某校园集中供热系统动态水力模拟与优化

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针对某校园供热系统及其“源网末端”一体化分层分级精细管控节能改造,对系统进行了调研分析。调研分析发现,系统热表信息完善程度、压力表计量的准确性对热网的智慧管控和运维有重要作用,系统也存在一定的水力及热力不平衡现象。基于系统不同的用热类型,提出了寒假分时分区互补间歇供暖的运行方案,并在2020年2月26日和27日对9个无人活动的热力入口进行了间歇调节试验,运行结果表明,采用间歇调节的节能效果可达50%以上。若在2020年整个寒假期间采用分时分区互补的间歇供热方式,可节约燃气量10万m~3,同时可以保证站内锅炉的负荷稳定。针对当前系统存在的水力及热力不平衡问题,建立了系统的动态水力优化模型,模型以水泵的运行能耗最小为目标,通过非线性规划优化算法优化水泵频率、阀门开度和热力入口流量。基于该模型,若2019-2020供暖季采取动态水力调节的运行方式运行能耗将显著降低,结果表明:采用逐时、昼夜和逐日动态调节的方式下水泵能耗分别为51.2 MW·h、55.7 MW·h和62.1 MW·h,与实际运行相比分别降低了38.2%、32.7%和25.0%;优化后运行流量降低,同时使得供热负荷降低,三种调节方式与实际运行相比热负荷可分别降低9.0%、7.6%和5.5%。另外系统若在理想负荷下进行动态水力调节,理想的水泵运行能耗为32.7 MW·h,较实际运行降低56.3%,热负荷较实际运行降低32.4%,供热系统改善提升空间较大。2020-2021供暖季在系统新增负荷下,对模型参数进行了实验标定与验证,在阀开度误差10%的范围内可以准确预测水泵定频运行下各管控入口阀开度。实际运行表明在现有水泵和锅炉的情况下可满足系统新增负荷后的正常运行,对于新增负荷,若负荷需求最高时段的供回水压差和该压差下的流量满足需求,通过动态水力优化可降低其它时间段尤其是夜间的流量超供情况。该供暖季若维持大温差小流量(供回水温差7.3℃)运行,与实际运行(供回水温差1.8~7.3℃)相比,可降低水泵运行台数并优化运行频率,优化后2020.11.3-2021.2.28运行期间水泵电耗总计35.7 MW·h,比实际运行水泵电耗降低61.1%,折合电费降低28321元,CO2排放减少44023 kg。需要说明的是,大温差运行下在流量较低时很难满足压差需求,由于未管控末端在供热初期流量较低,由水力模型求得该流量工况下供回水压差显著低于该入口的资用压差(62-86 kPa)。因此按照大温差运行下虽能满足负荷需求,但能否保证水循环良好存在不确定性,可考虑增加水泵扬程或采用入户分布式加压。
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