浅析基于合同能源管理的集中供热系统节能运行

浅析基于合同能源管理的集中供热系统节能运行

刘东 张涵

天津市津安热电有限公司 天津 300202

摘要：我国建筑能耗约占社会总能耗的21.10%,其中北方采暖能耗占建筑总能耗的22.91%左右。集中供热行业存在巨大的节能潜力,同时我国提出碳达峰及碳中和目标,其中供暖碳排放占运行碳排放的近70%(居住建筑)和43%(公共建筑),是建筑碳中和需要解决的最大问题。国家推行合同能源管理促进节能服务产业发展,通过合同能源管理模式可以大大降低用能单位节能改造的资金和技术风险,充分调动用能单位节能改造的积极性,是行之有效的节能措施,为实现碳达峰碳中和目标助力。基于此，对基于合同能源管理的集中供热系统节能运行进行研究，以供参考。

关键词：集中供热;合同能源管理;节能;热平衡

引言

由于供热需求的不断增加，能源的消耗量也越发增多，如何既能有效增加供热系统中各环节的效率，又能减少不必要的浪费，则是急需解决的问题．改革开放以来，随着经济的显著提升，我国对能源的需求大幅增长，10年间能源消费总量已上涨12．5亿t标准煤。

1合同能源管理概念

合同能源管理(EPC———Energy Performance Contracting):节能服务公司与用能单位以契约形式约定节能项目的节能目标,节能服务公司为实现节能目标向用能单位提供必要的服务,用能单位以节能效益、节能服务费或能源托管费支付节能服务公司的投入及其合理利润的节能服务机制;合同能源管理项目是以合同能源管理机制实施的节能项目,其包括节能分享型、节能量保证型、能源费用托管型、融资租赁型、混合型等类型。本文对合同能源管理节能分享型模式进行介绍,节能服务公司与客户签订项目节能管理合同后,为项目做能源审计以及可行性分析、项目融资、项目节能改造设计、设备以及材料的采购、工程改造施工、操作人员培训等一系列工作,最后节能改造后系统正式运行,合同期内进行系统维护和管理,项目节能量的监测,从节能效益中分享利润。

2集中供热系统节能运行

2.1热网初调节

供热初期对供热系统进行初调节，解决系统水力平衡、热力平衡的问题，将用户的运行流量调整到较理想状态。由于本系统缺少必要的流量数据监测装置，采用回水温度调节进行初调节，由于管网供给用户的热量等于其流量、供回水温差以及热水比热的乘积。当实际流量大于设计流量时，供回水温差减小，回水温度高于规定值；当实际流量小于设计流量时，供回水温差增大，回水温度低于规定值。因此只要把各用户的回水温度调到相等，就可以使各用户得到与热负荷相适应的供热量，达到均衡调节的目的。采用回水温度调节法两个关键环节：一是要绘制供热运行曲线，得出不同室外温度下一级管网、二级管网的对应的供回水温度。根据热力热源、热网、热用户的设计参数和设备状况，以室外气温零上5℃为曲线绘制的最高温度限值，以当地设计室外温度－12.6℃为曲线绘制的最低温度限值，绘制完成不同室外温度下热网运行对应的参数，采用回水温度法指导企业开展运行调节；二是采用可靠性高、精度高的温度监测装置，如：红外线测温仪、数字式表面温度计。

2.2换热站节能指标的选取

通过对国家规范要求的研究，将安全指标、工艺指标和能效指标选为换热站节能评价指标。（1）安全指标，对于换热站来说，不管系统如何优化，最基础的是要保证供热质量不受影响，控制供热品质，满足热用户的热舒适度。选取室温合格率和系统可靠性两大指标作为换热站的基础指标。（2）工艺指标，换热站工作时，为保证其安全运行前提下可以有更高的效率，需使其运行过程中的性能指标尽量达到或接近设计最大值。换热站的工艺指标主要包括:耗电输热比EHＲ、管网输送效率、循环流量控制指标、二次网供回水温度指标、系统补水率指标、循环水泵电效率及循环水泵比转数。耗电输热比EHＲ的值大小与节能指标密切相关，且与节能指标成反比。

2.3二次网热平衡

集中供热系统二次网指区域换热站到热用户之间的管网;实现二次网平衡可有效降低电耗和热耗,具有良好的节能效果[6],目前二次网平衡调节也是集中供热行业研究的重点和难点。供热系统二次网直接对接热用户,是保证供热质量的关键部分,热用户的用热效果反馈直接影响到整个热网的调节及热量的供给。目前二次网平衡调节很多都是采用人工手动调节方式进行调节,保证水力平衡以满足用户用热流量,但人工手动调节过程具有反映慢,工作繁重,响应不及时等问题。伴随着科技的进步,自动化水平不断提升,提出很多相关的解决方案,常见有以回水温度一致性作为控制目标和以室温一致性作为控制目标进行调节,目前先进的解决方案都不离开自动化控制架构搭建、先进控制设备和优化的控制策略。在合同能源管理机制下,借助节能服务公司的优势即先进的供热理念、前沿的信息技术及成熟的解决方案,高效助力热力企业实现二次网热平衡,达到节能降耗的目标。

2.4远程数据采集、设备控制节能技术

为进一步节省能源消耗，热力系统的四台循环水泵均采用了变频器调节控制以适合调节系统总流量，节约能源输送运行成本。在燃气锅炉上设置锅炉烟气余热回水装置以提高锅炉热能利用效率，加强热力管网的保温性能减少管道热损失，建筑物增加保温层以增加建筑物保温性能，进一步降低由围护结构引起的热力损失。上述措施的实施也相应减少了热力系统能耗，达到进一步节能运行的目的。综上所述，在对集中热力管网升级改造的基础上，采取“分时、分区”供暖、室外温度补偿运行和远端温度补偿运行等三种运行管理措施，通过建立完善的以气候补偿、系统数据收集处理和系统各功能区的供热调节（包括锅炉燃烧状况、锅炉启动或者停止、水泵变频器、电动阀等设备和调节执行机构）的集中控制系统，解决了锅炉房单一控制与整体热力系统节能运行之间不能统一的矛盾。

2.5热负荷预测

供热负荷的准确预测可以为供热系统的科学合理运行调度提供数据支持,是实现按需供热的前提和基础;按需供热既保证用户的用热需求,又从源头上控制耗热量,从而达到节能减排目的。集中供热系统具有强非线性、长时滞性、大惯性、供热管网内部相互耦合性强等特定。同时供热负荷受到室外温度、室外风速、太阳辐射强度、建筑类型、建筑保温情况等多种因素影响,很难建立定量数学模型进行精准热负荷预测。目前,各供热企业已经意识到热负荷预测工作的重要性和其预测的合理性。经过国内外学者的不断研究,热负荷预测发展迅速,在预测理论和技术创新上都取得巨大突破,从传统热负荷预测方法,如采用最小二乘法建立建筑物的热负荷预测模型,到人工智能理论作为新技术引入到热负荷预测中,如应用比较广泛的神经网络技术、遗传算法及大数据等方式的介入进行自学习自诊断形成热负荷预测模型。综合看来,热负荷预测向着稳定、准确和快速的方向进行发展。

结束语

集中供热系统的运行调节是一项实际操作复杂的系统工程。当下，集中供热企业的规模越来越大，热网也变得越来越复杂，运行调节的难度也在增加，要因地制宜的结合每一个供热系统的现场环境、设备设施状况、管网状况、负荷规模，以水力计算、水压图、供热运行曲线绘制等理论计算为基础，采用科学合理运行调节技术，保证系统安全稳定经济运行。

参考文献

[1]张尹路,李文甲,康利改.智慧供热在分布式燃气供热中的应用与优化提升[J].华电技术,2020,42(11):14-20.

[2]刘东洋.集中供热系统中管网运行分析及节能研究[D].太原理工大学,2020.

[3]刘亚鹏.集中供热系统换热站运行节能研究[J].工程建设与设计,2020(14):81-82.

[4]段杰超.集中供热换热站节能运行策略探讨[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2019(10):162-163.

[5]陈刚.热网集中供热系统节能运行技术分析[J].中国新技术新产品,2019(07):140-141.