“质+量”综合自动控制系统在热力站应用的经济效益分析

王 翔

（太原热力集团有限责任公司万柏林供热分公司， 山西 太原 030003）

0 引言

在节能减排的背景下，加快集中供暖节能改造已经成为推动社会持续发展的关键所在[1]。近年来，我国北方各地也相继在热力站运行过程中加入了自动节能控制系统，改造方向主要集中在气候补偿节能改造（质）或变频节能自动化改造（量）方面，很少有地区将两种改造方式结合在一起进行，这也使热力站系统运行节能效果相对较差[2]。对此，加快节能改造的“质+量”融合也成为各地供热系统内部人员所需要思考的问题。

1 工程概况

本次研究主要对某县区热力站进行改造，某县区热力站共计118 座。该县不同热力站供热面积不同，因此供热系统数量有所差异。本次研究选用其中10座热力站进行改造，改造前这10 座热力站综合能耗情况如表1 所示。

表1 不同热耗等级下2019—2020 年热力站能耗情况

2 “质+量”综合自动控制系统的建立

2.1 “质”气候补偿系统的建立

“质”调节指的是通过调控温度保障居民的供热效果，常见调控方式为气候补偿技术。在调节当中，根据室温情况调节一次供热管网电动阀门的开合度，调节供热流量，进而改变热力站二次供水温度。改造硬件包有电动控制阀门、气候补偿控制箱，温度变送器等。

气候补偿系统的参数测量主要有两方面温度的测量，分别为二次供水管道温度检测和室外温度检测。其中二次供水管道温度检测应用TT211 温度变送器（检测范围0~100 ℃）；室外温度检测应用TT000 温度变送器（-50~50 ℃），该传感器安装在室外高度为2.5 m 空旷地带。在检测中，温度变送器将检测数据信号以4~20 mA 的电流信号传递给气候补偿控制箱，气候补偿控制箱将将该信号转化为数字信号，并将其带入预先设定好的PID 控制程序内计算，得出板式换热器一侧电动阀门的调节量，并将该数值转换为模拟电信号传递给电动阀门的控制模块，进而调节一次供热流量，改变二次管网温度。

2.2 “量”水泵变频系统的建立

“量”调节指的是通过水泵控制，改变二次管网内水流量，进而调控居民住宅温度。改造硬件有循环水泵、自动变频控制箱和差压变送器。系统控制逻辑设计如下。

在正常情况下，两台循环水泵仅有一台变频运行，另外一台备用。两台水泵由自动变频控制箱进行控制，同时控制箱上连接有差压变送器PT1，其用于测量二次供水管与回水管之间的压差，如果压差过大自动变频控制箱提高输出功率，进而提高循环水泵转速，加大二次供暖网中的流量。如果循环水泵转速已经达到额定值，但管路内压力依旧未达到预先设计要求，则需要将连接水泵切换至工频运行，自动变频控制箱连接另一台循环水泵进行补水，直至压力符合预先设计要求。反之，则降低自动变频控制箱输出功率，降低循环水泵转速，进而降低管网内部压力。

在系统建立完成后，将“质”与“量”控制系统相结合，两个系统相互独立同时又辅助运行。在运行过程中，热力站气候补偿节能控制柜根据二次回水管路的温度和室外温度对应的PID 曲线对一次管网电动调节阀进行自动调节，使二次回水管温度达到既定值。自动变频控制箱根据二次供水管路与回水管路之间的压差来控制变频水泵，实现二次管路内部流量的控制。

3 “质+量”综合自动控制系统在热力站应用的经济效益分析

本次节能改造范围为某县区21 号—30 号热力站。在改造完成后，所需要的总成本LCC 是由设备初期投资成本IC、设备运行成本OC 以及设备后期维护成本MC 所构成的。此次改造时间为2020 年5 月10日—7 月20 日，改造设备使用寿命最低为15 年，因此本次研究将15 年作为设备的全生命周期时限。

3.1 热耗节能率和电耗节能率分析

在改造完成后，本次研究主要对2020—2021 年某地区21 号—30 号热力站的热耗值和电耗值进行分析研究，结果如图1 所示。

图1 改造后10 座热力站热耗节能率和电耗节能率情况

由图1 可知，从热耗值角度分析10 座热耗值节能率在14.2%~20.14%之间，最低、最高热耗值节能率热力站分别为25 号热力站和27 号热力站；从电能消耗情况来看，其中30 号热力站电耗节能率最低为7.21%，电耗节能率最高为23 号热力站，为20.03%。

3.2 热力站改造全生命周期经济性分析

本次主要基于2019—2020 年和2020—2021 年供暖期数据进行经济性分析，不同热力站由于热力系统数量不同，因此改造费用不同。改造前的成本主要以2019—2020 年采暖期成本计算，改造后总成本以2020—2021 年供暖期成本计算。经过计算分析可知，在未来15 年当中热力站综合节能改造系统成本情况如表2、图2 所示。

图2 热力站“质+量”综合自动控制系统改造LCC 与未改造运行成本对比

表2 改造前后15 年热力站综合节能LCC 成本对比

由表2 可知，在改造设备生命周期时长内，24 号热力站综合运行成本降低量最大，达到963.889 万元，成本降低率达到18.06%；运行成本降低量最小为28 号热力站，为36.121 4 万元。由此可见，“质+量”综合自动控制系统的应用能够有效降低热力站的运行成本。

由图2 可知，热力站在应用“质+量”综合自动控制系统后，随着时间的增加，热力站的热耗能和电耗能能够得到有效的降低，这不仅有利于降低供暖企业的经营成本，对降低用户用热费用也有着重要的作用，同时也能够降低能耗，实现供热系统的绿色化发展。

4 结论

1）对某地区热力站实际工况进行分析，并选取其中10 座热力站用于节能改造。

2）分别建立“质”气候补偿系统和“量”水泵变频系统，并将两系统融合成为一个“质+量”综合自动控制系统，应用在热力站当中。

3）对热力站“质+量”综合自动控制系统应用的节能情况和经济性进行分析，研究发现10 座热力站热耗值节能率在14.2%~20.14%之间，电耗值节能率在7.21%~20.03%之间；从经济性角度分析，系统改造应用后15 年时间10 座热力站运行成本均有不同程度的降低，这也证明了该项系统的应用不仅能够降低热力站运行成本，同时也能降低能源消耗。