太古供热长输管线耗电输热经济性分析

原 峰

(太原市热力集团有限责任公司太古供热分公司，山西 太原 030027)

0 引言

古交兴能电厂至太原长输供热工程据其距离远、高差大、工程难度大的特点，在全国乃至世界供热史上都史无前例，为全国各地长输供暖项目实施开创了先河[1]。供热能力在近期可实现5 000万m2供热面积，远期可实现7 600万m2供热面积，热源兴能电厂加热能力为一期两台300 MW，二期两台600 MW，三期两台600 MW机组，设计供/回水温度为130 ℃/30 ℃，单系统设计循环流量15 000 t/h，两系统合计为30 000 t/h。此外，长输管线沿途设置多级加压泵，整个采暖季全部投入运行，为长输管线输送热量提供强有力保障。在热网运行过程中，输送热量的电耗成本在整个采暖季运行成本中占比较大，接近于17%，如何在保证输热量的情况下降低电耗成为降低运行成本的关键。

1 长输管线概况

太古工程为长距离输热工程，工程敷设4根DN1 400，长度为37.8 km的长输供热管线，高差180 m。为克服距离远、高差大等因素，系统共设置6级循环泵实行分布式梯级加压，分别为电厂内加压泵，1号泵站回水加压泵，2号泵站供、回水加压泵，3号泵站回水加压泵，中继能源站回水加压泵。每套系统每级加压泵均设置4台(4用不备)，共计48台。

各泵组基本参数见表1。

2 长输管线水泵电量计算

由于在长输管线末端中继能源站的水泵耗电量包括一级网(低

海拔、高海拔及补水泵)的水泵运行耗电量，为将电量统计更为准确，特将中继能源站在长输管线高温网的水泵电量进行计算，统计2017—2018采暖季每日能源站高温网水泵运行频率，以及电流、电压值，乘以水泵运行台数，并将两系统进行合计，得到能源站高温网水泵耗电量。具体计算过程如式(1)所示：

(1)

其中，U为水泵在各频率下正常运行的电压值；I为水泵在各频率下正常运行的电流值；n为水泵台数；cosφ=1。

根据运行期数据，得到在2017—2018采暖季共计供暖160 d中继能源站高温网水泵耗电量为923万kWh。

将计算得到的结果与高温网其余三座泵站供暖季耗电量3 393万kWh进行合计，即得到长输管线全部耗电量为4 316万kWh，其中，古交兴能电厂回水加压泵耗电量不计人成本。

3 耗电输热比

长输管线的耗电输热比可通过式(2)[2]进行计算：

(2)

其中，EHR为耗电输热比，实际运行工况下输送单位热量的耗电量，无因次；∑ε为长输管线水泵耗电量总和；∑Q为长输管线输热量总和。

2017年—2018年采暖季累计供暖达160 d，供热负荷为4 285万m2，共计输配热量为1 562万GJ，高温网耗电合计为4 316万kWh，通过式(2)计算得到耗电输热比为2.76 kWh/GJ，即0.01。由于耗电输热比与长输管线的距离有关，上述耗电输热比除以长输管线距离4×37.8 km，得到单位长度耗电输热比为0.018 kWh/(GJ·km)，即6.6×10-5km-1。

4 热网平均电价与高温网频率、流量间关系

统计了本采暖季11月1日起至2月20日1号、2号、3号泵站及中继能源站每日峰平谷电量值，根据每日峰平谷电量以及峰平谷电价再加上每日基本费得到每日总电价，用其除以电量得到每日平均电价，如式(3)所示：

平均电价=

(3)

其中计算过程有几点说明如下：

1)峰、平、谷单价分别为0.691 3元/kWh，0.478 2元/kWh，0.280 1元/kWh。

2)1号、2号、3号泵站及能源站基本费每月分别按399 120元、979 200元、492 000元、994 320元进行计算，每月按30 d计，可得到每天的基本费。

根据计算的平均电价绘制出如图1所示的每日平均电价变化趋势。可以看出如下几点数据分析结果：

1)11月2日平均电价最高为0.725 3元，此时两系统高温网频率均为30 Hz，流量为21 272 t/h。

2)1月31日平均电价最低为0.640 2元，此时两系统高温网频率均为34 Hz，流量为23 582 t/h。

3)平均电价在0.64与0.67间出现的天数为20 d，频率在32 Hz～34.5 Hz之间，流量在22 050 t/h～23 941 t/h之间。

4)在0.67与0.70出现天数最多为74 d。频率在29 Hz～33.5 Hz之间，流量在19 995 t/h～23 218 t/h之间。

5)在0.70与0.73间出现天数为18 d，频率在29 Hz～31 Hz之间，流量在20 027 t/h～21 521 t/h之间。

所以，本采暖季水泵运行工况在29 Hz～34.5 Hz间，平均电价会随着频率、流量增大呈现减小趋势。

5 频率、平均单价与总电价之间的关系

利用附表中数据绘制出频率与平均电价、总电价的关系曲线图，如图2所示。其中平均电价与总电价为相同频率下计算得到的平均值。在图2中可以看出，平均电价随频率增大基本呈现下降趋势，总电价随频率增大呈现增大趋势，两者走势线的交汇处为最经济点，即在频率为30.6 Hz时，平均电价为0.693 5元/kWh，此时总电价为283 000元。

6 结语

1)经过计算得到太古项目长输管线在2017—2018采暖季耗电输热比为2.76 kWh/GJ，即0.01。单位长度耗电输热比为0.018 kWh/(GJ·km)，即6.6×10-5km-1。

2)本采暖季水泵运行频率在29 Hz～34.5 Hz间，平均电价会随着频率增大呈现减小趋势，而总电价会随频率增大呈现增大趋势，两者之间交汇点为最经济运行点，即频率为30.6 Hz，平均电价0.693 5元/kWh，总电价为283 000元。在热网频率及流量调节中，应尽量选择在最经济点处进行调节，以节省运行中的耗电成本。