第一章緒論

1.1論文的研究背景

隨著社會的發(fā)展,國民經(jīng)濟的不斷提高,人們對生活品質(zhì)的要求也越來越高,對所處的生活環(huán)境也越來越重視,然而多年來,人們?yōu)榱俗非笏^的經(jīng)濟利益,不惜一切代價發(fā)展經(jīng)濟,已經(jīng)造成了很嚴(yán)重的環(huán)境污染及能源浪費。雖然我國地域廣闊,資源總量位居世界前列,但是人均能源占有量還不及世界人均水平的一半。且自二十世紀(jì)九十年代到二十一世紀(jì)初期,將近二千年的時間里,我國的能源消費量大幅度増長,并且出現(xiàn)需求大于供給的情況。

當(dāng)前,我國仍然將煤作為主要的能源消費結(jié)構(gòu),但是隨著非可再生能源的不斷消耗及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,燃煤所占的比例正在逐年下降,其他能源如太陽能、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能等可再生能源的應(yīng)用比例正在逐年上升�？梢哉f,傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生改變,產(chǎn)生了各種適合于不同熱源的供暖系統(tǒng),合理的利用可再生能源己成為當(dāng)前的主要研究趨勢。

除此之外,我國占地面積廣,有多種氣候類型,根據(jù)各地區(qū)氣候的特點共分為5種建筑熱工設(shè)計氣候區(qū),每種氣候分區(qū)對采暖和空調(diào)的要求都不一樣,我國大部分地區(qū)都屬于夏熱冬冷地區(qū),這種類型的地區(qū)對采暖和空調(diào)都有較長時間的要求。因此,為了滿足人們對舒適性的要求,在冬季必須要對所居住的建筑環(huán)境進行供熱采暖。

我國大多城鎮(zhèn)地區(qū)都采用了集中供熱的模式。集中供熱又稱為區(qū)域供熱,它是將熱源產(chǎn)生的熱水或蒸汽通過管網(wǎng)向所有用戶供應(yīng)生活和生產(chǎn)用熱的供熱方式。大力發(fā)展集中供熱可以有效地減少采暖鍋爐的數(shù)量,有利于防治燃煤污染。這種模式具有能源利用率高、能夠改善市容及降低大氣污染等優(yōu)點。然而當(dāng)前的供熱系統(tǒng)中大多采用"大流量、小溫差"的運行模式,缺少有效的調(diào)控措施和手段,容易導(dǎo)致水力工況失調(diào),造成能源的浪費。除此之外,還由于各區(qū)域的距離不同,水力工況不平衡,管網(wǎng)質(zhì)量,換熱設(shè)備等硬環(huán)境參差不齊,存在著供熱效率低、供熱不平衡、能量浪費、熱網(wǎng)波動嚴(yán)重等問題。針對送一問題,本文需要對供熱模式做進一步的研究與改造。

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1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

集中供熱系統(tǒng)在各個國家的應(yīng)用都比較廣泛。世界各國根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、科技水平、能源結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟因素等幾個方面,實施了不同的適合國情的最佳供熱方式。

1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀

集中供熱水平都位居世界前列主要有丹麥、德國、日本、俄羅斯、美國等發(fā)達國家。其中北歐和日本等發(fā)達國家集中供熱的主要熱源為天然氣、垃圾、油、熱泵、生物能等。

丹麥憑借其具有發(fā)明新的能源技術(shù)方面的能力,成為國際能源市場上的佼佼者。在二千世紀(jì)初期,丹麥的第一家熱電聯(lián)產(chǎn)廠開始投入運行。它的熱源來自生活垃圾的焚燒,通過焚燒向社區(qū)發(fā)電,發(fā)電產(chǎn)生的余熱就會給附近的醫(yī)院和居民樓供熱。在這個系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,二十世紀(jì)三十年代中期的哥本哈根就建立起了一套統(tǒng)一的區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)。到目前為止,丹麥60%的建筑的采暖都是通過區(qū)域供熱完成的。

近年來,日本以東京為中心的關(guān)東地區(qū)供熱供冷系統(tǒng)的發(fā)展迪速,能達到全國的60%。日本的集中供熱供冷系統(tǒng)大多用于商務(wù)設(shè)施,僅有10%用來向居民住宅供暖和供冷,并且小規(guī)模居多。同時，，日本的供曖供冷系統(tǒng)將熱電供給系統(tǒng),蓄熱糟以及城市廢熱等能源作為系統(tǒng)的熱源提高能源利用率。

以節(jié)約能源和環(huán)境保護為目標(biāo),世界上許多國家都根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢�、氣候條件、能源特點、科技水平從及經(jīng)濟因素等凡個方面綜合考慮,選出適合當(dāng)?shù)氐淖罴训墓崮Ｊ健Ｅ餐鶕?jù)其豐富的石油、電資源,主要采用集中供熱式熱水供暖和電采暖;丹麥具有豐富的水、電資源,主要采用電采暖;葡萄牙、意大利根據(jù)其氣候條件的特點,一般采用空調(diào)供熱;冰島具有豐富的地?zé)豳Y源,其采暖方式主要為地?zé)岵膳?亞洲國家日本和韓國因為其夏季較熱、冬季氣溫較暖,大多采用燃氣供熱

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第二章現(xiàn)有城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)存在問題

2.1缺乏管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

早期供熱管網(wǎng)的建設(shè)缺少全局性的規(guī)劃,在小區(qū)內(nèi)自建鍋爐房,管網(wǎng)隨意建設(shè),無規(guī)劃,無設(shè)計圖紙,建成后,由小區(qū)物業(yè)自己維護,沒有管網(wǎng)的詳細資料。采用集中供暖后,直接將新舊管網(wǎng)連接起來,并沒有專門的機構(gòu)管理,導(dǎo)致資料不全。

我國現(xiàn)有的供暖系統(tǒng)在自動控制方面,調(diào)節(jié)方式簡單,不能從整體上按制供熱系統(tǒng),具有容易造成用戶水力工況失調(diào),不同供熱區(qū)域冷熱不均,供熱品質(zhì)難以保障等缺點,對于供熱不足和過渡時期,調(diào)節(jié)手段并不完善。一些供曖系統(tǒng)未升級改造、設(shè)備系統(tǒng)比較陳舊的地區(qū)還通過手動調(diào)節(jié)的方式進行供熱調(diào)校,這只能依靠操作人員的經(jīng)驗,無法系統(tǒng)地、科學(xué)地對供熱系統(tǒng)的運行工況做出準(zhǔn)確的分析和判斷,甚至?xí)斐蛇\行工況的失調(diào)、用戶冷熱不均、熱量的供需失調(diào)、供熱效率低、能耗大,影響了供熱效果。

現(xiàn)有的負荷預(yù)測都是建立在離線的狀態(tài),首先根據(jù)用戶特性建立模型,然后進行離線升算,計算結(jié)果指導(dǎo)熱網(wǎng)的運行,缺點是不能滿足用戶需求發(fā)生變化的情況,一旦用戶發(fā)生變化,不能及時的調(diào)節(jié),無法保持用戶的用熱品質(zhì)。

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2.2數(shù)據(jù)傳輸滯后性大

本研究項目是一個由多系統(tǒng)組成的控制仿真系統(tǒng)。包括GIS系統(tǒng),SCADA系統(tǒng)等多個系統(tǒng),如何實現(xiàn)多個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互使用是保證智能熱網(wǎng)系統(tǒng)能否正常運行的重要前提。

傳統(tǒng)熱網(wǎng)通常是通過打電話的方式了解二級站的供、回水溫度,流量等基本信息,無法進行實時監(jiān)測,數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏笮砸步o熱網(wǎng)的整體控制造成了困難。

熱網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理靠人工的居多,雖然個別換熱站實現(xiàn)了樓宇I(lǐng)動控制,但是主要針對二次側(cè),對一次側(cè)調(diào)節(jié)缺乏管控。一個熱源點為多個換熱站提供熱源,換熱站數(shù)量達到幾十個,每分鐘采集一次,數(shù)據(jù)量大,人工管理耗時耗力,無法分析其用熱規(guī)律,導(dǎo)致整網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制從控制平臺到控制策略基本為零。

由于國內(nèi)的智能熱網(wǎng)多處于研究階段,大部分只是理論研巧,因此針對實施過程中遇到的問題研究的較少。

我國住宅的室溫規(guī)定保持在18‘C以上,由于用戶端無測溫裝置,無法對運行工況進行系統(tǒng)的分析判斷,為了保證供熱標(biāo)準(zhǔn)供熱部門一般都采用超負荷供熱或以"大流量、小濕差"的方式供熱,導(dǎo)致熱源點供熱參數(shù)未能在最佳工況下運行。

同時,國家正在大力的倡導(dǎo)綠色建筑,而能耗指標(biāo)是重要的一方面,能耗指標(biāo)的理論計算只能是作為參考。只有通過實驗得到數(shù)據(jù)才能進斤科學(xué)的評判依據(jù)。傳統(tǒng)的按面積作為收費的方式無法計算能耗指標(biāo),按熱量計費可以避免用戶浪費能源的現(xiàn)象,得到的數(shù)據(jù)才能保證準(zhǔn)確化最終準(zhǔn)確計算建筑物的能耗指標(biāo)。

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第三章智能熱網(wǎng)的技術(shù)方案..............11

3.1智能熱網(wǎng)的概述.............11

3.2數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)........13

第四章項目組織管理及效果分析..........43

4.1項目立項............43

4.1.1項目的目標(biāo)與任務(wù)........43

第五章結(jié)論與展望............48

5.1結(jié)論...........48

第四章項目組織管理及效果分析

4.1項目立項

4.1.1項目的目標(biāo)與任務(wù)

城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)普遍數(shù)字化程度低,缺乏有效監(jiān)控手段,導(dǎo)致能源供應(yīng)缺乏合理規(guī)劃,集中運行調(diào)節(jié)模式不合理,能源浪費較嚴(yán)重,管理水平較低。熱電廠、區(qū)域鍋爐房、地源熱系、太陽能等多種熱源綜合應(yīng)用成為發(fā)展趨勢,增加了系統(tǒng)運行、調(diào)度、管理的復(fù)雜性,因此開發(fā)城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)智能決策平臺具有重大意義。

供熱系統(tǒng)故障具有隨機性、復(fù)雜性等特點,管網(wǎng)運行安全可靠性差,常出現(xiàn)泄漏、超壓及堵塞等問題。目前尚缺乏針對供熱系統(tǒng)智能控制的動態(tài)負荷計算方法,因此本項目制定如下"六個建立"的目標(biāo):

建立城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)專家?guī)鞗Q策系統(tǒng);建立基于GIS的城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)智能決策平臺;建立城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)遠趕視頻監(jiān)控及熱力站無人值守智能控制系統(tǒng);開發(fā)城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)動態(tài)負荷智能計算技術(shù);建立供熱管網(wǎng)運行安全智能監(jiān)控平臺;建立500萬m2城鎮(zhèn)供熱智能決策平臺示范工程。

為了實現(xiàn)上述六個目標(biāo),該項目的工作人員應(yīng)該主要完成的任務(wù)為:分析動力及供熱設(shè)備的靜態(tài)及動態(tài)特性,建立動態(tài)和靜態(tài)的數(shù)學(xué)模型、供熱設(shè)備故障體系數(shù)學(xué)模型及能源評價系統(tǒng),編制出維修決策軟件、單熱源靜態(tài)和動態(tài)規(guī)劃決策軟件、多熱源聯(lián)合靜態(tài)和動態(tài)規(guī)劃決策軟件,建立城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)專家?guī)鞗Q策系統(tǒng)平臺。分析項目需求,搭建硬件平臺,開發(fā)地理空間信息與監(jiān)測數(shù)據(jù)整合數(shù)據(jù)庫;研發(fā)通訊技術(shù),建立基于GIS系統(tǒng)的城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)智能決策平臺。建立動態(tài)負荷汁算的數(shù)學(xué)模型,求取合適的基函數(shù)及其合適的求解方法,編制出適合于城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)的動態(tài)負荷汁算軟件。

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第五章結(jié)論與展望

5.1結(jié)論

本文以北京A科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)為例,研究智能管控運行平臺對傳統(tǒng)SCADA、性能仿真、優(yōu)化調(diào)控功能的具體需求,研究將原屬不同系統(tǒng)的功能整合成為智能優(yōu)化管理和控制系統(tǒng)平臺的基礎(chǔ)方法,并結(jié)合工程應(yīng)用探討應(yīng)用經(jīng)驗和面臨問題。通過本文的研究,得出幾個結(jié)論:

首先,本文對傳統(tǒng)熱網(wǎng)的問題進行了梳理,指出了現(xiàn)有熱網(wǎng)的問題,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全,無法預(yù)測負荷,面對多熱源無法智能調(diào)度。

其次,從梳理的問題著手,為了解決這些問題開發(fā)了一套區(qū)域能源控制系統(tǒng),包括模型的建立,硬件的搭配,通訊的連接,在多方的支持下,完成了項目的建設(shè)。

本課題的研究能夠有效為該行業(yè)提升綜合技術(shù)水平奠定理論基礎(chǔ),為行業(yè)后續(xù)向智能熱網(wǎng)發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ),幫助該行業(yè)提升整體技術(shù)水平進一步提升管理運營效率,產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻（略）