探索热力管网系统的节能运行调节机制

探索热力管网系统的节能运行调节机制

余意

湖南冷水江新华能源发展有限公司 湖南 冷水江 417500

摘 要：在中国的发展规划中，将大数据确定为最重要的战略资源，全面落实大数据促进措施，推动产业转型，实现社会管理现代化和创新，节能环保产业，大力发展清洁制造和清洁能源。事实上，进入21世纪，可再生能源开发利用技术进步，常规能源价格上涨，以及中国能源短缺加剧，污染问题越来越严重。特别是雾霾排放的密度已经引起了各级管理人员和公众的关注。因此，开发热管网络节能运行系统，采取积极的节能减排措施，对实现未来经济和环境的可持续发展和维护具有重要意义。

关键词：热力管网系统；节能运行；调节机制

1热力管网系统的基本概述

真实的热管网系统在很大程度上是一个复杂多变的网络系统。为了便于热管网络系统的设计、改造和运行，有必要开发热管网络系统模型。热管网系统模型是指对实际的热管网系统进行简化和抽象。主要描述了水力特性及其主题关系，并用数据和图表来表达，为图论和水力计算分析的进一步介绍奠定了基础。大型热管网系统的主管网有多条管道。简化管网是指将管网中的一些二次辅助设备从实际的热管道系统中人为删除。管网简化的目的是解决实际管网问题，将其转化为数学问题进行分析，然后将分析结果应用到实际管网中进行验证。为了确保简化的热网络模型的合理性和可靠性，应基于2个原则对其进行简化：a)综合性原则。热力管网系统必须确保所获得的元素与功能之间关系相同，并且这通常可以反映出热力管网系统的实际性能。宏观等效原则应有条件，灵活运用。b)误差最小化原则应是热力管网系统简化模型与实际管网之间存在一定的偏差。

2热力管网系统运行机制存在的问题

2.1热力管网系统分散化

原始热力管网系统和最新的集中热力管网系统同时存在，并且小型加热器和开关仍然很普遍。手动复制和手动检查方法被用于控制热站设备，包括检查和调整操作条件、操作参数等。但是，因为人力的局限性，通过手动查验的方式进行检查与数据参数的收集等会出现系统信息分散化、难整合的问题，进而降低控制精度。

2.2热力管网运行效率低

一般情况下，一个城市的热力管网系统非常庞大，每个热站和每个系统都有其独特之处。例如：每个系统都是不同的，并且有重要的参数，这些参数会减慢热力管网系统的响应速度。结果显示，当前的热力管网自动控制技术无法正常工作。加热参数在最佳条件下不起作用，加热不足，加热需求低，热量低。

2.3热力管网系统运行压力大

系统中以前的一些管道已磨损，并且在运行期间管道因为年久失修以及陈旧老化等问题而出现泄漏的情况，再加上热力管网系统的高温和高压特性，管道中水的平均温度和管道中的工作压力较高，使得相关操作极为困难，并增加了发生紧急情况的风险。

3热力管网系统节能运行机制设计

3.1物联网网关的总体解决方案分析

目前，根据热力管网的管理系统，热站可分为手动供热站和自主供热站。其中，自动供热站中包含传感器、热量表和用于恒温器的传统控制装置，其合法的静音设备通常支持ModBus行业标准，并且只能通过电缆连接。基于一般物联网网关的设计主要包括传感器、传输层和应用程序层的设计。传输层主要包括PAN/LAN/3G/4G网络等。应用程序层包括最终用户、访问控制平台、数据库服务器等。在实际作业过程中，利用加热站的各种传感器和温度计收集动态实时数据，数据可以通过有线和无线方式发送到物联端口，以保护潜在的数据差异和访问控制系统。系统所有过程的智能控制可以满足加热控制的必要要求，提高系统的整体效率，降低能耗并改善环境。

3.2物联网网关机制的功能介绍

a)基于热力管网系统的物联网网关的主要功能是，接收具有所有访问权限、不同类型和不同标准传感器和温度计的底层数据，以在网关系统中组合不同协议，支持不同协议。低安全性传感器网络提供对数据的完全访问。b)协议和数据匹配功能将不同的标准格式数据统一封装在较低层中，确保不同的检测网络协议成为集成的数据和信令。通过上层传输的数据包可以使用传感层协议进行分析，并用于信令和控制指令。c)可管理性。物联网网关实现了对子网主节点的管理，包括身份验证、状态、属性、远程控制、诊断、更新以及对服务发现节点的访问。由于子网的技术标准不同以及所支持协议的复杂性，端口具有不同的控制功能。用户可以使用控制台、Internet配置和管理端口。物联网网关根据其特性可以分为5个模块，即通信接口模块、数据分析模块、数据转换模块、协议分析模块和协议转换模块。

3.3热力管网节能机制的实际运行控制及措施

a)热力管网系统的主要任务是确保热源的热量输出等于用户所需的热量，并且可以正确、智能地分配热量。基于储热的一次热力管网系统的节能运行控制是一种结合了集中控制和局部控制加热装置的控制策略，它可以克服主热力管网系统的功率、惯性，并控制延迟，有效地分配流量。主管道网络可以接受相同的处理。以北京市A区为例，其113个热力管网交换中心已在整个网络中实现了平衡。

b)使用相同的水温控制曲线，确保液压系统条件稳定，同时，根据工作时间差来控制多流电网的供暖、热源下的负荷，并结合室外温度的差异促进热源的适度扩散。当室外温度降至设置的一个准值之下时，激活峰值功率，加强热源供应；当室外温度在一个准值之上时，降低峰值热源。

c)节能与经济分析。为了根据最近几年平均温度的实际情况准确计算热量消耗值，依据一地区的室外温度，对该地区随着室外温度变化所引起的热负荷和供暖累积热容进行计量，分析经济效应与节能效应。以北京地区为例，室外采暖温度为-9℃，采暖日121?d，根据供暖季节外部温度的不同，使用加热热量公式计算相应的延期、加热热量消耗和外部温度下的年热量。热力管网发电厂供热的平均碳消耗为39.2kg/GJ，5个最大运行状态的116MW锅炉的平均碳消耗为42.2kg/GJ。管网一次存储热容量为140723GJ，热存储的一次热力管网系统的节能功能将供暖季的能量调整为422169t普通煤。在没有储热的一次供热管道系统中，供暖季的标准煤消耗量为359499?t。根据储热网络的节能活动，将供暖季的能耗率调整为0.117%。由此，相比没有采用一次管网蓄热的，节约天然气4.081×106m3。北京地区的热力管网实施能够产生相应的节能效应，一次管网蓄热可节约成本达到8.44338×106元。鉴于此，基于储热调节策略和程序的主热力管网系统的节能和经济效益，对储热系统的应用具有重要意义。

结束语

综上所述，基于蓄热的一次热力管网节能运行调节具有较好的节能效果、经济效益和较大的抗风险能力，在多热源联网集中供热系统中推广应用有助于提高热网稳定性，保障集中供热质量。因时间有限，仅对热电联产+燃气锅炉调峰的供热系统进行了研究，没有开展其他形式的多热源集中供热系统的一次热力管网运行调节研究，该内容有待于进一步开展系统而深入的研究。

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