摘　要：分析天津市多熱源供熱管網調峰的形式(一級管網調峰、二級管網調峰)，對設置調峰熱源增大一級管網供回水溫差進行經濟性分析。當敷設供熱管網困難時，對敷設供熱管網與設置調峰熱源兩種方案進行對比。

關鍵詞：多熱源；  調峰熱源；  一級管網調峰；  二級管網調峰

Discussion on Peak Shaving Mode of Multi-source Heat-supply Network in Tianjin City

Abstract：The peak shaving modes(primary circuit peak shaving and secondary circuit peak shaving)of multi-source heat-supply network in Tianjin City are analyzed．The economic analysis of setting peak shaving heat source to increase the temperature difference between supply water and return water in primary circuit is performed．When laying heat-supply network is difficult，two schemes of laying heat-supply network and setting peak shaving heat source are compared．

Keywords：multi-heat source；peak shaving heat source；primary circuit peak shaving；secondary circuit peak shaving

目前天津市各供熱公司供暖規模不斷擴大，天津市能源集團“全市一網”布局也在不斷深入。CJJ 34—2010《城鎮供熱管網設計規范》明確規定：“供熱建筑面積大于1000×10⁴m²的供熱系統應采用多熱源供熱，且各熱源熱力干線應連通”。可見，天津市多熱源聯網供熱勢在必行。

增加熱源之后，熱源并網運行，比之前的管網運行方式要復雜得多。如何實現多熱源管網運行的最優化，勢必成為各供熱公司關注的重點。

2　多熱源聯網調峰形式

根據設計“全市一網”的基本思路，天津熱網將由4～5個大型主熱源廠配以若干小型調峰熱源，以聯合供熱的方式實現。

主熱源廠由于規模龐大，大多坐落于市區周邊，對全市形成環抱之勢，全市熱用戶密集區是整個環網水力工況最薄弱的地方。因此，如何有效、靈活地設置調峰熱源，成為解決整網水力失調、實現優質供熱的關鍵。一般而言，設置調峰熱源往往存在單一思維定式：大型熱源為主，小型熱源為輔，而且多為一級管網調峰。簡單的思維定式往往桎梏思維的發散，影響管網安全穩定運行。

2.1　一級管網調峰

①大型熱源廠為主熱源，小型熱源負責調峰

這種方式是目前國內常見的調峰形式，考慮調峰熱源的相對位置及容量大小，又可細分為裂解調峰(調峰熱源與主熱源分別運行)和并聯調峰(見圖1)。并聯調峰是調峰熱源高溫熱水進入換熱器與主熱源一級管網循環水進行熱交換，使一級管網循環水升溫后輸送至各熱力站，與二級管網換熱。調峰熱源處于管網前端時，適宜裂解調峰；調峰熱源處于管網水力工況薄弱點時適宜并聯調峰，在滿足熱負荷的前提下，能改善管網末端水力工況。

②小型熱源為主熱源，大型熱源廠負責調峰

國內對調峰的認識往往局限于大型熱源為主熱源，承擔熱用戶基本熱負荷，小型熱源為調峰熱源，承擔尖峰熱負荷。該觀點對于單一的燃煤鍋爐而言最為適用，大型燃煤鍋爐具有效率高、熱損失少、余熱可二次利用等諸多優點，必然適用于承擔基本負荷。但是，隨著新能源的不斷出現，小型熱源效率低的問題不斷減少，而小型熱源的能源范圍廣、對環境污染小等諸多優點不斷顯現。

當今，多熱源熱泵技術日臻成熟，太陽能、風能、污水、土壤等眾多熱源均可作為低品質熱源，通過熱泵轉換為高品質熱源供熱。因此，在天津市能源集團“全市一網”戰略部署中，設置大型熱泵能源站，以熱泵為主熱源承擔廣大熱用戶的基本負荷，以集中供熱的熱水為調峰熱源，在尖峰時段加熱熱泵低溫熱水，充分利用熱泵能源的同時，也大大減小了集中供熱的一級管網流量，為實現集中供熱大規模化、更多地搶占供熱市場份額起到了至關重要的作用。熱泵為主熱源、集中供熱熱源為調峰熱源的供熱系統見圖2。

天津市文化中心能源站充分體現了小規模、優質能源承擔基本負荷，集中供熱的一級管網承擔調峰負荷的可行性。

2.2　二級管網調峰

①在二級管網側設置調峰熱源

在二級管網側設置小規模調峰熱源(如燃氣鍋爐)，當出現極寒工況時，開啟二級管網側小規模調峰熱源。根據室外溫度變化及不同熱用戶實際用熱需求，確定小規模調峰熱源的開啟時間。結合當前天津市能源集團各熱力公司的運行模式，將開啟二級管網側調峰熱源的權力下放至供熱管理處。各供熱公司考核供熱管理處的運行能力，實現二級管網側調峰熱源的節能運行。

二級管網調峰多出現于東歐國家，比如丹麥集中供熱管網的調峰鍋爐設置(見圖3)就很有代表性^[1-3]。

從圖3可以看出，與國內常見的調峰鍋爐設置在一級管網側有所不同，丹麥的調峰鍋爐設置在熱力站之后的二級管網側。二級管網側調峰鍋爐承擔的調峰負荷由各供熱公司確定。調峰鍋爐一般為單臺容量1～2t／h的燃氣(油)鍋爐，一般為無人值守，能夠根據用戶的需求和室外氣候條件的變化實現自動啟停。

在二級管網側設置燃氣調峰鍋爐的熱電聯產集中供熱系統具有以下特點：

a．熱電廠承擔基本負荷，設備容量減小。

b．基本負荷不隨室外氣溫變化而變化，便于熱電廠機組選型，運行時能夠長時間保持在高效率下工作。

c．一級管網承擔的負荷減少，可減小管徑，降低一級管網的造價。

d．由分布于各末端的調峰熱源根據各熱用戶的具體要求，補充熱負荷不足部分，實現根據熱用戶的需求供熱。這樣集中供熱的調節就不再是目前的以流量調節為主，而是直接對熱量進行調節。

e．天然氣屬于清潔能源，對環境污染小。

不同地區由于受地理位置、氣溫變化的影響，熱負荷的情況不盡相同。如何確定由熱電聯產集中供熱系統承擔的基本熱負荷與燃氣調峰鍋爐提供的尖峰熱負荷的適當比例，還需要進一步研究。同時，由于增加了燃氣調峰鍋爐，設備造價將增大，供熱系統燃料費也將發生變化，需要進行經濟分析確定方案。

②設置二級管網蓄熱水罐

考慮到目前供熱管網日益老化，出現泄漏的可能性逐漸增大，為了減少停止供熱時間，在一些不能停止供熱的重要小區增設二級管網蓄熱水罐，蓄熱水罐的容積可參考地勢、二級管網容量綜合考慮，進行經濟性分析后確定。設置蓄熱水罐的優點為：

a．當一級管網出現泄漏時，減少二級管網的停供時間，減少熱用戶損失。

b．盡管有二次補水泵，但當二級管網出現大量泄漏時，蓄熱水罐可短時間保證用戶用熱穩定。

3　經溽性分析

多熱源調峰的目的是在一級管網流量有限的前提下，充分利用有限的一級管網流量，同時利用其他形式熱源，保證供熱質量。當兩個供熱管網比較時，某個管網供回水溫差較小，則意味著該管網一級管網流量利用不充分，供熱能力還有提高的可能性。

天津市城安熱電有限公司(以下簡稱城安公司)和天津市梅江供熱公司(以下簡稱梅江公司)2012—2013年供暖期一級管網供回水溫差比較見表1。由表1可知，城安公司一級管網供回水溫差與梅江公司差距較大。

當然，一級管網供回水溫差不能完全反映一個管網運行、發展的能力，反映管網運行水平的因素還有很多。城安公司可以充分挖掘管網潛力，在個別水力工況較差且管網無法調整改造的地區適當設置調峰熱源，增大一級管網的供回水溫差，以提高供熱管網的供熱能力。

根據城安公司2012—2013年供暖期的實際供熱參數，擬合得到供熱管網一級管網供回水溫差計算公式：

Dt=-0.031t²w-1.369tw+28.59       (1)

式中Dt——一級管網供回水溫差，℃

tw——室外溫度，℃

對于城安公司的供熱管網，當室外溫度為-9℃時，由式(1)計算得一級管網供回水溫差為38.40℃，能提供的熱負荷為311MW；當一級管網供回水溫差提高至40℃時，管網增大了供熱能力，能提供的熱負荷為324MW。當管網輸送能力滿足要求時，可增加約33×10⁴m²的供熱面積，增加管網集資收入約4950×10⁴元(按集資費150元／m²計算)。

4　常規敷設管網與設置調峰熱源的對比

對于“全市一網”項目建設，對于新建小區，當供熱負荷增大時，在部分中心城區各種現狀配套設施侵占路由，導致供熱管網敷設遇到較大阻力。對于這種情況，一般有兩種解決方案：方案一：進行阻力較大的路由協調申請，申請成功后，組織進行難度更大的施工，管道敷設完成后，在運行期間進行大范圍管網平衡工作。方案二：在供熱管網難以敷設的地點設置合適的一級管網調峰熱源，或敷設小管徑一級管網，設置二級管網調峰熱源。方案一和方案二的對比如下：

①安全運行：方案一一級管網出現泄漏時，大管徑管網有利于保障泄漏點之后用戶的供熱質量；方案二一級管網出現泄漏時，二級管網調峰熱源可以保證本區域正常供熱，但對其他管網支持較小。

②實施難度：方案一需要申請大管徑管道路由，申請及施工難度較大；方案二僅需申請小管徑管道路由，申請及施工難度較小。

③運行管理：方案一需要進行大范圍、大強度的管網平衡調整；方案二由于需要的一級管網流量較小，管網平衡調整工作量較小。

④造價和運行費用：方案一的造價為大管徑一級管網敷設費用和熱力站、二級管網建造費用，后期運行費用較少；方案二的造價為一級管網調峰熱源(或小管徑一級管網及二級管網燃氣調峰熱源)的設置費用和熱力站、二級管網建造費用。兩方案需經過經濟分析后優選。

參考文獻：

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本文作者：任騰飛  余心明  陳曉軍  李爽

作者單位：天津市城安熱電有限公司

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