集中供热系统多热源调度优化分析

杨林

（兰州西热东输经营有限公司，甘肃兰州 730060）

0 前言

我国北方地区冬季比较寒冷，且越北端寒冷的时间越长，采暖供热成为北方人民过冬的最好方式。经过几十年的发展，我国北方地区的供热体制已经逐渐完善。但随着时代的发展，很多北方城市的供热设备逐渐老化且滞后，供暖的质量逐渐变差，能源的利用效率也较低，同时供热的方式也不符合当前绿色发展理念的要求[1]。因此，近几年，国家大力推行集中供热方式。但一个热源的集中供热方式，存在着能耗较大的问题，而且，一旦热源出现故障，就会影响到整个供热区域的供热状况，从而影响到居民生活的舒适度。因此，多热源联合集中供热逐渐受到人们的青睐。

1 多热源集中供热简述

多热源集中供热就是在一个供热管网系统当中，同时使用多个热源联合运行，进行不相互隔断的供热形式。这种供热技术能有效节约能源，并降低供热企业的运行成本。因为在多热源集中供热中存在着多个热源，每个热源供热所使用不同的燃料，其价格也各不相同，在低负荷时，就可以暂停燃料价格较高的热源，这样就能有效节约能源，并降低运行的成本，从而提高企业自身的经济效益。同时采用多热源集中供热，还能减少城市的污染，有利于城市的美化[2]。因此，多热源联网集中供热已经成为集中供热系统未来发展的主要方向。

2 集中供热系统多热源调度优化运行的必要性分析

随着我国北方城市大力推行集中供热模式，部分城市集中供热管网在运行的过程中，存在着能源浪费比较严重的现象，而且其经济性并不理想。为了缓解这一现象，很多城市学习北欧国家多热源集中供热的方式，各种形式的供热系统不断兴建并投入到采暖供热工作当中。但多热源联合供热管网在运行的过程中，普遍存在着冷热不均的现象，究其原因，在于各热源的热力参数并未统一，热力系统也未统一，导致供热管网系统出现水力失调的现象。因此优化集中供热系统多热源调度工作就显得极为重要[3]。

3 多热源调度优化措施[4]

3.1 热负荷计算

在城市集中供热系统多热源调度工作中，要想对调度系统进行优化，首先必须认真计算整个多热源集中供热系统所承担的热负荷，并以其为基础进行优化。在实际生活中，影响热负荷变化的主要因素是室外温度的变化及供热面积的变化，此外，还与夜间休息时室内温度的变化、白天太阳辐射以及人们日常生活起居时间部分生活热水负荷规律性的周期变化也会影响到供热管网运行的热负荷变化。在实际计算工作中，热负荷计算的方法有面积热指标法和建筑物体积热指标法等方法。

3.2 多热源调度优化数学模型

在实际生活中，我国北方城市多热源集中供热系统的热源大致上包括热电厂、大型燃气锅炉房和燃煤锅炉房。这三种热源在同一负荷状态下的能源利用效率和经济效益各不相同，而同一热源在不同负荷下，其能源利用效率和经济效益也具有一定的差异。因此，要想对集中供热系统多热源调度进行优化，还必须建立各热源运行能耗、运行费用和实际供热量之间的数学函数关系模型。

（1）热源调度定性分析。在实际工作中，热源的热负荷承担能力受自身装机容量的限制，同时也会受到热网输配范围的限制。而多热源供热系统中的主热源一般都是热电厂，其运行的可靠性较高，经济性较好。而调峰热源运行的时间一般都较短，是当热负荷增加超过某一范围时才会投入，而当热负荷低于某一范围时则会退出。燃煤锅炉房作为调峰热源，在投入和退出方面并不是很灵活，因为其在小负荷时燃烧的效率和资产的利用率较低，人工成本较高，同时固定资产分摊的比例也较高；而燃气和燃油锅炉房较燃煤锅炉房，在投入和退出方面比较灵活。因此，在多热源集中供热系统中，热电厂这种主热源应优先满负荷运行，当热负荷达到一定规模时，才可以将燃煤锅炉房投入运行，而燃气和燃油锅炉房则可以随时投入其中。

（2）确定数学模型的参数。笔者在前文对集中供热系统中多热源调度进行了定性分析，但在实际运行中如何运行则需要建立相应的数学模型。而要建立数学模型，则需要对数学模型的各方面参数予以确定。其计算公式如下：

其中：C是集中供热系统供热的总成本，其计量单位为万元；C1、C2和C3是各热源的热价成本，其单位为元/GJ；而Q1、Q2和Q3则是某一时段各热源所承担的热负荷，其单位为GJ，其相加的结果就是该多热源集中供热系统覆盖区域的总热负荷；而η1、η2和η3则是各热源供热的效率。根据该公式，就可以得到以经济效益最优化为目标的集中供热系统多热源调度优化的数学线性规划模型。因为在本式中，决策变量是Q1、Q2和Q3，因此，在求解该公式之前，还必须确定该数学模型当中的C1、C2和C3和η1、η2和 η3的数值。

基于以上分析，对当前我国北方城市集中供热系统多热源调度优化工作应采用多热源联合环状管网运行的方式。

4 多热源联合供热环状管网系统运行方案的确定

4.1 在采暖期采用恒定流量的质调节方式运行

在多热源集中供热管网运行期间，当进行调峰期间，应降低主热源出口循环的水量，以保证供热管网中总循环的水量能保持不变，而且，还要保证各热源供回水温度能保持一致，并随室外温度的降低，保证主热源供热量的不变，同时逐渐加大各调峰热源的供热量。为实现这一目标，应按本区域总设计热负荷确定流量，并在各热源设置变速泵；其次，在整个采暖期，各热源都应采用按质调节曲线来供热，这样热网的热损失较小，能提高热电厂这个主热源总热能的利用效率，使得热网调节的量较小；而且，在调峰期间，这样还能保证主热源保持满负荷的运行，从而利于热电厂供热效能的发挥。

4.2 分阶段改变流量的质调节方式运行

采用分阶段改变流量的质调节方式运行，管网初期的投资较低，且电能的费用较低，还能充分利用热电厂的供热量。但相对而言，这样会提高供热管网中供水的温度，对于热电厂热能的综合利用效率具有一定的影响；而且，在调峰期间，供热管网中的水力工况变化较大，还必须采用良好自控措施才能保持良好的水力平衡状态。

5 结语

综上所述，对集中供热系统多热源调度进行优化，使其形成多热源联合供热环状管网系统，能有效提高城市共热效率，并降低各热源的能耗，实现经济效益与社会效益的双赢。在实际运行中，环状管网集中供热多热源调度运行的方式有两种选择，各地方城市可根据本地区的实际特点、供热系统形式、系统设备配置以及各热源运行时间的长短，选择最经济、可行的方案，这样才能够保证供热工作整体的稳定进步，为居民提供更优质的服务。