同負荷下，其能源利用效率和經濟效益也具有一定的差異。因此，要想對集中供熱系統多熱源調度進行優化，還必須建立各熱源運行能耗、運行費用和實際供熱量之間的數學函數關系模型。

（1）熱源調度定性分析。在實際工作中，熱源的熱負荷承擔能力受自身裝機容量的限制，同時也會受到熱網輸配范圍的限制。而多熱源供熱系統中的主熱源一般都是熱電廠，其運行的可靠性較高，經濟性較好。而調峰熱源運行的時間一般都較短，是當熱負荷增加超過某一范圍時才會投入，而當熱負荷低于某一范圍時則會退出。燃煤鍋爐房作為調峰熱源，在投入和退出方面并不是很靈活，因為其在小負荷時燃燒的效率和資產的利用率較低，人工成本較高，同時固定資產分攤的比例也較高；而燃氣和燃油鍋爐房較燃煤鍋爐房，在投入和退出方面比較靈活。因此，在多熱源集中供熱系統中，熱電廠這種主熱源應優先滿負荷運行，當熱負荷達到一定規模時，才可以將燃煤鍋爐房投入運行，而燃氣和燃油鍋爐房則可以隨時投入其中。

（2）確定數學模型的參數。筆者在前文對集中供熱系統中多熱源調度進行了定性分析，但在實際運行中如何運行則需要建立相應的數學模型。而要建立數學模型，則需要對數學模型的各方面參數予以確定。其計算公式如下：

其中：C是集中供熱系統供熱的總成本，其計量單位為萬元；C1、C2和C3是各熱源的熱價成本，其單位為元/GJ；而Q1、Q2和Q3則是某一時段各熱源所承擔的熱負荷，其單位為GJ，其相加的結果就是該多熱源集中供熱系統覆蓋區域的總熱負荷；而η1、η2和η3則是各熱源供熱的效率。根據該公式，就可以得到以經濟效益最優化為目標的集中供熱系統多熱源調度優化的數學線性規劃模型。因為在本式中，決策變量是Q1、Q2和Q3，因此，在求解該公式之前，還必須確定該數學模型當中的C1、C2和C3和η1、η2和 η3的數值。

基于以上分析，對當前我國北方城市集中供熱系統多熱源調度優化工作應采用多熱源聯合環狀管網運行的方式。

4 多熱源聯合供熱環狀管網系統運行方案的確定

4.1 在采暖期采用恒定流量的質調節方式運行

在多熱源集中供熱管網運行期間，當進行調峰期間，應降低主熱源出口循環的水量，以保證供熱管網中總循環的水量能保持不變，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，同時逐漸加大各調峰熱源的供熱量。為實現這一目標，應按本區域總設計熱負荷確定流量，并在各熱源設置變速泵；其次，在整個采暖期，各熱源都應采用按質調節曲線來供熱，這樣熱網的熱損失較小，能提高熱電廠這個主熱源總熱能的利用效率，使得熱網調節的量較小；而且，在調峰期間，這樣還能保證主熱源保持滿負荷的運行，從而利于熱電廠供熱效能的發揮。

4.2 分階段改變流量的質調節方式運行

采用分階段改變流量的質調節方式運行，管網初期的投資較低，且電能的費用較低，還能充分利用熱電廠的供熱量。但相對而言，這樣會提高供熱管網中供水的溫度，對于熱電廠熱能的綜合利用效率具有一定的影響；而且，在調峰期間，供熱管網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。

5 結語

綜上所述，對集中供熱系統多熱源調度進行優化，使其形成多熱源聯合供熱環狀管網系統，能有效提高城市共熱效率，并降低各熱源的能耗，實現經濟效益與社會效益的雙贏。在實際運行中，環狀管網集中供熱多熱源調度運行的方式有兩種選擇，各地方城市可根據本地區的實際特點、供熱系統形式、系統設備配置以及各熱源運行時間的長短，選擇最經濟、可行的方案，這樣才能夠保證供熱工作整體的穩定進步，為居民提供更優質的服務。