多热源环状管网运行技术发展现状与趋势★

田亚男 荣嘉宇 李双燕 王 倩 鲜沐希 万 山

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

·水·暖·电·

多热源环状管网运行技术发展现状与趋势★

田亚男 荣嘉宇 李双燕 王 倩 鲜沐希 万 山

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

从规划设计、运行调节和模拟评价三个角度，综述了多热源环状管网的发展水平与研究现状，并对其发展前景做了展望，指出多热源环状管网正逐步取代简单的单热源枝状管网。

多热源，环状管网，规划设计，运行调节，模拟评价

0 引言

集中供热事业虽然在我国起步较晚，但经历了几十年的发展已经具备了相当的规模。目前，随着节能减排大趋势不断推进，集中供热面积逐年递增，热源种类趋于多样化，热网规模也越来越大，因此一个城市由多个供热系统分区域供热的现象越来越普遍，然而城镇的扩建和发展使得区域供热的供需时常会出现失衡的现象。多热源联合供热可以实现取多补少的有利联合，所以多热源联合供热正在逐步取代简单的单热源供热，因此供热界人士正在不断努力改进和完善多热源联合运行的技术方案。本文将对多热源环状管网运行技术的发展现状进行综述，以期探索其发展趋势及前景。

1 规划设计

对于新建的多热源环状供热管网，设计方案直接决定后期的运行效果，而管网的设计过程主要是进行水力计算，即各个管段管径的合理取值和循环水泵的选型问题。其中，对于环状管网的环状管段部分，需要进行初始流量分配。

徐宝萍等人[1]通过建立模型提出基于计算机软件的水力计算方法，其基本思想是数学模型的重复求解、物理模型的修改和参数的逐步合理化。并将该方法应用到某市的热网规划中，得出虽然调峰热源与基本热源供热容量之比为1∶2，但是调峰热源的供热量不足基本热源供热量1/10的结论，而这种状态也是比较理想的多热源联合运行的状态。

李祥立等人[2]在初始流量分配问题上引入了最小平方和法和管径调整法，其基本思路是按各管段的流量平方和最小来进行流量分配，并对汇流点附近的小流量管段进行适当的管径调整，该方法的特点是不需指定初始流量方向，流量分配较均匀。对于环状管网需在此基础上进行平差法修正，包括Hardy Cross法和线性逼近平差法。

韩晓红等人[3]明确了多热源环状管网水力计算的主要任务和具体步骤，以某一管网为例进行了设计工况和事故工况的水力计算，并提出了提高供热可靠性的几点措施，例如加分段阀门、放大管径、加旁通管和跨越管等。

周游等人[4]以基尔霍夫定律为基础，应用图论理论建立了多热源环状管网水力计算的数学模型，并与Hardy Cross法和基本回路法做了比较。

杨静等人[5]提出管长比例法来确定初始流量分配，并将其应用到德州市枝状管网改环状管网的实例中，进行水力计算和事故工况分析。得出干管上有必要设调节阀、调峰热源位置需布置合理和水力交汇点附近管径应适当放大的结论。

王超[6]以热负荷延续时间图为基础，引入最佳热化系数来确定基本热源和调峰热源各自应承担的热负荷比例。

多热源环状管网规划设计阶段的另一重大问题就是热源的位置优化，刘孟军等人[7]以哈尔滨市经开区的热网为例，分析了多热源环状管网热源位置对初投资和运行费用的影响，得出在允许的条件下，尽可能使各个热源分布均匀，使热源靠近热负荷集中区的结论。

多热源环状管网运行方式有并网运行、解列运行和分别运行三种，郑雪晶等人[8]在此基础上提出一种二级网调峰方案，如图1所示。并以某一管网为例，分析了一级管网热源热容量占总热负荷的最佳设计比例，给出了二级调峰热源的设计开启温度和运行时间的确定方法。

对于多热源联合供热管网的设计问题，贺平等人[9,10]通过工程实践总结出一些意见，例如：对于热负荷不大的热电厂供热系统，宜优先考虑区域锅炉房置于热网的前端；外置区域锅炉房的个数不宜过多，热容量不宜过小；对于直接连接系统，宜采用基本热源和调峰热源截断运行的方式；对于间接连接系统，宜采用并联运行方式。

2 运行调节

好的设计方案需要配合好的运行调节方案，这样才能达到预期的供热效果。

秦绪忠等人[11]提出可以在环上或者干管上设置调节阀门，通过调整阀门的开度达到调节运行工况的目的，并分别对单热源枝状网、多热源枝状网、单热源环形网和多热源环形网的优化调度进行分析。结果表明：干管上设计阀门的目的在于减小各个热源之间的不利相互牵制作用，环上设置阀门是为了使环上的流量分布趋于合理。

石兆玉[12]阐述了运行调节的基本原则是保证“三平衡”——热量平衡、流量平衡和压力平衡，并探讨了多热源互联供热管网多点补水多点定压的特征，阐述了多点旁通同值定压的方法，这种调节方式是在系统试运行期间完成的。

秦冰等人[13]以某大型的带有分布式变频泵的管网系统为例，探讨了在多热源互联供热的条件下，不同的热网和热源运行方式对管网系统的影响，得到根据一次能源消耗最小的原则调节热源运行的方式。

郑雪晶等人通过对二级网调峰供热系统建立热平衡方程推导出运行调节水温的求解方法，并对比各个运行方案的优缺点得出最优方案：一级网在调峰运行时采用量调节方式，非调峰运行时采用质调节方式，二级网采用分阶段改变流量的质调节方式[14]。

王魁吉等人[15]探讨了多热源启运的规律及其管理模式，应由一个总的生产部门统一调度，热源厂无权自行决定。并阐述多热源联合供热系统的调节由集中调节和局部调节组成，最好采用分阶段改变流量的质调节方式。

3 模拟评价

多热源环状管网系统运行过程复杂多变，其水力工况分析有一定的难度，因此对其进行实际模拟显得尤为重要。它可以加深我们对管网运行状况的认识，对指导前期设计和后期调节都有很大的作用。

王晓霞等人[16]应用图论理论描述空间管网的拓扑结构，提出了基于平差的空间管网水力工况模拟方法，解决了多热源环状管网的流量模拟问题，同时可以校核已知热源流量和热用户的管网压力，用于故障工况水力非对称管网的模拟。

刘宏丽等人[17]利用Matlab对多热源环状管网的水力工况进行了模拟仿真，并与实验模型得到的数据进行对比，得出仿真结果符合实际规律的结论，确定了仿真结果的可信性。

王晓霞等人[18]在热网故障工况水力分析中结合元件故障概率，考虑系统的可修复性，对热网的可靠性进行评估。并给出了一系列热网系统可靠性指标和热用户供热可靠性指标，包括系统故障率、系统稳态可用度、系统年故障时间、系统年供热不足量、系统供热率、年供热不足频率、可靠度、可用度、年供热不足时间、供热不足持续时间、供热不足率和供热率。

郑雪晶等人[19]针对二级网调峰供热系统提出了可靠性指标的计算方法，分析了调峰热源对可靠性指标的影响。结果表明，选择合适的基础负荷系数，当热网元件出现故障时，调峰热源可以实现限额供热，起到备用热源的作用。

由世俊等人[20]以某一工程为例，对现有供热方案和二级调峰方案进行对比，分析了两种方案在初投资、运行费用和能耗方面的差异，结果表明二级调峰的多热源联合供热方案更优。

多热源联网运行主要有联络管式供热管网、串联热源供热管网和多热源环状管网三种形式，刘继文[21]通过对这三种形式进行比较，得出环状管网更优的结论，并对其优越性进行了阐述。

Gebremedhin A等人通过建立基于外部代价的优化模型，得出多种供热方式互相配合可使供热管网系统更具优势，从而减少了系统的外部代价的结论[22]。

Dai-Ji,H[23]从技术和经济的角度分析了各种能源形式的热源联合使用的可能性和优势，例如太阳能和地热能，太阳能和燃料能等。

4 前景与展望

随着集中供热事业的不断发展，多热源环状管网逐渐取代简单的单热源枝状管网形式，其优越性也越来越显著，因此有关多热源联网运行的相关研究也越来越多。本文从规划设计、运行调节和模拟评价三个角度对其进行了综述。笔者认为当下相关研究方向已较为全面，但仍有未涉及的方面，例如对于改扩建工程的改扩建方法研究、联络管的位置研究、运行调节时的自动控制方案研究等。因此对于多热源环状管网运行的研究仍需不断的充实与发展。

[1] 徐宝萍,付 林,狄洪发.大型多热源环状热水网水力计算方法[J].区域供热,2005(6):25-32.

[2] 李祥立,孙宗宇,邹平华.多热源环状热水管网的水力计算与分析[J].暖通空调,2004,34(7):97-101.

[3] 韩晓红,邹平华,陈光明.多热源环状热网的水力计算与事故工况分析[J].煤气与热力,2004,24(6):307-311.

[4] 周 游,李 嘉.多热源环状热网水力计算研究[J].煤气与热力,2011,31(7):19-22.

[5] 杨 静,王海鹰,朱 彤.基于德州市供热管网的水力计算及事故工况分析[J].区域供热,2008(5):21-26.

[6] 王 超.多热源联合供热系统热源负荷分配及其优化调度研究[D].北京：北京建筑工程学院硕士论文,2010.

[7] 刘孟军,邹平华.多热源环状管网热源位置的优化分析[J].区域供热,2003(5):7-11.

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[9] 贺 平,陶永纯,许明哲.多热源联合供热工况分析[J].煤气与热力,1990(4):34-40.

[10] 贺 平,陶永纯.多热源联合供热系统管网设计原则与方法剖析[J].煤气与热力,1990(5):43-49.

[11] 秦绪忠,江 亿.多热源并网供热的水力优化调度研究[J].暖通空调,2001,31(1):11-16.

[12] 石兆玉.供热系统多热源联网运行的再认识[A].全国供热技术研讨会[C].2005.

[13] 秦 冰,秦绪忠,陈 泓.浅析分布式变频泵系统的多热源联合供热[J].区域供热,2008(1):19-24.

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天津大学学报(自然科学与工程技术版),2007,40(12):1511-1516.

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[16] 王晓霞,周志刚,邹平华.多热源多环空间热网水力工况模拟与分析方法[J].暖通空调,2004,34(11):131-134.

[17] 刘宏丽,孙春艳.多热源环状管网的MATLAB仿真优化分析[J].太原大学学报,2009,10(2):128-132.

[18] 王晓霞,邹平华.多热源环状热网可靠性评估方法研究[J].暖通空调,2006,36(10):14-18.

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[20] 由世俊,朱晏琳,郑雪晶,等.供热二级网侧设置燃气调峰锅炉的探讨及节能分析[J].暖通空调,2007,37(1):48-51.

[21] 刘继文.浅谈多热源环状管网的优越性[J].山西建筑,2008,34(19):180-181.

[22] Pinto M C,Cohen A,Dahmen W.Optimisation of merged district-heating systems-benefits of co-operation in the light of externality costs[J].Applied Energy,2002,73(3-4):223-235.

[23] Dai-Ji,H.Multi-heat source thermodynamic cycles and demonstrations of their power plants[J].Proc.Intersoc.Energy Convers.Eng.Conf.(United States),1984(3)：22-23.

The literature review on the technology of multi-heat source ring-shaped heat-supply networks★

Tian Yanan Rong Jiayu Li Shuangyan Wang Qian Xian Muxi Wan Shan

(HebeiInstituteofArchitectureandCivilEngineering,Zhangjiakou075000,China)

This paper summarizes the development level and current research situation of multi-heat source ring-supply networks from the three angles of planning and designing, operation and adjustment, simulation and evaluation, and looks forward to its development prospects, point out multi-heat source ring-supply networks are gradually replacing the single-heat source or branch networks.

multi-heat source, ring-supply networks, planning and designing, operation and adjustment, simulation and evaluation

1009-6825(2017)22-0142-03

2017-05-26★:河北建筑工程学院研究生创新基金项目(项目编号:XA201615)

田亚男(1992- )，女，在读硕士

TU995.3

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