計量收費后供熱系統(tǒng)的調節(jié)和控制研究報告

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　　1 背景

　　1.1 現(xiàn)有供熱收費體制下的運行調節(jié)方案在現(xiàn)有供熱按面積收費的體制下，由于用戶沒有調節(jié)散熱器流量的手段，通過散熱器流量的多少是由供熱企業(yè)來控制。因此供熱企業(yè)可以按定流量或分階段變流量質調節(jié)的調節(jié)方案進行運行管理，即供熱網的總流量在整個供暖期內保持不變或分階段變一、二次流量，而在該階段內只根據室外溫度高低來調節(jié)供熱網的供水溫度就可以滿足用戶的供熱要求。因此，從技術角度看，一個供熱網要做到正常供熱，只要在運行中：

　　A. 保證流量分配均勻：在初調節(jié)時把整個供熱網的水流量分配調整到用戶所要求的設計流量，即各管路的流量按供熱面積多少分配均勻即可；

　　B. 保證合適的供水溫度：對于一次網，由熱源處根據室外溫度的高低來控制熱源出口的供水溫度；對于二次網，只要熱力站設計及初調節(jié)合理，在一次網供水溫度調節(jié)適當的情況下即可保證二次網的合適供水溫度。

　　這種運行方案的調節(jié)主動權在供熱企業(yè)，它可以主動地調節(jié)、控制供熱網的流量和供水溫度即供熱量，其調節(jié)的原則就是流量按供熱面積均勻分配。

　　1.2 按熱量計量收費后引起供熱網運行調節(jié)的變化把現(xiàn)行按面積供熱收費體制改為按熱量計量收費新的收費體制后，為了計量熱量并且用戶可以根據需要調節(jié)室內溫度，因此每個用戶都要安裝熱量計，并在每個散熱器上安裝溫控閥。這樣用戶將根據自己的需求調節(jié)溫控閥來控制室內溫度，例如夜間客廳、無人居住房間均可以調低溫度減少供熱量、降低供熱費用，從而調動了用戶節(jié)能的積極性。這種調節(jié)，本質上是調節(jié)散熱器的流量大小來調節(jié)散熱器的供熱量多少，從而達到控制室溫。當用戶需要調節(jié)室溫時開大或關小溫控閥，這時通過該用戶散熱器的熱水流量就要發(fā)生變化。當眾多用戶調節(jié)自己的流量后，整個供熱網的流量和供熱量也將隨之變化，而這個流量和供熱量的變化是供熱企業(yè)和熱源處無法預知和控制的。這也就是說，分散的眾多用戶成為主動的調節(jié)者，而供熱企業(yè)和熱源處則由主動變?yōu)楸粍拥倪m從者。這種變化必然帶來新的課題：

　　A. 在供熱企業(yè)不可能再維持供熱網定流量質調節(jié)的方式下，供熱網流量如何調節(jié)？

　　B. 在定流量運行時供熱量隨室外溫度的變化有規(guī)律可循，但用戶調節(jié)后供熱網的總供熱量隨機變化增大，熱源如何調節(jié)才能適應這種較大隨機變化量的情況？

　　C. 在保證用戶供熱質量的前提下，供熱企業(yè)如何運行才能降低運行費用、提高經濟效益？

　　D. 供熱網一次、二次系統(tǒng)的調節(jié)有何區(qū)別和聯(lián)系？

　　1.3 供熱企業(yè)的運行管理現(xiàn)狀幾十年來我國集中供熱行業(yè)一直是帶有社會保障性質的公用企業(yè)，雖然近年來有所變化，但由于體制和觀念的長期影響，使得供熱企業(yè)的壟斷性掩蓋了競爭性、政策性虧損掩蓋了經營性虧損，因此造成了運行管理水平、經濟效益不高，對計量收費后供熱網的運行調節(jié)變化在思想上還沒有深入的認識。同時，目前絕大多數供熱企業(yè)收費困難，企業(yè)只能停留在維持基本運行狀態(tài)，無力進行技術改造，現(xiàn)有的調節(jié)設施無法適應計量收費后供熱網運行調節(jié)的要求，在技術上也沒有充分的準備來迎接這一新的形勢。因此必須對計量收費后供熱網運行所發(fā)生的變化進行深入的研究，提出適合我國運行管理水平、經濟承受能力的調節(jié)策略和調節(jié)裝備，使得這些調節(jié)策略先進可行、經濟使用，保證計量收費后供熱網既能可靠運行、滿足用戶的供熱要求，同時又能高效節(jié)能、使供熱企業(yè)的運行管理、經濟效益都有一個明顯的提高。

　　2 工作基礎

　　2.1 掌握并發(fā)展了現(xiàn)有按面積收費體制下供熱網運行調節(jié)方案的技術我國現(xiàn)有大型供熱網的運行調節(jié)可以分為兩類：①人工觀測或自動檢測運行參數，少量手動調節(jié)——僅監(jiān)測而不控運行參數；②自動檢測、調節(jié)運行參數——既測又控。我們對手動調節(jié)提出了模擬阻力調節(jié)法，其特點是首先現(xiàn)場測得實際流量、壓力，然后根據設計要求、通過計算機模擬計算得到在一定調節(jié)順序下所應具有的流量，最后按照計算模擬結果去調節(jié)相關的閥門。該調節(jié)方法能夠很好地克服調節(jié)時用戶之間的相互耦合現(xiàn)象，從而簡單方便、快速準確，已在多個小區(qū)推廣應用。承擔單位已開發(fā)了具有自主知識產權的集中－分散式的計算機控制系統(tǒng)，已經在國內多個供熱網上得到應用。通過這些工作，掌握并發(fā)展了現(xiàn)有供熱網運行調節(jié)技術。

　　2.2 開發(fā)了供熱網水力工況模擬分析軟件該軟件不僅可以模擬分析枝狀網、環(huán)狀網的流量、壓力分布的水力工況，而且具有獨特的性能：可以模擬各個閥門調節(jié)時的水力工況變化情況；可以模擬分析變頻泵在不同頻率下供熱網的水力工況；可以進行供熱網的可及性分析計算，以保證調節(jié)控制的作用得到可靠的發(fā)揮。該軟件已在幾十個供熱網的調節(jié)控制分析中應用，有著極大的應用前景，對計量收費后供熱網運行調節(jié)的模擬分析會起非常重要的作用。

　　2.3 完成了多個供熱網運行管理計算機監(jiān)控系統(tǒng)的實際工程從1990年以來，先后完成了數十個城市的供熱網計算機檢測控制系統(tǒng)，積累了大量的實踐經驗和工程實施能力。深入的理論研究和豐富的實踐經驗，使得我們具有完成供熱網變流量監(jiān)控方面的能力。

　　2.4 初步研究探討了計量收費后的供熱網調節(jié)技術根據國外的有關經驗，并結合我國的實際情況，我們初步提出了一次網和不同熱力站下的二次網的調節(jié)方案，即直連站、間連站、混連站的一次、二次網的調節(jié)控制方案。

　　3 實施計劃

　　3.1 供熱網現(xiàn)狀調查計量收費后供熱網的運行將由現(xiàn)行的定流量運行變?yōu)榱髁窟\行，為了了解這一變化對企業(yè)運行管理帶來什么影響和企業(yè)有什么技術應對，因此應調查現(xiàn)有供熱網狀況以及在計量收費后運行管理所可能面臨的具體技術管理問題，如設備狀況、改造具體實施的可能性、人員技術狀況等，使將來的改造方案切實可行。

　　3.2 進一步研究一次網的調節(jié)控制方案，從理論、模擬分析上掌握關鍵技術在按戶依據熱量計量收費后熱量成為一種商品，用戶有權決定自己購買多少熱量，供熱企業(yè)作為供應商應充分保證足夠的商品以供用戶購買。因此供熱網調節(jié)的原則是在保證充分供應的基礎上盡量降低運行成本。為保證充分供應，就要在任何時候用戶都要有

　　足夠的資用壓頭。為此采用供水定壓力控制和供回水定壓差控制兩種控制方法。但無論采用那種調節(jié)方法，都要涉及到以下幾個主要技術問題：

　　A． 控制點的選定；

　　B． 控制點的設定值的確定；

　　C．供水溫度的調節(jié)；

　　D． 如何合理、綜合調節(jié)供水溫度和控制點設定值，以盡量節(jié)省運行成本。

　　對上述問題，要進一步從理論、模擬分析上研究。

　　3.3 進一步研究二次網的調節(jié)控制方案，使其可行合理而又簡便經濟由于二次網支路繁多，二次網的調節(jié)控制不可能完全像一次網那樣，否則在投資、管理上，都無法實施。因此必須提出符合二次網特點的、不同于一次網的控制策略。主要技術問題為：

　　A． 控制設備的選擇；

　　B． 那些支路需要設置控制設備；

　　C．支路上控制點的選定；

　　D． 控制設備設定值大的何確定；

　　3.4 有/無計量收費用戶共網時的運行調節(jié)從現(xiàn)在的按面積收費改為按熱量計量收費需要對室內供暖系統(tǒng)進行改造，由于改造量非常巨大，只能逐步分期進行。因此一個大型供熱網的所有用戶不可能全部同時實施計量收費，必然會在一定時期內有/無計量收費的用戶會同時由一個供熱網供應。有計量收費的用戶，一般應采用定壓差控制，由于溫控閥阻力系數大，所需資用壓頭高，同時又是變流量運行；而無計量收費的用戶一般采用定流量控制，所需資源壓頭低，定流量運行。因此如何同時適應這兩種用戶的需要，處理好有/無計量收費共網過渡時期的控制，必須進行研究。

　　3.5 總結實施中的工程經驗在中國城鎮(zhèn)供熱協(xié)會指導下，技術委員會、清華大學、吉林熱力公司和北京煤氣熱力工程設計院共同合作，在理論分析、模擬研究的基礎上，選擇合適的供熱網進行調節(jié)運行試驗，發(fā)現(xiàn)、總結實際工程中問題和經驗，得到具有普遍性的成果，為今后我國供熱網的調控大下基礎。

　　4 項目進度安排2002.3-2002.12：調查、理論分析研究、落實試驗基地條件

　　2003.1-2003.9：落實、實施供熱網的調節(jié)控制改造

　　2003.10-2004.4：測試供熱網的運行情況

　　2004.5-2004.8：總結完善、完成項目報告。

　　5 項目預期目標

　　5.1 預期目標

　　A、得出計量收費后不同形式熱力站的一次網控制方案，以及具體算法和相應的控制軟件；

　　B、 得出二次網的控制方案及相應的算法軟件，使其經濟合理，適合我國供熱網的具體運營體制和管理水平；

　　C、提出有/無計量收費用戶共網運行條件下供熱網控制方案、算法和控制軟件；

　　D、在具有計量收費裝置、中等規(guī)模供熱網上實施運行調節(jié)，總結出經驗；

　　E、 對適應計量收費后相應控制產品的開發(fā)提出指導意見。

　　5.2 社會、經濟效益分析供熱質量的好壞，直接關系到千百萬人的基本生活狀況。如果供熱網運行調節(jié)完善的話，會給人們創(chuàng)造出一個舒適的家庭環(huán)境，使人們感到我們社會的溫暖，有利于社會穩(wěn)定和發(fā)展。反之會成為社會的不穩(wěn)定因素，近幾年一些城市發(fā)生的情況是值得重視的。因此，本項目順利實施，具有積極的社會效益。

　　一個中等規(guī)模供熱網循環(huán)泵的功率都在幾百千瓦以上，其一年運行所花費的電費也要幾百萬元，而像北京這樣的大城市，其運行電費一年近千百萬元。在保證供熱質量的前提下，如果運行調節(jié)策略合理，可以節(jié)約運行電費5～10％，這樣一年可具有幾十萬元到上百萬元。我國北方中等規(guī)模以上的城市都具有供熱網，因此在全國（北方）角度來看，其節(jié)電程度非常劇大，具有極其可觀的經濟效益。

　　6 目前進展情況本課題已列入國家高技術應用部門發(fā)展項目，目前吉林市熱力總公司已落實了項目的實施場地，其它單位也正積極開展有關研究工作。